狹義相對論。1905年6月,愛因斯坦創立狹義相對論,引發物理學革命。它改變了傳統的時空、質量、動量、能量等基本概念,深刻揭示了作為物質存在形式的時空的統壹性,以及各種物理運動形式:機械運動和電磁運動的統壹性,以及兩種運動量(動量和能量)的統壹性,從而極大地
廣義相對論。在大多數物理學家不理解狹義相對論的時候,愛因斯坦繼續推進他的理論。1907年提出了均勻重力場和勻加速等效原理。經過八年的艱苦探索,在老同學格羅斯曼的幫助下,應用黎曼曲面幾何,終於在1915438+05建立了廣義相對論。廣義相對論進壹步揭示了四維時空與物質作為時間和空間的統壹體的統壹關系,深刻揭示了時間和空間離開物質就不能獨立存在。空間的結構和性質取決於物質的分布,物質之間的引力只是空間曲率的壹種表現。
光量子理論。早在1905年3月,愛因斯坦就寫了論文《關於光的產生和轉化的壹個啟發性觀點》,提出了光量子假說,並將普朗克的量子概念推廣到了輻射在空間的傳播。愛因斯坦的光量子理論揭示了光的量子本質。光不僅被認為是波,還被認為是粒子,是粒子和波的合成。對於統計平均現象,光表現出波動性;對於瞬時漲落現象,光以粒子的形式出現,從而揭示了微觀粒子的波粒二象性。
光量子理論的提出遭到了幾乎所有老壹輩物理學家的反對。直到1913,普朗克還認為這是愛因斯坦的錯誤。盡管如此,愛因斯坦孤軍奮戰,堅持進行量子理論。1906年,他發表了論文《普朗克的輻射理論和比熱理論》,將量子概念推廣到物體內部的振動,成功地解釋了低溫下固體的比熱與溫度的關系。
1916愛因斯坦的論文《輻射的量子理論》是對量子理論發展第壹階段的理論總結。從玻爾的原子結構假說出發,用統計力學推導出普朗克輻射公式,提出了受激輻射理論。這不僅為20世紀20年代量子力學的創立發揮了重要作用,也為60年代蓬勃發展的激光技術奠定了理論基礎。
1924年德布羅意物質波假說提出後不久,就得到愛因斯坦的熱情支持,愛因斯坦隨即用它來研究單原子理想氣體,並與年輕的印度物理學家玻色合作提出了玻色-愛因斯坦統計法。受愛因斯坦工作的啟發,薛定諤試圖發展德布羅意理論,於1926年建立了波動力學。
分子運動理論。1905年4月和5月,愛因斯坦發表了兩篇關於分子運動理論的論文,試圖通過觀察懸浮粒子的運動來確定分子的實際大小(1827年發現的布朗運動)。4月,他寫了壹篇申請蘇黎世大學博士學位的論文。他從事這項研究是為了解決科學界和哲學界爭論了半個多世紀的原子和分子是否存在的問題。三年後,法國物理學家佩蘭用精密的實驗證實了愛因斯坦的理論預言,用無可辯駁的事實證明了原子和分子的存在。
現代宇宙學。愛因斯坦建立廣義相對論後,開始探索宇宙學問題。1917年發表了題為《基於廣義相對論的宇宙學考察》的論文,提出了宇宙是有限無界的假設,是現代宇宙學的開創性文獻。後來由於荷蘭天文學家德西特和前蘇聯大氣物理學家弗裏德曼的工作,發現空間可能在不斷膨脹,並預言星系之間存在分離(後退)運動。這壹預測得到了美國天文學家哈勃在1929年發現河外星系譜線紅移的有力支持。
統壹場論研究。從20世紀20年代到晚年,愛因斯坦將他主要的科學創造精力投入到統壹場論的研究中。本文試圖建立壹個包括引力場和電磁場的統壹理論,用廣義相對論的推廣形式來概括各種物理運動形式,用場的概念來解釋物質結構和量子現象。他認為這是相對論發展的第三階段。
這項研究和探索雖然在當時沒有取得物理成果,但近年來正以新的形式顯示出其不可估量的生命力。正如愛因斯坦晚年自己所說:“我無法完成這項工作;它會被遺忘,但將來會被重新發現。"
事實正是如此。1967年,巴基斯坦物理學家薩拉姆和美國物理學家溫伯格獨立提出了電弱統壹理論。電弱統壹理論的成功進壹步推動了強、弱、電磁三種相互作用統壹的所謂大統壹理論和引力等四種相互作用統壹的所謂超統壹理論的研究。
高尚的科學道德
愛因斯坦作為最偉大的物理學家,並沒有把註意力局限在自然科學領域,而是以極大的熱情關心社會和人類。他富有科學道德思想和極其高尚的道德品質,成為全世界科學家和青年學生的楷模。
科學應以造福人類為目標。作為壹名物理學家,愛因斯坦抱著科學能真正造福人類的希望。1931年,愛因斯坦對加州理工學院的學生說:“妳們只知道應用科學是不夠的。關心人本身應該永遠是所有技術鬥爭的主要目標;關心如何組織人們的勞動和產品分配,從而保證我們的科學思想成果造福人類,不會成為洪水猛獸。當妳沈浸在圖表和方程中時,不要忘記這壹點!”
這種造福人類的高尚科學道德,是由科學研究者的世界觀和人生觀決定的。愛因斯坦是壹位關心人類命運的偉大科學家,他將自己的研究工作與人類命運緊密聯系在壹起。他在1930發表的《我的世界觀》壹文,既是科學與世界觀、人生觀關系的代表作,也是他本人世界觀、人生觀的生動表達。
文章寫道:“我們每個人在這個世界上只會做短暫的停留;目的是什麽?……我不需要深入思考,但我能從日常生活中明白,人是為別人而活的。”“我每天成百上千次地提醒自己,我的精神生活和物質生活依賴於他人(包括生者和死者)的勞動,我必須盡我所能,以同樣的重量來回報我已經得到的和我還在得到的。”“我從不把安逸和享樂作為生活本身的目的——這種倫理基礎,我稱之為豬圈的理想。照亮我的道路,不斷給我新的勇氣,讓我快樂地正視人生的理想,那就是真、善、美。.....我總覺得人們為之奮鬥的庸俗目標——財產、虛榮、奢華的生活——是可鄙的。”這些深刻的話語,應該是每壹個立誌造福人類的青年學者和研究者的鏡子。
科學工作者應該主動承擔自己的社會責任。個人與社會的矛盾是人生最基本的矛盾之壹。人們思想政治立場的不同,科學道德觀念的劃分,都源於對個人與社會關系的不同理解和處理。愛因斯坦認為:“人只有獻身於社會,才能找到實際上短暫而有風險的生命的意義。”他對人類社會有高度的責任感,壹生關於反對戰爭、爭取和平的講話近1萬字。他拒絕以每分鐘1000美元的價格被聘請做廣播演講,而是同意拍賣宣布建立狹義相對論的長達30頁的論文《論運動物體的電動力學》,並將這600萬美元全部捐獻出來支持反法西斯戰爭。
更值得指出的是,愛因斯坦認為榜樣的作用在人類道德行為中很重要,他自己也覺得有責任樹立榜樣。所以他雖然是壹個知名的物理學家,但是對於他經歷過的每壹個重大政治事件,他都必須公開表明自己的態度。這表現在他在1933年與猖狂的德國法西斯勢力的鬥爭中。
當時,他的密友馮·勞厄很擔心他,寫信勸他在政治問題上要明智。他馬上斬釘截鐵地回答:“我不同意妳的觀點,認為科學家應該在政治問題上保持沈默——更廣義地說,是人類的事務。”德國的情況表明,這種克制將導致把領導權毫無抵抗地交給那些盲目和不負責任的人。這種克制難道不是缺乏責任心的表現嗎?如果喬爾丹諾·布魯諾、斯賓諾莎、伏爾泰和洪堡也這樣思考和行動,我們的處境將會怎樣?我對自己說過的話壹個字都不後悔,相信自己的行為是在為人類服務。“壹個在自然科學諸多領域做出歷史性貢獻的人,在處理社會政治問題時如此認真、熱情、高度負責,真不愧為廣大科研工作者追求和學習的榜樣。
追求真理是科學工作者的天職。對於科學家來說,個人與社會的矛盾表現在各種個人關系上,比如師生關系、同事關系、同輩關系;也表現在個體與真理的關系上。從某種意義上說,個體與真理的關系更為重要和基本。壹個科學家對待真理的態度,往往比他對待同事的態度,在本質上更能反映他的科學倫理和行為。因為在現代社會,真理具有最廣泛的社會性,它通常是當代社會廣大研究者探索的精神財富,也凝聚了歷代無數研究者的寶貴勞動心血。
早在學生時代,愛因斯坦就成功擺脫了自我的束縛,從以自我為中心的精神狀態轉變為以探索真理為中心的思想境界。愛因斯坦認為這是他思想發展的壹個重要轉折點:“像我這樣的人的發展的轉折點是他們的主要興趣逐漸遠離暫時的和個人的方面,他們轉向試圖在思想上掌握事物。”通過艱苦的理論學習和創造性的獨立思考,他終於認識到,探索和追求真理是壹項崇高而偉大的公共事業,而不是個人事業。
愛因斯坦壹生追求真理,不相信權威,不崇拜偶像,對自己取得的成就不滿意。在愛因斯坦闖入理論物理領域之前,壹些物理權威幾乎把目光定格在了經典物理之上的幾片烏雲上。愛因斯坦不相信權威,標新立異,壹意孤行。當別人盯著邁克爾遜的實驗時,他盯著經典物理的理論基礎;當別人只註意到實驗與理論之間明顯的裂痕時,他看到了經典物理的基本缺陷,甚至認為經典物理需要根本改革。正是這種追求真理的高尚科學道德,使愛因斯坦除了孜孜不倦的探索別無所求,先後提出了狹義相對論和廣義相對論,引發了現代物理學的壹場深刻革命。
愛因斯坦壹生追求真理的高尚科學道德,在他對別人誤解的寬容態度上也得到了充分的體現。1953,美國惠特克無視事實,不聽他人勸告。他在《以太和電的理論史》壹書中,刻意貶低愛因斯坦對相對論的貢獻,突出龐加萊和洛倫茨的貢獻。在這方面,愛因斯坦並不介意,因為真理已經被公認;墮落的不再是真理,而只是個人。他在給玻恩的信中指出:“不要因為妳朋友的書而失眠。每個人都做他認為對的事,或者用決定論的語言來說,做他必須做的事。如果他說服了別人,那是別人的事。我對自己的努力感到滿意,但我認為把自己的作品當成自己的‘財產’來保護是不明智的,就像壹個老守財奴保護自己辛苦積攢的幾個銅幣壹樣。我對他沒有怨恨,對妳當然也沒有問題。歸根結底,我不需要讀這種東西。”
愛因斯坦晚年從事統壹場論的研究。雖然受到很多人的批評和嘲諷,探索未能取得成果,但他依然虛心開朗,開心地說:“在科學上,每壹條路都要走。找到壹條不通的路,是對科學的巨大貢獻。.....讓我來做證明‘此路不通’這種吃力不討好的工作。”當然,作為科學大師,他的深刻洞察力已經預見了統壹場論的美好未來。
科學家應該憑良心行事。愛因斯坦非常重視“良心”在科學活動道德評價中的作用。在評論以他命名的諾貝爾獎時,他說:“諾貝爾發明了有史以來最猛烈的炸藥,壹種超級破壞性的工具。為了對此贖罪,也為了解脫自己的良心,他設立了促進和平、實現和平的獎金。”愛因斯坦本人也因為參與了原子彈的制造而經常受到良心的譴責。他曾說:“今天,參與研制這種歷史上最可怕、最危險的武器的物理學家都被同樣的責任感所困擾,更不用說犯罪了。”因此,愛因斯坦多次倡導和平運動、裁軍和東西方和談。去世前,他還發表了著名的《羅素-愛因斯坦和平宣言》。
從他的道德出發,愛因斯坦認為“壹個人應該按照自己的良心行事,即使這樣的行為必然會違反國家的法律。”愛因斯坦道德自我評價的基礎是“我們現行制度中存在的道德標準,以及我們壹般的法律和習俗,是古往今來無數個人為表達他們認為正義的東西而作出的努力的累積結果。”如果制度沒有個人責任的支撐,它在道德意義上是無能為力的。這就是為什麽任何喚起和加強這種責任感的努力都成為對人類的重要貢獻。"
德育是培養科學人才的最基本的教育。愛因斯坦是壹位傑出的物理學家和教育家。他非常關心科學人才的培養和成長,特別重視最基本的教育——德育。在1935年春天寫給妹妹瑪雅的信中指出“人類壹切價值的基礎是道德”。1938年6月,在美國斯沃斯莫爾學院的授獎儀式上,他語重心長地對即將畢業的大學生們說:“從壹個單純的人的角度來看,道德行為並不意味著僅僅嚴格要求放棄壹些對生活享受的欲望,而是要關心全人類更幸福的命運。”“道德不是壹個僵化的體系。它只是壹種立場和觀點,根據這種立場和觀點可以也應該判斷生活中的所有問題。它是壹項永無止境的任務,時刻引導著我們的判斷,激勵著我們的行動。”
後來,愛因斯坦在致紐約道德教育協會成立75周年的賀信中繼續認為:“我真的相信,在我們的教育中,過分強調簡單的智育,往往只是為了實用和實際的目的,這直接導致了對道德價值觀的損害。”次年,他應《紐約時報》教育編輯部的要求,寫了壹份聲明,進壹步指出:“僅僅用專業知識來教育人是不夠的。通過專業的教育,他可以成為有用的機器,但不能成為和諧的人。讓學生明白價值(也就是社會公德),有溫暖的感情,這是最基本的。他必須清楚地區分美和道德上的善。否則,他——連同他的專業知識——更像壹只訓練有素的狗,而不是壹個和諧的人。”這是多麽深刻的見解啊!為了引導壹大批走在科學道路上的青年學生成長為和諧的人,愛因斯坦作為最偉大的物理學家,在其科學道德思想中反復強調道德教育是最基本的教育。