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第13章

莫非这种命运真的是科学家无可逃脱的吗?莫非这一切果真是他必须承受的吗?科学家千辛万苦才唤醒的那个自由时代,莫非就这样永远遗落在历史的长河之中了?他在工作的时候,莫非将一个科学家的尊严和责任全都忘却了吗?我的答案就是:权力可以消灭一个有尊严的人,却怎么也无法奴役他。

当今的科学家若是能理性地面对自己的责任和处境,并做出勇敢的行动,那么,当前一触即发的国际局势的和平解决,就更有可能了。

悼念T.A.爱迪生

爱迪生永远离开我们了。

我们应该感谢爱迪生,我们的物质生活因为他的发明而更加丰富多彩。他是一位伟大的发明家。他的整个生命以及他的全部生活,都因为他的那种发明创造的精神而充满了灿烂的光辉。如今他去了,不仅仅留给了我们一份天才的馈赠,同时更是将一项使命交到了我们手里。这项使命就是:找到如何正确使用这份礼物的方法。这项任务是我们这一代人需要解决的。只有当我们将这项任务解决了之后,才有继承他的遗产的资格,也才能更有效地利用他的遗产,从而增加人类的福祉。

悼念保耳·朗之万

在这个灾难频仍、令人沮丧的不幸的年头,不幸的事情每天都在发生,然而最令我深受打击的就是,保耳·朗之万去世了。他对待知识有着敏锐的眼光,因而为众人所尊敬;他对待高尚事业有着不息的热情,对待所有人都有着宽广的胸怀,因而为人民所爱戴。在他悠长的生命之中,创造出了丰硕而伟大的成果。死亡是所有人都无法逃避的,然而有的人在去世之后,人们会永远记住他,就像记住一件艺术品一样。一想到他,人们就会联想到他的生命结晶出了怎样的“艺术品”,就这个角度而言,我们无需悲伤太甚,因为他留下的“艺术品”定能万古流芳。

保耳·朗之万走了,这让我感觉十分凄凉而孤独,并使我非常感伤。不管在什么时代,他这种人都堪称罕见。他坚定地为真正的人道事业而战斗,他能敏锐地抓住事物的本性,在从事斗争的同时,他总是带着满腔的激情。犹然在世者,又如何来弥补他这样一个人的去世所留下的遗憾呢?

朗之万的敏捷性和明确性一向为人所称道,尤其是在科学思考这一方面。并且,在关键问题上,他总能抓住那一闪而逝的可靠的直觉。这种品质渗透进了朗之万的讲课之中,并决定性地影响了法国好几代理论物理学家。朗之万在实验技术方面也涉猎颇深,研究者们在得到了他的建设性意见和批评之后,总能更快更好地走向成功。他开创性的研究工作也体现在磁学和离子理论的领域,并对科学的发展产生了极为深刻的影响。因为他的任务太多(很多任务是他自愿承担下来的),因而他自己的研究工作就受到了限制,因此他的劳动成果更少地出现在自己的着作中,却更多地出现在其他科学家的着作里面。

我想,狭义相对论若不是已经被我发展起来了,那么毋庸置疑,它就一定会落到朗之万的手里,因为他已经把握了狭义相对论的本质。薛定谔发展了德布罗意的观念,使之成了波动力学的方法。然而此方法并未形成统一的理论,让人赞叹的在于,在那个时候,他已经看到了这些观念的意义。我依然记得他告诉我这件事时满怀兴奋和喜悦的神情,而当时我在听取他的意见时,心中还有着怀疑和犹豫。

因为看到了我们的经济和社会制度的不平等及缺陷,所以朗之万的内心始终是痛苦的,然而,对于知识和理性的力量,他从未怀疑。他有着纯洁的内心,随时准备着为了正义和理性而献身。从理性之中,他获得了坚定的信念,获得了解放和光明。他有生以来的渴望,就是促进整个人类的幸福。也许,较之于他对知识启蒙的渴望,这个愿望要更为强烈。他花了很多精力和时间在知识启蒙上。他从来不会辜负一个有良知的人的求助。也就是因为这样,他这种道义上的伟大,使很多较为无聊的知识分子为之嫉妒、狂怒。而他却完全谅解了他们,他从不怨恨任何人,因为他有一副好心肠。

我由衷地感到高兴并庆幸,因为这样一位光明正大、纯粹洁净的人,是我的朋友。

什么是相对论?

——“时间、空间和万有引力”

很长时间以来,我跟学术界人士都没怎么联系了,因此,对于《泰晤士报》能提供这样一个机会,让我谈谈关于相对论的东西,我感到非常高兴,并很感动。而且借着这个机会,我要再三感谢英国的天文学家和物理学家。

在战争期间,贵国的一些着名科学家甘愿花费很多精力和时间,并且贵国的科学事业单位愿意为此支付大量的金钱,就是为了对一个在敌国完成并发表的理论进行验证,贵国在科学工作方面光荣而伟大的传统,确实值得钦佩。虽说太阳引起光线的弯曲已经是毋庸置疑的事实,然而我还是要由衷地感谢我的英国同行们。我之能够在有生之年看到自己的理论中最重要的部分被证实,都赖于他们所进行的那次探测活动。物理学有很多种理论,其中构造性的理论是最多的。这种构造性理论开始于最简单的形式体系,进而描绘出较为复杂的现象的图像。最好的例证莫过于气体分子运动论了,它认为是分子运动导致了机械的、热的和扩散的过程。在我们觉得已经成功并清晰地了解了很多自然过程的时候,那么也就意味着:对这些过程进行概括的构造性理论已经建立起来了。

此外,“原理理论”也是一种重要的理论。这种理论采用的方法是分析法而非综合法。它们并未采用假说以进行构造,而是将基础和出发点定在经验中的发现上。它们是自然过程的一般特征,也是一种原理。这些原理若要给出各个过程或它们的理论表述方式,还必须依据数学的形式。做了这项工作的包括热力学,它采用了分析方法,出发点就是永动机是不可能存在的,由此将满足各个事件成为可能的必然条件一一推导出来。

构造性理论和原理理论各有自己的特色。在解释事件的时候,前者更为明确、完备,并更具普适性,而后者的优点在于有着扎实的基础和完整的逻辑。相对论就是原理理论的一种。

首先要搞清楚相对论依据的原理是什么,然后才能对相对论的本性有所了解。在具体谈论相对论之前,我首先要跟大家说,相对论包括了相反的两大部分,跟一座两层建筑有点像,那就是狭义相对论和广义相对论。狭义相对论差不多能适用于所有的物理现象,但是无法将引力包容在其中,它同时是广义相对论的基础;广义相对论则刚好是狭义相对论的拓展与延伸,提出了一种引力定律,还将引力和自然界中别的力的关系揭示了出来。

我们从古希腊时代起就明白:在对一个物体的运动进行描述时,单纯地描述它本身是不行的,还要借助一个参照物,因此,我们就要将适合做参照物的另一个物体找出来。我们可以用地面做参照物,从而对一辆车的运动状态进行描述;以可见恒星为参照,而对一颗行星的运动进行描述。物理学中,我们把可以在空间上为另一事件做参照的事物称为坐标系。若是缺乏了坐标系,用公式来表示伽利略和牛顿的力学定律也会变得不可能。

必须慎重选择坐标系,即要求坐标系没有转动和加速度,这关系到力学定律是否有效。在力学中,一般都用“惯性系”来称呼这种坐标系。力学认为,惯性系的运动状态不是完全由自然界决定的。这样一条定理也是我们需要知道的:一个坐标系若是对一个惯性系作匀速直线运动,那么,此坐标系定然也是一个惯性系。“狭义相对性原理”就是对这个原理的推广,将一切自然界的事件都包括在其中,换句话说就是:自然界中的一切普遍规律,若是适用于坐标系C,那么,也定然同样适用于相对于C作匀速直线运动的坐标系C’。

另外,“光在真空中速度不变原理”是狭义相对论的另一条原理。这条原理揭示道:光的传播速度在真空状态中总是恒定不变,换而言之,在真空中,观测者的位置和光源的运动状态都不会影响到光速。因为麦克斯韦和洛伦兹的电动力学已经获得了巨大的成就,因而,这条原理的正确性也得到了物理学家的认可。

虽然它的基础是建立在许多强有力的经验和事实之上的,然而就逻辑学的角度而言,两者之间好像又有着矛盾。狭义相对论刚好在逻辑上很好地调和了两者,将这个矛盾解决掉了,因为它在一定程度上修改了经典运动学,即(从物理学的角度)对时空规律进行论述的学说。例如,只有在明确了两个事件是针对同一坐标系的这一点,才能说这两件事件是同时发生的。同样的,在对某物的形状或时钟运行的快慢加以描述时,与它们相对应的坐标系的运动状态都必须考虑在内。

然而包括伽利略和牛顿的运动定律在内的旧的经典物理学,对于这样的相对论运动则无法解释。上述两条原理若是普遍适用的,那么,适用于相对论运动学的普遍数学条件,也就要为自然规律所遵循。这些条件对于物理学是不可或缺的。尤其是当飞速运动着的质点的新运动定律已经被科学家所发现,并且带电粒子的运动情况已经证实了这条定律。如何确定物质体系的惯性质量,是狭义相对论最重要的成果,那就是:一个体系的惯性质量必然和它所包含的能量有一定的关系。然后,这样一个结论也出来了:有着越多的惯性质量,就有越大的潜在能量。于是,在这里,质量守恒原理的独立性就消失了,并彻底融入到了能量守恒原理之中。

在很大程度上,狭义相对论就是对麦克斯韦和洛伦兹电动力学的发展,它更系统地表现了他们的理论,并溢出了电动力学的范畴。然后,一系列的疑问就出现了:难道物理定律间坐标系运动状态不相关这一点,仅仅适用于坐标系的相互匀速直线运动吗?自然界、我们的坐标系和坐标系的运动状态之间,到底存在着怎样的关系呢?若是我们必须引入一个随机抽取的坐标系以对自然界进行描述,那么,在选择坐标系的时候,就无须考虑到它的运动状态,也就是说,这种选择应该不影响定律的有效性(广义相对性原理)。

为了帮助大家更好地理解这条广义相对性原理,下面我来说一个早被认可的经验事实。即:物体的惯性和质量受到同一常数的支配(惯性质量等于引力质量)。如果有这么一个坐标系,它对另一个牛顿惯性系作匀速转动,那么从牛顿力学的观点来说,惯性效应就会使这个坐标系产生离心力。然而实际上并非如此,因为这些离心力和重力一样,同物体的质量是成正比的。难道在这种情况之下,我们不能将此坐标系看成是静止的,而认为离心力即为万有引力吗?然而经典力学是显然无法认同这个观点的。

必须引出引力定律才能解释广义相对论,我们从上面的简略叙述中就可以了解到这一点。很多人已经就这个想法做了许多工作,并且证实了我们的希望。

然而,这条道路上依然有着很多难以预料的困难,因为接纳了它,就意味着将欧几里得几何抛开。换而言之,固体在空间中可能用到的定律,跟欧几里得几何给出的物体的空间定律并不完全相符,我们所说的“空间曲率”的意义就在这里了。在这种情况之下,一些基本概念如“直线”、“平面”等等,也都失去了它们本来的含义。

运动学,即空间和时间的学说,在广义相对论里面将会密切地与物理学的其他部分结合起来。物质本身会影响引力场,而引力场又会影响到时钟的快慢以及物体的几何性状。

就原理而言,新的引力场理论迥异于牛顿的经典理论,然而就实际结果上来说,它们却又很相近,要想找到它们之间的区别,仅仅依靠以往的经验是很困难的。迄今为止,能够给我们提供依据的情况有这些:

(1)行星以椭圆形的轨道围绕太阳旋转(人们已经从水星的运转中证实了这一点)。

(2)光线会在引力场中发生弯曲(英国人在日食观察中已经证实了这一点)。

(3)从大质量星球上放射到地球上的光线,会产生波长红移现象(目前为止这一点还没有得到证明)。

这个理论最大的特色,就在于有着完备的逻辑性。从这个理论中推导出来的结论有很多,这些结论中只要有一个被证明是错误的,那么,整个理论就会崩塌。要想在不摧毁其结构的基础上对它进行小修小补,那几乎是不可能的。

大家不要觉得,这个理论或者别的理论能够替代牛顿的伟大工作。在自然哲学领域,牛顿的理论已经成了我们整个近代概念结构的基础,无论在什么时代,他那明晰而伟大的观念,都不会失去其独特的意义。

对上海的印象

勤劳,并且对生活的要求非常低,这是中国人给人留下的最深刻的印象。较之于印度人,中国人更为天真和乐观。大部分的中国人,无论是男人还是女人,负担都很沉重,他们为了一天五分钱的工钱,日复一日地辛苦劳作着。对于自己命运的可怕,他们并无意识。然而在我看来,他们的状况真是悲惨。

对于中国人民的生活,爱因斯坦在访问过上海之后有了一种看法。欧洲人在这个城市中是高高在上的统治者,而中国人却成了他们的仆役,近年来爆发的革命事件就是由于这种现象的刺激才引起的。这个国家的历史文明固然是伟大的,然而其人们却显得麻木而愚昧。在欧洲人看来,他们一方面是辛勤的劳动者,另一方面更是智力低下的劣等人群。爱因斯坦的同情心被这个呻吟着的、勤劳的而又顽强的民族唤醒了。他觉得,地球上最贫困的民族就在这里,他们过着牛马不如的生活,苟延残喘着。

宗教和科学

为了缓解自己的痛苦和满足自己的需要,因而人类才有了所有的思想和行动。要想对人类精神的发展有所了解,就必须重视这一点。这些获得满足或缓解痛苦的迫切愿望,同时也是使得人类得以向前发展的一股动力。他人在我们面前表现出的一切或卑微或伟大的努力,其背后都有着同样的动力。那么,又是什么样的动力把我们带到了宗教信仰上面来呢?要回答这个问题并不困难,只需要稍微了解各种宗教就行了。将人们带到各种信仰面前的,就是各式各样的情感。

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