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文/老余 这是这个小专题的第四篇，也是最后一篇。 第二、三篇因为有公式推导，有朋友说没有第一篇写得好——“差评”。 这种批评我接受，因能力有限，有些地方实在没有办法用纯文字的逻辑把天生的数学推导表达完整，我的第一宗旨是要写清楚，第二才是文字的简洁。 但本篇，你放心，没有一个公式，但依然精彩，因为就差广义相对论、量子力学和爱因斯坦在生活中一些你不太知道的故事了。 故事结尾比较伤感，情感丰富的朋友或许还会读出悲壮来，我写完堕泪如雨，如果你是这样的人，准备一点纸巾为好。 我们从爱因斯坦创造奇迹之前开始。  14岁的爱因斯坦 （一）爱因斯坦，在26岁创造奇迹之前，很普通吗？我看到很多文章说爱因斯坦小时候性格上有“缺陷”、高中肄业、大学成绩不好，以至于毕业后找不到工作，不得不去专利局找一个下等工作糊口等等。 这是事实吗？ 这是事实。但之所以那么多自媒体着重写这一段，不过是为了满足我们这些凡人的情感诉求： ——一个资质平庸，甚至为生计发愁的人通过自己坚持不懈的努力，终于成了人类的英雄，用一己之力改变了世界。 我们愿意看这样的好莱坞大片，也愿意听这样的励志故事。 但爱因斯坦在1905年奇迹之年之前，是怎么样的天资和生活状态呢？我们了解了这一段，自然就知道了这是不是一个人生翻盘的励志故事了。 上世纪八十年代，在我们的教室墙壁上，总有这样的一句名人名言——天才，等于99%的汗水+1%的灵感。 但爱迪生这句话的后面，其实还有一句：但那1%的灵感是最重要的。 爱因斯坦，就是拥有那可贵的1%灵感的天才。 从小，爱因斯坦的物理直觉就了不得，比如他在5岁时对一个指南针很感兴趣，这个年纪的孩子充满好奇很正常，但爱因斯坦的思路就非常清奇： ——他不单单觉得这个针头永远指着同一个方向很神奇，他的想法是空间居然不是每个方向都是对等的，居然有一个特殊的方向，为何会这样呢？他觉得是因为我们所在的这个空间有问题。 此时他才五岁，而我五岁时还在地上摸羊屎蛋蛋玩。 而这种在物理领域宝贵的清奇思路，他一直保持着，比如在他16（1895年）时写的第一篇论文《磁场里以太的状态研究》，这篇论文就思考了一个我们现在很多人都想不明白的问题： ——一个人要是以光速运动，要是一束光与他同向而行，他会看到什么？ 要是以牛顿的经典物理学来解答，两个物体以相同的速度同向而行，那这两个物体就是相对静止的。这个很好理解，比如我们在火车站经常有这样的错觉，旁边的列车和自己的列车同速同向而行，要是没有别的参照物，你还以为自己的车没有动。 但爱因斯坦说，在光速面前不是这样的，即使自己和旁边的这束光同速同向，根据麦克斯韦的理论，我看到的这束光还是以光速在运动。 由此，他对经典物理学产生了巨大的疑惑甚至叫怀疑，而此时他只有16岁，刚上高中。 也是这一年，他报考了瑞士苏黎世联邦大学理工学院，并被录取了，可惜当时并没有像我们这边的大学少年班，校方没有允许他直接跳级上大学，要求他“扎扎实实”把高中念完再说。 第二年他就取得了高中毕业证，并顺利进入瑞士苏黎世联邦大学理工学院，这所学校已经是当时欧洲最好的大学之一了，但爱因斯坦觉得这个学校太差了，因为麦克斯韦的理论已经问世了40年，这所学校居然没有老师教授这门课。 于是，爱因斯坦就逃课，自己继续去钻研麦克斯韦。 和我们现在一样，老师们对“刺儿头”的态度永远是刻薄的，爱因斯坦看不上这些“过时”的教授，教授们也觉得这个人不听话，而且还懒（不上课，还不交作业），这些教授刻薄到什么程度？ 他们竟然建议爱因斯坦改行去学医。 这对于一个天生的物理学家来说，是莫大的侮辱。 但在这所“最好的”大学里，爱因斯坦也并非一无所获，他在这里结识了他的妻子米列娃，说来神奇——米列娃是从医学换行学物理学的，而教授们却建议爱因斯坦从物理学转行去学医。 或许是教授们真的不喜欢爱因斯坦，也可能是一个人不把考试成绩当成学习的终极目标，而是把钻研真理当成目标时，他对分数就没有那么在乎。 两个人在1900年大学毕业时成绩垫底，物理系总共有5个人毕业，爱因斯坦排第四，米列娃排第五得重修一年。 前面三位都得到了正式的“教职编”，成了职业的科学家，吃喝不愁，而爱因斯坦两口子不得不为了生计奔波，真的是一分钱难倒英雄汉，他为了养家糊口到处去给别人做家教（这可能是这个行当最牛叉的家教了），后来好不容易在专利局找到了一个很低职位的工作。 到此，爱因斯坦确实和很多胸怀大志而面对现实的人很像，在五斗米面前，头颅不得不低下去。 这就是爱因斯坦26岁之前的生活。 而与很多人不同的是，他是真正的天才，且极其幸运，幸运真的是实力的一部分。  25岁，还在为五斗米折腰的爱因斯坦 （二）这个天才，奇迹创造的速度令人震惊！有些事情，不得不说是上天安排好的，比如爱因斯坦创立狭义相对论。 为何必定是他呢？ 上节说了他极其幸运，幸运之处主要有两点：
上节的最后也说了他的天才，他的天才之处也有两点：
正是因为真正的天才还处于创造力、想象力的巅峰，他在1905年创造了奇迹。 在瑞士一个不起眼的专利局里，小小的助理检定员阿尔伯特·爱因斯坦用非工作时间搞出了六个物理学领域研究成果，用杨振宁的话来说，这六篇论文引发了人类关于物理世界的革命：光、时间、空间、能量与物资的革命。 6月9日——爱因斯坦发表了一篇关于“光电效应”的论文，他说光的能量不是连续的，而是一份一份不连续的，是量子化的，这篇论文洞开了「量子力学」的大门。 而在这之前，物理学家们一直认为光是连续的波动，这篇论文在15年后还获得了一个小奖——诺贝尔奖。 7月18日——爱因斯坦又发表了一篇关于“布朗运动”的论文，这是人类第一次证明了分子和原子的存在（当时的显微镜太弱鸡了，看不到这么微观的东西）。 9月26日——爱因斯坦再次发表了一篇关于“电动力学”的论文，这就是狭义相对论。 11月21日——爱因斯坦发表了《物体的惯性同它所含的能量有关吗？》，这篇论文运用狭义相对论严密推到了震惊世界的量能方程：E=mc²。 ... ... 这些颠覆世界的重量级论文以这样的速度发表，你敢信？ 我觉得如果这不是事实，脑洞再大的作家要是敢这么写小说，估计会被键盘侠的喷成抑郁症。 别的伟人都是用诞生或仙逝的日子作为纪念日，只有爱因斯坦是用「1905年」来纪念的。 在上篇，我留了一个尾巴： 当人们还在抓耳挠腮消化狭义相对论时，爱因斯坦正在思考是不是有个更简洁更牛叉的理论，能把狭义相对论也包含进去，进而可以用这个理论解释宇宙万物所有运动。 这个理论就是——广义相对论，他用了十年终于完成，在1915年发表。 我们接下来详细聊聊这个话题。 （三）广义相对论，物理学与我们的普通大众的距离什么是广义相对论（广义的相对性原理）？ 说白了，就是他想再次看破自己的狭义相对论——找到一种思想或者叫做一组公式，这种思想、公式能解释所有的坐标下，物理定律其实是一回事。 广义相对论的数学非常复杂，他自己最后都是请了数学家才完成了这种思想在数学上的表达，但思想非常简明扼要，概括起来就两点：
其他的结论都是这两点的推论。 过程就不说了，说一个反认知的点——爱因斯坦觉得，引力是我们的幻觉。 先不要惊掉下巴，我们先看看他是怎么想的： 当我们在地面上会感受到地球的引力，但当我们处于失重的自由落体状态时，又感受不到地球的引力了。 如果引力是真实的力，怎么会在一种状态下有，在另一种状态下又没有了呢？ 那只能说明引力是幻觉（回头看广义相对论里，压根儿就没提引力，就是因为他看破了引力不是力的一种）。 广义相对论的提出已经过去了一百多年，也已经被物理学家和天文学家通过严密的实验证实了他的正确（1916年通过观测日全食，看到了太阳背后本不应该看到的星光，这就证明了太阳弯曲了周围的时空，而牛顿力学认为光是永远走直线的）。 但很多相对论的结论到现在，我们还是难以接受，比如这个“引力不是力”的问题，接受起来就会很难，可能也有人会因此喷我，但我只能说： 物理学家们走得实在太快太远了，而普罗大众的接受能力和教育的与时俱进，要比他们慢太多太多。 你看相对论，虽是一百多年前的理论且证明无比正确，可学校教的还是几百年前的牛顿力学。 既然是说爱因斯坦，前面也说了他的那篇论文洞开了量子力学的大门，那我这个小专题就绕不开他与量子力学的恩恩怨怨。 接下来我们说说这个。  （四）爱因斯坦与量子力学：坚持自己还是采纳意见？这是个问题！ 克里斯坦森在《创新者的窘境》中提出了一个深刻的道理： 当我们坚持了某种理念而取得成功后，往往会被这个理念所绑架。一个曾给企业带来巨大成功的创新，在后来这个理念又会成为包袱，阻碍企业去尝试别的创新。 那我们是该坚持自我，还是应该敞开胸怀呢？ 没有正确答案，成功的人都会总结自己的成功之道：
回到爱因斯坦，他之前的所有开天辟地的理论都是前者，都是坚持了自己，不管坚持自己后的那些推论看起来有多么“离谱”，他都接受了那些离谱，有的是自己证明了那些离谱是对的，有的是别的科学家证明了那些是对的。 但在广义相对论问世后的一个推论，他一改常态，放弃了自我坚持，还铸成了他自认为不可原谅的大错： ——这就是“宇宙常数”。 通过广义相对论，他推演出了宇宙是不断膨胀的，是“活”的。但在当时的科学家的宇宙观里，宇宙本身是恒定不变的。 这一次，爱因斯坦没有坚持，他接受了大家的意见，他在本已是完美的广义相对论的方程里”画蛇添足“地加入了一个宇宙常数“Λ”，虽然他自己也不知道这个宇宙常数代表着什么物理意义，但他还是加紧进去了，这样做有两点“好处”： 1、广义相对论公式符合了大家的宇宙观——宇宙，是静止的； 2、在当时已知的银河系范围内，加入或不加，方程组解出来的结果是一样的。 但十几年后，天文学家哈勃（就是那个哈勃望远镜的哈勃）系统系地观测到了远方的星星都在离我们远去（原理是红移现象：离我们远去的星光，波段会边长，从而发红），对此只有一个解释： ——宇宙不是静止的，它无时无刻不在膨胀。 原本的广义相对论方程异常完美，宇宙常数真的是画蛇添足。对此，爱因斯坦后悔不已，他原本有机会在十几年前就提出宇宙膨胀学说的。 或者就在此刻，他决定：无论后面遇到什么事情，他都不会再放弃见解。而这一次对自己的提醒，在面对量子力学时，他又错了！ 几乎是提出广义相对论的同时，物理学在微观世界里正在展开同样重大、同样震撼的革命性探索，这就是量子力学。 虽然是爱因斯坦第一个提出光并不是连续的，而是一份一份的“光子”，但或许是在相对论上用去了太多的心力，爱因斯坦没有在这个微观领域继续向前，反倒是一开始反对“量子”学说的波尔后来接受了这个理论，并坚定地走了下去。 波尔在爱因斯坦的基础上，向前走了一步提出了新理论： ——不仅光是一份一份不连续的，就连原子中电子的轨道也是不连续的，电子只能从一个轨道突然出现在另一个轨道，而不需要什么中间地带。 这一次，爱因斯坦决定坚持自我，他完全不能接受波尔的这个学说，他无法相信有什么东西可以在空间中像变魔术一样“跳跃”。 他的相对论确实认为尺寸、时间、都是相对的，空间也是可以被弯曲的，但你总得尊重时空是连续的，是相连的吧？怎么可能有东西一开始在这里，不经过任何运动过程就突然出现在那里呢？ 但这还不是最难理解的，后来物理学家又发现，有的粒子可以在同时即出现在这里，又出现在那里！ 爱因斯坦快疯了，他拒绝接受量子力学。 这一次，历史抛弃了爱因斯坦，量子力学的时代来临，到了1930年，几乎所有的主流物理学家都站在了量子力学的那一边——就像当初他们站在相对论这边一样。 爱因斯坦，被主流孤立了。 他会放弃自己的主见吗？ 不会，他不要再犯那个“宇宙常数”的错了。 1933年他定居美国，在大学里做教授，但他离群索居，与同事和家人渐渐疏远，他一直在找那个统一的理论，希望把宏观与微观统一起来，而不是像量子力学那样“胡闹”。 这样的苦苦求索一直到了1955年的那一天，76岁的爱因斯坦生病，他被送到医院时，医生说： “不要担心，这个病的诊疗方案已经很成熟，很快就能治好。” 但爱因斯坦拒绝治疗： “我想要离开时请让我离开，我已经完成了我该做的，一味地延长生命是毫无意义的，现在是该离去的时候了，我要优雅地离去。” 1955年4月18日晚，爱因斯坦在这个午夜的睡梦中安静地走了。 学校里最好的同事给他整理遗物，在他办公室的黑板上发现了好几个公式，而这几个公式计算后的结果是： 没有任何东西，是个死胡同... ... （完） 扩展： 当初相对论对于经典力学，是一次站在巨人肩膀上的飞跃，也就是说爱因斯坦与牛顿是同向的，只是相对论比经典力学解释的范围更大了。 但相对论和量子力学，却存在根基上的对立，相对论认为时空是连续的，只要坐标系定了，位置、速度都是唯一的，相对论认为一切运动都可以用计算精准的算出来。 而量子力学却正好相反，它认为在量子的世界里，速度、位置都是随机的，一切都是概率。 就像上一次麦克斯韦提出“光速是相对于谁的？”一样，物理学，再一次“陷入了危机”！ 而要统一「相对论」与「量子力学」的牛人在哪里？ 我不知道。 或许，是你的孩子，是你的孙子... ... 但终究有一天，这个世界的终极真理会被人类的大脑看破，就像哥白尼看破了天与地，像牛顿看破了万有引力，像麦克斯韦看破了电与磁，像爱因斯坦看破了光一样，告诉世人： ——宏观和微观，其实是一回事。 你看，是这样的... ... 系列阅读： |
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