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1896年10月，愛因斯坦跨進(jìn)了蘇黎世工業(yè)大學(xué)的校門，在師范系學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和物理學(xué)。他對學(xué)校的注入式教育十分反感，認(rèn)為它使人沒有時間、也沒有興趣去思考其他問題。幸運(yùn)的是，窒息真正科學(xué)動力的強(qiáng)制教育，在蘇黎世的聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)要比其他大學(xué)少得多。愛因斯坦充分的利用學(xué)校中的自由空氣，把精力集中在自己所熱愛的學(xué)科上。在學(xué)校中，他廣泛的閱讀了赫爾姆霍茲、赫茲等物理學(xué)大師的著作，他最著迷的是麥克斯韋的電磁理論。他有自學(xué)本領(lǐng)、分析問題的習(xí)慣和獨(dú)立思考的能力。
早期工作
1900年，愛因斯坦從蘇黎世工業(yè)大學(xué)畢業(yè)。由于他對某些功課不熱心，以及對老師態(tài)度冷漠，被拒絕留校。他找不到工作，靠做家庭教師和代課教師過活。在失業(yè)一年半以后，關(guān)心并了解他才能的同學(xué)格羅斯曼向他伸出了援助的手。格羅斯曼設(shè)法說服自己的父親把愛因斯坦介紹到瑞士專利局去作一個技術(shù)員。他利用業(yè)余時間開展科學(xué)研究。
愛因斯坦終身感謝格羅斯曼對他的幫助。在悼念格羅斯曼的信中，他談到這件事時說，當(dāng)他大學(xué)畢業(yè)時，“突然被一切人拋棄，一籌莫展的面對人生。他幫助了我，通過他和他的父親，我后來才到了哈勒(時任瑞士專利局局長)那里，進(jìn)了專利局。這有點(diǎn)象救命之恩，沒有他我大概不致于餓死，但精神會頹唐起來。”
1900～1904年，愛因斯坦每年都寫出一篇論文，發(fā)表于德國《物理學(xué)雜志》。頭兩篇是關(guān)于液體表面和電解的熱力學(xué)，企圖給化學(xué)以力學(xué)的基礎(chǔ)，以后發(fā)現(xiàn)此路不通，轉(zhuǎn)而研究熱力學(xué)的力學(xué)基礎(chǔ)。1901年提出統(tǒng)計力學(xué)的一些基本理論，1902～1904年間的三篇論文都屬于這一領(lǐng)域。
1904年的論文認(rèn)真探討了統(tǒng)計力學(xué)所預(yù)測的漲落現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)能量漲落取決于玻爾茲曼常數(shù)。它不僅把這一結(jié)果用于力學(xué)體系和熱現(xiàn)象，而且大膽地用于輻射現(xiàn)象，得出輻射能漲落的公式，從而導(dǎo)出維恩位移定律。漲落現(xiàn)象的研究，使他于1905年在輻射理論和分子運(yùn)動論兩方面同時做出重大突破。
1905年的奇跡
1905年，愛因斯坦在科學(xué)史上創(chuàng)造了一個史無前例奇跡。這一年他寫了六篇論文，在三月到九月這半年中，利用在專利局每天八小時工作以外的業(yè)余時間，在三個領(lǐng)域做出了四個具有劃時代意義的貢獻(xiàn)，他發(fā)表了關(guān)于光量子說、分子大小測定法、布朗運(yùn)動理論和狹義相對論這四篇重要論文。特別是狹義相對論的建立和光量子論的提出，推動了物理學(xué)理論的革命。
1905年3月，愛因斯坦將自己認(rèn)為正確無誤的論文送給了德國《物理年報》編輯部。他靦腆的對編輯說：“如果您能在你們的年報中找到篇幅為我刊出這篇論文，我將感到很愉快。”這篇“被不好意思”送出的論文名叫《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個推測性觀點(diǎn)》。這篇論文把普朗克1900年提出的量子概念推廣到光在空間中的傳播情況，提出光量子假說。認(rèn)為：對于時間平均值，光表現(xiàn)為波動；而對于瞬時值，光則表現(xiàn)為粒子性。這是歷史上第一次揭示了微觀客體的波動性和粒子性的統(tǒng)一，即波粒二象性。1921年，愛因斯坦因?yàn)椤肮怆娦?yīng)定律的發(fā)現(xiàn)”這一成就而獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。
這才僅僅是開始，愛因斯坦在光、熱、電物理學(xué)的三個領(lǐng)域中齊頭并進(jìn)，一發(fā)不可收拾。1905年4月，愛因斯坦完成了《分子大小的新測定法》，并以該論文取得蘇黎世大學(xué)的博士學(xué)位。5月完成了《熱的分子運(yùn)動論所要求的靜液體中懸浮粒子的運(yùn)動》。這是兩篇關(guān)于布朗運(yùn)動的研究的論文。愛因斯坦當(dāng)時的目的是要通過觀測由分子運(yùn)動的漲落現(xiàn)象所產(chǎn)生的懸浮粒子的無規(guī)則運(yùn)動，來測定分子的實(shí)際大小，以解決半個多世紀(jì)來科學(xué)界和哲學(xué)界爭論不休的原子是否存在的問題。三年后，法國物理學(xué)家佩蘭以精密的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了愛因斯坦的理論預(yù)測。
1905年6月，愛因斯坦完成了開創(chuàng)物理學(xué)新紀(jì)元的長論文《論運(yùn)體的電動力學(xué)》，完整的提出了狹義相對論。這是愛因斯坦10年醞釀和探索的結(jié)果，它在很大程度上解決了19世紀(jì)末出現(xiàn)的古典物理學(xué)的危機(jī)，改變了牛頓力學(xué)的時空觀念，揭露了物質(zhì)和能量的相當(dāng)性，創(chuàng)立了一個全新的物理學(xué)世界，是近代物理學(xué)領(lǐng)域最偉大的革命。狹義相對論不但可以解釋經(jīng)典物理學(xué)所能解釋的全部現(xiàn)象，還可以解釋一些經(jīng)典物理學(xué)所不能解釋的物理現(xiàn)象，并且預(yù)言了不少新的效應(yīng)。狹義相對論最重要的結(jié)論是質(zhì)量守恒原理失去了獨(dú)立性，他和能量守恒定律融合在一起，質(zhì)量和能量是可以相互轉(zhuǎn)化的。其他還有比較常講到的鐘慢尺縮、光速不變、光子的靜止質(zhì)量是零等等。而古典力學(xué)就成為了相對論力學(xué)在低速運(yùn)動時的一種極限情況。這樣，力學(xué)和電磁學(xué)也就在運(yùn)動學(xué)的基礎(chǔ)上統(tǒng)一起來。
1905年9月，愛因斯坦寫了一篇短文《物體的慣性同它所含的能量有關(guān)嗎？》，作為相對論的一個推論。質(zhì)能相當(dāng)性是原子核物理學(xué)和粒子物理學(xué)的理論基礎(chǔ)，也為20世紀(jì)40年代實(shí)現(xiàn)的核能的釋放和利用開辟了道路。
在這短短的半年時間，愛因斯坦在科學(xué)上的突破性成就，可以說是“石破天驚，前無古人”。即使他就此放棄物理學(xué)研究，即使他只完成了上述三方面成就的任何一方面，愛因斯坦都會在物理學(xué)發(fā)展史上留下極其重要的一筆。愛因斯坦撥散了籠罩在“物理學(xué)晴空上的烏云”，迎來了物理學(xué)更加光輝燦爛的新紀(jì)元。
支持“廣義相對論”背后的數(shù)學(xué)工具
狹義相對論建立后，愛因斯坦并不感到滿足，他力圖把相對性原理的適用范圍推廣到非慣性系。他從伽利略發(fā)現(xiàn)的引力場中一切物體都具有同一加速度這一古老實(shí)驗(yàn)事實(shí)找到了突破口，于1907年提出了等效原理。在這一年，他的大學(xué)老師、著名幾何學(xué)家閔可夫斯基提出了狹義相對論的四維空間表示形式，為相對論進(jìn)一步發(fā)展提供了有用的數(shù)學(xué)工具，可惜愛因斯坦當(dāng)時并沒有認(rèn)識到它的價值。
等效原理的發(fā)現(xiàn)，愛因斯坦認(rèn)為是他一生最愉快的思索，但以后的工作卻是十分艱苦，并且走了很大的彎路。1911年，他分析了剛性轉(zhuǎn)動圓盤，意識到引力場中歐氏幾何并不嚴(yán)格有效。同時還發(fā)現(xiàn)洛倫茨變化不是普適的，等效原理只對無限小區(qū)域有效……。這時的愛因斯坦已經(jīng)有了廣義相對論的思想，但他還缺乏建立它所必需的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。
1912年，愛因斯坦回到蘇黎世母校工作。在他的同班同學(xué)、母校任數(shù)學(xué)教授的格羅斯曼幫助下，他在黎曼幾何和張量分析中找到了建立廣義相對論的數(shù)學(xué)工具。經(jīng)過一年的奮力合作，他們于1913年發(fā)表了重要論文《廣義相對論綱要和引力理論》，提出了引力的度規(guī)場理論。這是首次把引力和度規(guī)結(jié)合起來，使黎曼幾何獲得實(shí)在的物理意義。
不過他們當(dāng)時得到的引力場方程只對線性變換是協(xié)變的，還不具有廣義相對論原理所要求的任意坐標(biāo)變換下的協(xié)變性。這是由于愛因斯坦當(dāng)時不熟悉張量運(yùn)算，錯誤的認(rèn)為，只要堅持守恒定律，就必須限制坐標(biāo)系的選擇，為了維護(hù)因果性，不得不放棄普遍協(xié)變的要求。
進(jìn)入科學(xué)研究創(chuàng)新的第二個高峰
從1915年到1917年的這三年，愛因斯坦進(jìn)入了他科學(xué)研究創(chuàng)新的第二個高峰，就像1905年那樣，他也在三個不同領(lǐng)域中分別取得了歷史性的成就。除了1915年最后建成了被公認(rèn)為人類思想史中最偉大的成就之一的廣義相對論以外，1916年在輻射量子方面提出引力波理論，1917年又開創(chuàng)了現(xiàn)代宇宙學(xué)。
1915年7月以后，愛因斯坦在走了兩年多彎路后，又回到普遍協(xié)變的要求。1915年10月到11月，他集中精力探索新的引力場方程，于11月4日、11日、18日和25日一連向普魯士科學(xué)院提交了四篇論文。
在第一篇論文中他得到了滿足守恒定律的普遍協(xié)變的引力場方程，但加了一個不必要的限制。第三篇論文中，根據(jù)新的引力場方程，推算出光線經(jīng)過太陽表面所發(fā)生的偏轉(zhuǎn)是1.7弧秒，同時還推算出水星近日點(diǎn)每100年的進(jìn)動是43秒，完滿解決了60多年來天文學(xué)的一大難題。
1915年11月25日的論文《引力的場方程》中，他放棄了對變換群的不必要限制，建立了真正普遍協(xié)變的引力場方程，宣告廣義相對論作為一種邏輯結(jié)構(gòu)終于完成了。1916春天，愛因斯坦寫了一篇總結(jié)性的論文《廣義相對論的基礎(chǔ)》；同年底，又寫了一本普及性的小冊子《狹義與廣義相對論淺說》。
1916年6月，愛因斯坦在研究引力場方程的近似積分時，發(fā)現(xiàn)一個力學(xué)體系變化時必然發(fā)射出以光速傳播的引力波，從而提出引力波理論。1979年，在愛因斯坦逝世24年后，間接證明了引力波存在。
1917年，愛因斯坦用廣義相對論的結(jié)果來研究宇宙的時空結(jié)構(gòu)，發(fā)表了開創(chuàng)性的論文《根據(jù)廣義相對論對宇宙所做的考察》。論文分析了“宇宙在空間上是無限的”這一傳統(tǒng)觀念，指出它同牛頓引力理論和廣義相對論都是不協(xié)調(diào)的。他認(rèn)為，可能的出路是把宇宙看作是一個具有有限空間體積的自身閉合的連續(xù)區(qū)，以科學(xué)論據(jù)推論宇宙在空間上是有限無邊的，這在人類歷史上是一個大膽的創(chuàng)舉，使宇宙學(xué)擺脫了純粹猜想的思辨，進(jìn)入現(xiàn)代科學(xué)領(lǐng)域。
漫長艱難的探索
廣義相對論建成后，愛因斯坦依然感到不滿足，要把廣義相對論再加以推廣，使它不僅包括引力場，也包括電磁場。他認(rèn)為這是相對論發(fā)展的第三個階段，即統(tǒng)一場論。
1925年以后，愛因斯坦全力以赴去探索統(tǒng)一場論。開頭幾年他非常樂觀，以為勝利在望；后來發(fā)現(xiàn)困難重重，他認(rèn)為現(xiàn)有的數(shù)學(xué)工具不夠用；1928年以后轉(zhuǎn)入純數(shù)學(xué)的探索。他嘗試著用各種方法，但都沒有取得具有真正物理意義的結(jié)果。 在1925年～1955年這30年中，除了關(guān)于量子力學(xué)的完備性問題、引力波以及廣義相對論的運(yùn)動問題以外，愛因斯坦幾乎把他全部的科學(xué)創(chuàng)造精力都用于統(tǒng)一場論的探索。
1937年，在兩個助手合作下，愛因斯坦從廣義相對論的引力場方程推導(dǎo)出運(yùn)動方程，進(jìn)一步揭示了空間——時間、物質(zhì)、運(yùn)動之間的統(tǒng)一性，這是廣義相對論的重大發(fā)展，也是愛因斯坦在科學(xué)創(chuàng)造活動中所取得的最后一個重大成果。 在統(tǒng)一場論方面，他始終沒有成功，他從不氣餒，每次都滿懷信心底從頭開始。由于他遠(yuǎn)離了當(dāng)時物理學(xué)研究的主流，獨(dú)自去進(jìn)攻當(dāng)時沒有條件解決的難題，因此，同20年代的處境相反，他晚年在物理學(xué)界非常孤立。可是他依然無所畏懼，毫不動搖地走他自己所認(rèn)定的道路，直到臨終前一天，他還在病床上準(zhǔn)備繼續(xù)他的統(tǒng)一場論的數(shù)學(xué)計算。
最偉大的科學(xué)家的風(fēng)格
愛因斯坦因?yàn)樵诳茖W(xué)上的成就，獲得了許多獎狀以及名譽(yù)博士的授予證書。如果一般人就會把這些東西高高掛起。可是愛因斯坦把以上的東西，包括諾貝爾獎獎狀一起亂七八糟地放在一個箱子里，看也不看一眼。英費(fèi)爾德說他有時覺得愛因斯坦可能連諾貝爾獎是什么意義都不知道。據(jù)說他在得獎的那一天，臉上和平日一樣平靜，沒有顯出特別高興或興奮。
少年時代的愛因斯坦在瑞士生活時，過的是窮學(xué)生的生活，他對物質(zhì)生活要求不高，有一碟意大利面條加上一點(diǎn)醬他就感到很滿意。成名后，成為教授以及后來為了躲避納粹的迫害移民美國，他是有條件過很好的物質(zhì)享受的，但是他仍保留像窮學(xué)生那樣簡樸無華的生活。
當(dāng)愛因斯坦來到普林斯頓的高等科學(xué)研究所工作時，當(dāng)局給了他相當(dāng)?shù)母咝僵ぉつ晷揭蝗f六千美元，他卻說：“這么多錢，是否可以給我少一點(diǎn)？給我三千美元就夠了。”
愛因斯坦對自己的衣著也是不注意的，長年披著一件黑色皮上衣，不穿襪子，不結(jié)領(lǐng)帶，褲子有時既沒有綁皮帶也沒有吊帶，他和人在黑板前討論問題時，一面寫黑板，一面要把那像要滑下的褲子用手拉住，這種情形是有些滑稽，而他的頭發(fā)卻留得長長的，不加修飾。這對當(dāng)年“貴族學(xué)府”普林斯頓大學(xué)的學(xué)生來說是驚異的事，難怪他們要希望上帝叫他把頭發(fā)剪掉。
愛因斯坦是很節(jié)儉的人，他在計算的紙上是兩面都寫，而且他把許多寄給他的信的信封裁開，當(dāng)作計算的草稿紙，不讓它們在進(jìn)了紙簍之前失掉可以再利用的價值。愛因斯坦在外出時經(jīng)常坐二、三等車，平時只吃一些簡單的食物。
愛因斯坦是很珍惜時間的人，他不喜歡參加社交活動與宴會，他曾諷刺地說：“這是把時間喂給動物園�！彼芯駥Ｐ牡你@研，他不希望寶貴的時間消耗在無意義的社交談話上。他也不想聽那些奉承和贊揚(yáng)的話。他認(rèn)為：“一個以偉大的創(chuàng)造性觀念造福于全世界的人，不需要后人來贊揚(yáng)。他的成就本身就已經(jīng)給了他一個更高的報答�！�1929年3月，為了躲避五十壽辰的慶�；顒�，他在生日前幾天，就秘密跑到柏林近郊的一個花匠的農(nóng)舍里隱居起來。
作為物理學(xué)革命中的偉大科學(xué)巨匠，愛因斯坦從來沒有自認(rèn)為是一個超人。他認(rèn)識到，自己所走的道路是前人走過的道路的延伸，科學(xué)的新時代是在前人工作基礎(chǔ)上的合理發(fā)展，因此他總是抱著感激和敬仰的心情贊賞前人的貢獻(xiàn)。
在談到相對論的創(chuàng)立時，他說：“相對論實(shí)在可以說是對麥克思韋和洛倫茲的偉大構(gòu)思畫了最后一筆，因?yàn)樗D把場物理學(xué)擴(kuò)充到包括引力在內(nèi)的一切現(xiàn)象�！睈垡蛩固乖鴰状卧谛胖袑潛P(yáng)他的成就的朋友寫道：“我完全知道我沒有什么特殊的才能：興趣、專一、頑強(qiáng)工作，以及自我批評使我達(dá)到我想要達(dá)到的理想境界�！�
全人類命運(yùn)的關(guān)注者
愛因斯坦熱愛科學(xué)，也熱愛人類。他沒有因?yàn)槁耦^于科學(xué)研究而把自己置于社會之外，一直關(guān)心著人類的文明和進(jìn)步，并為之頑強(qiáng)、勇敢地戰(zhàn)斗。他說過：“人只有獻(xiàn)身于社會，才能找出那實(shí)際上是短暫而又有風(fēng)險的生命的意義”，他自己正是這樣去做的。
1914年10月，德國的科學(xué)界和文化界在軍國主義分子的操縱和煽動下，發(fā)表了所謂“文明世界的宣言”，為德國發(fā)動的侵略戰(zhàn)爭辯護(hù)，鼓吹德國高于一切，全世界都應(yīng)該接受“真正德國精神”。在“宣言”上簽名的有九十三人，都是當(dāng)時德國有聲望的科學(xué)家、藝術(shù)家和牧師等。就連能斯脫、 倫琴、奧斯特瓦爾德、普朗克等都在上面簽了字。當(dāng)征求愛因斯坦簽名時，他斷然拒絕了，而同時他卻毅然在反戰(zhàn)的《告歐洲人書》上簽上自己的名字。這一舉動震驚了全世界。
1917年，列寧領(lǐng)導(dǎo)的蘇聯(lián)社會主義革命勝利后，愛因斯坦熱情地支持這個偉大的革命，贊揚(yáng)這是一次對全世界將有決定性意義的、偉大的社會實(shí)驗(yàn)，表示：“我尊敬列寧，因?yàn)樗且晃挥型耆晕覡奚�、全心全意為�?shí)現(xiàn)社會正義而獻(xiàn)身的人。我并不認(rèn)為他的方法是切合實(shí)際的，但有一點(diǎn)可以肯定：象他這種類型的人，是人類良心的維護(hù)者和再造者�！�
1918年11月，德國工人和士兵在俄國十月革命勝利的影響和鼓舞下，發(fā)動起義，推翻了德皇威廉二世下臺第三天，愛因斯坦即給他的母親連續(xù)寫了兩張明信片，歡呼“偉大的事變發(fā)生了……親身經(jīng)歷了這個事變是多么榮幸！”
第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束前夕，美國在日本兩個城市上空投擲原子彈，當(dāng)愛因斯坦從無線電廣播得知此事，表示了強(qiáng)烈的不滿，說殺傷許多平民時令他感到非常痛心。戰(zhàn)后，他為開展反對核戰(zhàn)爭的和平運(yùn)動進(jìn)行了不懈的斗爭。他寫了一封告美國公民書，說：“我們將此種巨大力量解放的科學(xué)家們，對于一切事物都要優(yōu)先負(fù)起責(zé)任，必須限制原子能絕對不能使用來殺害全人類，而是用來增進(jìn)人類的幸福方面�！�1955年，愛因斯坦與羅素聯(lián)名發(fā)表了反對核戰(zhàn)爭和呼吁世界和平的《羅素—愛因斯坦宣言》。
韋伯先生的慧眼
愛因斯坦十六歲時報考瑞士蘇黎世的聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)工程系，可是入學(xué)考試卻告以失敗。看過他的數(shù)學(xué)和物理考卷的該校物理學(xué)家韋伯先生卻慧眼識英才，稱贊他：“你是個很聰明的孩子，愛因斯坦，一個非常聰明的孩子，但是你有一個很大的缺點(diǎn)：就是你不想表現(xiàn)自己�！�
韋伯先生是講對了，愛因斯坦在數(shù)學(xué)方面可以說是有“天才”，他在12歲到16歲時就已經(jīng)自學(xué)學(xué)會了解析幾何和微積分。而對于不想表現(xiàn)自己這個“缺點(diǎn)”，他也是“死不悔改”。他晚年寫給朋友的信中說：“我年青時對生活的需要和期望是能在一個角落安靜地做我的研究，公眾人士不會對我完全注意，可是現(xiàn)在卻不能了�！�
著名的電影演員查理．卓別林在他的影片《城市之光》于好萊塢首映之日，邀請愛因斯坦夫婦去看。愛因斯坦和卓別林走出汽車時，許多人發(fā)現(xiàn)愛因斯坦來看戲，大家圍攏歡呼，注意力都集中在他身上而不是卓別林。愛因斯坦不喜歡這樣的場面，問卓別林：“這是什么意思？”卓別林馬上安慰他：“這沒有什么�！�
“相對論”就是這樣被發(fā)現(xiàn)的
愛因斯坦太太曾對查理·卓別林講述愛因斯坦發(fā)現(xiàn)相對論時工作的情形。后來卓別林把這事記在他的自傳里。這故事倒是可以看出愛因斯坦在這歷史性發(fā)現(xiàn)的時刻是怎么樣子工作的：“博士像往常那樣穿著睡袍下樓吃早餐，可是那一天卻什么也沒動。我想一定有什么問題發(fā)生，我問他什么事使他魂不守舍？ 他回答：“親愛的！我得到一個巧妙的想法。”
喝完咖啡后，他就走到鋼琴前開始彈奏起來。幾次停下來在紙上記錄一些東西，然后重復(fù)地說：“我得到一個巧妙的想法，非常美妙的想法�！�
他說：“這是很困難的，我仍需要進(jìn)行工作�！�
他繼續(xù)玩鋼琴，并且寫下一些東西，這樣半小時之久，然后走上樓去他的研究室，并且告訴我不要打擾他，他就一直留在房子里兩星期。每天我上樓把食物送給他，傍晚時他就散一會兒步當(dāng)作運(yùn)動，然后回來繼續(xù)他的工作。
最后他走下樓來，臉色顯得蒼白�！斑@里就是我的發(fā)現(xiàn)！”他把兩張紙放在桌上，這就是他的“相對論”。
成功的秘訣
有一次，一個美國記者問愛因斯坦關(guān)于他成功的秘決。他回答：“早在1901年，我還是二十二歲的青年時，我已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了成功的公式。我可以把這公式的秘密告訴你，那就是A=X+Y+Z! A就是成功，X就是努力工作，Y是懂得休息，Z是少說廢話！這公式對我有用，我想對許多人也是一樣有用�！�
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