愛因斯坦(3)_學達書庫

三

　　關於「第二朵烏雲」，開耳芬在文章中簡單回顧了能量均分學說產生的過程，分析了該理論所遇到的困難，特別指出了一些理論計算值與實際觀測值之間的偏離。他說：「事實上，玻耳茲曼—麥克斯韋學說的偏差比我們列舉的還要大。」並斷言：「與觀察的明顯偏離絕對足以否證玻耳茲曼—麥克斯韋學說。」

　　經典物理學遭遇到了一場深重的危機，而危機正是科學革命的前夜。儘管開耳芬勳爵只提到了兩朵烏雲，實際上19世紀物理學的上空幾乎已是烏雲密佈了。然而這位在物理學史上素以保守著稱的英國爵士，似乎以超人的洞察力揭示的兩個難題，竟與此後物理學上兩個偉大的理論革命有著密切的聯繫。

　　大放光彩的一年

　　1905年作為物理學史上光輝燦爛的一年，永久載入了科學史冊。在這一年，愛因斯坦完成了6篇使科學領域發生巨變的劃時代論文，其中3篇發表在德國萊比錫出版的《物理學雜誌》的同一卷上。1905年的第一篇論文，他是在26歲生日（3月14日）之後的第3天完成的。它證明光是由不連續的微小顆粒或者叫做光量子的微粒所組成的。今天，量子原理幾乎影響了所有的物理學分支，它闡明了自然界中連續體所具有的基本的微粒狀態。在3篇論文中，愛因斯坦提出了一種測量分子大小的新方法，並證實布朗運動顯示原子是存在的，大大推動了原子理論和統計力學的發展。而其餘兩篇論文，愛因斯坦創立了狹義相對論，引起了物理學思想和觀念的革命，開創了物理學的新紀元。他幾乎同時在相對論、光量子理論和分子運動論這三個不同領域裡齊頭並進，並取得具有重大意義的成果。自從23歲的伊薩克·牛頓在1665年到1666年由於鼠疫流行而避居鄉間期間，發明微積分並發展了引力理論以後，科學界一直沒有取得過如此豐碩的創造性成果。

　　1905年快過去100年了，我們即將跨越一個新的世紀之交。我們回首這要過去的一個世紀，物理學取得了驚人的進展，這些進展是與一個偉大的名字愛因斯坦分不開的。1949年獲得諾貝爾獎的法國物理學家戴布勞格利說過一段話：「20世紀上半葉取得了物理學上最驚人的突破，這成為科學史上輝煌的一章。就在這短短的幾十年中，物理學中聳立起兩座豐碑，它們在今後幾個世紀中將一直巍然屹立著，這就是相對論和量子理論。相對論是阿爾伯特·愛因斯坦富有創造力的思想的成果。量子理論的首塊基石由普朗克奠定，但量子理論中的最重要的進展也應歸功於愛因斯坦。」而愛因斯坦在這兩個偉大理論中的貢獻，正是發端於他在1905年所寫的論文。

　　在1905年短短的幾個月中，愛因斯坦創造了如此豐富的科學研究成果，確實是科學史上的奇跡。更令人欽佩的是，所有這些貢獻竟是一個在學術機構大門以外默默無聞工作於伯爾尼專利局的年輕小職員做的。他在完成本職工作的前提下，完全靠利用業餘時間自己摸索，沒有任何的學術聯繫，甚至和這一行的前輩也基本上沒有接觸，更沒有名師指導。

　　若干年以後，他在與自己的學生利奧波特·英費爾德談起自己的科學經歷時說，一直到30歲左右，他還從來沒有見到過一位真正的理論物理學家。英費爾德曾風趣地補充說：「除非是在鏡子裡。」然而愛因斯坦成功了。這需要多麼大的毅力！他付出了多麼大的代價！正如愛因斯坦自己在1933年所寫的那樣：「一旦這種想法的正確性得到了承認，最後成果就水到渠成了。任何聰明的大學生理解這些成果都不會有什麼困難。但是，在一個人茅塞頓開、恍然大悟之前，在黑暗中探索他能感受到但又表達不出的真理的那些年代裡，那種強烈的求知欲望，那種時而有信心時而又產生疑慮的心理變化，只有親身經歷的人才能知道是什麼滋味。」

　　2.科學道路上的新起步

　　分子存在嗎

　　愛因斯坦最初發表的幾篇論文，都是關於分子運動論和熱力學方面的。1902年的《熱平衡的運動和熱力學第二定律》和1903年的《熱力學基礎理論》兩篇論文，他是在不知道玻爾茲曼和吉布斯已經發表而且事實上已經把問題徹底解決了的早期研究工作的情況下，獨立地搞出了統計力學這門學科。他還以玻爾茲曼和吉布斯都做不到的方式認真地對待這門學科，把它作為最終證明物質的原子本性的理論基礎。他研究統計理論有一個明確的目的，就是要用來測定分子的實際大小，並盡可能地確證有確定的大小的原子的存在，以解決當時科學思想戰線上爭論最激烈的問題：原子和分子究竟是否存在？

　　1827年的一天，英國植物學家布朗坐在顯微鏡前，觀察撒在水裡的花粉。他注意到，飄浮在水中的植物花粉一刻也不靜止，而是像跳一種

　　「塔蘭台拉」舞那樣無規則地跳來跳去，仿佛被某種看不見的力量踢來踢去似的。他當即在實驗報告中記下了這個奇怪的現象，他無法進行解釋，所以一直沒有發表。布朗去世後，人們才在他的文件堆裡找到這份躺了近40年的實驗報告。後來，人們以發現者的名字把這種微粒的無規則行為稱作布朗運動。

　　在這之後好多年，科學家一直都不能解釋微粒的這種極度緊張的行為。無數學者為解釋這種現象的奧秘，作了種種徒勞的努力。到了19世紀80年代，法國物理學家古伊提出了一種看法。他認為，花粉粒子或其他物質的粒子是受到周圍分子的撞擊而作這種不規則的布朗運動的。看不見的分子運動引起了看得見的花粉運動。

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