书城科普爱因斯坦自述
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第15章

生命总行进于坎坷曲折的路上,而人生就是一次历险。有的危险是外在的:不慎从高处跌落而受伤,因不可控的因素而失去工作,被冤枉,被流言蜚语所摧毁。还有各种各样的危险潜伏在人类社会的内部,这些危险都有一种偶然性,寻找不到它们发生的规律。人类社会就整体来看,好像是比较稳定的。然而若是从道德和审美的角度来衡量,毫无疑问它并不完美。不过,即便会出现各种各样的意外,人们在社会中依旧感到较为安全,感觉到它对待人们的亲切。人们就像呼吸空气一样自然地接受社会施加的各种束缚,其中包括习俗、理想和道德标准等等,它们一起构成了文明社会的基础,是人类所共有的神圣遗产。

的确,人们的安全感因为第一次世界大战而产生了动摇。个人被压制,生命遭到轻视乃至被剥夺。说谎成了政客们的惯用伎俩。可是一般人依旧觉得,战争不是人为的,属于外来事件,它对人类的正常生活产生干扰,并且被普遍认为是罪恶而不幸的。总的来说,一次世界大战并没有在很大程度上影响到人类的目的和价值的安全感。

政治事件产生的影响,远不如社会心理那般深远。

国际联盟的创建,以及国家之间的集体安全制度的建立,首先被当成是一个看似光明的进步。之后又产生了法西斯国家,它所带来的是一而再、再而三地撕毁条约,赤裸裸的暴行,以及对个人和国家的侵犯。集体安全制度就这么变成了废墟,直至今天,我们依旧无法估量这种崩溃带来的后果。它明显揭示了一些国家领导集团的缺乏责任感以及愚蠢,同样揭示了那些暂时安全的民主国家领导集团自私而狭隘的心理,在这种私心的驱使下,他们放任局势糜烂以至于无可收拾。

局势的不断恶化超出了人们的想象。欧洲莱茵河以东的人民惨遭迫害与压迫,年轻人被华丽的谎言所腐蚀,而知识分子则没有了自由。世界的其余部分也被政治冒险家的谎言所愚弄。整整一代人的懦弱体现在社会的各个方面,前几代人凭借力量和气魄,通过痛苦的斗争和巨大的牺牲而争取到的自由,在他们的手中一点点失去。

因为这些想法的存在,使得我现在的生活始终被阴影所笼罩,而在十年之前,我还满怀信心。正因如此,在我重读十年前写下的东西时,禁不住感慨万千,百感交集。

虽然现代的各种事件将无法想象的痛苦施加于人类,然而人类却没有产生很大改变。后代的青年在读到我们今天的历史时,除了看到他们祖先的愚蠢之外,将一无所获。

自由和科学

争论哪一种对基本价值的判断是正确的,是一件毫无意义的事。比如说,对于“将人类从地球上完全消灭掉”这一观念,人们就无法从纯理性的角度将之驳倒。然而,针对那些人们一致赞同的做法,大家就可以合理地表达自己的看法。在这里,我要说两个没有人会反对的目标。

1.部分的生产足以提供人类的健康和生活所必需的资料。

2.物质上的满足固然是幸福生活的前提,然而幸福生活更主要的方面,在于人们能够发展自己艺术和理智上的才能。

我们要促进一切科学工作,即深入探究自然规律和社会规律,才能更好地实现第一个目标。因为自然的各个部分是相互联系的,而科学工作是属于自然这个整体的一部分,人们在这方面的认识还有待深入。然而,只有在知识分子拥有言论自由和教学自由的前提下,才有可能实现科学的进步。我所谓的自由指的是:每个人都不会因言而获罪。发展和推广科学的一个必要前提就是交换的自由,它关涉到极为重大的实际意义。自由的第一道保护墙首先是法律。然而仅凭法律还不足以保障自由,全体人民都能拥有宽容的精神,自由才能得到最切实的保障。我们还要走一段漫长的道路才能实现这种自由,然而我们还是要坚持不懈地努力,以推动这种自由的早日到来。

我们必须要实现第二种自由,才能实现上述的第二个目标,即尽可能地发展每个人的艺术和理智才能。人绝不应当把自己的所有能量都消耗在谋生活动中。缺乏了这第二种自由,言论自由就失去了意义。为这种自由的实现提供可能性的,就在于技术进步和合理分工。

而要想发展科学,或者无论发展哪种创造性精神,内心的自由都是不能缺少的。无论是权威或社会的偏见,还是世俗的习惯,都无法束缚这种精神上的自由。大自然赠与了人类这种内心的自由,每个人都应该将之当成自己的一个目标,它的发展决不能受到社会的干涉。学校通过权威对青年人内心自由的发展施加影响的行为,应该坚决制止。并且,学校更应该做的事,是鼓励学生进行独立思考。人类的物质生活和精神生活若想得到改进,就必须同时发展并完善外在的自由和内心的自由。

什么是E=mc2?

当相对论尚未出现之时,有两条彼此互不相干的守恒原理(也称“平衡”原理)在物理学中有着很高的地位。它们就是能量守恒原理和质量守恒原理,我们有必要先温习一下这两条原理,才能更好地理解质能相当性定律。能量守恒定律是莱布尼茨早在十七世纪的时候就已经提出的一条原理。到了十九世纪,就本质而言它成了力学原理的一个推论,因而也得到了很大的发展。比如一个摆,它的锤来回摆动于A点和B点之间。我们设定m表示锤的质量,C表示它经过两点之间的最低处,h表示它高出两点的距离(见图二)。摆锤在C处的时候获得了速度v,可这时它就没法再升高了,就好像提升的高度都转换成了速度,相反也是一样。我们可以用公式“mgh=m/2v2”表示这种关系,在这里,g表示的是重力加速度。这个公式明白地说明了,摆的长度和摆锤运动时经过的路线形状都不会影响这个关系。

在这个过程之中,有一种重要的东西始终都保持不变,即能量。当处于A和B这两个位置时,它拥有位置的能量,即“势能”;当处于C这个位置时,它拥有运动的能量,即“动能”。这个概念如果没有错误,那么,无论摆在哪个位置,只要v表示摆锤在路程中某个点的速度,h表示超过c的高度,mgh+mv2/2的数值都应该固定不变。这个结论得到了实验的支持,因而这条原理也得到了推广。另一条定律,即“机械能守恒定律”也由它带了出来。然而我们要考虑一下,若是摆因为摩擦而停止,会有什么状况发生呢?通过研究热现象,人们发现了答案。热这种物质无法被毁灭,它总是从热体向冷体流动,此中是否又出现了一条“热守恒原理”呢?很久之前我们就了解到,通过摩擦能够生热,比如印第安人以前用摩擦来取火,就是对这一现象的运用。物理学家长久以来都无法令人信服地解释这种热的“由来”。现在我们明白了,必须消耗一份在数量上有着准确比例的能量进行摩擦,才可以产生与此对应的数量的热。因此,“功热相当”的原理就出现了。还是拿这个摆来说,机械能在摩擦过程中一点点转化成了热。

机械能守恒和热能守恒这两条原理,既然道理一样,那么,也就能将之合并为一条原理。物理学家在经过此次原理的合并之后认为,其他领域,乃至包括化学过程和电磁过程也应该能被囊括在守恒原理之内。简单来说,他们想用这个原理解释所有领域中的现象。在我们的物理体系中,似乎存在着一个能量总和,无论出现了什么变化,它的总量始终不变。

那么,质量守恒原理又是什么呢?对物体的重量的度量产生了质量(重力质量),也可以说,它是由物体对它的加速度的阻力的反抗来定义的(惯性质量)。这两句话都是质量的概念,并且都没有错误,通过这两种方式得到的数值是一样的,这简直令人吃惊。从“无论产生什么化学变化或物理变化,质量保持不变”这条原理能够发现,质量具有不变性,是物质最根本的特征之一。无论你是将之加热、熔解、汽化,还是将之结合为化学化合物,都无法改变它的总质量。

物理学家直到几十年之前,都还对这条原理深信不疑。然而,当狭义相对论出现之后,它的光荣也就至此终结了。因此,我们现在看到,质量守恒原理成了能量守恒原理的一部分,就如同大概六十年前一样,热守恒原理和机械能守恒原理相互结合,也可以说热守恒原理被能量守恒原理所吞并,整个领域都被这些原理的结合体所占领。

虽然不甚精确,然而我们还是习惯于用这样一个公式表示质能相当性,即E=mc2,在这里,c表示的是光速(约30万公里每秒),E表示的是静止物体所具有的能量,m表示其质量。公式的含义就是,物体在静止之时,其质量乘以光速的平方就是其所含的能量。光速的数值是非常大的,换而言之,哪怕是几克重的物体,也蕴含着巨大的能量。可是,既然是这样,人们为什么长久以来都没有注意到这一点呢?答案其实非常简单,它只要不向外放出能量,你就无法观察到其能量变化。比如说,有个人极为富有,而他却从不花钱,那么,谁也不知道他到底有多少钱,那个人的钱,就相当于物体的能量。

我们再考虑物体的质量。能量E若是增大,从公式推断,质量即E/c2也必然随之增加。我们很容易就能将一个物体加热10℃,若是加热的时候对其质量变化进行测量,这个公式的有效性不就可以得到验证了吗?然而困难却在于:在这个分数中,分母即c2的数值极大,在这样的情况下,质量的增加就极不明显,其变化也就难以测量。

必须大大增加物体能量的变化,才有可能量出质量的增加。在有一个领域之中,每个单位的质量都会有大量的能量释放出来,即放射性蜕变。对此过程我们要简单加以说明:一个质量是M的原子在分裂过后,会成为质量是M’和M’’的两个新原子,两个原子在分离之时,各自都会带着巨大的动能。当这两个新原子静止下来之后,其运动能量已经消耗掉了。因此,从相当性原理可以推出,蜕变产物的质量的总和M’+M’’,必定要少于蜕变原子的原来质量M,所以,两个新原子的能量之和要少于原来的原子。这一点也揭示了,相当性原理跟旧的质量守恒原理是不一致的,大概会有千分之一个数量级的差别。

实际上我们无法称量出单个原子的重量,然而,运用间接的方法,它们的重量依旧能被准确地量出。我们能够测定出蜕变产物M’和M’’的动能,量出来之后,就能对这个相当性公式加以检验和证实了。同样,通过这条定律,原子量也能被精密地测出,如此一来,我们就能预先算出任何一种原子蜕变会放出的能量有多少。然而,这种蜕变到底能否或者怎样实现,无法从这条定律中找到答案。

这里还用前面用过的那个有钱人的例子,来说明我前面的理论叙述。我们将有钱人看成原子M。原子M是个有钱的守财奴,终其一生一分钱(能量)都不花。然而,在他将死之际,在遗嘱中将自己的财产分别留给两个儿子M’和M’’,然而,两个儿子在拿到遗产的前后,还要给政府上交一定的“遗产税”,上交的数目不多,约占遗产(能量或者质量)总量的千分之一。很明显,纳过遗产税之后,两个儿子的钱加起来要少于父亲的那些钱(质量M’+M’’少于放射性原子的质量M)。看起来上交的遗产税并不多,然而就动能而言,其能量却是巨大的!现在,我们正在受到这个东西的威胁。这个问题极为迫切,我们必须想办法将这种威胁解除。

论古典文学

在我们的身边,有些人仅仅是看看报纸,稍好一些的,顶多也就是翻翻当代作家的几本书,我觉得,他们就如同是一个眼睛高度近视却又不戴眼镜的人。他们看不到也听不到其他的东西,彻底被淹没在了时代的潮流之中。一个人若是不参考其他人的经验和思想,而把自己禁锢在自己的小圈子里,那么,他就是做得再出色,其成功的价值也有限,其生活也定然是乏味单调的。

在此前一个世纪当中,只有寥寥几位拥有高雅鉴赏力和清晰思想的启蒙者。他们留下的着作,是人类最为珍贵的财富。正是这寥寥几位的古代作家,将中世纪的人从蒙昧的迷信和无知中逐渐解救了出来,我们要感谢他们。而当前我们最紧要的任务,莫过于消除现代人们身上的俗气和势利了。

培养独立思考的教育

专业教育中存在太多不足,它不能使受教育者得到身心的全面发展,而只会把人变成一种机械性的工具。教育的根本,在于让学生能深入地体会和理解价值的含义,并对之产生一定的感情。还有一个最起码的要求就是,让学生具有一定的辨别道德高低及明辨是非的能力。否则,学生就不能算是一个真正意义上的人,而只能是像动物园中被训练过的动物一样机械。学生不仅要掌握一定的知识,更应该进入到社会和生活中去,体察人间百态,学会跟人打交道,如此这般,学生才不会变成一个只会机械性的工作而没有感情的动物,才能成为一个有血有肉、有感情有思想的真正的人。

受教育者只能在接触社会的过程中才能学到上述这些东西,而专业教育和课本,最保守地来说,是无法使学生全面掌握这些素质的。而保存文化和建设文化的一个重要方式和来源,也就在于此。上面所谈的那些,才是我心目中的“人文学科”,而并非诸如哲学、历史等填充了众多专业词汇而又无比乏味的知识,因此我才向大家郑重推荐我的想法。

片面强调竞争或过早地知识专业化,不仅会严重地挫伤乃至毁灭文化生活赖以存在的精神基础,还会使专业知识本身变得僵化,从而得不到发展。教育事业应该看重学生的独立思考能力及批判性思维,可是,现在的学生,特别是那些青年学生,在诸如学分制等众多沉重的压力之下,其独立思考能力难以得到发展和形成,于是,教育就无法深入而只能流于表层。当学生觉得接受教育就像接受礼物一样快乐,而不是像完成一项不得不完成的任务一样充满压力时,这种教育模式才能称得上成功。

空间——时间

自从相对论出现之后,空间和时间的科学概念就有了根本性的变化。明可夫斯基对此曾有言——从今以后,空间和时间都成了彼此的阴影,两者若要保持其独立的存在,就必须相互结合。今天我写这个条目的主题“时间-空间”,就是要谈论这种结合。就大多数读者而言,这是两个极为难懂的概念,大多数读者若是想较好地理解这个问题,最好先将《相对论》那个条目读一下。