书城传记告诉你一个爱因斯坦的故事
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第7章 求学苏黎世

一个人在科学探索的道路上走过弯路、犯过错误并不是坏事,更不是什么耻辱,要在实践中勇于承认和改正错误。

——爱因斯坦

(一)

意大利是一个迷人的国家,也是一个艺术王国。古罗马的教堂、博物馆、绘画陈列馆、宫殿以及风景如画的农舍……随着火车的飞驰,这一切都进入到爱因斯坦的眼帘。

一出米兰火车站,爱因斯坦就被这里美丽的异国风光迷住了。米兰位于伦巴底平原上,南国的温暖阳光和海洋性气候的季风一下就让爱因斯坦的精神振作起来。他坚信自己退学的决定是正确无误的。

父亲海尔曼到车站来接他,爱因斯坦告诉父亲,他打算放弃德国的国籍,也不打算再信任何宗教了;他还告诉父亲,自己在思考什么问题,将来准备从事什么工作。

但是,海尔曼对爱因斯坦的想法却有些反感,他一路上不停地唠叨着:

“把你的那些哲学上的胡思乱想统统丢掉吧!想办法学点有用的东西,将来当个机电工程师吧!……你自己也可以领会得到,天文学家和小提琴家在我们这个时代并不那么迫切需要!”

而且他还告诉爱因斯坦,他在米兰新开设的电器厂又破产了。

“我再也无法供你金钱了,”海尔曼说,“既然你已经退学过来了,那么就必须先找一份工作。如果你能取得高等学校的毕业证书,那么你可以进入大学读书。”

米兰的德语学校只收13岁以下的学生,爱因斯坦这时已经16岁了,不能上学了。找工作的话,他的年纪又太小,所以只好整天呆在家里,这下子可彻底自由了!爱因斯坦开始阅读歌德和席勒的诗歌,到博物馆去欣赏米开朗琪罗的绘画和雕塑,还独自徒步越过亚平宁山脉,到濒临地中海的热那亚去漫游……

晚上,他就住在小客栈里,听着各类过往客人讲各种故事,也有乡下人向他诉说他们的贫困。这给爱因斯坦留下了很深的印象,也引发了对他们的深切同情。

有时,爱因斯坦也不知道自己身在何处,因为思考问题会令他忘掉一切。最近有个不太容易解决的问题困扰着他,那就是如果光线的接受器(如摄影机或人的眼睛)随在光线的后边,用和光线相等的速度前进,结果将会发生什么情形?

在那个时候,光波对于这个接受器来说,已不再是奔驰在空间的光波,而是好像原地凝固不动一样,就像放映机发生故障时在银幕上停住不动的映像一样。这种现象在自然界从未看到过,而且从理论上来说,这一连串的推理中一定有一个错误混在里面了。但是,错误在哪里呢?这就是同狭义相对论有关的第一个朴素理想实验。

另外,爱因斯坦还在思考着,光在以太中传播,但以太这个东西无处不在,却又无影无踪,它到底是什么东西呢?

为此,爱因斯坦还写了一篇论文寄给住在比利时的雅各布叔叔。论文的题目是《关于磁场中以太研究的现状》。这是爱因斯坦在16岁时写出的生平第一篇科学论文,尽管内容很幼稚,但却是这位伟大的科学家在自己探索的道路上勇敢迈出的重要的第一步。

不过,海尔曼对儿子的这些研究和思考并不感兴趣,现在儿子既不上学也不能出去工作这件事很让他犯愁。爱因斯坦没有高中毕业文凭,将来要进德国大学也不行。不过,瑞士的苏黎世倒是有一所“联邦工业大学”,18岁以上的同等学历学生也可以报考。当时爱因斯坦虽然只有16岁,但他的数学成绩很出色,也许可以被破格录取呢!

就这样,1895年秋,爱因斯坦接受了父亲的建议下,并通过母亲波琳的关系,又登上了开往苏黎世的列车。

(二)

苏黎世是瑞士首都,联邦工业大学当时在欧洲享有很高的盛誉。按照它的规定,凡是年满18岁的高中毕业生或同等学历者,均可报名入学。

由于年龄不够,母亲波琳多方求人,爱因斯坦才被获准参加联邦工业大学的入学考试。

数理科考试对爱因斯坦来说都是十分轻松的,但文史科和动植物科却难住了他,他感到不是太有把握。

第二天发榜,在教学大楼大厅的告示牌上,爱因斯坦没有看到自己的名字,这让他感到从未有过的失落。

不过,他的物理和数学成绩的出色却引起了学校教授和校长的注意,这给了爱因斯坦一线希望。

校长赫尔泽克是一位身材修长、举止文雅的长者,他十分欣赏爱因斯坦非凡的数学水平以及渊博的数学知识。在仔细地倾听了爱因斯坦关于退学情况的说明后,他说:

“爱因斯坦先生,我很惊讶于你的数理卷解答,这是阅卷组组长韦伯教授推荐给我的。可是,学校的宗旨是培养T型人材,就是在学识全面的基础上精专一科。”

“如果你愿意,”赫尔泽克校长接着说,“我想推荐你去瑞士阿劳州立中学进修一年,在那里取得毕业证书后,你将可以直接进入本校学习。”

“我很愿意,尊敬的校长先生,非常感谢您!”爱因斯坦站起来,深深地向校长鞠了一躬。

不久,爱因斯坦便来到了距离苏黎世不远的阿劳小镇上。依山傍水的小镇,美丽如画的景色,一点也引不起爱因斯坦的兴致。而当他踏入州立中学的大门时,他的心情更是沉重极了。

事实上,这所中学无论在教学方法上,还是在师资力量上,在当时都是苏黎世最为先进的。但阿劳州立中学与路易波尔德高级中学相比,显得实在太寒酸了。可按照海尔曼先生的话说,这才是办学的好地方,学生可以专心致志地求学,避免许多不必要的外界影响。

爱因斯坦被分配在毕业班里学习,辅导老师是温特莱教授。他不仅知识渊博,也擅长教育心理学。

教授带着爱因斯坦在学校里到处参观散心,并让自己的妻子和7个孩子都与爱因斯坦交上了朋友。很快,爱因斯坦就在温特莱教授的帮助下摆脱了抑郁的心情。

后来,爱因斯坦在他的《自述》中,感慨地回忆起了他在阿劳中学那一年的时光:

这个学校的自由精神和那些毫不依赖外界权威的老师们的淳朴热情给我留下了十分深刻的印象。同我在那所处处让人感到权威指导的路易波尔德中学的6年学习相比,我深切地感受到:自由行动和自我负责的教育,比起那种依赖训练、外界权威和追求名利的教育来,是多么的优越啊!真正的民主,绝不是虚幻的空想……人不是机器,要在周围环境不允许襟怀坦荡、畅所欲言的话,人就不会生气勃勃了……

阿劳中学虽然规模不大,但却拥有完备的实验室和实验设施,学生们可以在物理实验室或化学实验室里独立操作。在学校的动物馆里,学生们还可以使用显微镜和手术刀,完全自由地研究自己感兴趣的项目。这种学习和实验的方式,完全符合也适应了爱因斯坦进行科学研究和科学思考的习惯,从而又重新激发了他对数学和物理学的探索与思考。

因此,短暂而富有意义的阿劳中学的学习生活,也成为爱因斯坦进行他的物理学研究的一个新的起点。

爱因斯坦有生以来第一次喜欢学校了。这里的老师对学生都很亲切,学生可以自由地提问,彼此也可以热烈地讨论问题。他第一次享受到这种民主和自由,开始热爱自己的生活。以往路易波尔德中学那个内向胆小、沉默寡言的少年,现在正变成一个笑声爽朗、步伐坚定、精神饱满的年轻人。他对生活的热爱,他的青春的朝气和活力都迸发出来。在同学中,他也有了自己的知心朋友,他还常常和他们一起去爬山、散步,从事各种娱乐活动。

一年的时间很快就过去了,爱因斯坦拿到了阿劳中学的毕业文凭,苏黎世瑞士联邦工业大学同意他正式入学。

在这一年的相处过程中,爱因斯坦和温特莱教授一家已经难舍难分了。老教授亲自驾驭着马车,全家人送爱因斯坦到开往意大利的火车站。他要先到米兰度完暑假,然后再返回苏黎世去上大学。

站台上,孩子们久久拥抱在一起,教授夫人哭了。爱因斯坦和温特莱教授一家结下了终生的友谊。

在阿劳中学度过的一年时间,也更坚定了爱因斯坦的一个决心,那就是不再做德国人。在刚刚来米兰时,他就曾向父亲提出过,他要放弃德国国籍。一个孩子,居然要放弃自己祖国的国籍,这是一件多么不可思议的事情!

(三)

1896年10月,过完假期的爱因斯坦出现在苏黎世瑞士联邦工业大学的校园里,作为一个无国籍的大学生,就读于师范系物理学科。从1896年10月到1900年8月,爱因斯坦在瑞士联邦工业大学度过了4年的大学生活。

物理学科是爱因斯坦十分喜爱的专业。海尔曼先生和雅各布叔叔曾劝过他,为了家族的事业,最好选读机电专科,但爱因斯坦放弃了。此时的爱因斯坦,是个风华正茂、体格强壮的年轻人。理想和憧憬让他站在学校大楼的台阶上,仰着头说:

“这才是我向往的高等学府啊!”

在大学里,爱因斯坦选修了数学、物理以及哲学、经济、历史和文学方面的一些专业课程,但他却很少去听物理和数学的主要课程。杰出的电工学家韦伯所讲授的物理课内容爱因斯坦早已熟悉,他宁可自己直接去攻读物理学大师麦克斯韦、基尔霍夫、波尔茨曼和赫兹的着作。

数学课虽然也是由当时的一些着名研究者讲授的,但同样引不起爱因斯坦的兴趣,因为他已经逐渐改变了对数学的看法。

他觉得数学的分支太多、太细,每个分支都会浪费掉一个人的全部时间和精力,他担心自己永远都不会有眼光去判定哪个分支是最基础的。尽管物理学的分支也很多,但他觉得自己很快就能学会识别出那些能够导致深邃知识的东西,而将那些偏离主要目标的东西撇开。

在物理学中,尤其是理论物理学中,很容易找到本质的东西,这才是最令人激动的事。但学生时代的爱因斯坦还不清楚,在物理学当中,通向更加深入的基础知识的道路,是同最为精密的数学方法分不开的。

爱因斯坦很快就发现,在大学里,要想做一个好学生,就必须集中精力学好所有的课程,还必须遵守纪律,上课认真听讲,有条有理地做好笔记,而这些特性恰恰是他欠缺的。他不愿为此花费太多的精力,希望将时间用在学习那些适合自己求知欲和自己感兴趣的东西上。

于是,爱因斯坦便抱着某种负疚的心理,满足于做一个中等成绩的学生,“刷掉了”许多课程,然后以极大的热情向那些理论物理学的大师们学习。因此,除了物理和数学之外,他的其他功课都是成绩平平。

好在按照瑞士的教育制度,大学只有两次考试,而且更加幸运的是,爱因斯坦的一位好朋友马尔塞罗·格罗斯曼正好具备爱因斯坦欠缺的那些品质,并且十分慷慨地与爱因斯坦分享他那细致而条理分明的笔记。这也帮助爱因斯坦顺利地通过了各科的考试。

除了自己读书之外,爱因斯坦将其余时间的大部分都用到做实验上了。他贪婪地注视着那令人惊奇的一切,注视着分光镜里、真空放电管里、化学实验的仪器中和曲颈瓶中所发生的一切。

当时,牛顿是爱因斯坦的神圣偶像。小时候,爱因斯坦就经常想:为什么苹果只向牛顿落下去,如果当时落到我的头上会怎样呢?

中学时期,当爱因斯坦背得出微分、积分方程时,就利用公式求解牛顿伟大的三大运动学定律之间的关系。的确,在200多年的科学史里,经典物理学就是以这三大定律为基础的。牛顿法则几乎成了解释一切物理现象的金科玉律。

然而升上大学后,爱因斯坦开始对经典物理学产生了怀疑,因此他和格罗斯曼常常为这个问题争沦不休:

“马尔塞罗,一切物体都是在运动当中的,能量就通过运动传递,是这样的吗?”爱因斯坦边思考边问。

“当然,这是牛顿定律早就解答的了,”格罗斯曼说。

“可是,当运动的速度达到一定值时,比如光线,每秒钟速度约为30万公里,那么……”爱因斯坦站了起来,问道,“是什么让光子能够达到这个速度的呢?”

“已经有学者提出了假说,”格罗斯曼知道不能小看这个朋友,他十分清楚爱因斯坦的超常智商,“宇宙中还存在一种不为人类所知的物质,它能导致光速。”

“哦,我知道,人们称它以太。”爱因斯坦说,“物体存在有三状态:固态、液态和气态,那么你说,以太应该属于哪种状态呢?”

“我怎么会知道呢?科学家还没有研究出来呢!”格罗斯曼耸了耸肩。

“1887年,美国芝加哥大学的麦迪逊博士和莫莱教授那个伟大的光学实验,证明光速是永远不变的,”爱因斯坦接着说,“这就证明以太是不存在的,奢谈以太简直就是一种荒谬的理论了。”

“是的,所以有些学者提出拯救以太的口号。”

“我还想知道,如果物质能达到一定值的速度时,是否可以解释光速现象呢?”

“爱因斯坦,你似乎是在挑战牛顿,挑战经典物理学啊!”格罗斯曼惊讶地问道。

“我吗?不可能吧。不过,科学应该是允许怀疑和欢迎怀疑的。”

这是在大学时期的爱因斯坦与好友的一段看似平常的对话。事实上,这个时期的爱因斯坦已经有了朦胧的相对论理念了。