数学史 · 中文镜像

数学家传记

阿尔伯特·爱因斯坦Albert Einstein

出生
1879年3月14日 德国符腾堡乌尔姆
逝世
1955年4月18日 美国新泽西州普林斯顿

阿尔伯特·爱因斯坦对现代物理实在观的贡献超过任何其他科学家。他的狭义和广义相对论至今仍被视为我们拥有的关于大尺度宇宙的最令人满意的模型。

完整传记

大约在1886年,阿尔伯特·爱因斯坦在慕尼黑开始了他的学校生涯。除了从六岁到十三岁学习小提琴外,他还在家里接受宗教教育,学习犹太教。两年后,他进入了文理中学,此后他的宗教教育在学校进行。大约从1891年开始,他学习数学,特别是微积分。

1894年,爱因斯坦的家人搬到了米兰,但爱因斯坦留在了慕尼黑。1895年,爱因斯坦未能通过考试,该考试本可让他进入苏黎世的Eidgenössische Technische Hochschule学习,以获得电气工程师文凭。爱因斯坦于1896年放弃了德国国籍,并在此后数年处于无国籍状态。他甚至直到1899年才申请瑞士国籍,1901年获得公民身份。

在未能通过⟦E1⟧的入学考试后,爱因斯坦在阿劳就读中学,计划通过这条途径进入苏黎世的⟦E1⟧。在阿劳期间,他写了一篇文章(仅获得了略高于一半的分数!),文中阐述了他对未来的规划,见[13]:-

如果我有幸通过考试,我会去苏黎世。我会在那里待四年,学习数学和物理。我想象自己成为这些自然科学分支的教师,选择其中的理论部分。以下是我得出这个计划的原因。首先,是我对抽象和数学思维的倾向,以及我缺乏想象力和实践能力。

爱因斯坦的计划成功了,于1900年毕业,成为数学和物理教师。他在⟦E1⟧的一位朋友是马塞尔·格罗斯曼,与爱因斯坦同班。爱因斯坦试图获得职位,写信给阿道夫·赫维兹,后者曾表示有希望提供职位,但最终没有结果。爱因斯坦的三位同学,包括马塞尔·格罗斯曼,被任命为苏黎世⟦E1⟧的助理,但显然爱因斯坦没有给人留下足够印象,直到1901年他还在写信给各大学希望获得工作,但没有成功。

他确实设法避免了瑞士兵役,理由是他有平足和静脉曲张。到1901年中期,他有一份临时教师工作,在温特图尔的技术高中教数学。大约在这个时候,他写道:-

我已经放弃了进入大学的雄心……

随后又在沙夫豪森的私立学校担任了另一个临时教职。然后马塞尔·格罗斯曼的父亲试图帮助爱因斯坦找到工作,将他推荐给伯尔尼专利局局长。爱因斯坦被任命为三级技术专家。

爱因斯坦从1902年到1909年在这家专利局工作,最初被任命时是临时职位,但到1904年职位转为永久,1906年他晋升为二级技术专家。在伯尔尼专利局期间,他在业余时间完成了令人惊讶的一系列理论物理出版物,没有与科学文献或同事密切接触的便利。

爱因斯坦于1905年从苏黎世大学获得博士学位,学位论文为On a new determination of molecular dimensions。他将论文献给了马塞尔·格罗斯曼

在三篇论文中的第一篇中,这三篇论文均写于1905年,爱因斯坦考察了马克斯·普朗克发现的现象,根据这一现象,电磁能似乎以离散的量从辐射物体中发射出来。这些量子的能量与辐射的频率成正比。这似乎与基于詹姆斯·克拉克·麦克斯韦方程和热力学定律的经典电磁理论相矛盾,后者假设电磁能由可以包含任意小能量的波组成。爱因斯坦使用马克斯·普朗克的量子假说来描述光的电磁辐射。

爱因斯坦1905年的第二篇论文提出了今天所谓的狭义相对论。他将新理论建立在对经典相对性原理的重新解释之上,即物理定律在任何参考系中都必须具有相同的形式。作为第二个基本假设,爱因斯坦假设光速在所有参考系中保持不变,正如詹姆斯·克拉克·麦克斯韦的理论所要求的那样。

1905年晚些时候,爱因斯坦展示了质量和能量是如何等价的。爱因斯坦并不是第一个提出狭义相对论所有组成部分的人。他的贡献是统一了经典力学和詹姆斯·克拉克·麦克斯韦电动力学的重要部分。

爱因斯坦1905年的第三篇论文涉及统计力学,这是一个曾由路德维希·玻尔兹曼和Josiah 约西亚·威拉德·吉布斯研究过的领域。

1905年之后,爱因斯坦继续在上述领域工作。他对quantum theory做出了重要贡献,但他试图将狭义相对论扩展到涉及加速度的现象。关键出现在1907年的等效原理中,其中引力加速度被认为与机械力引起的加速度无法区分。因此引力质量与惯性质量相同。

1908年,爱因斯坦在提交了他的教授资格论文(Habilitation)学位论文Consequences for the constitution of radiation following from the energy distribution law of black bodies后成为伯尔尼大学的讲师。第二年,他成为苏黎世大学的物理学教授,此前他辞去了伯尔尼的讲师职位和伯尔尼专利局的工作。

到1909年,爱因斯坦已被公认为顶尖的科学思想家,并于当年辞去了专利局的职务。1911年,他被任命为布拉格卡尔-费迪南德大学的正式教授。事实上,1911年对爱因斯坦来说是极为重要的一年,因为他能够初步预测来自遥远恒星的光线经过太阳附近时,会如何显得略微向太阳方向弯曲。这将具有重大意义,因为它将带来支持爱因斯坦理论的第一个实验证据。

大约在1912年,爱因斯坦在其数学家朋友马塞尔·格罗斯曼的帮助下,开始了引力研究的新阶段,他将自己的工作用图利奥·列维-齐维塔格雷戈里奥·里奇-库尔巴斯托罗张量演算来表达。爱因斯坦将其新工作称为广义相对论。1912年,他从布拉格搬到苏黎世,在苏黎世的联邦理工学院担任讲席。

1914年,爱因斯坦回到德国,但没有重新申请德国国籍。他接受的是一个令人瞩目的职位。那是柏林科学院的一个研究职位,同时还有柏林大学的一个讲席(但没有教学任务)。他还被提议担任即将成立的柏林威廉皇帝物理研究所的所长。

在多次起步失败之后,爱因斯坦于1915年末发表了广义理论的最终版本。就在发表这项工作之前,他在哥廷根讲授了广义相对论,并写道:

令我极为高兴的是,我完全成功地说服了大卫·希尔伯特菲利克斯·克莱因

事实上,在爱因斯坦完成其工作的一周前,大卫·希尔伯特提交了一篇论文供发表,其中包含广义相对论的正确场方程。

当1919年英国日食考察证实了他的预言时,爱因斯坦受到大众媒体的崇拜。伦敦Times在1919年11月7日的头条是:

科学革命——宇宙新理论——牛顿观念被推翻。

1920年,爱因斯坦在柏林的讲座被示威打断,这些示威虽然官方否认,但几乎肯定是反犹太的。当然,在此期间有人强烈反对他的著作,爱因斯坦在报刊上回应,引用亨德里克·洛伦兹马克斯·普朗克亚瑟·爱丁顿来支持他的理论,并指出如果他是——

……一个德国国民,无论是否佩戴纳粹标志,而不是一个持有自由国际信念的犹太人……

1921年,爱因斯坦首次访问美国。他的主要目的是为计划中的耶路撒冷希伯来大学筹集资金。然而,他在访问期间获得了巴纳德奖章,并多次就相对论进行演讲。据报道,他在普林斯顿一个挤满人的大厅演讲时,对主席评论道:-

我从未意识到有这么多美国人对张量分析感兴趣。

爱因斯坦于1921年获得诺贝尔奖,但不是因为相对论,而是因为他在1905年关于光电效应的工作。事实上,1922年12月他并未出席领奖,当时他正在前往日本的途中。大约在这段时间,他进行了许多国际访问。他曾在1922年早些时候访问巴黎,并在1923年访问巴勒斯坦。在1924年做出关于波与物质关联的最后一项重大科学发现后,他于1925年进一步访问,这次是去南美。

爱因斯坦获得的其他荣誉包括1925年皇家学会的科普利奖章和1926年皇家天文学会的金奖章。

尼尔斯·玻尔和爱因斯坦将就量子理论展开一场辩论,这场辩论始于1927年的索尔维会议。除爱因斯坦外,马克斯·普朗克尼尔斯·玻尔路易·德布罗意维尔纳·海森堡埃尔温·薛定谔保罗·狄拉克也出席了这次会议。爱因斯坦拒绝在会议上提交论文,并且:-

……除了对概率解释提出一个非常简单的反对意见外,几乎什么也没说……然后他又陷入了沉默……

爱因斯坦的生活一直忙乱不堪,1928年他因过度劳累导致身体崩溃,为此付出了代价。然而,尽管在整个1928年不得不放慢节奏,他还是完全康复了。

到1930年,他再次进行国际访问,回到美国。1932年第三次访问美国后,他收到了普林斯顿的职位邀请。其设想是爱因斯坦每年在柏林待七个月,在普林斯顿待五个月。爱因斯坦接受了邀请,于1932年12月离开德国前往美国。次月,纳粹在德国掌权,爱因斯坦再也没有回到那里。

1933年期间,爱因斯坦在欧洲旅行,访问了牛津、格拉斯哥、布鲁塞尔和苏黎世。他在1901年难以获得的学术职位邀请,此时却纷至沓来。他收到了来自耶路撒冷、莱顿、牛津、马德里和巴黎的邀请。

原本只是一次访问,到1935年却变成了永久安排,那年他申请并获得了美国的永久居留权。在普林斯顿,他的工作试图统一物理定律。然而,他试图解决的是深度极大的问题,他写道:-

我把自己锁进了毫无希望的科学问题中——尤其是因为,作为一个年长的人,我一直与这里的社交圈疏远……

1940年,爱因斯坦成为美国公民,但选择保留瑞士国籍。他一生为和平做出了许多贡献。1944年,他手写了自己1905年关于狭义相对论的论文并拿出来拍卖,为战争努力做出了贡献。它筹集了六百万美元,这份手稿如今保存在国会图书馆。

到1949年,爱因斯坦身体欠佳。一次住院帮助他康复,但他开始为死亡做准备,于1950年立下遗嘱。他将科学论文留给了耶路撒冷的希伯来大学,这所大学是他在第一次访问美国时为其筹集资金的,1925年至1928年间担任该校理事,但他在1933年拒绝了该校的职位邀请,因为他对该校的管理非常批评。

他一生中还有一件大事。1952年以色列第一任总统去世后,以色列政府决定将第二任总统的职位提供给爱因斯坦。他拒绝了,但觉得这一提议令人尴尬,因为他很难在不冒犯对方的情况下拒绝。

去世前一周,爱因斯坦签署了他最后一封信。这是一封写给伯特兰·罗素的信,他在信中同意将自己的名字列在一份宣言上,敦促所有国家放弃核武器。他最后的行动之一是为国际和平而呼吁,正如他一生所做的那样,这是恰如其分的。

爱因斯坦于1955年4月18日下午4点(他去世的那一天)在新泽西州特伦顿火化。他的骨灰被撒在一个未公开的地点。

参考文献

正文里的方括号编号指向这里,悬停即可直接看到条目。书目保留原文——译了书名反而查不到文献。

延伸资源

原站列出的延伸阅读与外部数据库,照原样保留,目标多为英文页面。

相关专题

原站的交叉引用。指向本站已镜像专题的留在站内,其余仍指回原站。