“煮酒论英雄”之一:爱因斯坦
“夫英雄者,胸怀大志,腹有良谋;有包藏宇宙之机、吞吐天地之志者也!”——《三国演义》
想当年,我还在热血沸腾的青少年时代,正是以英雄为偶像的追逐者的年龄,当在《三国演义》中“煮酒论英雄”这一章,看到曹孟德说的这一段话的时候,感觉他不单单是为当时的英雄而说的,而是仿佛很有远见的,为后代真正的英雄留下这句名言。
当然,三国时期的那些英雄,他们所谓的“天下”、“宇宙”,无非是指汉家的那一亩三分地。大家争来斗去,目的就是夺取或捍卫汉家江山,坐上皇帝宝座。但是“煮酒论英雄”中曹操所说的这段话,如果按照字面意思来理解,我们可以用来描述现代科学中的那些“大英雄”。让我们在那酒足饭饱之际,有着两三天假日空闲之时,仿照曹孟德与刘皇叔论天下英雄,对现代科学家这些真正的大英雄,尽情品读一番,也是饶有趣味的。
第一篇,就让我们来领略一下爱因斯坦,这位现代科学中几乎所有科学家中的科学家,看看他是如何做到“有包藏宇宙之机,吞吐天地之志”的。曾经有一本书,书名叫做《宇宙的建设者》,其中的人物就是像爱因斯坦这样建造现代科学宏伟蓝图的真正的“宇宙的建设者”。
在古代,人们对宇宙有各种各样的想象,比如“天似穹庐,笼盖四野”;这种类似“天圆地方”的在经验基础上对宇宙的想象。只有在经过哥白尼、开普勒、伽利略,尤其是站在他们肩膀上的牛顿,将真正的经验科学和数学结合起来,写出了《自然哲学的数学原理》这样一部科学上最伟大的著作,才真正对这个宇宙有所了解。在牛顿的世界里,基本概念是时间、空间和其中的粒子;基本规律是牛顿三大运动定律。还有一些力的定律,尤其当时有名的是万有引力定律。在这些规律的基础上,运用数学推导,原则上就可以得到我们所在宇宙的所有现象。因此,牛顿能够说,“现在我们就来解释世界体系”——一个真正的,包罗万象的经典力学世界体系。
爱因斯坦进入物理学领域开始研究的时候,还是牛顿力学一统天下的时代。人们将牛顿力学应用于各种各样的物理分支中,将它们统一到力学基础上来;但是人们发现电动力学很难建立在牛顿力学的基础上,尽管这个方向的努力进行了很多年。
于是爱因斯坦出手了。在他提出狭义相对论的两条原理的基础上,推出了物理学的洛伦兹变换,将电动力学与牛顿力学统一起来。接着爱因斯坦思考将引力与相对性原理相协调,经过多年的努力,找到了黎曼几何,建立了广义相对论,使经典物理学达到了它的顶峰。
爱因斯坦凭借光电效应方程获得了物理学诺贝尔奖。他是第一个意识到在量子现象里,波粒二象性是不可避免的人。在他的启发下,德布罗意提出了物质波的概念,薛定谔在这个基础上建立了量子力学的一种形式:波动力学。因此,爱因斯坦是波动力学的唯一教父!然而他对量子力学的几率本性始终不满,从不认为量子力学是物理学最终的基础。
因此爱因斯坦开始着手统一场论的探索。第一步,将引力场与电磁场统一起来;第二步,在这个统一场论里,由统一的场推出粒子的存在性,以及将量子力学作为一种局部理论推导出来。从而建立一个统一场为基本概念、场论方程为基本规律的统一,和谐的物理学图像,将所有的物理现象囊括其中。
对比一下三国英雄好汉心中的天下,那只是汉朝汉家的天下,它是历史上地球的一块区域里的一些人和事。他们争着做这部分人和事的皇上——曹孟德口中真正的“英雄”。而爱因斯坦胸怀的宏图大志,远远超出于三国的英雄好汉们,他是真正的——“有包藏宇宙之机、吞吐天地之志者也”。
在牛顿的世界里,是空间、时间和其中的粒子。而在爱因斯坦的世界里,时间、空间,统一成时-空,并且这个时空的弯曲就是引力场;如果他的统一场论成功了,那么时-空、引力场与电磁场都是统一场的一部分,并且由这个统一场方程可以推导出量子力学,从而间接地推导出牛顿运动定律。爱因斯坦的这个宇宙何其浩瀚深广,而我们的地球和地球上的好汉们将变为无比的渺小的东西了。
物理学家汤川秀树,在《爱因斯坦和我》一文中写道:“通过这样的谈话,我感到爱因斯坦生来就是一位和平主义者,而且觉得他是一位气宇宏大的人,这是一般学者所不能比的。同时,关于他的学问,特别是广义相对论,那是天才的伟业,现在有了更深的感受。在20世纪的许多出色的物理学家中,我认为他是高出一格的伟大人物。”
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