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1 # 傅渥成
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2 # 刁博
科研條件匱乏,那只是相對於現在而言。愛因斯坦的理論雖然是革命性的,但在現在看也並非是前沿,而是很基礎的。當時的科研條件,不論是理論還是實驗,都具備了讓光電理論及相對論誕生的條件。
愛因斯坦在1905年能夠用光電子解釋光電效應以及發現狹義相對論,我認為與他的思想大膽有著很大的關係。這裡的大膽不是暴虎馮河的莽夫之勇,而是結合理論及實驗,建立在謹慎的數學推導上的思想創新。
在愛因斯坦之前,普朗克打開了量子之門,給出了能量的量子化。洛倫茲及龐加萊都非常接近發現相對論。不過,他們都沒有之後的愛因斯坦走得遠。
麥克斯韋給出了麥克斯韋方程組後,緊接著就遇到了協變性問題,這是和經典力學不相容的。洛倫茲給出洛倫茲變換的目的是為了保住牛頓力學體系,要保住以太這個概念。而愛因斯坦根據邁克耳孫莫雷實驗直接否定了以太的存在,給出了光速不變原理這一基本假設。這不能不說是思想上的大膽。愛因斯坦沿著這條路走了下去,得到了狹義相對論,沿著愛因斯坦的思路走下去,也能得到洛倫茲變換。洛倫茲沒有拿下相對論,敗在了思想不夠大膽上。
同樣,1900年推開量子之門的普朗克自己也都不太相信量子論,之後的普朗克幾乎停留在了1900年的水平。1905年,26歲的愛因斯坦大膽的將普朗克的能量量子化概念應用到光中,給出了光量子的概念,成功的解釋了光電效應。
或許是因為年輕的愛因斯坦比年長的普朗克、洛倫茲能夠更加思想活躍,不受傳統概念的束縛。在愛因斯坦到了中年之後,也有一些物理學家責備愛因斯坦思想僵化。一個典型的例子就是愛因斯坦堅信上帝不會擲骰子,並在這種信念下和玻爾為首的量子力學派有了持久的激烈爭論。這場爭論雖然現在不能說誰對誰錯,但那時的愛因斯坦和他26歲時相比較,的確顯露出一些思想上的僵化。之後的愛因斯坦,幾乎沒有取得任何科學成就。
思維最為活躍的時期就是二三十歲時,這恰好也是理論物理學家的黃金階段。歷史上一大批傑出的科學家就是在這個年齡段做出了輝煌的成就。愛因斯坦就是其中之一。
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3 # Luthiel
匱乏個鬼啊,美國發達國家的匱乏叫匱乏嗎?跟兩彈一星的艱苦奮鬥壓根不是一回事。
特別是愛因斯坦這樣的科學家,早就不為房貸什麼的亂七八糟的煩心了,精神追求。也不像現在大學教師這樣各種趕論文, 評職稱
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我們用今天的眼光來看上個世紀的環境,自然會覺得上世紀的科研條件很匱乏,不過如果換一個角度來看,將20世紀與更早的時代來比較,就會發現科學研究環境大大的改善了。從政治的角度來看,民族國家已經興起並走向現代化,傳統的依附於貴族個人興趣的科研體系也已經不復存在,現代的大學(德國洪堡所開創的「研究型大學」的傳統)也已經建立;而從經濟的角度看,兩次工業革命讓資本家們意識到了新技術能創造的巨大利潤,資本家們願意為科學研究進行投資。
從科學的角度來看,愛因斯坦所出的時代也是一個很好的時代,一方面,舊有的體系已經很完整地被建立起來了,另一方面,科學家們有了許許多多源源不斷的新發現——例如最早的諾貝爾物理學獎就頒發給了發現X射線的倫琴,在19到20世紀的世紀之交,有許多科學發現都在暗示著原子核物理和量子論即將呼之欲出,新的問題看起來並不是那麼遙不可及(例如開爾文所提到的「兩朵烏雲」)。在這樣的背景下,相對論的提出在當時也已經成為了必然。
相對論本身就是電動力學的一部分。這個邏輯很簡單,當研究電磁波的傳播時,光速就是一個繞不過去的問題。因為有了無線電的發明,當我們考慮空中傳輸著的電磁波時,很自然會想到一個問題,如果我沿著(或者逆著)電磁波的傳播方向運動,我會更遲(或者更早)收到電磁波中所帶來的電磁波訊號嗎?在愛因斯坦之前,1904 年洛倫茲提出了洛倫茲變換,使得描述電磁場的麥克斯韋方程組從一個慣性系變換到另一個慣性系時能夠保持不變,他在《科學與假設》(1902 年)中提到沒有絕對的時間和空間:「不僅我們對兩個持續時間段相等沒有直接的直覺,而且我們甚至對發生在不同地點的兩個事件的同時性也沒有直接的直覺。」可以看到,我們甚至已經可以認為洛倫茲已經完全提出了相對論。
另一種觀點,為什麼愛因斯坦會想到光速跟測量之間的關係?因為愛因斯坦在專利局負責電磁發明的技術鑑定,這些發明可能千奇百怪,從電動的打字機到砂石的分選器,而不難想到,在二十世紀初,專利局收到的電磁方面的專利申請還有很多跟電訊號傳輸以及電學—力學訊號的同步有關,這些來源於工程應用的發明或許也對愛因斯坦是一種啟發,因為它們都已經開始觸及到光速的極限以及狹義相對論中關於測量的有關問題,而這些也成為愛因斯坦本人思想實驗的基本元素。