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第3节 真正的开始

1909 年夏秋之交,爱因斯坦应邀出席在萨尔茨堡举行的自然研究者年会,这个年会的层次很高,是德语区最重要的科学会议,参加会议的有100多位科学家, 可谓群星闪耀。 会议的议程包括相对论和光的量子性。大会本来想让爱因斯坦把这两个问题都谈谈,但爱因斯坦觉得,量子的问题比较急,因为他也担心麦克斯韦的方程被量子捣毁,那可是有史以来最优美的方程啊!这个担心不是没来由的,因为普朗克把量子归入热力学和电磁学框架下的尝试屡战屡败。

在这个年会上,爱因斯坦终于和普朗克见面了。第三天下午,轮到爱因斯坦讲演了,他的观念让科学家们内心很崩溃:“光是波动说和发射论的某种融合。”他说,光既像波,又像粒,“辐射同时表现这两种特性,不该认为二者不兼容。”他还预言,把光的波动说和微粒说结合起来,将引起一场深刻变革,它将破坏物理学的根基:确定论和因果律。这是波粒二象性的首次阐述。直到 14 年后,德布罗意关于波粒二象性的论文才发表。物理界承认波粒二象性则是更久以后的事。爱因斯坦的物理思想之超前,由此可见。物理学天才泡利评论,这是“理论物理学史上的里程碑”。

当爱因斯坦回到苏黎世,在苏黎世大学任副教授时,隔壁母校那些小心眼的老师作何感想不得而知。不过,爱因斯坦却没那么多想法,他和数学教授胡尔维茨交上了朋友。当年,老胡也是常被小爱逃课的老师之一,所以,小爱毕业后,想去胡老师手下任职时,被胡老师一口回绝。

胡老师爱好音乐,周日喜欢在家举办音乐会,小爱也是个音乐爱好者,有空就去。一次,老胡的宝贝女儿被一道数学题难住了,小爱从老胡那儿听说后,下午专门去帮小胡搞定了这道难题。这说明爱因斯坦不光情商提高了,讲课水平也提高了。

不过,他不拘一格的形象让同学们很困惑。常听他课的坦纳同学回忆:“他上衣是破的,裤腿是短的,还坐着上课,搞得我们将信将疑。”

虽然爱因斯坦讲课不拿讲义,只拿一张写满字的卡片,但他思路清晰,善于推理,逻辑性强,学生们听着听着,就欣赏起来。他还改掉了“唱独角戏”的坏习惯,跟学生们热烈互动,还允许学生们打断他,像朋友那样平等交流。

慢慢地,学生们看出来了,这位怪老师不一般。坦纳同学举例说,一次去爱因斯坦的住处聊物理,爱老师拿出普朗克的论文让大家一起欣赏,但爱老师指出,这里面肯定有错误。学生们一听兴奋起来,都想找出那个错误在哪儿,但看了半天,又一阵验算,没错啊!最后,爱因斯坦指着一处数据说,如果是这样,那么某某就会如何,那就是荒谬的。

原来,在物理论文里,不管多复杂的数学方程,爱因斯坦都能一眼看出它背后的物理意义。这个能力,只能说是天生的。

然而,这个为物理而生的老师对物理实验却有心理阴影。1910 年,大家看爱因斯坦老师物理教得不错,就有人想让他去指导实验室工作,爱老师感到很恐怖,他不碰实验仪器很久了,因为“担心它会爆炸”。大家只好作罢。

1910 年 3 月,布拉格大学提着小铲子来挖苏黎世大学的墙脚了,他们写信给爱因斯坦, 赤裸裸地说:快到我们这里来, 正教授哦, 待遇更好!

这的确是个不小的诱惑,布拉格大学层次比苏黎世大学高,于是,爱因斯坦给母亲写信说:“我可能会到一个更大的大学当正教授,工资也能涨不少。”

他的学生们不知从哪听说爱老师要走,就联名写了封请愿书,让主管部门“尽你们所能”留住他,并把他们的爱老师夸得像朵花:“他才能惊人,能把最难懂的问题讲得很好懂,我们都喜欢上他的课。”

于是,两个学校开始想方设法地争夺这位曾经求职无门的老师。苏黎世把他的工资涨了 1000 法郎,达到 5500 法郎。布拉格大学把他定为首选,并向维也纳教育部递交报告,普朗克这时又添了一把火,写了一封热情洋溢的推荐信,推荐信里对爱因斯坦的评价,可以看出普老师的眼光真不是盖的,他说相对论“在胆识上可能超出了思辨科学到目前为止已取得的一切成就……给我们对世界的认识带来了一场革命,只有哥白尼带来的革命可与之比肩……与之相比,非欧几何只算小儿科。”这是普老师在不承认光量子贡献的情况下所作出的评价,如果他认识到了,评价还会更高。

然而,搞笑的是,维也纳教育部对布拉格大学的报告、物理泰斗普朗克的推荐都不感冒,因为爱因斯坦是犹太人,不是奥地利人,所以教育部把奥地利人古斯塔夫 • 尧曼列为了一号人选,爱因斯坦只排第二。

赤裸裸的种族歧视有没有?

不过,更搞笑的是,当古斯塔夫发现自己一号人选的名额不是实至名归的,就不爽起来,他气愤地说,既然爱老师因为业绩更大被列为了首选,那么,我才不会去一所只知道赶时髦、不论是非的学校呢!

一号人选古老师甩袖而去,二号人选爱老师也没那么顺利入职,因为他宣布没有宗教信仰,但当时的奥匈帝国政府要求全民信教,并且必须加入奥匈帝国国籍才能在帝国工作,你啥教也不信,就不要来俺们奥匈帝国了!这时爱因斯坦的情商已经提高了不少,他答应在信仰栏里填上“犹太教”,也答应加入奥匈帝国的国籍,但有个条件,他要双国籍,也就是保留瑞士国籍。这样,大家就都满意了。

1911 年 1 月,爱因斯坦被布拉格大学授予理论物理学教授,是正的哦,不光学界地位明显提高,工资也翻了一番,可谓名利双收。

这年春天,德国著名物理学家、热力学第三定律的提出者能斯特来到布鲁塞尔,经朋友介绍认识了一位热爱科学的老板索尔维。索尔维梦想当科学家,但没成功,却发明了制造苏打的新方法,后来,他用这个专利办了个厂子,一不留神就发了财。但经营天才索老板并没忘记自己的科学梦,他喜欢和科学家在一起聊科学。能斯特立即表示,土豪我们做朋友吧,咱可以召集一些物理大牛,来探讨科学的前沿问题啊!索尔维闻言甚是欢喜。两人一拍即合,传说中的索尔维会议就这样开起来了。

1911 年 10 月,第一次索尔维会议在布鲁塞尔胜利召开,与会者名单上都是像庞加莱、洛伦兹、普朗克、爱因斯坦、卢瑟福这些如雷贯耳的名字。洛伦兹当选为索尔维会议的主席,他德高望重,学识渊博,口才讨喜,还会几门外语,深受拥戴。会议认真讨论了包括量子在内的既定议题,虽然没有直接解决量子困惑,但科学家们再也无法回避量子了。

你信,或者不信,量子就在那里,它已经站在了科学的最前沿。

小爱戏称这是一场“巫师盛会”。这次会议虽然没有给量子论一个明确的结果,但它对后来事件的影响是深远的、巨大的。此后,物理学界发生的重大事件将时不时地跟索尔维会议扯上关系。

虽然卢瑟福那时已经大名鼎鼎,但在那个会议上,他只是个醒目的男 N 号。回到曼彻斯特大学后,他的同事给他介绍了一位年轻人:尼尔斯 • 玻尔。卢瑟福向玻尔转播了索尔维会议的实况,找不着主攻方向的玻尔听得如醉如痴, 由此, 他的生命轨迹画出一道优美有力的弧线 —玻尔转向量子力学那片广阔而神秘的彼岸,然后,璀璨的光芒照亮了整个夜空。

这次大会配备了两名书记员,其中一个是身世显赫的莫里斯 • 徳布罗意公爵,他很高兴来这个国际物理大腕云集的会上跑龙套,还把他 19岁的弟弟路易 • 徳布罗意带到了布鲁塞尔,每天散会后,莫里斯就向弟弟转播大会实况。大会闭幕后,他还把会议记录带回家给弟弟看,路易看后,扔掉了选修的历史书,换成了物理书。后来,他为量子论带来了第一缕阳光。

在这次索尔维会议上,爱因斯坦入围“八强成员”。他带来的是“论比热容问题的现状”。这是他 1906 年的研究成果,是继光电效应之后的又一场漂亮仗。

什么是“比热”? 18 世纪,苏格兰物理学家布莱克发现,相同质量的不同物质上升到相同温度,所需的热量不同,于是,他提出了“比热容量”的概念,昵称“比热”。说白了,就是 1 千克物质,升高 1℃需要多少焦耳热量。这个值就是那个物质的比热。每种物质都有自己的比热。

1819 年,法国化学家杜隆和物理学家帕蒂给各种固体加热,从得到的数据堆里,他俩发现一个规律:物质的原子量乘以比热,积是个常数!

这说明什么?说明所有简单物体的原子,都具有相同的比热!这意味这什么?意味着只要你测出物质的比热,就知道了它的原子量!

虽然又是个经验定律。但这是个很好用的经验定律。不过,这个定律用着用着就不好用了。因为有些比较轻的家伙,原子热就比其他物质小一点点。

1872 年,小爱的老师韦伯一通实验发现,物质降温到一定程度,比热也会降低。现象,很简单,但规律,韦伯搞了十几年也没搞清楚。后来,韦伯老师在课堂上提到这个问题,那节课,小爱恰好没什么事干,于是没旷课。

1906 年的某天,爱因斯坦忽然想起这码事,于是,他把量子引入公式,推测道:只要温度够低,所有固体的比热将随温度的下降而显著下降。爱因斯坦对固体比热的解释引起了能斯特的注意。因为能斯特为了检验第三定律有多靠谱,搞了个艰苦的工作:低温比热实验。他埋头苦干了三四年,直到 1910 年 2 月,实验结果才见了光。

能斯特把实验结果拿来与爱因斯坦的理论一对照,符合得竟是极好的!他点评道:“我相信,没有任何一个人,经过长期实践,获得了对理论的可靠验证后,当他再来解释这些结果时,会不被量子论的强大逻辑力量所折服,因为它一下子就澄清了所有基本问题。”爱因斯坦的这个成果,又给量子论提供了一个有力的支持,同时,还给量子论拉来了一个同盟:能斯特。

在索尔维会议上,爱因斯坦把比热问题放到量子问题的大背景下来讨论,引起了洛伦兹、普朗克、庞加莱等一大波大腕的质疑,他回应道:必须搞好波和粒的关系,我们需要麦克斯韦方程,也得承认量子假说。

但他的意见并没有得到大多数人的重视。

第一次索尔维会议并没给爱因斯坦留下什么好印象,因为他发现,面对物理学危机,大家大部分时间都在为美丽的旧世界哀叹,而不是解决问题,“就像在耶路撒冷废墟上的哀歌”。

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