【word】 关于爱因斯坦的若干资料

关于爱因斯坦的若干资料 第3O卷第6期 2011年6月 大学物理 C0LLEGEPHYSICS Vo1.3ONo.6 June20ll 关于爱因斯坦的若干资料 赵峥 (北京师范大学物理系,北京100875) 摘要:列出了有关爱因斯坦生平的一些有趣问题,包括他的学习,科学 研究,以及他对教育的批评等 关键词:爱因斯坦;学习;研究;教育;相对论 中图分类号:0412.1文献标识码:A文章编 号:1000—0712(2011)06—0028—04 本文简要介绍了有关爱因斯坦生平与科研的若 干资料,以供讲授和学习相对论课程的老师和学生 参考. 1爱因斯坦究竟是哪国人? 爱因斯坦出生于德国的乌尔姆,在慕尼黑接受 了小学和中学教育.他的父母都是德国籍犹太人,因 此,青少年时代的爱因斯坦是德国人. 爱因斯坦对当时德国的军国主义十分反感,在 瑞士学习期间,他不顾父亲的反对(父亲告诫他:你 不应放弃德国这个伟大国家的国籍),于1896年放 弃了德国国籍.此后5年,他是无国籍者.这段时间 (1896—1900年),他在瑞士度过了自己的大学生 涯.1901年,爱因斯坦领取了瑞士护照,成为瑞士公 民.此后他一直没有放弃瑞士国籍. 1913年底,他接受了柏林大学教授,德国物理 研究所所长,普鲁士科学院院士的职务.1922年他 获得1921年度的诺贝尔物理学奖.当瑞典皇家科学 院宣布把诺贝尔物理奖授予德国科学家爱因斯坦的 时候,他曾在私下表示不满:我什么时候成为德国人 了?我兜里装的是瑞士护照.不过,他于1924年表 示,自己不反对德国文化部的意见:他到普鲁士科学 院任职就意味着他已经获得了德国国籍.同时,他仍 保留瑞士国籍. 1932年,在法西斯势力的迫害下,爱因斯坦离 开德国,先在欧洲游荡,1933年到美国居住.1940 年,爱因斯坦在美国宣誓成为美国公民,但仍继续保 留瑞士国籍.这种情况继续到他1955年逝世. 上述情况表明,爱因斯坦创立狭义相对论 (1905年前后)那段时间,以及他创立广义相对论 (1906--1916年)的大部分时间,身份是一名瑞士公 民.从1913年到1940年,他具有德国和瑞士双重国 籍.1940年之后直到1955年去世,他拥有美国和瑞 士双重国籍. 2爱因斯坦为何赞扬阿劳中学的教育方式? 1895年,爱因斯坦到瑞士投考苏黎世工业大 学,由于中学课程没有修完,知识面不全,没有考上. 于是他进入阿劳州立中学上了一年的补习班.阿劳 中学的教学方式与德国的中学有很大不同.学校在 生活上和学习上都给了学生充分的自由,学生有较 多的自主支配时间,学校还经常组织郊游等有趣的 活动.这里师生关系比较平等,学生可以和老师进行 自由的讨论. 爱因斯坦后来回忆道:”这所学校用它的自由 精神和那些毫不仰仗外部权威的教师的淳朴热情, 培养了我的独立精神和创造精神,正是阿劳中学成 为了孕育相对论的土壤.”他之所以这样说,是因为 这所学校给了他充分的可以自由支配的空闲时间, 给了他自由思考和自由讨论的权利,而且他也很好 地利用了这些”时间”和”权利”,思考了不少问题, 培养了自己的独立精神和创造精神. 此外,还有一个具体的收获.在他当时思考的各 种问题中,有一个”追光”的思想实验.在这个思想 实验中,他想象了一个追上了奔跑的光并和光一起 奔跑的人,这个人会看到什么呢?他想,应该看到一 收稿151期:2010—09—21 基金项目:国家自然科学基金资助项目(基金号10773002),北京师范 大学教学建设与改革项目(101127025—170)资助 作者简介:赵峥(1943一),男,江西萍乡人,北京师范大学物理系教授, 博士生导师 第6期赵峥:关于爱因斯坦的若干资料29 个不随时间变化的波场.但是,为什么谁也没有见过 这种情况呢?这个有趣的,怎么也想不明白的思想 试验伴随爱因斯坦度过了他的大学生涯,并成为了 引导他创建相对论的第一条线索.正是这一试验,使 爱因斯坦意识到人不可能追上光,光相对于人总有 速度.光的运动似乎不满足速度叠加的平行四边形 法则.这条线索把爱因斯坦引向了”光速不变原理” 这块相对论的重要基石. 爱因斯坦一生中对学校教育都没有好印象,唯 独阿劳中学这一年的补习班是个例外.爱因斯坦认 为学校教育过于呆板,过于束缚学生的思维,不利于 培养创新型人才. 3爱因斯坦的大学生活有什么特点? 在阿劳中学补习一年后,爱因斯坦于1896年考 入了苏黎世工业大学的师资班.这个班是专门培养 大学和中学的数学,物理教师的. 他们的数学教授是闵可夫斯基,这位教授小时 候是一名神童,他少年时代与数学大师希尔伯特是 同学.闵可夫斯基兄弟几人的聪明程度使小希尔伯 特几乎丧失了学习信心,觉得自己实在太笨了,比不 了他们几兄弟.可是后来,希尔伯特成了世界上最卓 越的数学大师,成果累累,闵科夫斯基却业绩平平, 最后还是靠自己的学生爱因斯坦才出了名.他把爱 因斯坦的相对论放在了一个后来称为闵可夫斯基时 空的四维时空框架中,对进一步发展相对论做出了 贡献.不过,上大学时爱因斯坦不喜欢听闵可夫斯基 的课,经常逃课,以至于闵可夫斯基称他是一条”懒 狗”.爱因斯坦成名后,大概是出于对这位老师的礼 貌,曾表示后悔当时没有听他的课. 他们的物理教授韦伯是一位电工专家(不是磁 学单位里的那位韦伯).由于爱因斯坦喜欢物理,韦 伯最初对他印象不错,爱因斯坦第一次投考苏黎世 工业大学落榜时,韦伯还鼓励他下次再来.等到考上 工大开始听课后,爱因斯坦对韦伯讲的物理十分失 望,韦伯讲课的内容太偏重应用,偏重电工,而爱因 斯坦最感兴趣的理论问题,韦伯却毫无兴趣.于是爱 因斯坦开始逃韦伯的物理课. 爱因斯坦在学校附近租了一间小阁楼,买了几 本着名物理学家(例如赫兹,亥姆霍兹等)写的书, 躲在小阁楼里自学.他也不是完全不去学校,一般在 下午放学后去,一是到实验室做试验,验证一下自己 白天从书上看到的理论.当时瑞士大学的实验室是 自由开放的,学生可以随时去做实验.二是与要好的 同学一起到咖啡馆自由讨论,探讨书上和课堂上提 到的物理内容.另外,班上唯一一位女生米列娃与爱 因斯坦很要好,自愿帮他记笔记.到期末考试时,单 靠米列娃的笔记还不够用.不过爱因斯坦还有一位 要好的同学格罗斯曼.格罗斯曼是 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的好学生,成 绩好,字也写得好,笔记记得工整漂亮,每天西服革 履,皮鞋擦得很亮,对老师也很有礼貌.拿到格罗斯 曼的笔记本后,爱因斯坦突击两周就去参加考试.考 完后爱因斯坦向别人表达感想:”这门课简直太没 有意思了.”不过他每次都能过关,就这样完成了大 学学业. 毕业时,格罗斯曼和另一位同学被闵可夫斯基 留下来做数学助教.爱因斯坦推测韦伯会把自己留 下来做物理助教.但是韦伯不要他,而是从别的系留 了两名工科生做物理助教.韦伯不仅烦爱因斯坦不 来听课,而且认为他没有礼貌,竟然敢打断自己的讲 话,而且不称自己韦伯教授,只称韦伯先生. 爱因斯坦只好拿着毕业文凭,遗憾地离开了苏 黎世工业大学.米列娃则连文凭都没有拿到. 4爱因斯坦怎样开始自己的科学生涯? 1900年,爱因斯坦大学毕业后,有一年多的时 间找不到稳定的工作,此期间他当过几个月的中学 代课教师,还在电线杆上贴过广告,说自己可以教数 学,物理,小提琴,按小时收费.这段时间爱因斯坦诸 事不顺,他与米列娃的婚事遭到父母的坚决反对.米 列娃则不断抱怨他找不到一个像样的工作,没有工 作就没有钱,没有钱怎么结婚? 就是在这样的困境中,爱因斯坦开始了他的科 学生涯.他最先研究的题目是毛细现象,并于1901 年发表了第一篇科学论文. 1902年,幸运之神开始光顾爱因斯坦.他的同 学格罗斯曼帮助他在伯尔尼发明专利局找到一个职 位.格罗斯曼的父亲和专利局的局长是很好的朋友. 格罗斯曼对父亲讲:你那位局长朋友不是总说希望 找一些聪明人到专利局工作吗?你看我的同学爱因 斯坦不就很聪明吗?历史资料表明,在爱因斯坦众 多的老师和同学当中,格罗斯曼是第一个看出他聪 明的人.格罗斯曼的父亲果真向专利局局长推荐了 爱因斯坦.局长约爱因斯坦谈话后录用了他.虽然只 是最低等的三级职员,但作为公务员有了一份稳定 的工资,生活有了保障.这年底,爱因斯坦的父亲病 逝,这位疼爱儿子的老人在临终前同意了爱因斯坦 和米列娃的婚事.他们于第二年结了婚,不久就有了 30大学物理第30卷 两个儿子,生活负担很重.爱因斯坦在做好家务的同 时,抓紧时间搞科研.米列娃则不仅完成一个家庭主 妇的责任,还协助爱因斯坦撰写论文. 5为什么说没有比专利局对爱因斯坦更合 适的工作单位了? 在爱因斯坦成名之后,一些人开始议论:我们的 社会有多么的不公,对于爱因斯坦这样的天才人物, 竞然没有一个大学愿意录用他,如果他一开始就能 在大学工作,肯定能做出更多的成绩.后来成为爱因 斯坦朋友的数学大师希尔伯特对这样的议论不以为 然,他反驳说:”没有比专利局对爱因斯坦更合适的 工作单位了.”他为什么这样说呢?因为专利局事 情不多,有充足的空闲时间供爱因斯坦自由支配,而 且局长先生为人宽容,他默许这个聪明勤奋的年轻 人完成局里安排的任务后,在上班时间搞与本职工 作无关的科研.当他得知爱因斯坦发表了高水平的 论文时,他不顾这些论文与专利局的本职工作无关, 不但当面表扬爱因斯坦,还给他提职加薪.可以说, 这位开明的局长为爱因斯坦的物理研究开了重要的 绿灯.另外,据爱因斯坦自己说,审查专利虽然耗费 了一些时间,但那些聪明的设计(大多数是像永动 机之类的荒唐但又含有智慧火花的设计)对活跃他 的思想也有帮助. 总之,专利局空闲而宽容的环境是大学比不了 的,当时欧洲的大学教师都有繁重的讲课任务,或规 定的科研任务,不会给爱因斯坦这么多进行自由研 究的时间. 6在爱因斯坦的成长过程中有哪些值得注 意之点? 爱因斯坦不是神童,直到将近3岁才开始学会 讲话,父母曾对他的智力感到担心.小爱因斯坦沉默 寡言,常常独自一人摆弄玩具或其他物件.对身边大 人们在于什么毫不关心.他能长时间地集中注意力, 这一特点贯穿了他的一生. 5岁时,爱因斯坦的父亲送给他一个罗盘作为 生日礼物.他摆弄了很长时间,对指针在磁场作用下 的摆动非常惊讶,这是他第一次表现出对科学现象 的极大兴趣. 按照当时德国犹太人的社会风气,中产阶级的 家庭常常会接待一个家境贫寒的犹太大学生每周来 家里吃一次午饭.来爱因斯坦家的是一位医学院的 学生.这个年轻人发现12岁的小爱因斯坦对自己随 身携带的书籍很感兴趣,于是每次都会带一些书来 给他看,书的种类五花八门,既有科普书,也有数学, 物理,化学,地质甚至哲学书,小爱因斯坦都表现出 极大的兴趣,一边翻阅,一边和这位大学生交谈,平 时不爱讲话的小爱因斯坦,很喜欢这个大学生,乐于 与他交谈.这位大学生的出现,可能对爱因斯坦的智 力启蒙发挥了重要作用. 爱因斯坦中,小学阶段成绩并不算差,但也算不 上优等生.有些人强调他成绩还不错,特别是数学较 好.不过我们只要注意一下中国自己的中小学生就 会发现,中小学阶段的许多孩子都会有这样的成绩, 特别是男孩子,一般数学都不错.所以,不能据此认 为爱因斯坦中,小学阶段成绩优异.这个阶段,他最 多只是一个中等偏上水平的学生.这段时间,他值得 注意的特点是喜欢独自思考,喜欢看课外读物,并能 长时间集中精力. 大学阶段,爱因斯坦继续保持喜欢独立思考的 习惯.他基本不去听课,但学习很勤奋,以自学为主, 也乐于与同学探讨学习的内容. 大学毕业后,爱因斯坦和几个好友于1903年自 愿结合组成一个读书俱乐部,他们自己戏称为”奥 林匹亚科学院”.爱因斯坦认为这个俱乐部对自己 产生了重大影响.他们阅读了许多科学和哲学书籍, 并在聚会时进行热烈争论.这些书中包括后来对爱 因斯坦的科研工作明显产生了影响的马赫和庞加莱 的着作. 7什么是”奥林匹亚科学院”?它对爱因斯 坦的成长有什么影响? 在专利局工作期间,爱因斯坦与他的几位热爱 科学与哲学的好友(先后有索洛文,哈比希特,沙旺 和贝索等)组织了一个叫做”奥林匹亚科学院”的小 组.这是一个自由读书与自由探讨的俱乐部.小组的 成员都具有大学文化水平,他们工作单位不同,专业 背景也不同,有学物理的,有学哲学的,还有学工程 技术的.这几个年轻人利用休息日或下班时间,一边 阅读一边讨论,内容海阔天空,以哲学为主(特别是 与物理有关的哲学),也包括物理,数学和文学.他 们充满热情地阅读,讨论了许多书籍,其中包括马赫 的《力学史评》,这本对牛顿绝对时空观展开猛烈批 判的书,对爱因斯坦建立狭义和广义相对论都产生 了极大的影响.还有庞加莱的名着《科学与假设》, 这本书使他们一连几个星期兴奋不已.该书内容丰 富,思维活跃,其中关于”同时性”的定义,时间测量 第6期赵峥:关于爱因斯坦的若干资料3l 和黎曼几何的描述对爱因斯坦建立相对论可能发挥 了重要影响. 爱因斯坦高度评价这个读书俱乐部,认为这个 俱乐部培养了他的创造性思维,促成了他在学术上 的成就.爱因斯坦曾经提醒一些记者,不要过分渲染 他的童年和少年时代,希望他们注意”奥林匹亚科 学院”对他的影响. 8爱因斯坦怎样看待自己取得成就的原因? 爱因斯坦在取得众多成就之后,曾经说: “我没有什么别的才能,只不过喜欢刨根问底 地追究问题罢了.” “时间,空间是什么,别人在很小的时候就搞清 楚了,我智力发展迟缓,长大了还没有搞清楚,于是 一 直琢磨这个问题,结果也就比别人钻研得更深 一 些.” 爱因斯坦不认为自己是天才.根究其做出重大 成就的原因,有以下几点特别值得注意:第一,他非 常勤奋,而且能够长时间的集中注意力于学习和思 考.”能长时间集中注意力”这一点,不大为人注意, 但却是一般人很难做到的. 第二是爱因斯坦对”奥林匹亚科学院”的高度 评价.他曾经对探访他的记者说:你们为什么老问我 童年和少年时代受到过什么影响?为什么不问问 “奥林匹亚科学院”对我的影响?看来,爱因斯坦认 为”奥林匹亚科学院”这个自发组织的,以读书讨论 为主的科学俱乐部,对自己成长为最伟大的科学家 产生过重要作用. 还有一个值得注意之点是爱因斯坦对学校教育 评价不高.他认为学校教学方式呆板,对学生管理过 严,教师居高临下地对待学生的态度,无助于学生独 立精神和创造精神的培养,还会扼杀学生的自信心 和学习兴趣.他觉得自己的自由创造精神未被学校 教育扼杀掉,实在是个幸运. 可以说爱因斯坦一生对学校教育都没有好印 象,只有对阿劳中学的看法是个例外.他回忆道: “这所学校用它的自由精神和那些毫不依赖外部 权威的教师的淳朴热情,培养了我的独立精神和 创造精神,正是阿劳中学成为了孕育相对论的 土壤. (本文摘自赵峥《相对论百问》北京师范大学 出版社2010年出版) 参考文献: [1]郭奕玲,沈慧君.物理学史[M].2版.北京:清华大学 出版社,2005. [2]PaisA.ThescienceandthelifeofAlbertEinstein[M]. Oxford:OxfordUniv.Press,1982.中译本:派斯.爱因斯 坦传.方在庆,李勇,等译.北京:商务印书馆,2006. [3]赵峥.物理学与人类文明十六讲[M].北京:高等教育 出版社,2008. [4]霍金SW.时间简史[M].许明贤,吴忠超,译.长沙:湖 南科学技术出版社,1994. SomereferencesaboutEinstein ZHAOZheng (DepartmentofPhysics,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China) Abstract:SomeinterestingquestionsaboutthebiographyofEinsteinareprese nted,whichincludehisstudy, researchwork,criticismtoeducationandSOon. Keywords:Einstein;study;research;education;relativity