这本书既容易阅读,又能训练抽象思考
以下跟大家分享书摘和心得
欢迎阅读比较好读的网志版
http://monkeyinsight.blogspot.tw/2016/10/Einstein.html
自从爱因斯坦出现之后,人类对这个世界的理解,已经不是直觉
可以想像的了。牛顿之所以伟大,是因为他把我们平凡人可以观
察的物理现象,归纳成简洁的公式。但也因此限制了人类的想像
力,误以为只要能够精确测量所有数值,就可解开世界上所有的
谜团。想不到爱因斯坦把这种自信心完全摧毁。
Walter Isaacson在这本《爱因斯坦:他的人生,他的宇宙》里面,
努力用最白话的语言介绍爱因斯坦最伟大的4+1个科学论点。
首先是在1905年,所谓的奇蹟之年,他提出了四篇论文,对世界
造成了四次大冲击。
1. 光量子的存在:原本科学家们倾向认为光是一种波,或许有些
人为了计算方便而引进量子假设,但爱因斯坦明确认定光是由粒子
组成,而且有量子的特性:“当光线传播时,能量不是随着空间连
续传散,而是由数量有限的量子组成;这些量子在空间呈点状分布,
是以完整的单位出现或消失。”这个观点奠定了量子力学的基础,
也让爱因斯坦获得诺贝尔奖。
2. 分子有多大:前人大多使用气体测量分子数量和大小,爱因斯坦
是第一位用液体成功得到结果的人。这篇论文成为他被引用最多次
而且最实用的论文。
3. 原子/分子真的存在吗:爱因斯坦认为悬浮在液体中的小颗粒(如
花粉),之所以会不规则移动(即布朗运动),是受到四面八方的水
分子撞击。根据这个假设,他计算出小颗粒平均每分钟的移动距离。
这个数据获得他人实验证实后,是那个年代最有力证明原子和分子
真实存在的证据之一。
4. 狭义相对论:非常非常简短的说,同样的事件会因为观察者的运
动状态不同,而观察到不同的现象。也就是说,连物理学这个让人
以为很客观的科学,每个人测量到的现象都不客观。爱因斯坦开启
的新世界,就是从这里开始偏离直觉的。这个理论可以解释进行光
速旅行为何能保持年轻,并且导出了上个世纪最著名的公式E = mc2。
读到这一章之前,请调整好大脑的状态,跟着爱因斯坦一起进行思
考实验。
狭义相对论提出的10年后(1915年),在一群竞争对手的进逼下,
爱因斯坦以毫厘之差率先提出广义相对论的计算结果。
5. 广义相对论:爱因斯坦提出一个方程式,整合了时间、空间、物
质、能量的互动关系。原来时间-空间结构不仅不具有绝对性质,还
会受到里面的物体的运动决定,以及反过来也会影响物体的运动。
广义相对论开启了对宇宙的重新认识,英国科学家爱丁顿趁日食观测
星光偏移弧度,证明广义相对论修正了牛顿力学。这件事情得到欧美
各大媒体报导,让爱因斯坦成为国际巨星。
虽然有以上的伟大创见,但他却过不了哲学的关卡,没能跟上物理学
的最新进展。
问题的起源在量子力学,这是一门及其诡异的领域。如海森堡的测不
准原理认为:“在我们进行观察之前,电子没有明确的位置或路径。”
换句话说,没有所谓的客观事实。物理学家波耳就说,物理学关心的
不是“自然是什么”,而是“关于自然我们能说什么”。爱因斯坦照
理说应该要能接受这个前提,因为他年轻时候喜欢休谟和马赫的哲学
观点:对于无法由感官直接产生经验的事物,要感到怀疑。所谓的客
观真实,就是无法由感官直接经验到的东西,只是一种信念,所以理
应要质疑这东西的存在。结果他年长之后,改为相信一定有一个独立
于感官的外部真实存在,并认为这是一切自然科学的基础。也因此他
跟不上量子力学的发展,变成一座有丰功伟业的地标,而不是引领方
向的导航员。
读到这里我也满汗颜的,因为我也喜欢休谟的论点,但高中学到量子
力学的时候也无法接受他用机率描述世界(电子的位置无法确定,只
能知道分布在某个形状的范围内)。老实说我完全没有发现自己的立
场矛盾。好在爱因斯坦也没有意识到自己的矛盾,让我同时有惭愧与
解套的感觉。
这本书是人生传记,除了爱因斯坦的科学成就之外,也提到他的婚姻
和政治等等生活面向。可以看到爱因斯坦在其他面向其实是个很平凡
的人。容易陷入热恋、与孩子处不好、政治立场没什么创见...等等。
其实这些生活面向满无聊的,让我很想跳过。但有趣的是,为什么这
么平凡的人可以在1905年突然撼动整个世界?
我的推测是他之前已经累积很多的思考。他从苏黎世技术学院毕业后,
仍持续阅读大量科学书籍,同时追踪最新的理论发展。更重要的是他
与两个志同道合的人组成“奥林匹亚学会”,阅读许多古典文学和哲
学,讨论各式各样的主题。经过多年累积想法,在某一年决定统统写
下来,然后就改变了世界。
其实很多人应该都有类似的经验,总觉得自己心中有很多特别的想法,
但没空好好写下来,顶多在日常聊天中或是FB上透漏零星片段。我以
写过几年部落格的经验建议,请长期思考自己有兴趣的议题,思绪逐
渐清晰时,赶快开始动笔写,一方面可以进一步厘清思维,另一方面
可以知道你的想法是不是碰巧能够改变世界(本部落格看来是没希望
了,但你不妨一试)。请不要让人类损失了你的智慧。