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第23章 爱因斯坦:超越时空与广义相对论的革命

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一、早年生活

1879年3月14日,阿尔伯特·爱因斯坦出生在德国乌尔姆市班霍夫街135号,父母赫尔曼·爱因斯坦和宝琳·科赫都是犹太人。1880年,爱因斯坦一家迁居慕尼黑,这里成为爱因斯坦童年和青少年时期的主要居住地。在慕尼黑,爱因斯坦进入了路易波尔德高级中学接受教育。在这段时间里,他接受了宗教教育,并在1888年进行了受戒仪式,弗里德曼是他的指导老师。

1889年,爱因斯坦的生活发生了一个重要的转折点。当时,一位名叫塔尔梅的医科大学生经常来爱因斯坦家中做客,他向年轻的爱因斯坦介绍了各种科普读物和哲学着作。这些书籍极大地激发了爱因斯坦的好奇心和求知欲,使他对科学和哲学产生了浓厚的兴趣。1891年,爱因斯坦开始自学欧几里得几何,对数学产生了狂热的喜爱。随后,他又开始自学高等数学,展现了惊人的自学能力。

1892年,爱因斯坦开始阅读伊曼努尔·康德的哲学着作,这进一步拓宽了他的思维视野。1894年,爱因斯坦一家因为商业上的原因移居意大利米兰。爱因斯坦留在慕尼黑继续完成学业,但不久后他也前往米兰与家人团聚。1895年,爱因斯坦自学完成了微积分课程。同年,他尝试报考瑞士联邦理工学院,但由于未能通过入学考试,他不得不重新规划自己的未来。在这一时期,爱因斯坦开始思考一些物理学的基本问题,特别是当一个人以光速运动时会看到什么现象,对经典理论的内在矛盾产生了深深的困惑。

1896年,爱因斯坦在阿劳州立中学获得了毕业证书,并于10月29日迁居苏黎世,进入瑞士联邦理工学院就读。在苏黎世,爱因斯坦结识了许多志同道合的朋友,其中包括未来的妻子米列娃·玛丽克。1899年10月19日,爱因斯坦正式申请瑞士公民权,这标志着他开始融入瑞士社会。1900年8月,爱因斯坦顺利毕业,同年12月,他完成了论文《由毛细管现象得到的推论》,这篇论文次年发表在德国莱比锡的《物理年鉴》上。同年,爱因斯坦正式加入了瑞士国籍。

1901年3月21日,爱因斯坦正式取得瑞士国籍。这一年,他完成了关于电势差的热力学理论的论文。1902年6月16日,爱因斯坦被瑞士伯尔尼专利局雇佣,这份工作为他提供了稳定的收入,也让他有更多的时间进行科学研究。1903年,爱因斯坦与米列娃·玛丽克结婚,他们在此之前已经有了一个女儿。1904年9月,爱因斯坦由专利局的试用人员转为正式三级技术员。

1905年是爱因斯坦的“奇迹年”。这一年,他发表了四篇划时代的论文,彻底改变了物理学的面貌。3月,爱因斯坦发表了“量子论”,提出光量子假说,成功解释了光电效应。4月,他向苏黎世大学提交了论文《分子大小的新测定法》,并因此获得了博士学位。5月,爱因斯坦完成了《论动体的电动力学》,这篇论文独立而完整地提出了狭义相对性原理,开创了物理学的新纪元。1906年4月,爱因斯坦晋升为专利局二级技术员。11月,他完成了关于固体比热的论文,这是关于固体的量子论的第一篇论文。

1907年,爱因斯坦再次升职,成为专利局一级技术员。1908年10月,他开始兼任伯尔尼大学的编外讲师,这标志着他正式步入学术界。1909年10月,爱因斯坦离开伯尔尼专利局,担任苏黎世大学理论物理学副教授。1910年10月,他完成了关于临界乳光的论文,进一步巩固了他在物理学界的声誉。1911年,爱因斯坦从瑞士迁居到捷克布拉格,担任布拉格大学的教授。1912年,他提出了“光化当量”定律,继续在光学领域做出重要贡献。1913年,爱因斯坦重返德国,担任柏林威廉皇帝物理研究所所长和柏林洪堡大学教授,并当选为普鲁士科学院院士。

二、柏林岁月

1914年4月,阿尔伯特·爱因斯坦接受了德国科学界的邀请,迁居到柏林。这次迁移标志着他职业生涯的一个重要转折点。然而,几个月后,第一次世界大战爆发,柏林迅速成为战争的中心。尽管身处战争的发源地,周围充满了战争鼓吹者的氛围,爱因斯坦却坚决地表明了自己的反战态度。

1914年9月,爱因斯坦参与发起了反战团体“新祖国同盟”。这个组织致力于反对战争和军国主义,但在当时的政治环境下,很快被宣布为非法,成员们遭受了逮捕和迫害。即便如此,爱因斯坦仍然坚持参加这个组织的秘密活动,表现出他坚定的和平信念。10月,德国的科学界和文化界在军国主义分子的操纵和煽动下,发表了一份名为“文明世界的宣言”的文件,为德国发动的侵略战争辩护,鼓吹德国高于一切,全世界都应该接受“真正德国精神”。在“宣言”上签名的有93人,都是当时德国有声望的科学家、艺术家和牧师,包括能斯脱、伦琴、奥斯特瓦尔德、普朗克等知名人士。当征求爱因斯坦签名时,他断然拒绝了,而同时,他却毅然在反战的《告欧洲人书》上签上了自己的名字,这一举动进一步彰显了他的和平主义立场。

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