文/朱長超 編輯/一帆
丑小鴨走上諾貝爾獎(jiǎng)?lì)I(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)
文/朱長超 編輯/一帆
朱長超
上海社會(huì)科學(xué)院信息研究所研究員,中國思維科學(xué)學(xué)會(huì)籌委會(huì)副理事長,中國科普作家協(xié)會(huì)會(huì)員。
如果一個(gè)生物學(xué)老師指著一只笨拙的丑小鴨,對(duì)著同學(xué)說:“這只丑小鴨,走路搖搖晃晃,叫聲嘶嘶啞啞,真是丑死了。這只丑小鴨,將注定當(dāng)一輩子的丑小鴨?!蓖瑢W(xué)們都會(huì)用可憐的目光看著這只丑小鴨。有誰會(huì)想到,將來有一天,這只丑小鴨會(huì)長好翅膀,長滿羽毛,會(huì)張開翅膀,飛上藍(lán)天。物理學(xué)家愛因斯坦就是一只這樣的丑小鴨,他從小學(xué)、中學(xué)到大學(xué),在老師的眼中都是差生。
然而,就是這樣一只丑小鴨,卻在25歲那年,突然發(fā)表了三篇震動(dòng)世界的論文,徹底改變了牛頓力學(xué)對(duì)物質(zhì)、時(shí)間、空間的理念。牛頓力學(xué)認(rèn)為,物質(zhì)的質(zhì)量、時(shí)間、大小是不變的;愛因斯坦的相對(duì)論認(rèn)為,這些物體的基本屬性在高速運(yùn)動(dòng)情況下,會(huì)發(fā)生變化。他還發(fā)現(xiàn)了質(zhì)能關(guān)系式,微小的質(zhì)量會(huì)轉(zhuǎn)化成巨大的能量,它與光速的平方成正比。
又過了17年,瑞典諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)獎(jiǎng)委員會(huì)決定將1921年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給愛因斯坦。這一年,他登上了斯德哥爾摩的領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái),當(dāng)年的丑小鴨真的飛上了藍(lán)天,而且長久地在物質(zhì)學(xué)廣闊的天空中翱翔。
幼年的愛因斯坦,一點(diǎn)兒也看不出天才的跡象,他真像一只笨拙的丑小鴨。
他說話很遲,直到5歲多才學(xué)會(huì)說話。他出生后,家里又添了個(gè)妹妹。小妹妹到了一二歲,咿咿呀呀地學(xué)說話了,哥哥卻一句話也不會(huì)說,連爸爸媽媽這樣的稱呼也不會(huì)說,還一點(diǎn)也沒有張口學(xué)說話的跡象。又過了一年,妹妹說話已經(jīng)非常流暢,能說小故事、朗誦短詩歌,愛因斯坦還是一個(gè)單詞都沒有說過。他的父母非常擔(dān)心,心想,這個(gè)孩子大概再也不會(huì)說話了,心里很難過。又過了2年,愛因斯坦5歲了,他才終于開口說話了。爸媽心里的一塊大石頭才終于沉沉地落了地。但是,他們的心里還是不踏實(shí),因?yàn)楹⒆訉W(xué)說話實(shí)在太晚了,而且,他說起話來,語速很慢,口齒不清,話語也不多。
后來,愛因斯坦上學(xué)了,看上去不活潑,不機(jī)靈,也不聰明,成績很一般。老師們也認(rèn)為這個(gè)孩子不聰明,將來不會(huì)有什么出息,老師們都不喜歡他。
有一次,老師布置做紙工的家庭作業(yè),讓孩子們做一個(gè)小板凳。老師看了愛因斯坦做的小板凳后,認(rèn)為這是世界上最丑陋的小板凳。老師肯定沒有比較過世界上所有的小板凳,說愛因斯坦做的小板凳是世界上最差的,一是說明確實(shí)做得不好,二是說明老師對(duì)這個(gè)學(xué)生確實(shí)不喜歡。
愛因斯坦后來升上了中學(xué)。中學(xué)里,他的成績也很一般。要用心記憶的功課,如拉丁語、英語、生物學(xué)等,他的成績都不理想。在學(xué)校老師的印象中,他依然是個(gè)差生。有一次,他的爸爸到中學(xué)與教導(dǎo)主任溝通,問起孩子在學(xué)校的情況,主任直來直去地告訴他說:“你的兒子整天癡癡地,不知道想著什么??傊?,無論他長大了做什么,都不會(huì)是有出息的?!?/p>
愛因斯坦高中畢業(yè)了,第一次沒有考取大學(xué),第二次再考,算是考取了。但是,大學(xué)老師也不喜歡他,有一件事可以說明老師對(duì)他的冷漠。大學(xué)畢業(yè)后,他沒有找到工作,不得已,就寫信給物理學(xué)教授請(qǐng)求推薦。愛因斯坦告訴老師自己的窘境,請(qǐng)求教師幫助。但是,這位物理學(xué)教授不喜歡這個(gè)學(xué)生,不愿意推薦他,也不給他回信。而另外幾個(gè)學(xué)生寫信給教授,教授幫助他們找到了工作,或者至少都回了信。因?yàn)榻淌诓粠兔?,愛因斯坦最后只能在專利局找到了一份工作?/p>
光電效應(yīng)
一個(gè)從小學(xué)到大學(xué)都落落寡合,老師們都不喜歡的學(xué)生居然在大學(xué)畢業(yè)不久,在業(yè)余的物理學(xué)研究中大放異彩,這一定有著內(nèi)在的原因。愛因斯坦后來在反思軍營式教育和填鴨式教育的時(shí)候曾經(jīng)感嘆說,這樣的教育居然沒有把學(xué)生的創(chuàng)造性全部扼殺掉,這實(shí)在是一個(gè)奇跡。
一只從小學(xué)到大學(xué)都受到歧視和冷落的丑小鴨,最后竟沒有被摧毀自信心和創(chuàng)造性,在那么年輕的時(shí)候就做出了問鼎諾貝爾獎(jiǎng)的成就,這決不是偶然的,其背后一定有科學(xué)的因素在里面。
第一,盡管老師不喜歡他,然而,小愛因斯坦一直保持著自信和獨(dú)立思考。當(dāng)小學(xué)老師布置做小板凳的紙工家庭作業(yè)的時(shí)候,他確實(shí)做得不好,爸爸也認(rèn)為他做得不好,鼓勵(lì)他再做一個(gè)。愛因斯坦在爸爸的鼓勵(lì)下,又做了一個(gè),仍然做得不好,但是,比第一個(gè)小板凳有了一點(diǎn)進(jìn)步。第二天,他上學(xué)的時(shí)候帶了2個(gè)自己也不太滿意的小板凳。一個(gè)稍好的放在桌面上,準(zhǔn)備交給老師,第一次做的那個(gè)放在桌肚里備用。老師瞧了瞧他放在桌面的小板凳,譏諷地說,這是世界上最難看的小板凳。小愛因斯坦似乎知道老師會(huì)說這樣的話,他從桌里拿出第一個(gè)更差的小板凳,對(duì)老師說:“你說的這個(gè)小板凳并不是世界上最差的,我做的第一個(gè)更差。瞧,就是這一個(gè),你看的這個(gè)是我重新做的。”
老師一時(shí)被小愛因斯坦的話塞住了。小愛因斯坦的話有點(diǎn)含蓄,說白了就是這樣的意思:“您說這一個(gè)是世界上最差最難看的小板凳,您說得不對(duì),更差的那個(gè)就在這兒。不信您自己看。它也是我做的。我交的這個(gè)至少不是世界上最差的,世界上最差的是我手上的這個(gè)。我交的小板凳至少比這個(gè)要好一點(diǎn)兒?!边@段話體現(xiàn)了愛因斯坦的內(nèi)在的心理素質(zhì)和思維特點(diǎn)。第一,他的話非常符合邏輯,老師無法反駁他——你說我做的是世界最差,你說得不對(duì)。世界最差的在我手里呢!這就把老師“世界最差”的結(jié)論否決了。第二,一個(gè)小學(xué)生,面對(duì)老師強(qiáng)勢(shì)的批評(píng),沒有忍氣吞聲,而是作了巧妙的溫和而有力的反駁。這表示小愛因斯坦有著良好的心理素質(zhì):他是說理的,即使他是低微的、弱勢(shì)的一方,他也堅(jiān)持平等地進(jìn)行說理,他不會(huì)因?yàn)樽约旱娜鮿?shì)而默認(rèn)強(qiáng)勢(shì)方的無理。第三,在這里,愛因斯坦也表現(xiàn)得很自嘲。自嘲是一種良好的心理素質(zhì)。他承認(rèn)自己的紙工做得不好,是世界做得最不好的。世界上最差的和第二差的兩只小板凳,都出自他的手中。這種自嘲使他占據(jù)了反駁的優(yōu)勢(shì),為否定老師將他上交的作業(yè)定性為世界最差的結(jié)論制造了邏輯依據(jù)。這個(gè)貌似笨拙的孩子,其實(shí)內(nèi)心強(qiáng)大、邏輯嚴(yán)密,不可小覷。
第二,愛因斯坦從小學(xué)到大學(xué),都很會(huì)提出問題,很會(huì)尋找和思考問題的答案。五六歲的時(shí)候,爸爸給了他一只指南針。小愛因斯坦發(fā)現(xiàn),無論他怎么在房間里兜圈子,指南針的小針永遠(yuǎn)指著南方。他拿著指南針爬到床上,小針指向南方;他躺在地上,小針也指向南。這件事使他著了魔,一整天一整天地在房間里玩著這新奇的玩具。他想,是什么原因使這個(gè)小針一直指著南方呢?是有個(gè)小人躲在里面嗎,那不可能,因?yàn)橹改厢樚×?,無論如何藏不下一個(gè)小人。他感到極大的困惑和驚奇,他感到,自然界里有一種不以人的意志為轉(zhuǎn)移的規(guī)律,它們平時(shí)看不見,但是存在著,不時(shí)地表現(xiàn)著自己。
12歲那年,愛因斯坦的叔叔送他一本歐幾里得的《幾何原本》。愛因斯坦如獲至寶,他看著,算著,證明著。有一天,他自己證明了畢達(dá)哥拉斯定律,即直角三角形的兩條直角邊的平方之和等于斜邊的平方。就是說,以斜邊為邊長的正方形的面積,等于以直角邊為邊長的兩個(gè)正方形的面積之和。這個(gè)定理,用眼睛是無論如何也看不出來的。他居然證明了出來。在古代,只有像畢達(dá)哥拉斯這樣的大科學(xué)家才能證明的啊。他對(duì)著一只直角三角形,左看右看,怎么也看不出斜邊的平方會(huì)等于2條直角邊的平方之和。但是,人的理性卻發(fā)現(xiàn)了它,證明了它。邏輯的力量是多么強(qiáng)大啊!他開始懂得,人的感覺只能發(fā)現(xiàn)世界的表象,只有理性才能發(fā)現(xiàn)世界內(nèi)在的規(guī)律。
上大學(xué)的時(shí)候,他有時(shí)候去聽課,有時(shí)候不去聽。有的內(nèi)容他自習(xí)過了,能理解,他就不去上課了。自己到圖書館里看別的書。雖然他不是在游玩,但他不去聽老師的課,老師自然不高興。做物理實(shí)驗(yàn)的時(shí)候,老師規(guī)定了實(shí)驗(yàn)的步驟,但是,愛因斯坦卻想,能不能用別的辦法進(jìn)行這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)?,能不能通過別的途徑得出同樣的結(jié)論呢?他不照老師設(shè)定的原理和步驟做實(shí)驗(yàn),總喜歡別出心裁做一套,物理學(xué)教授對(duì)他不按照自己的布置、自說自話做實(shí)驗(yàn)很有意見。但是,恰恰在構(gòu)思新的實(shí)驗(yàn)中,愛因斯坦鍛煉了自己的創(chuàng)新精神,學(xué)會(huì)了另辟蹊徑,不落窠臼。
第三,愛因斯坦接受了良好的家庭教育。愛因斯坦的智力發(fā)展的起點(diǎn)相對(duì)較晚。妹妹會(huì)說話了,他還遲遲不會(huì)說話。后來學(xué)說話,也不像妹妹那么伶牙俐齒。但是,爸媽仍然對(duì)他充滿了愛心,一點(diǎn)也不歧視和冷落他。他的手工不靈巧,做的小紙工不好看,父親沒有打擊他,而是鼓勵(lì)他重新做一個(gè)。再做的那個(gè)也不太好,父親也沒有嘲笑他。父親去學(xué)校溝通,聽到學(xué)校老師和領(lǐng)導(dǎo)對(duì)兒子那么多負(fù)面的評(píng)價(jià)。如果愛因斯坦生在中國家庭,大部分父母不會(huì)這么寬容??赡芨赣H一回家,就會(huì)不管三七二十一,先一頓數(shù)落;媽媽則會(huì)整天拿他的成績與傳說中總是優(yōu)秀的“別人家”的孩子比較。甚至有的父母還會(huì)嘲笑愛因斯坦的腦子是黃魚腦袋,豬的智商。如果這樣,一個(gè)潛在的天才很可能在不知不覺之間,在學(xué)校和父母的世俗觀念的內(nèi)外夾攻下徹底被摧毀。如果這樣,質(zhì)能關(guān)系式會(huì)推遲許多年再被發(fā)現(xiàn),相對(duì)論也不會(huì)由他提出來。那時(shí)候,老師們會(huì)說:“瞧,我當(dāng)年就說了,這是個(gè)丑小鴨。你看,它沒有飛起來。我的眼光是不會(huì)錯(cuò)的。”父母則會(huì)說:“這個(gè)孩子從小就笨,唉,白養(yǎng)了他一輩子?!比欢瑦垡蛩固沟母改竻s不是這樣,他們小心地呵護(hù)著兒子的自信和自尊,盡力地幫助他成長。正是有了良好的家庭教育,愛因斯坦盡管受了許多屈辱,他仍然有尊嚴(yán)有自信。
家庭還幫助了愛因斯坦思維能力和思維品質(zhì)的成長。愛因斯坦的媽媽有很高的音樂素養(yǎng),在兒子6歲的時(shí)候,教他學(xué)小提琴。愛因斯坦覺得很好,學(xué)得很認(rèn)真,音樂成了他一輩子的朋友。他在祝賀創(chuàng)立量子論的老友普朗克60歲壽辰時(shí)拉小提琴;他在創(chuàng)立相對(duì)論的一周里,躲在小樓上,不時(shí)地拉著小提琴。音樂的訓(xùn)練對(duì)他思維品質(zhì)的成長具有重要意義。音樂幫助他發(fā)展了形象思維的能力,豐富了他的想象力。他在創(chuàng)立相對(duì)論的時(shí)候,就是想象出一個(gè)同時(shí)性問題:在一個(gè)乘上光子火箭的乘客和一個(gè)靜止不動(dòng)的旁觀的觀察者之間,是否同時(shí)看到了同樣的景象?這是一個(gè)理想實(shí)驗(yàn),它的提出需要豐富的想象力;而它的解答,又需要強(qiáng)大的邏輯能力。愛因斯坦邏輯思維能力和形象思維能力都很強(qiáng)大,這兩種能力,分別是由左腦和右腦主管的。音樂的學(xué)習(xí)促進(jìn)了右腦的發(fā)展,也促進(jìn)了左右腦的均衡發(fā)展,提高了他的思維能力。
可見,愛因斯坦的家庭是愛因斯坦的心靈港灣。學(xué)校老師的錯(cuò)誤看法,沒有摧毀他的自新和自信,與家庭對(duì)他的愛心有著密切的關(guān)系。而對(duì)他的音樂教育促進(jìn)了左右腦的協(xié)調(diào)發(fā)展,促進(jìn)了創(chuàng)造力的提高。
青年時(shí)代是創(chuàng)造和發(fā)現(xiàn)的黃金歲月。有人發(fā)現(xiàn),張愛玲最重要的作品是23歲開始的兩三年中完成的。牛頓23歲那年,倫敦發(fā)生鼠疫,學(xué)校為了防止感染,放了假,牛頓回到鄉(xiāng)下。這一年,他作出了他一生中在數(shù)學(xué)、光學(xué)和物理學(xué)的最杰出的發(fā)現(xiàn)——他創(chuàng)立了微積分,發(fā)現(xiàn)了白色光經(jīng)三棱鏡后的色散現(xiàn)象,還發(fā)現(xiàn)了偉大的萬有引力定律。
愛因斯坦25歲那年,即1905年,也在科學(xué)上作出了三項(xiàng)偉大發(fā)現(xiàn)。這一年,他在物理學(xué)年鑒上發(fā)表了三篇著名的論文。一篇提出了用光量子理論解釋了光電效應(yīng),一篇提出了布朗運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)學(xué)解釋,一篇提出了物體在高速運(yùn)動(dòng)的情況下,物體的質(zhì)量、長度隨運(yùn)動(dòng)速度的變化而變化的規(guī)律。后來,他進(jìn)一步提出了廣義相對(duì)論,認(rèn)為光在引力場(chǎng)中也會(huì)彎曲。
就像達(dá)爾文的進(jìn)化論改變了人們對(duì)物種起源和人類起源的看法一樣,愛因斯坦的相對(duì)論改變了人們對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的圖景。在牛頓力學(xué)中,時(shí)間是絕對(duì)的時(shí)間,它是不變的;空間,是絕對(duì)的空間,也是不變的。愛因斯坦卻證明,牛頓力學(xué)的理論只有在低速運(yùn)動(dòng)下才是正確的,在高速運(yùn)動(dòng)體系中是不正確的。物體高速運(yùn)動(dòng)時(shí),長度變短,質(zhì)量增大,時(shí)鐘變慢。它們隨運(yùn)動(dòng)而變化。這就是鐘慢尺縮效應(yīng)。這個(gè)理論,改變了人們的絕對(duì)時(shí)空觀、運(yùn)動(dòng)觀、物質(zhì)觀。它對(duì)人們思想的改變,就如哥白尼的日心說、達(dá)爾文的進(jìn)化論一樣深刻和深遠(yuǎn)。
他的理論和預(yù)言不斷地得到科學(xué)的證實(shí)。他曾預(yù)言,光線在引力場(chǎng)中會(huì)發(fā)生彎曲,引力場(chǎng)中的光譜線會(huì)發(fā)生紅移,即向紅端移動(dòng)。1919年5月29日,大西洋地區(qū)發(fā)生日全食,英國科學(xué)家進(jìn)行精密測(cè)量后,觀察到光線經(jīng)過太陽時(shí)發(fā)生了偏折,偏折的角度與愛因斯坦的預(yù)言非常一致。1960年,科學(xué)家哈勃發(fā)現(xiàn)了紅移現(xiàn)象,再一次論證了愛因斯坦的預(yù)言。
他的科學(xué)發(fā)現(xiàn)是如此豐富,如此創(chuàng)新。有科學(xué)史家認(rèn)為,他25歲那年的三篇論文,都有資格獲得諾貝爾獎(jiǎng)。但是,他的獲獎(jiǎng)不是以影響最深遠(yuǎn)的相對(duì)論,因?yàn)閾?jù)說是這種理論提出之初理解的人不多,最后以對(duì)光電效應(yīng)的理論解釋的那篇論文獲獎(jiǎng)。人們?cè)l(fā)現(xiàn),將一些堿金屬,例如銣、銫做燈管的一極,它與另一極之間是絕緣的。在黑暗中,電路上沒有電流。但是,如果在光照條件下,電路上就存在電流。這種效應(yīng)就是光電效應(yīng)。這個(gè)效應(yīng)是怎么發(fā)生的呢?愛因斯坦提出,這些堿金屬原子核的正電對(duì)最外層的電子的吸引力因?yàn)榫嚯x的增大成減小。在光照條件下,光量子撞擊最外層電子,光子的能量超過了原子核對(duì)它的吸引力,這樣,最外層電子就在光子的作用下,變成自由電子,就產(chǎn)生了電流,形成了光電效應(yīng)。
需要指出的是,愛因斯坦對(duì)人類的貢獻(xiàn)并不局限于自然科學(xué)。二戰(zhàn)時(shí),他看到納粹有制造原子武器的跡象,便寫信提醒美國總統(tǒng)羅斯福,促使美國啟動(dòng)了制造原子彈的曼哈頓工程,并遏制了德國的原子武器制造。原子彈促進(jìn)了二次大戰(zhàn)的早日結(jié)束。戰(zhàn)后,鑒于世界大戰(zhàn)和原子武器對(duì)和平的威脅,愛因斯坦積極呼吁和平,反對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng),反對(duì)核戰(zhàn)爭(zhēng),他起草并發(fā)表了《羅素——愛因斯坦宣言》,為世界和平事業(yè)作出了寶貴的貢獻(xiàn)。直到今天,他留下的知識(shí)財(cái)富,留下的人文精神,仍然給這個(gè)世界增添著智慧和光明。