爱因斯坦传-第33章
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觉的。
爱因斯坦和英费尔德一起搞的工作是关于运动方程问题。这项工作的内容是：（ ）
在古典物理学中有一个场方程，依据它，知道场的来源，就可以确定场在每一点的强度，即力。场以这种力作用于处于这一点的电荷，例如，已知带电物体的分布，就可借助电磁场方程知道，处于该点的电荷将以什么样的力被吸引或被排斥。可见，如果重力质量的分布是已知的，由引力场的古典方程就可以知道每一点的引力是怎样的。在古典物理学中，与场方程并存，还有一个运动方程。这里，场强是给定的量。当这个量是已知的时候，可以借助运动方程找到物体在以后每一时刻的位置。场方程和运动方程在古典物理学中是独立的。相反，在爱因斯坦引力理论中，不可把场方程和运动方程看成是独立的。运动方程可以从场方程推导出来，但这是一个极为复杂的课题。在３０年代末，爱因斯坦在自己学生们的协助下解决了这个课题。
从场方程得出运动方程是一个艰巨的数学课题。但是，克服数学困难伴随着某种物理直觉，伴随着关于上述课题对物理世界图像的初始思想的意义的直觉的、纯物理的观念。
在广义相对论中，引力场或时空弯曲被看作是物质物体——场的源泉在时空中存在的结果。场方程表面，时空怎样弯曲，或者也可以说，在场源给定的条件下，在引力中心——物质物体的分布是给定的条件下，引力场的强度也怎样。粒子在引力场中运动着，如果它的运动定律（运动方程）依赖于场方程，那么这就涉及两个实在：１．场；２．场中运动并产生场的物体。如果说运动方程不是独立的，而已经包含在给定的场方程中，那么我们面前除开场之外就没有别的实在了。如果粒子的运动归根到底取决于场方程，并且只取决于场方程，这就意味着，我们可以把粒子看作是场的某个中心浓缩点。
这一思想过程同场方程得出运动方程课题的解决，不是单值地联系着的。但是，爱因斯坦的这种推论大概含有上述潜台词。它同爱因斯坦建立统一场论的物理学思想的发展线索是联系着的。
在１９３６——１９３７年间，英费尔德几乎每天到爱因斯坦那里去同他见面，并多次陪他在普林斯顿散步。英费尔德关于这个阶段的回忆，给爱因斯坦的肖像增添了新的细线条和色彩。在试图描述爱因斯坦连续工作的极度紧张的程度时，英费尔德作了一个十分意外的对比。他谈起一架永远旋转的智力机器，但为说明这个过程的不可思议的生命力，他用了另一个比方：
英费尔德写道：“在美国，我有生以来第一次看见了充满火和生命力的黑人舞蹈。在哈莱姆‘萨沃依’舞厅装饰成阳光灼灸，郁郁葱葱的非洲热带丛林。空气在颤动。震耳的音乐和充满热情的舞蹈辐射着活力；观者丧失了实在感。和黑人不同，白人们露出半死不活、滑稽可笑和卑微屈贱的模样。他们构成一幅背景，更强烈地衬托出黑人们原始的、无限的生命力。我觉得，这种强烈的运动好像不需要任何喘息，可以永远地继续下去。
“当我观察爱因斯坦的时候，这幅画面常常泛现在我眼前。就像一架最富有生命力的机器永远在他的脑子里转动似的。这就是被升华出来的生命力。有时，这种观察是令人难受的。爱因斯坦能谈政治，能以他所特有的极其惊人的好心肠听取种种请求，回答种种问题，但是，在这些外部活动后面能感觉出他在不断地思考科学问题；他的大脑机器不停地开动，只有死才能中断这架机器的永恒运转。”
爱因斯坦对宇宙的思考是一股急流，不仅对于一些比较无畏的琐事，就是个人和社会的悲惨事件也无法使它停止或转弯，但这决不说明他对个人或社会的命运漠不关心。爱因斯坦对他亲近的人所发生的一切事是异常敏感的，社会灾难使他深感悲痛，但他总是那样紧张地坚持工作。英费尔德回忆起在爱因斯坦的妻子病危的日子里，他是怎样生活和工作的。一楼变成了家庭医院，她就躺在那里。而爱因斯坦在二楼工作。他极为沉痛地感到将要同他最亲近的人永别了，但他像往常一样地非常紧张地工作。妻子逝世后不久，爱因斯坦就来到了范氏堂，他面色蜡黄，消瘦，也苍老多了。可是，他立即就着手讨论运动工程工作中的困难。看来，极端抽象的思维对爱因斯坦来说就像呼吸一样是不间断的。
１９３７年初，英费尔德在经过长时间的犹豫之后，决定同爱因斯坦商量一个纯个人的问题。他在普林斯顿得到了一年的奖学金。该考虑一下和爱因斯坦下一步工作的可能性了。尽管爱因斯坦力争，英费尔德延长奖学金的申请还是遭到拒绝。这时，他想出了一个同爱因斯坦一起写通俗读物的主意。只要对任何一个出版社说这是爱因斯坦同意的，预支一半稿费，就足够英费尔德在普林斯顿再呆一年的生活费。英费尔德勉强克制住难为情，结结巴巴，前言不搭后语地向爱因斯坦说明了这个计划。爱因斯坦静静地听着，直到英费尔德终于讲出了他想干什么。最后，他小声地说：
“这个主意不错，很不错！”
然后，他向英费尔德伸出了双手，说：
“我们来干吧！”
爱因斯坦没有想到写关于相对论的通俗读物，吸引他的，后来甚至使他着迷的是另一个计划——说明逐渐纳入科学的世界图象的基本的物理学概念的逻辑。对物理学的历史的阐述，不可避免地要抓住走在前面的、纯物理的图象，这些图象在进一步严密的和系统的说明中才被公式和计算所代替。探索以及思想冲突的罗曼蒂克就会从历史的观点清晰地展现出来。
爱因斯坦对先于严格论述的直观的和半直观的图象的兴趣，是即将要写的那本书的主要内容，而且“这是一出戏剧，思想的戏剧。我们的书应该是一本对每一个热爱科学的人都有意思的、极感兴趣的书”。
爱因斯坦关于正是这些图象构成“思想的戏剧”的观念——这一切都是同基本的认识论原理联系在一起的。在直观图象中，以清晰的形式保持着实验验证理论的原则上的可能性，它排除了理论的先验性质。假如科学是认识所固有的先验前提或约定前提的简单的逻辑发展的结果，那么它可以成为任何东西，但就是不成其为戏剧。假如科学是现象学论断的汇集，是“纯粹描述”，是主观“经验”的结果，那么科学中就不存在“逃避显然性”、意外的奇迹、思想的冲突，——所有那些使科学变成戏剧以及科学史上呈现的东西就都没有了。
与阐述的特点有关的构思是同对书的内容的设想相吻合的。爱因斯坦和英费尔德想避免表面效果，任何一种表面的与主题无关的点缀物。他们不想用宇宙的浩瀚无垠，星系际的距离达到数百万光年等等同原子的体积的对比方法去败坏读者的想象力。此外，按照爱因斯坦和英费尔德的看法，拟议中的书不应当造成一种观念，似乎科学同普通的健全思维有原则区别。如果科学是约定的先验的图式的逻辑发挥，它就不可能和从日常经验中产生的观念有什么共同之处。但从爱因斯坦的认识论立场中却得出相反的结论：科学思维和日常的健全思维走的是同一条道路，但它走得远一些，深入到碰见新的规律性的那些领域，而日常的健全思维（至少在开初）却认为这些规律性是反常的。
１９３８年４月，《物理学的进化》一书问世了。
该书序言中写道：
“在我们写这本书的时候，关于我们所想象的读者的特征，曾作过很长的讨论，并且处处都在替他们着想。我们想象他完全缺乏物理学和数学的实际知识，但是却具有很强的理解能力，足以弥补这些缺憾。我们认为他对物理学和哲学的观念很感兴趣，同时他对努力钻研书中比较乏味和困难的部分有忍耐性。”
应当说，这样的读者是有的。《物理学的进化》一书不要求具有专门的知识，但它对知识修养、对抽象思维能力、对彻底性却提出了很高的要求。首先，它要求对人类思想的进化有浓厚的兴趣，具有这样的一些才能和爱好的读者的实际典型的多样性是时代的一面极其重要的旗帜。现在，许多人努力不懈地从科学史中寻求对现代问题的答案。基本答案——世界的和谐及其可知性——表现在下面几行字里：
“如果不相信我们的理论结构能够领悟客观实在，如果不相信我们世界的内在的和谐性，那就不会有任何科学。这种信念是，并且永远是一切科学创造的根本动机。在我们所有的努力中，在每一次新旧观念间的戏剧性斗争中，我们坚定了永恒的求知欲望，和对于我们的世界的和谐性的始终不渝的信念……”
爱因斯坦对已出版的书的态度是特殊的。《物理学的进化》一书的准备工作使他全神贯注，然而一旦写完手稿，他就对它毫无兴趣了，无论对清样还是印出的样书，他看都不看一眼。为了不得罪出版者，英费尔德只好对出版者说：爱因斯坦教授对书很感兴趣，特别是书的装帧，他很喜欢。可实际上，他连翻也没翻过这本他亲自构思的书。
★原子悲剧的由来
１９２１年，爱因斯坦在布拉格讲学时，曾接见了一个非见他不可的年轻人。这位不知名的年轻人说：
“教授先生，你提出了一个伟大的公式：E＝MC2，我则发现了一种巧妙的机器，能把物质中亿万个原子所蕴藏的能量，统统释放出来。到那时候……”
爱因斯坦静静地听着，笑着说：
“不要激动，年轻人。现在不是细谈这事的时候，你知道吗？”
当时的物理学还没有发展到这样的地步：能把E＝MC2这个公式应用到实际中去。多数物理学家认为，把原子的质量中蕴藏着的能量释放出来，那是１００年后的事情。有人干脆说，那是永远也实现不了的事情。
可是，E＝MC2却有着理论上的真实性。原子能的释放是建立在由于把相对论运用到原子核物理学而发现的规律上。在原子核物理学中，实验研究表明，原子核的质量小于所有组成这个核的粒子（质子和中子）的质量的总和。同核子质量之和相比核的质量的这种亏损，在原子物理学中根据爱因斯坦发现的质能关系式得到了解释。在各种不同的核内，粒子就像以各种不同的致密性被装进去似的；为了把粒子和其余的粒子分开，需要不同的能量。在元素周期表上的一种元素向另一种元素过渡的时候，核内的粒子的结合就能发生变化。根据爱因斯坦关系式，质量的不同和能量的不同是一致的；核的质量或多或少地都小于构成核的粒子质量之和的精确值。
一种核转变为另一种核——重核分裂或轻核结合为较重的核——引起装填“致密性”的变化。在这类反应中得到的核的质量可能小于原来的核的质量。质量的这种减少与能量的释放相对应；释放出来的能量等于减少的质量乘以光速的平方，即E＝MC2。
基于上述相对论的结论的推测可以断定，在最重的核发生核反应时，同样地在最轻的核参与反应时，将释放出能量。
位于门捷列夫周期表末端的最重的元素（原子量最大的元素）的核，比起中等元素的核，具有较小的“致密性”。因此，当重核转变为中等核时，换句话说，当由大量质子和中子组成的重核分裂为较小的核时，就释放出能量。爱因斯坦对此现象作过形象的描述：
“原子m是一个吝啬的财主，他在世时不花一个钱（能量）。但是在他的遗嘱中，他把他的财产留给他的两个儿子M′和MC，条件是他们给社会一小部分——少于全部财产（能量或者质量）的千分之一。两个儿子所得的财产比父亲所有的财产要少些（质量M′＋MC的和略少于放射性原子的质量M）。但是，给社会的部分虽然比较小，也已经如此之大（作为动能来看），以致带来了一种严重的祸害威胁。预防这种威胁已成为我们这个时代的最迫切的问题。”
相反，位于门捷列夫周期表最开端的轻核，在聚合为稍大一些的核时，又会发生“致密性”的赚取。当氢核结合为氦核时，大量的能量被释放出来。
这样，在核物理学中运用相对论，便可以预见两类反应：重核的分裂和最轻核的聚合。这些反应都能释出能量；这些反应后生成的核，其质量小于原来的核的质量。在这些反应中应析出巨额能量，它等于减少的质量乘以光速的平方。从１克实物中将获得比实物燃烧时多数十万倍的能量。
在３０年代末，发现了铀核的裂变反应。这些重核当它们被中子轰击时，每个核一分为二，分成两个中等元素的核。这时，释出的能量应等于减少的质量乘以光速的平方。
不久又弄明白，铀核裂变时会产生中子，这些中子又可以引起邻近的核的裂变，于是裂变过程便具有链式反应的性质，并且，裂变一旦开始后，就会蔓延到裂变由以开始的铀的全部质量。这结果是居里在德国得出的，费米也得出这样的结果，他是在意大利开始从事铀的裂变研究，不久从默索里尼政权下逃亡并定居在美国。在美国，西拉德和其他一些人也在研究铀的裂变问题。
正当政治地平线上乌云密布之际，原子时代的曙光冉冉升起。面对希特勒德国迅速增强的战争潜力，爱因斯坦比任何时候都考虑得更多的问题是：物理学研究的成果将落到谁的手中？
没过两年，战争终于爆发了。１９３９年夏，爱因斯坦面临一个按其重要性和尖锐性都是无可比拟的问题。
１９３９年１月１７日，柏林《自然科学》杂志报道：哈恩、施特拉斯曼合著，《论铀在中子轰击下……》。爱因斯坦与随之赶来的玻尔进行了讨论。
难道那不可能发生的事情就将发生？E＝MC2，无穷无尽的能量，将不可遏止地向我们冲来？
但是，已经不必“难道”了。一系列实验都已观察到：每个铀核裂变的时候确实能放出几个中子。就算放出３个吧。３个中子引起３个铀核裂变，一共放出９个中子。这样，１，３，９，２７，８１，２４３，７２９，２１８７，……像一条链子，铀的裂变就能一直进行下去。亿万卡热量就将冲出来，凶猛异常……
费米教授面对实验结果惊呆了。可为什么那样幸运，不发生链式反应，“轰”地一下把实验室送上天去呢？玻尔的研究得出了答案：铀２３５，只有提炼出铀的这种同位素，而且要达到一定的数量，才能发生链式反应。
可是，铀的链式反应就是炸弹，是炸弹啊！它的威力，比普通炸弹不知高出多少倍。刹那间，千万万生命会被烧成灰烬。想到这些，费米不禁打了个寒噤。太可怕了。
费米教授刚到美国不久。他是趁着到斯德哥尔摩领诺贝尔奖金的机会，带着妻子逃到美国，加入难民行列的。费米教授本人不是犹太人，妻子却是犹太人。要是希特勒、墨索里尼这两条疯狗手里拿到这种炸弹……费米不禁又打了个寒噤。
费米教授决定去拜访海军部，报告关于链式反应的研究情况。他带着哥伦比亚大学物理系主任的介绍信，来到海军军械部长胡柏将军的办公室。可将军不懂什么“中子”、“同位素”。再说，费米的英语结结巴巴，中间还杂夹着不少意大利字，不但将军听不懂，连记录的参谋军官也弄不懂他的意思。最后，将军只能向教授先生道谢，请他“继续努力”。
还有一个人，也和费米一样忧心忡忡。他就是那位干劲十足、满肚子主意的匈牙利犹太人西拉德。西拉德在柏林当过爱因斯坦的学生�
