《爱因斯坦传》-完-4.0

这本《爱因斯坦传》，按豆瓣上简评描述“怎么就买了这个版本”，同感。商务印书馆的那两本传记，对物理数学知识的掌握要求太多，无奈束之高阁了。但那部作品在描写我能看得懂的那部分爱因斯坦的生平部分，更细节些。相比这本就是一笔带过了。

昨天阅读第一章，把爱因斯坦童年部分的“高大上”解读有强烈的偶像崇拜过渡解读的倾向，十分不喜。

很意外，作者会在传记交代意识形态和相对必要的物理知识信息。为了这些信息，我竟然为这本书补上这篇读书笔记了。第二章写得真好。

作者对于写爱因斯坦作为人的性格和人性，总是以泛泛的抽象概括，没有实例让我看看，让我判断，只是一句极致的评价，这个对传记作者来说不好，很不好。评价是读者的事，哪怕是提炼评价。

我不太喜欢爱因斯坦在功成名就后，对各个国家的出访以及政治的参与。

一边写爱因斯坦对年轻人充满爱心和耐心，一边又表达爱因斯坦对一不知名年轻人的原子能量甚至设备的天方夜谭的轻视。目前，我感觉爱因斯坦是个很自大的演员。

这本书的作者，除了作为传记的公正性之外，其他的都写得很好。就是对爱因斯坦的崇拜，太让人感到尴尬。可这就是一本传记啊。传记写得如此偶像崇拜，真是反人性啊。

第二章 爱因斯坦之前的物理学观念
纵观整个历史，建立自然哲学观的依据有两种：一种被称为“科学的”，即试图将观察到的事实关联起来，并从中获取有用的信息；另一种被称为“哲学的”，在特定历史条件下以能获得认可的方式解释自然现象。

中世纪，人们用理解人类和动物行为的方式来理解自然现象，以生物的行为来解释诸如天体、抛体等物体的运动。这种观点被称为有机观。

十七世纪开始，伽利略和牛顿在力学上做出了一系列影响广泛的研究，自然的机械论观形成。
牛顿第一运动定律：任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态，直到外力迫使它改变运动状态为止。（惯性定律）
牛顿第二运动定理：物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，且与物体质量的倒数成正比；加速度的方向跟作用力的方向相同。（力的定律）
牛顿第三运动定律：相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。
万有引力定律：任意两个质点之间有通过连心线方向上的力相互吸引。该引力大小与它们质量的乘积成正比，与它们距离的平方成反比，与两物体的化学组成和其间介质种类无关。
对于力学规律而言，一切惯性系都是等价的，这一定律被称为力学相对性原理，是牛顿运动定律的推论，它的描述对象为相对运动。

1905年，爱因斯坦相对论论文发表，第二次科学大革命拉开了帷幕，爱因斯坦也促使机械观转变为自然的数学描述。
新理论受到非难的原因都不在于不能解释观察结果，而在于其不能融入传统的科学哲学观中。

光学理论主要包括两大对立体系：牛顿提出的光的微粒说，光被看作一束满足牛顿运动定律的粒子流；以及牛顿同时代的荷兰物理学家、天文学家、数学家惠更斯（1629-1695）提出光的波动说，光是一种在介质中传播的振动。

机械论批评者先驱之一德国物理学家古斯塔夫·基尔霍夫（1822-1887），他提出力学的任务应当是“既完整又简明地描述自然中发生的运动”。在基尔霍夫的观念中，既然牛顿力学只是对自然运动的描述，那为什么还要坚持用牛顿力学对电学、光学、热学等现象做出迂回别扭的解释，建立能直接解释这些现象的专门理论将会更加简洁。
海因里希·赫兹证实电磁波，抛弃了那些在有机论和机械论时期被奉为物理的“哲学”基础的观念。他坚持认为，物理定律不一定能被人类的直观认识所理解，这些定律只要能够准确地解释或预测现象就足够了。
奥古斯特·孔德（1798-1857），法国哲学家、实证主义创始人，被称为“社会学之父”。指出科学发展的“形而上学”阶段已经被“实证主义”阶段所取代。抛开有机论或自然论这些观念，科学理论的唯一评判标准应当是它能否以简单的、无逻辑错误的形式来解释“真实”的经验。
恩斯特·马赫（1838-1916），奥地利物理学家。提出科学的实证标准，即只有从可观测现象中总结推断出来的规律才是可接受的。
亨利·庞加莱（1854-1912），法国数学家、天体力学家、数学物理学家和科学哲学家。他的观点被称为“约定注意”。他认为三角形内角和定理、惯性定律、能量守恒定律，这类命题都是人们用“直线”、“力”、“能量”等词语在几何学、力学、物理学上的约定，而不是对真实的陈述。这些命题本来就是人脑的自由创作、人们无法判断它们的真伪，只能判断这些约束或惯例是否足以方便地描述自然现象。这种观念带来的主要后果就是人们不必再纠结于物理术语的哲学本质。只要使用这些术语的科学陈述能被实验观测所验证，术语的使用便毫无争议。
马赫的“科学定律是实验事实的简单总结”与庞加莱的“科学定律是人类大脑的自由创作”是十九世纪七十年代发起的实证主义运动的两大派别。前者偏向经验实证主义；后者偏向逻辑实证主义。

第三章 物理学新纪元的开端
放弃光的以太理论。假设有一个基本的参考系F，光在这个参考系中以特定的速度c运动。不管光源相对于F如何运动，其发射的光总是以相同的速度c相对于F运动。这个论述被称为“光速不变原理”。光速不依赖于光源的速度。

如果几个有质量的物体在结合或分解的过程中，产生了动能或者辐射了能量，那么在结合或分解过程结束后，它们的总质量将变小。这一过程产生的能量为E=mc2，其中m为质量的损失。这是关于质量转化为能量的定律。

根据现代原子理论，原子是由占据其大部分质量的带正电荷的原子核和周围高速运动的带负电的电子组成的。原子核本身也具有复杂的结构，它是由带正电的质子和电中性的中子构成的。质量更大的原子包含了更多的质子和中子。现代物理主要问题之一就是研究这种核力的性质。

为了测量原子核中的粒子被束缚在一起的作用力强度，可以将原子核击碎、让核中的粒子相互远离，并测量这一过程所需要的能量。这个能量被称为原子核的结合能。根据爱因斯坦的理论，粒子结合成原子核时，产生了能量（E），因此结合过程中必然有质量的损失。最终形成的原子核质量比未被束缚在核中的质子与中子质量之和小于E/c2。通过测量原子核与自由中子和质子的质量差，就能获得原子核的结合能。

布朗运动的现象一直被作为证明分子存在的最好的“直接”证据之一。爱因斯坦推导出一个公式，说明微粒在各个方向的平均位移都与时间的平方根成正比。1905年，论证了怎样通过可见微粒移动的距离来获得单位体积的分子数。

对光对本性以及光与物质相互作用对研究最终导致了“量子理论”对兴起。

产生光最简单方式将固体加热。温度升高，颜色从暗红色（频率最低，低频光占主导）逐渐变为橙色，最后发出白色（短波长，光波长与频率成反比）的光。物体发出什么颜色的光，只取决于它的温度。

普朗克意识到，实验结果已经说明振荡的电子不会发出任意频率的光，因为高频光的缺失说明在电子辐射的机制下高频光更难被辐射。提出一种新假设：由于某种未知原因，原子的振动不可以取任意值，只能取最低振动能的整数倍。他引入e=hm，n为频率，h为比例系数。e被称为普朗克常数。

爱因斯坦发现，不仅光的发射和吸收过程是以一份一份能量为单位进行的，而且光的本质也是由确定的能量单位组成的，每份光能量大小为hn。他将光辐射的每一份能量称为光子。

人们早已发现，当光照射在金属上时，能够释放电子。1902年，德国实验物理学家菲利普·莱纳德发现金属逸出电子的能量与照射在金属上的光强没有关系，电子能量只依赖于入射光的颜色（频率）。
爱因斯坦观点：对于单一颜色的光，它每一份能量的大小是确定的，当光源离得越远时，其能量单位“光子”分布得更稀疏。一份辐射能量被一个电子吸收时，电子带着光子的能量逃逸出来。因此光源和金属之间的距离与每个射出电子的能量之间没有关系。电子吸收紫色光光子时的逸出速度大于吸收红色光光子时的逸出速度。

第四章 爱因斯坦在布拉格
爱因斯坦从下面的思想实验出发，假设一个电梯参考系L，它可以竖直向上或向下运动，电梯中的物体相对它的运动可观测。如果电梯被电缆支撑而保持静止不动时，电梯里的任何物体B自由下落的加速度都是重力加速度。然而，当电梯在重力作用下自由下落时，电梯里下落的B物体相对于电梯参考系不会有任何加速度，它们在电梯里的运动状态就像没有重力的存在。仅通过观察L中的物体运动，我们没法判断L中是不是有重力场的存在，换句话说，我们不知道体系L是在重力场中自由下落的非惯性系，还是重力场不存在下的惯性系。让我们用更普遍的表达来描述这个结果:不可能通过实验室里的机械实验来区别惯性力和万有引力的作用。

在爱因斯坦看来，牛顿力学中的叙述“无法通过匀速直线运动的实验室中的机械实验来测量实验室相对于惯性系的运动速度”与他的结论有异曲同工之处。1905年爱因斯坦将这一原则推广至光学实验，并提出一个假说:即使通过测量光线的传播，也无法确定一个实验室体系是静止或做匀速直线运动的，还是受制于一个引力场。爱因斯坦将其称为“惯性力与引力的等效性原理”，简称等效原理。

爱因斯坦天性善良，不想任何人不开心。他访问了外交部，并向负责官员致歉，填写了表格，档案材料终于齐全了。

第五章 爱因斯坦在柏林

第六章 广义相对论
1916年发展出一套完全独立的万有引力统一理论。“力”、“加速度”、“绝对空间”等概念消失。

欧几里得空间和爱因斯坦的“弯曲”空间之间的差别可以类比于平面和曲面之间的差别。所有在平面上的三角形都满足欧式定理，而曲面上的三角形呢?以地球为例，只考虑地球表面上的点(不考虑地球上空或地下的点)，这些点之间的连线都不是通常意义上的直线。但是球面上两点之间最短距离的连线在航海学和测地学上也是很有意义的，它被称为测地线(Geodesic line)。对于球面来说，测地线是大圆的圆弧，地球上的所有经线以及赤道都是测地线。考虑一个由测地线围成的三角形，就以地球上由经线和赤道围成的三角形为例，它的顶点可以是南极点和赤道上任意的两点。由于所有经线都与纬线垂直，所以三角形中赤道和经线相交的两个角都是直角，这两个内角之和已经是一个平角，再加上南极点处的内角，这个三角形的三个内角之和一定大于一个平角。这个例子说明，所有曲面上的三角形，它的内角和都不为180度，因此反过来说，只要一个表面的测地线所围成的三角形内角和不是一个平角，那么这个表面就是弯曲的。
这种对弯曲表面的定义可以推广到空间中。根据爱因斯坦的理论，物质的存在对空间造成了某种扭曲，一个粒子在引力场中的运动路线是由引力空间的曲率决定的。爱因斯坦发现用弯曲空间(Curved space)的几何学来描述物体运动的路径比用牛顿定律里的直线、力等概念更为简单。另外，爱因斯坦还发现，不仅对物质粒子，光线在引力场中的路径也可以用弯曲空间的测地线这样简单的方式来描述;反过来，空间的曲率则可以通过观察运动物体和光线的路径而测得。

引力空间称为“弯曲空间”，弯曲空间只是通过三角形的内角和测量来定义的一种空间。

运动是四维空间中的曲线，这一思想是爱因斯坦万有引力理论的出发点。当没有重力和其他任何力时，运动是平直的四维空间中的一条直线。爱因斯坦假设，如果只有重力，而没有其他力的作用，空间将被弯曲，然而物体的运动轨迹仍然是空间中最简单的曲线。弯曲空间中没有直线，其两点之间距离最短的连线–测地线一一是弯曲空间里最简单的曲线，这就是物体的运动轨迹。因此，粒子在重力作用下的运动可表示为四维弯曲空间中的测地线，空间的曲率取决于产生引力场的质量分布。
因此，爱因斯坦的广义相对论(general theory of relativity)由两组定理组成:
1.场方程 (The field laws)，用来描述质量如何引起空间的弯曲。
2.运动定理（The laws of motion）：描述在已知的弯曲空间中，怎样获得测地线，从而获得物质粒子和光在其中的运动。
爱因斯坦的新理论是恩斯特·马赫设想的实现。通过空间中存在的物质体，人们可以计算出空间的曲率，从而进一步计算物体的运动。牛顿假设物体的惯性是由于在绝对空间中，物体具有保持其运动状态不变的趋势。而爱因斯坦的理论，这并不是真相。物体的惯性是由于其周围质量体的影响，即马赫所提出的固定的星星的影响。

爱因斯坦理论预言三种现象：
a水星绕太阳公转椭圆轨道每一百年旋转43.5”。——已知的现象。
b光线经过太阳表面传播时发生偏折的可能性。偏折角度1.75”。——新现象。
c恒星发光的波长变化。恒星发射出的光要穿过恒星本身的引力场，会有频率的红移（即波长变长）。——新现象。

哈罗·沙普利（1885-1972），美国天文学家。指出太阳系位于银河系边缘。估测宇宙中物质的平均密度，测算宇宙的曲率、体积以及其中的物质总质量等信息。

第七章 公众人物爱因斯坦

第八章 爱因斯坦的欧洲、美国和亚洲之旅

第九章 原子物理的发展
1924年，法国路易·德布罗意（1892-1987）向导师朗之万（1872–1946）提交毕业论文，提出把波的性质赋予粒子。他假设，如同光子的运动是由形成光的电磁波所决定的，粒子的运动也是由一种他起名为“物质波”的新型波所引导或“操纵”的。
两年后，奥地利物理学家、量子力学奠基人艾尔温·薛定谔（1887-1961）在德布罗意思想的基础上发展了一套崭新的原子理论，可以描述原子尺度的微观粒子在任何立场下的运动。
1926年，德国犹太裔理论物理学家、同位量子力学奠基人马克斯·玻恩（1882-1970）和数学物理学家P·约当（1902-1980）将德布罗意波的强度解读为单位空间内粒子的平均数量。
由德布罗意、薛定谔和玻恩发展的这一套理论不能计算出原子尺度下粒子的准确位置，只能计算出它们的平均位置；更注重物质粒子的波动性，被称为波动力学。不能预测出确定的未来可观测事件，只能计算出事件发生的概率。

1927年，物质的波动性得到证实。美国物理学家克林顿·J·戴维森（1881-1958）和助手L·H·革末（1896-1971）发现电子束穿过金属晶格时发生衍射。物质粒子也能发生衍射。

德国人沃纳·海森堡（1901-1976），量子力学主要创始人和哥本哈根学派（量子力学）代表。彻底打破了牛顿力学中“粒子位置的变化必须是连续可追踪的”这一基本观念。建议发展一套以辐射振幅和频率为基本量来描述亚原子尺度现象的理论。意味着描述微观粒子运动时彻底摒弃了以“位置和速度”为基本概念的机械力学。
在海森堡理论中，位置测量的不确定度和动量的不确定度之间有某种关系。它们的乘积等于一个确定的量，即普朗克常数h。——海森堡不确定关系。

“马赫的要求”：物理的陈述应当可以被确定的物理实验观测所验证。

玻尔的互补原理：波动性和粒子性是同一物理对象的两种“互补”的性质。
玻尔的理论不能定义什么事件才是“真正”发生的。不应该以描述粒子运动路径的方式来描述“物理真实”，我们能且只能描述不同时空点中不同物理仪器测量的结果。

科学到底是对观察结果的描述和归类，还是对真实世界的研究？马克斯·普朗克极其激烈地反对支持前者的激进派科学家。尤其攻击与玻尔理论一致的马赫实证主义科学观。在这时，维也纳和布拉格开始了实证主义的变革。新的运动与“马赫的要求”紧密关联，这一运动以维也纳学派、摩里兹·石里克（1882-1936）、德裔美籍哲学家鲁道夫·卡尔纳普（1891-1970）、奥地利科学家奥图·纽拉特（1882-1945）等为中心，被称为逻辑实证主义。

发明者的产物只被两个原则限制：一是经验主义原则，即理论推导的结论必须被经验证实；二是半逻辑半美学的原则，即物理定律应该在逻辑自洽的基础上越简洁越好。

第十章 德国的政治动荡

排中律：传统逻辑首先把排中律当作事物的规律，意为任一事物在同一时间里具有某属性或不具有某属性，而没有其他可能。一个命题是真的或不是真的，此外没有其他可能。

天主教神父勒梅特创立了宇宙膨胀理论：假设宇宙中星系不断运动，星系与星系之间的距离越来越远

第十一章 作为政治武器与靶子的爱因斯坦理论

第十二章 爱因斯坦在美国