江苏龙网

  1. 首页 > 资讯 > 资讯 > >

一述|爱因斯坦的少作 | 昌海一述( 三 )


因此，我对“年轻的爱因斯坦独立发现了自感的定性性质”这样的说法是很怀疑的。不知是不是出于同样的怀疑，1987年出版的《爱因斯坦全集》的编者在对爱因斯坦那段文字的注释里，没有沿袭梅拉和派斯的说法，而只是完全中性地标注了自感的最早出处——即亨利1832年的论文。这种标注在我看来是聪明的。事实上，几乎所有人的少作都难免有模仿他人的意味，爱因斯坦的也不例外，带有阅读摘记与思考相混合的性质[注9]。考虑到这一点，或许可以提出这样一种猜测，那就是：爱因斯坦涉猎过的资料里包含了对自感及其“定性性质”的某种描述，却没有提到实验依据，故爱因斯坦只将它视为以太模型的一部分，认为应对其存在进行验证。换句话说，“自感的定性性质”在我看来很可能是爱因斯坦从资料里看来而非“独立发现”的。当然，这只是猜测，大家姑妄读之，不过跟16岁的爱因斯坦“独立发现了自感的定性性质”相比，这种猜测或许更有可能些[注10]。
说到16岁的爱因斯坦，免不了要谈谈另一件事——一件爱因斯坦晚年自述里提及的，远比上述少作更著名的事。那就是被爱因斯坦称为“一个悖论”的所谓“追光实验”。这个“追光实验”是一个思想实验 (thought experiment)，曾被爱因斯坦回忆过多次，直接诉诸文字的起码有两次，其中一次是在晚年自述里——也是最广为引述的版本：
……这个悖论我在16岁时就已经想到了：如果我以速度c(真空中的光速)追赶一束光，我所观察到的那束光应该是一个尽管在空间中振荡着却静止不动的电磁场。可是，无论是依据经验还是按照麦克斯韦方程组，看来都不会有这样的事情。
这一思想实验在相对论的发展史上有极大的重要性，用爱因斯坦自己的话说，是“包含了狭义相对论的萌芽”。不过尽管很多人都听说过这个思想实验，却不一定明白为什么“无论是依据经验还是按照麦克斯韦方程，看来都不会有这样的事情”，我们在这里稍稍解释一下。在“依据经验”和“按照麦克斯韦方程组”这两条否定途径中，“依据经验”似有些多余 (否则就不需要思想实验了) ，因为根本没有人会有那样的“经验”——这甚至不是技术上能否实现的问题，而是原则上不可能会有那样的“经验” (因为——当然那是后来才确立的——光速是不能作为观察者或参照系的速度的，就像“0”不能作除数一样) 。“按照麦克斯韦方程组”则是关键。包括光在内的真空中的振荡电磁场用美国物理学家理查德·费曼 (Richard Feynman) 在The Feynman Lectures on Physics (《费曼物理学讲义》) 中的精彩描述，是靠电场与磁场之间的“一种舞蹈来维持自己”，在这种舞蹈中，电场与磁场“一个产生另一个，第二个产生第一个”，“在空间中向外传播”。这种舞蹈是永远动态的，不仅“在空间中振荡着”，在时间上也必须是变化的，因为电场与磁场“一个产生另一个，第二个产生第一个”所依赖的正是时间上的变化。因此，“在空间中振荡着却静止不动的电磁场”确实如16岁的爱因斯坦所说，“不会有这样的事情”。这一点虽是麦克斯韦方程组的推论，但能想到它，以它为切入点，且不懈深入却需要非同小可的物理直觉。
爱因斯坦的这一思想实验与前述少作的完成都发生在16岁时，两者究竟谁先谁后呢？爱因斯坦在对这一思想实验的另一次也是最后一次书面回忆中给出了答案。那次回忆出现在他去世前一个多月所撰的简短自述里，在那里，爱因斯坦将这一思想实验的时间表述为“在阿劳的那一年”，这指的是他在瑞士小镇阿劳 (Aarau) 完成中学学业的那一年——大致是从1895年10月至1896年秋天 (但由于是16岁，因此实际上是从1895年10月至1896年3月)。利用这一信息，我们可推知这一思想实验比完成于1895年夏天或早秋 (参阅上文及[注5])的前述少作更晚(这一点——如下文即将提到的——也可从两者的内容推断出来)。具体地说，在那篇简短自述里，爱因斯坦写道：
在阿劳的那一年，我想到了下面这个问题：如果一个人以光速追赶一束光，他将看到面前呈现出一个不随时间而变的波场。然而这样的东西看来是不可能存在的！这是跟狭义相对论有关的第一个幼稚的思想实验。
这两次诉诸文字的回忆都发生在晚年，后世传记的引述几乎全都出自于此。不过，爱因斯坦其实在早得多的时候就回忆过这一思想实验。爱因斯坦的朋友、知名心理学家马科斯·韦特墨 (Max Wertheimer) 曾于1916年采访过爱因斯坦，目的是了解他研究过程中的心理学。韦特墨的采访记录直到1945年才发表 (那时韦特墨已经去世) 。这个时间虽比采访本身晚了29年，却仍比爱因斯坦的晚年自述早了一年，因此是一份独立于爱因斯坦本人文字的记录。在这份记录中，韦特墨写道：
这个问题始于爱因斯坦16岁时……整个过程以一种很不清晰，从而很难描述的方式始于某种困惑性的状态。最初出现的是像这样的问题：一个人如果追赶一束光会怎样？如果他“骑”在光上面呢？……光会不会完全不动？
因此，爱因斯坦起码早在1916年就回忆过“追光实验”。
利用爱因斯坦对“追光实验”的上述回忆，及前述少作，我们可对爱因斯坦16岁那年的知识背景的演化作出进一步的勾勒。考虑到前述少作的完成时间是1895年夏天或早秋 (参阅上文及[注5]) ，且显示了爱因斯坦对麦克斯韦电磁理论缺乏了解，而“追光实验”则不仅明确提到麦克斯韦方程组，还实质性地用到了后者的性质 (因此哪怕爱因斯坦没有提到“在阿劳的那一年”，从两者的内容也可推断出“追光实验”晚于前述少作) ，我们可以勾勒出爱因斯坦较深入地学习麦克斯韦电磁理论的起始时间，那个时间应该是位于从1895年后期到1896年3月的时段之内 (那是他16岁的最后几个月) 。


推荐阅读


上一篇： 特征|阴德厚重的人，往往会有这四大特征，你身上有吗？

下一篇：39肿瘤|救了1.6万肝胆病人的吴孟超：医生不能从病人身上捞钱