W当他们相遇时,爱因斯坦没有爱因斯坦然而。他只是阿尔伯特·爱因斯坦,一个17岁左右的孩子,带着青少年焦虑的阴云和一把小提琴。米歇尔·贝索(Michele Besso)比她大,23岁,但与她志趣相映。他在意大利的里雅斯特(Trieste)长大,在数学方面表现出了惊人的天赋,但他在高中时因为不服从命令而被开除,不得不去罗马和他的叔叔住在一起。爱因斯坦可能有关。他现在是瑞士理工学院的一名学生,他的教授们对他在学术上的傲慢很反感,为了泄愤,开始把他锁在图书馆门外。
他们的第一次相遇是在1896年苏黎世的一个周六晚上。他们当时在塞琳娜·卡普罗蒂湖边的家里参加她的音乐派对。爱因斯坦很英俊——深色的头发,胡子,深情的棕色眼睛。贝索个子不高,五官又窄又尖,头上和下巴上长着一堆又粗又黑的头发。爱因斯坦一脸冷静超然的表情。贝索一副神经质的神秘主义者的样子。在闲谈中,爱因斯坦得知贝索在一家电机厂工作;贝索得知爱因斯坦正在研究物理学。也许他们那时认出了对方的一些东西:他们都想弄清事情的真相。
贝索将继续成为爱因斯坦的助手,就像爱因斯坦所说的“欧洲最好的”,提出正确的问题,激励爱因斯坦找到正确的答案。但有时,他似乎更像是一个合作者,也许,提出建议,进行计算。
其他时候,他就是个十足的傻瓜倒霉的人爱因斯坦这样称呼他。就像那次贝索被派去检查米兰郊区新安装的电线,但错过了火车,第二天又忘了去。第三天,他终于到达了目的地,但那时他已经完全忘记了他一开始应该在那里做什么。他给老板寄了一张明信片:“指示需电汇。”
如果说贝索似乎不太清楚自己在做什么,那倒不是因为他不够聪明。“贝索的伟大力量在于他的智慧,”爱因斯坦曾写道,“他的智慧与众不同,也在于他对道德和职业义务的无尽奉献;他的弱点在于缺乏决断力。这就解释了为什么他的人生成就与他的天资和非凡的科学技术知识并不相配。”
还有一些时候,贝索会扮演爱因斯坦的良心角色——敦促他与未来的妻子米列娃解决问题,或者做一个更好的儿子们的父亲。米列娃生病时,贝索代表爱因斯坦照顾了他的儿子们。“没有人比我更接近我,没有人比我更了解我,”爱因斯坦在1918年写道。
但是贝索身上有一些不可思议的东西。在接下来的几年里,他总是在正确的时刻,完美的时候出现解围的人,递给爱因斯坦书,天真地提出建议,刺激他,刺激他,推动他走上正确的道路,好像他有一个计划。“我……看着我的朋友爱因斯坦与伟大的未知抗争,”他会写道,“一个巨人的工作和折磨,我是这个巨人的见证人——一个侏儒的见证人,但是一个拥有千里眼的侏儒的见证人。”
然而,那个周六的晚上,所有这些都在未来。现在,他们成了好朋友,真的是最好的朋友。他们一连谈了好几个小时。为了表示友情,贝索递给爱因斯坦两本书,坚持要他读。它们是恩斯特·马赫的作品,他是这个三人戏剧的最后一个演员。
P也许你听说过恩斯特·马赫。马赫1 2 3,那机器。他的名字是一个速度单位,尽管他的胡子是剃须刀品牌。他是物理学家、生理学家、哲学家。每样东西都有一点点,真的。你可以在奥地利农村找到年轻的马赫,他仔细地观察大自然,全神贯注地盯着一片树叶、一个影子或一朵云,然后仔细观察,注意他的每一个感官故障和闪光,建立起我们眼睛可以玩的把戏的分类。他收集虫子和蝴蝶。他测试了各种材料的反应,试图看看樟脑是否会点燃,他烧掉了睫毛和眉毛。但正是在他15岁的时候,一个瞬间改变了一切。
“在一个晴朗的夏日,我的自我的世界突然出现在我的眼前一个大量连贯的感觉,”他后来写道。他觉得,在那一刻,“外面”没有独立于他的感觉的现实,同样,“这里”也没有独立于它的感觉的自我。他越来越确信,精神和物质之间,感知的主体和感知的客体之间,不可能有真正的区别。“这一刻对我的整个观点来说是决定性的,”他写道。
这对爱因斯坦来说肯定是一种令人不安的感觉,因为他证明了他想要反驳的东西。
从那天起,他强烈反对任何形式的二元论:外部世界是由实体的物质对象构成的观点的事情而心灵是由别的东西构成的,所以我们在意识中体验的世界只是一个真实世界的复制品,而这个真实世界永远隐藏在我们的视野之外。相反,他越来越相信,精神和物质是由相同的基本成分构成的。他认为,它不可能是一种物理成分,因为裸物质怎么会产生主观经验呢?但这也不可能是一种精神成分,他说,因为他确信自我同样是一种幻觉。团结精神和物质的唯一途径,他决定,是假定他们是不客观的原子,而不是主观的感受性,但一些中性的东西,一个“元素”,他称之为,这在一个配置会表现物质和在另一个非物质的精神活动,虽然本身既不,什么都没有。
他写道:“在心理和生理之间没有裂缝,没有内在和外在,没有与外在“事物”(不同于感官)相对应的“感觉”。"只有一种环节,这种假定的内外都是由这一环节构成的,这些环节本身是内在的,也是外在的,这要看它们当时是如何看待的。"这些元素“构成了真实的、直接的和最终的基础”。
马赫的观点——后来被称为中立一元论——要求现实的每一个方面,从物理对象到主观感觉,都是纯粹的关系,因此,一个东西是“精神”还是“物质”,完全由它与其他元素的关系决定,而不是由它本身固有的任何东西决定。这是一个激进的想法,但似乎是可行的。马赫说,科学毕竟是建立在测量的基础上的,但是“测量的概念是一种关系的概念。”例如,我们所说的长度或重量,实际上是一个物体和一把尺子,或一个物体和一个比例尺之间的关系。
于是马赫意识到,如果我们可以仅仅从可测量的角度来重写科学,那么世界就可以完全呈现出相互关系相对而心灵和宇宙终于可以统一了。但这需要一种新的物理学。
By 1904,堂吉诃德成了爱因斯坦最喜欢的书之一。
两年前,失业的爱因斯坦在报纸上登了一则广告,提供每小时三法郎的物理辅导,一个名叫莫里斯·索洛文的哲学学生出现在他家门口。他们开始谈论物理学和哲学,而且没有停止;家教的事根本没提过。不久,一个叫康拉德·哈比希特的数学学生也加入了谈话,三个年轻的波西米亚人组成了一个书友会,专门为那些高雅的堕落者服务。他们阅读哲学和文学作品,讨论它们,有时讨论到凌晨一点,抽烟,吃廉价食物,吵吵嚷嚷,把邻居吵醒。他们每周见面几晚。为了嘲弄古板的学术界,他们称自己为“奥林匹亚学院”。
贝索当时在里雅斯特做工程顾问,但只要有机会,他就会来。作为爱因斯坦最亲密的朋友,他被聘为皇家科学院的荣誉院士。在贝索的影响下,奥运选手们阅读并讨论了马赫。最终,爱因斯坦在伯尔尼的专利局找到了一份工作,1904年,他为贝索在同一间办公室找到了一份工作,这样他们就可以并肩工作了。晚上,学院会阅读堂吉诃德.这首诗引起了爱因斯坦的共鸣——后来,当他的妹妹玛雅弥留之际,他读给她听。至于奥林匹亚的男孩们,谁能说他们当时是否注意到了这一点:贝索是如何变成了爱因斯坦的《堂吉诃德》中的桑丘·潘扎的?索洛维恩和哈比希特离开时,只剩下爱因斯坦和贝索,他们一起从专利局走回家,讨论空间和时间的本质,还有一如既往的马赫。
马赫统一物质和思想的计划要求世界的每一点都是相对的,没有任何剩余。但有一个顽固的障碍挡在路上:根据物理学,所有的运动都是相对于绝对空间定义的,但绝对空间并不是相对于任何东西定义的。它只是存在的,自我定义的,就像在现实的底层,它不会移动。马赫知道这一障碍,它感到愤怒。他批评牛顿的“绝对空间的概念怪物”——空间是一种自成一体的概念。但是如何绕过它呢?
多年来一直困扰着爱因斯坦的一个问题是,一个观察者想要确定他相对于绝对空间是否处于静止状态的所有尝试都注定要失败。对于他所能想到的每一个实验,大自然似乎都有一个巧妙的把戏,隐藏任何绝对运动的证据。这是一个彻头彻尾的阴谋论,人们可能会像爱因斯坦那样怀疑,绝对空间根本不存在。
在马赫的领导下,爱因斯坦想要断言,运动不是根据绝对空间来定义的,而是相对于其他运动的。不幸的是,物理定律似乎表明并非如此。特别是,电磁定律坚持光必须以每秒186,000英里的速度传播,不管观察者的参照系是什么。但如果所有的运动都是相对的,那么光的运动也必须是相对的——在一个参照系中以每秒186,000英里的速度在另一个参照系中以其他的速度前进,这明显违反了电磁定律。
于是爱因斯坦去见贝索。“今天我来这里和你们一起对抗这个问题,”他一到这里就宣布。
他们从各个角度讨论了形势。爱因斯坦准备放弃,但他们坚持不懈。
第二天,爱因斯坦回来了。“谢谢你,”他说。“我已经完全解决了这个问题。”不到五个星期,他的狭义相对论就完成了。
贝索在那次决定性的谈话中说了什么神奇的话?他似乎让爱因斯坦想起了马赫的中心思想:测量总是一个关系。
爱因斯坦和贝索讨论了这个问题——我们比较哪两个量来测量时间。"我们所有的判断,其中时间的作用总是判断同时发生的事件,“爱因斯坦意识到。“比如,如果我说,‘火车7点到这里’,我的意思是:‘我手表的指针指向7点和火车到站是同时发生的事件。”
但是我们怎么知道两个事件同时发生呢?也许你站着不动,看到远处有两盏灯恰好在同一时刻闪烁。他们同时。但如果你一直在搬家呢?如果你恰好朝闪光A的方向移动而远离闪光B,你会首先看到闪光A,因为B的光要花更长的时间才能到达你。
同时性不是绝对的。没有一个“现在”是所有观察者都生活在其中的。时间是相对的。空间。
那时,爱因斯坦恍然大悟:它是所有的观察者都可能看到光以每秒186,000英里的速度移动,而不管他们自己的运动状态如何。光速是在给定的时间内所走过的距离的量度。但时间的变化取决于你的运动状态。所以即使你相对于光运动,时间本身也会精确地慢下来足够长时间让你以麦克斯韦方程所要求的速度测量光的速度。
爱因斯坦1905年的论文《论运动物体的电动力学》向世界介绍了相对论,在相对论中,时间和空间可以减缓和拉伸来解释观察者的相对运动。它包括没有任何引用,但它结束了这最后一段:“总之我想说在这里的问题处理工作我有忠诚的帮助我的朋友和同事m . Besso,我感谢他几个有价值的建议。”
E斯坦自豪地把他的作品送给了马赫,当马赫回应他的赞赏时,他似乎有点晕头转向。“你友好的来信给了我极大的快乐,”爱因斯坦回答说。“我很高兴您对相对论感到满意……再次感谢您友好的来信,我仍然是您的学生a·爱因斯坦。”
然而,爱因斯坦还有很长的路要走,要实现马赫的愿景。问题是,狭义相对论只是相对化了以恒定速度运动的观察者的运动。加速观察者——那些改变速度或旋转的观察者——的问题要棘手得多。在狭义相对论中,没有办法将加速度带来的力归咎于相对运动。绝对的空间逗留。
没有一个“现在”是所有观察者都生活在其中的。时间是相对的。空间。
1907年,爱因斯坦取得了突破。这是他一生中最快乐的想法,他后来说:在空间的小区域里,观察者无法分辨他在引力场中是在加速还是静止。这表明,我们有可能一劳永逸地消除加速的绝对性质——以及绝对空间。重力,似乎是使所有相对运动,正如马赫所希望的。这给了重力的本质一个全新的含义:加速的观测者通过时空的轨迹是一条曲线,所以如果加速度等于重力,那么重力就是时空的曲率。爱因斯坦将他的广义相对论应用到宇宙中还需要一段时间结果,但现在,他知道自己走在正确的轨道上。
爱因斯坦很激动,给马赫写了一封信,告诉他自己的进展和最新论文的发表。一种新的引力理论正在形成,他说,一旦他能证明它是正确的,“你对力学基础的启发性研究……将得到一个极好的证实。”换句话说:我已经照你说的做了.他在1915年发表了广义相对论;第二年,马赫去世了。
爱因斯坦写了一篇长而感人的讣告,热情洋溢地赞扬了马赫的科学视野,正如爱因斯坦所写,其中心观点是,“物理学和心理学的区别不在于它们研究的对象,而在于它们排序和联系的方式。”他认为马赫自己就快要提出相对论了,并带着明显的钦佩和天真写道,马赫“直接和间接地帮助了我很多”。
然而,这是爱因斯坦和马赫哲学的亲密关系的顶点。爱因斯坦最终否定了他导师的纯粹相对论,甚至和他的桑丘分开了。这种裂痕始于一个最不可能发生的事件:来自坟墓后面的话语。
我n 1921年,马赫的书物理光学原理这本书是在爱因斯坦死后发表的,其中包含了作者在1913年左右写的序言,就在爱因斯坦把早期的广义相对论论文寄给他之后不久。
“我不得不取消我对相对论的看法,这可能是我最后的机会,”马赫写道。“我从我收到的出版物中,特别是从我的信件中得知,我正逐渐被视为相对论的先驱……我必须断然否认自己是相对论的先驱……”
马赫很可能看到了爱因斯坦后来才承认的东西——所谓的广义相对论名不虚传。广义相对论是一项前所未有的智力成就——但它并没有像马赫所梦想的那样,让所有事物都变得相对。在该理论的最终版本中,加速度和引力之间的等效性,似乎使所有运动都是相对的,结果只适用于无穷小的空间区域。将局部区域拼凑成一个大宇宙会产生边缘的偏差,就像圆形地球上的平铺瓷砖一样。这种偏差揭示了时空的曲率——这是一种不能仅仅通过视角的改变而改变的全局几何学。每一个局部地区——一个自洽、相对的世界——都变成了一个巨大的四维冰山的一角,永远隐藏在人们的视线之外不相对的。
这对爱因斯坦来说一定是一种令人不安的感觉——看着他的理论越来越强大,越来越快地离他而去,证明了他本来想要驳斥的东西。问题在于,根据该理论,时空几何并不是完全由宇宙中物质的分布决定的,所以即使你去掉所有可观测的东西,一些额外的成分仍然存在——时空本身,动态的但绝对的。它在物质世界和精神世界之间创造了一个无法逾越的鸿沟,以现实主义的立场,吸引了一股纯粹的信仰,甚至是神秘主义的气息——相信四维的基础,这是描绘现实的纸张,尽管纸张本身是看不见的。
爱因斯坦在1915年发表广义相对论之后的几年里继续推动马赫的观点,完全否认他自己的理论与之相悖的事实。为了把他的理论塑造成马赫哲学的形状——使宇宙是有限的但又是无限的,加上一个宇宙常数——他用尽了一切办法,但就是不合适。“并不是所有的同事都有必要坚持(马赫的原则),”他说,“但我自己觉得绝对有必要满足它。”
所以当爱因斯坦第一次读到马赫的序言时,一定是被刺痛了。我们可以从他1922年在巴黎的一次演讲中听到他的伤痛,那是在马赫的序言发表后不久。马赫是“联合国bon mecanicie“n,”爱因斯坦痛苦地说,但“a”可悲启蒙哲学家他不再声称自己的理论是马基雅相对论之一,到1931年,他完全放弃了马基雅的观点。“相信独立于感知主体的外部世界是所有自然科学的基础,”他写道。当被问及他如何相信任何超越我们感官体验的东西时,他回答说:“我无法证明我的观念是正确的,但那就是我的宗教。”1954年,在他去世的前一年,他说:“我们不应该再谈论马基雅原理了。”
马赫从来不知道——也不可能知道——他真正的信徒从来不是爱因斯坦。这是Besso。
B埃索,这个被赋予了千里眼的侏儒证人,准确地看到了爱因斯坦与马赫的背离将很快使他误入歧途的地方:量子力学领域。
当爱因斯坦面对马赫对相对论的否定时,量子理论震动了物理学的世界,这是一场爱因斯坦曾帮助引发但现在拒绝参与的革命。当他与绝对的时空——绝对的时空——和平共处的时候现实量子力学让世界变得更加相关。该理论认为,测量结果只能在给定的实验中定义:相对于一种测量仪器,电子可能是波,相对于另一种测量仪器,粒子可能是粒子,尽管它本身既不是波,也不是粒子。用尼尔斯·玻尔的话来说,这个理论的目的是“尽可能地追踪我们经验的各个方面之间的关系”——关系,仅此而已。换句话说,量子理论从爱因斯坦停止的地方继承了马赫的程序,玻尔和贝索都很快强调了这一点。
爱因斯坦在抱怨一位同事的工作时,开玩笑地对贝索说:“他骑马赫的马累坏了。”贝索回答说:“至于马赫的小马,我们不应该侮辱它;这难道不是使通过相对论的地狱之旅成为可能吗?谁知道呢——就恶心的量子而言,它也可能带着堂吉诃德·德·拉·爱因斯坦走过这一切!”
“我不是在痛斥马赫的小马,”爱因斯坦回答说,“但你知道我是怎么想的。它不能生任何活物。”
事实是,爱因斯坦对一个隐藏的现实的信念已经潜伏多年,从他还是一个4岁,也许5岁的小男孩的时候,他的父亲来到他的床边,递给他一个指南针。爱因斯坦把它拿在手里,发现自己因敬畏而颤抖。针颤抖的样子,被某种无形的力量拉向北方,使他感到“东西背后一定藏着什么很深的东西”。现在他又在广义相对论的数学中瞥见了它。随着马赫的赞同,他童年时的敬畏又回到了他身边。当贝索试图把他引开——转向马赫,转向量子——爱因斯坦责备他忠实的扈从:“看来你对现实的四维性没有认真对待。”
把爱因斯坦重新塑造成一个年轻的反传统者,他接受了马赫的观点,并按照他的观点行事,决心创造一个纯粹的相对论,尽管他有自然现实主义的倾向——这真的是贝索所做的吗?乡绅有没有给他的主人掌舵?在短篇小说《桑丘·潘扎的真相》中,弗朗茨·卡夫卡认为这种逆转实际上是塞万提斯故事的关键。他写道,堂吉诃德是桑丘·潘萨自己创造的,一个创造出来的另一个自我来实现潘萨自己无法面对的内心世界。贝索在给爱因斯坦的信中写道:“多亏了你的科学综合能力,没有这样的友谊,一个人是永远也不会获得这种友谊的——至少,没有付出个人的全部力量是不会获得这种友谊的。”谢谢你帮我解释了那个理论.但这种综合是不完整的。贝索引导爱因斯坦找到了水,但似乎没能让他喝水。
贝索从未放弃让爱因斯坦回到马基雅相对论。但堂吉诃德永远地放弃了骑士身份,留下桑丘独自抵御风车。在新泽西州的普林斯顿,爱因斯坦的头发已经花白,凌乱不堪。他坐在一张凌乱的桌子前,与现实作斗争,而物理学在没有他的情况下继续前进。在瑞士日内瓦的大学数学图书馆里,贝索的精瘦的胡须已经因为时间的流逝而发白,他弓着背坐在自己的一堆书上,静静地、神秘地独自工作着。
阿曼达·格夫特是一名自由撰稿人,专攻基础物理学、宇宙学、认知科学和哲学。她写的是闯入爱因斯坦的草坪。
补充阅读
伯恩斯坦,J。量子信息普林斯顿大学出版社,新泽西州普林斯顿(1990)。
布莱克摩尔,j.t. (Ed)。Ernst Mach-A deep Look: Documents and New Perspectives荷兰施普林格(1992)。
爱因斯坦,一个。《爱因斯坦文集》普林斯顿大学出版社,可在数字爱因斯坦论文:http://einsteinpapers.press.princeton.edu/papers
爱因斯坦,A.《我如何创造了相对论》;1922年在京都大学做讲座;由小野,Y.A.转录,出版于今天的物理3545岁(1982)。
霍尔顿,G.马赫,爱因斯坦和对现实的探索。代达罗斯97, 636 - 673(1968)。
这篇文章首次出现在我们2016年12月的“英雄”专刊上。