爱因斯坦学术生涯:
1921年,爱因斯坦获得诺贝尔物理学奖之后的官方肖像
1919年11月10日《纽约时报》刊登对于光线被弯曲的新观察,并且表示这是爱因斯坦理论的大胜利
爱因斯坦最早于1900年已在极具权威性的德国《物理年鉴》发表论文《毛细现象的结论》,由于这篇论文的基本猜测并不正确,其对于日后物理学的发展并没有给出任何实质贡献。那年,他决定继续攻读博士学位,由于苏黎世联邦理工学院并不提供物理博士学位,他必须通过特别安排从苏黎世大学得到博士学位。隔年,他成为苏黎世大学实验物理学教授阿尔弗雷德·克莱纳的博士学生。那年11月,他写完了初版的博士论文,但克莱纳并不满意这论文,特别是爱因斯坦在论文里对于其它科学权威的攻击。经过努力改善,1905年,他的博士论文《分子大小的新测定法》终获接受,他可以得到博士学位。同年,他发表了关于光电效应、布朗运动、狭义相对论、质量和能量关系的四篇论文,在物理学的四个不同领域中取得了历史性成就。该年被后人称为“爱因斯坦奇迹年”。
到了1908年,爱因斯坦已被公认为物理学领域的顶尖学者,伯尔尼大学聘请他为讲师,但由于薪俸微薄,他仍需继续在专利局工作。隔年,苏黎世大学新设立了一个理论物理学副教授席位,克莱纳很想让爱因斯坦专任这份工作,可是克莱纳很不欣赏爱因斯坦的教学风格,他讲课时会长时间独白,并且缺乏条理,爱因斯坦只好提议,在苏黎世的物理学会开一场讲课,请克莱纳再评估一次。经过精心准备,爱因斯坦的讲课获得好评,克莱纳于是向苏黎世大学推荐爱因斯坦,“自从他在相对论的成就之后,他已是最重要的理论物理学者之一……爱因斯坦博士会证实他也是一位教师,因为他的才智与良心会在必要时间促使他接受建议”。爱因斯坦成为苏黎世大学的理论物理学副教授,他辞去了专利局工作。
那时期,布拉格查理大学正在努力招募年轻物理人才,在名望与薪资的双重吸引下,爱因斯坦1911年转任这所大学的教授,同时获准成为奥匈帝国的公民。任职期间,他共撰写了11篇科学论文,其中5篇论述辐射数学与固体量子理论。1912年7月,他又回到母校苏黎世联邦理工学院担任理论物理学教授,主要是教导分析力学与热力学,在学术研究方面,他专注于引力问题,与数学家朋友马塞尔·格罗斯曼共同尝试找到解答,突破似乎在望,但真正严格表述还要等待几年。
应马克斯·普朗克和瓦尔特·能斯特的邀请,爱因斯坦于1914年回到德国担任威廉皇家物理研究所的第一任所长(1914-1932)兼柏林大学教授,而且不需要在课堂担任教职。很快地,他当选为普鲁士科学院院士。1916年,又获选为德国物理学会的会长(1916-1918)。
爱因斯坦于1915年发表了广义相对论。根据这理论,他预言,光线经过太阳引力场时会被弯曲。1919年,这预言由英国天文学家亚瑟·爱丁顿观测1919年5月29日日食的结果所证实。全世界的很多新闻媒体都以头版报导这惊人的观测结果,爱因斯坦因此成为家喻户晓的物理学者,同年11月7日,英国泰晤士报的头条新闻标题宣告,“科学革命,宇宙新理论已将牛顿绘景推翻”。
1917年,爱因斯坦在《论辐射的量子性》一文中提出了受激辐射理论,开创了镭射学术领域。
由于在光电效应方面的研究成果,爱因斯坦获授予1921年度的诺贝尔物理学奖(延后颁发一年,1922年才获奖)。在瑞典科学院的公告中并未提及相对论,原因是相对论被认为仍旧存在争议。
爱因斯坦在普林斯顿的居所:
1933年1月,纳粹党攫取德国政权,希特勒成为德国总理。那时,爱因斯坦正在美国,由于纳粹党鼓吹反犹太主义,爱因斯坦知道他无法返回德国。3月,爱因斯坦与妻子爱尔莎坐船来到比利时。途中,爱因斯坦获知,纳粹借口闯入了他的暑假小屋,又没收了他的心爱小船。抵达安特卫普后,他立刻到德国大使馆缴回护照,并且宣布再度放弃德国国籍,他又向普鲁士科学院提出辞呈,他在辞呈里表示,“就目前情势来看,他觉得无法忍受倚赖普鲁士政府”
回到美国后,10月,爱因斯坦成为普林斯顿高等研究院的常驻教授,他此后有生之年,几乎都在这里度过,他再也没有踏上欧洲一步。除了爱因斯坦以外,奥斯瓦尔德·维布伦、约翰·冯·诺伊曼、库尔特·哥德尔与赫尔曼·外尔等等世界级学者也都获聘来到这里做研究。爱因斯坦与哥德尔成为忘年之交,他们每天都会一起走路到研究室工作,途中顺便讨论一些科学问题。爱因斯坦本性幽默,很喜欢开玩笑,而严肃的哥德尔则疑心很重,时常忧虑、郁闷;爱因斯坦极力主张量子力学的不完备性,哥德尔的不完备定理则是现代逻辑学的重要里程碑。在某些方面,他们很像对方,他们都有“打破砂锅问到底”的习性,想要找到问题的症结所在。
在这段时期,爱因斯坦尝试发展出统一场理论,驳斥量子物理的哥本哈根诠释,但都没有获得重大突破,他逐渐地与物理研究的主流趋势脱节。
二战和曼哈顿工程:
在1939年,包括利奥·西拉德、爱德华·泰勒、尤金·维格纳在内的一群流亡物理学者试图警告美国政府,揭露纳粹德国正在进行的原子弹研究;他们把警告美国人民视为己任:德国科学家也许会赢得制造原子弹竞赛的胜利;希特勒会毫不犹豫地使用这种武器。为了要让美国警觉到原子弹的巨大威胁,他们曾拜访爱因斯坦,告诉他杀伤力超强的原子弹可能在不久的将来被制成。爱因斯坦支持和平主义,他正在专心研究统一场理论,并不清楚核子研究的最新发展,他从未想到这项技术的进展会如此快速。爱因斯坦被说服借助其崇高声望和西拉德写信给美国总统富兰克林·罗斯福。他们还建议美国政府注重并直接介入核武器研究。这封信被认为是,美国在参与二战前夕,展开大规模核武器研究的关键激励因素。罗斯福不能冒险让希特勒抢先掌握原子弹技术。由于爱因斯坦的信件,美国加入研制原子弹竞赛,依托其巨大的材料、金融、科学资源展开曼哈顿计划,成为在二战中唯一成功研制出原子弹的国家。
晚年时的爱因斯坦:
对爱因斯坦而言,“战争是一种疾病……他呼吁抵抗战争”。写给罗斯福的那封信违反了爱因斯坦所支持的和平主义。在过世之前一年,爱因斯坦对老朋友莱纳斯·鲍林说:“我一生之中犯了一个巨大的错误:我签署了那封要求罗斯福总统制造核武器的信。但是犯这错误是有原因的:德国人制造核武器的危险是存在的。”