Euler's Eyes
2026-10-14
阿尔伯特·爱因斯坦的遗产
想象力比知识更重要。知识是有限的，而想象力环抱整个世界。
— 阿尔伯特·爱因斯坦，接受《星期六晚邮报》采访（1929）
爱因斯坦是唯一一位人人都认得出长相的科学家。但他的遗产不在海报上，而在我们不假思索地使用的设备里，在物理学家至今仍在试图回答的问题里。他的好几项预言直到他去世几十年后才得到证实。
激光
1917 年，爱因斯坦在研究物质如何吸收和发射光时意识到，处于激发态的原子除了自发地吸收和发射光子之外，还可以被一个光子 激励，发出另一个完全相同、方向相同的光子。这是一个理论上的发现。四十年后，它变成了 激光，英文缩写意为"受激辐射光放大"。条形码扫描器、光纤、眼科手术和讲课用的激光笔，都是受激发射的应用。
一种新的物态
1924 年，印度物理学家萨特延德拉·纳特·玻色给爱因斯坦寄去一篇论文，提出了一种计数光子的新方法。爱因斯坦把它译成德文发表，并把这个想法推广到原子。他预言，在非常接近绝对零度时，某些原子组成的气体会凝聚到同一个状态，仿佛所有原子变成了一个。玻色-爱因斯坦凝聚 于 1995 年在实验室中制成，实现者获得了 2001 年诺贝尔奖。
宇宙与"最大的错误"
1917 年，爱因斯坦把广义相对论应用于整个宇宙。方程表明宇宙不可能静止不动：它必须膨胀或收缩。由于当时人人都相信宇宙是静态的，爱因斯坦在方程中加了一项，即 宇宙学常数 $\Lambda$，只为让宇宙保持静止。1929 年，埃德温·哈勃证明星系在相互远离：宇宙在膨胀。据物理学家乔治·伽莫夫说，爱因斯坦称这个常数是他一生中"最大的错误"。
故事还有一个转折。1998 年发现宇宙的膨胀正在 加速，而最简单的解释恰恰就是一个宇宙学常数。这个"错误"又回到了方程里。
时空中的波
1916 年，爱因斯坦预言加速运动的质量会产生 引力波，即时空本身以光速传播的涟漪，但他认为它们太弱，永远无法测到。2015 年 9 月 14 日，将近一百年后，美国的 LIGO 探测器记录到了一个引力波：它来自 13 亿光年外两个黑洞的并合。这个波使探测器 4 千米长的臂伸缩了不到质子大小的千分之一。
黑洞
爱因斯坦的方程允许存在这样的区域：时空弯曲得如此厉害，连光都逃不出来。爱因斯坦本人怀疑自然界会产生它们。如今我们知道，银河系中心有一个 400 万倍太阳质量的黑洞；2019 年，事件视界望远镜发布了第一张黑洞阴影的照片，那个黑洞位于 M87 星系。
爱因斯坦与巴西
1925 年的访问留下了印记。接待爱因斯坦的有巴西科学院，以及国家天文台台长、参加过索布拉尔日食观测的科学家恩里克·莫里泽。报纸刊登了漫画和专栏文章；其中一份拿"相对论"一词做文章，登了一幅题为《不相对论》的漫画。如今索布拉尔有一座 日食博物馆，就建在当年架设望远镜的地方；2019 年的百年纪念在这座城市举办了一周的科学活动。
留下了什么
- 量子物理。 光子、光电效应、受激发射和玻色-爱因斯坦统计。
- 原子。 布朗运动第一次直接测出了阿伏伽德罗常数，结束了关于原子是否存在的争论。
- 空间与时间。 狭义相对论把空间和时间统一起来，并证明质量就是能量。
- 引力。 广义相对论把引力变成了几何，创立了现代宇宙学。
- 技术。 GPS、激光、光电池、核能和 PET 检查。
要点回顾
- 阿尔伯特·爱因斯坦生于 1879 年，卒于 1955 年。1905 年，他在专利局工作时发表了四篇改变物理学的论文。
- 光以能量为 $hf$ 的一份份交换能量；光电子的最大能量为 $hf-\phi$。
- 在布朗运动中，典型距离随时间的平方根增长：$\langle x^2\rangle=2Dt$。
- 以速度 $v$ 运动的钟走慢一个因子 $\gamma=1/\sqrt{1-v^2/c^2}$，光钟里的毕达哥拉斯定理说明了这一点。
- 质量就是能量：$E=mc^2$。一克相当于 $9\times10^{13}$ J。
- 引力是时空的弯曲。掠过太阳的光偏折 $1.75''$，1919 年索布拉尔的照片证实了这一点。
来源： 沃尔特·艾萨克森，《爱因斯坦传》· 亚伯拉罕·派斯，《上帝难以捉摸：爱因斯坦的科学与生平》· LIGO，首次探测到引力波。