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普朗克与爱因斯坦:科学往何处去?

今天是 4 月 23 日。164 年前的今天,物理学家普朗克诞生。104 年前,爱因斯坦在普朗克 60 岁生日会上做了一个演讲——《科学往何处去》。

今天的《科技参考》,我就通过这个演讲和两个人的忘年交,带你看看伟大的科学家是怎样一群人。

 

科学是被什么样的人推动的?

爱因斯坦的这篇演讲,描述的是一种处于极端状况的人,而当天过生日的普朗克就是其中之一。也许最近一百年来,也只有几十个人处于那种状态。

而那种状态就是爱因斯坦认为的“科学往何处去”这个问题的最终答案。也就是说,科学正是由处于这个状态的人推动的。

这个状态简单来说就是,“渴望看到一种先天的和谐”。这样的愿望是如此的强烈,以至于用“愿望”这个词已经不足以形容它,而最好用“激情”这个词。拥有这样极端愿望的人,外在表现就是普通大众嘴里所谓的“无穷的毅力和耐心”。

而哪怕是这样的人身边的同事,他们已经不是普通人了,大约也都是十万里挑一的顶级科学家。但哪怕是这样的人,一般也是不能正确理解这些人科学激情的来源的。他们的同事通常把这些人对科学的无穷毅力和耐心,归因在“非凡的意志和修养”。

这实际是大错特错。如果持续做一件事靠的是毅力、耐心,就说明这件事已经让当事者感到疼痛和厌恶了。就算当事者愿意继续忍耐和妥协,那也不是最佳状态。如果仍然施压,持续久了,当事人最后可能就被逼疯了。所以,认为一个人外在表现出“无穷的毅力和耐心”是靠忍辱负重来实现的,那是大错特错。

而真正的原因其实是,当他们从事那项活动时,“精神状态是同信仰宗教的人或谈恋爱的人的精神状态相类似的,直接来自激情”。

爱因斯坦在演讲的最后,预祝老普朗克能把自己提出的问题解决。这个问题,就是把量子力学、电学和力学统一在一个单一的逻辑体系里。这也是爱因斯坦认为的、这类人会把科学引导到的那个方向——大统一。

而与此相对的从事科学研究的人,爱因斯坦也举了两类。在爱因斯坦的理解里,这两类人的价值是这样的:如果科学神殿里只有这两类人的话,这座神殿绝不会存在。

原因是,对这两类人来说,只要碰上了对的机会,任何领域对他们来说都是合适的,他们最终到底是成为工程师、官员,还是商人、科学家,起决定作用的是环境因素,而不是他们自己的意愿。

那么,这两类爱因斯坦瞧不上的科学家都是哪两类呢?

一类是“爱好科学的人”。“因为科学给他们以超乎常人的智力上的快感,科学是他们自己的特殊娱乐,他们在这种娱乐中寻求生动活泼的经验和雄心壮志的满足”。

对大部分人来说,这段描述挺令人意外的。因为在大多数人看来,能达到这个水平,就已经是天生适合搞科研的聪明绝顶的人物了。

但实际上,他们并不极端地对寻找最有力量的解释有“激情”,他们的聪明和智力资源也一样可以在其他领域得到充分利用。

另一类按爱因斯坦的原话说,是“许多人之所以把他们的脑力产物奉献在祭坛上,纯粹是为了功利的目的”。

这些人我们很熟悉,有的只是为了有个博士、教授、博导的头衔,有的是为了混口饭吃,有的是为了拿到终身教职,有的是为了每年几百上千万的研究经费等等。虽然看上去从低到高,他们级别相差甚远,但实际上都属于爱因斯坦看不上的第二类人。

爱因斯坦认为,科学不是由这两类人推动的,相反,科学神殿是由类似普朗克这样的人所建造的。实际上,后人都知道,爱因斯坦也是这样的人。

 

爱因斯坦和普朗克的相识

说完这篇演讲,我们再来看看爱因斯坦和普朗克的相识。

爱因斯坦的成名是从 1905 年他 26 岁时开始的。那一年,也是继 1666 年牛顿的“奇迹年”(Annus mirabilis)后,科学史上第二个被称为“奇迹年”的年份。因为这一年,德国的科学期刊《物理学年鉴》发表了爱因斯坦的 4 篇论文,我们重点关注第一篇文章的刊登日期。

第一个是 6 月 9 日刊登的,分析的是光电效应。这个后来得了诺贝尔奖。

第二个是 7 月 18 日刊登的,分析布朗运动的。这个后来成为分析随机过程时重要的引用。

第三个是 9 月 26 日刊登的,创造了狭义相对论。

第四个是 11月 21 日刊登的,提出了质能方程,也就是那个著名的公式 E=MC^2。

后来的历史证明,当年的这 4 篇文章,每一篇的重要性都超过了诺贝尔物理奖的平均水平,于是这一年被称之为“奇迹年”(Annus mirabilis)。也因此,爱因斯坦此后不久就突然成了科学界的明星,两年后还突破了科学圈,成了社会名流。

很多人把《物理学年鉴》当时的编辑当作爱因斯坦的伯乐,这确实不假。不过物理圈还有一个眼光更敏锐的伯乐,那就是普朗克。他在爱因斯坦第一篇关于光电效应的论文正式发表的前 3 个月,就已经邀请爱因斯坦去自己的庄园参加家庭聚会了。

这是因为当时的德国物理圈并不大,行内人的研究即便还没有公布,大家互相也知道对方的观点和研究细节。

爱因斯坦去的时候 26 岁,普朗克 47 岁。那天,普朗克弹钢琴,爱因斯坦用小提琴给他伴奏,演奏的是贝多芬的曲子。

两个人是忘年交,他们连接最强的一点——都知道对方在“用一个简约且统一的规律描述世界”。在这一点上,他们都具有世所罕见的激情。

 

16岁-26岁时的爱因斯坦

如果刨除这些只有通过价值观和思想上的深度交流才能识别的东西,只用一些日常中被认为通用和有效的标准去做评判,从 16 岁到 26 岁的这 10 年,爱因斯坦究竟是一个什么样的人呢?反而是落后的典型。

首先,他是复读生。

16 岁的时候,爱因斯坦就第一次参加了瑞士联邦理工学院的考试。虽然年龄比那届参考的同学都小了 2 岁,但理科部分的成绩很好,文科部分的考试不合格。

于是,被建议把高中念完再考。9 个月后,第二次考才通过了录取线。按我们现在的说法,16 岁的爱因斯坦属于“复读生”。

其次,他还早恋和未婚先孕。

上了大学,爱因斯坦所在的那个班一共 11 个人,10 男 1 女。这唯一的女生是米列娃,大爱因斯坦 3 岁,结果爱因斯坦就和那个女生谈起了恋爱。按我们现在的说法,是“学生早恋”。

不过后来,米列娃也是爱因斯坦的第一任妻子。而米列娃留级那一年,也怀上了爱因斯坦的孩子。按我们现在的说法,“在校生怀孕,而且未婚先孕”。

第三个标签是,成绩不好,经常翘课。

爱因斯坦的成绩在班里是倒数第二,倒数第一是米列娃。

是不是课程难度太大,即便努力了也没取得好成绩呢?不是的。

当年教授《数论》的老师是闵可夫斯基。在爱因斯坦成名后,有记者专门来采访,问到他的时候,他说,知道有这个人,但对这个学生没有什么印象,因为总是不来上课。

那是不是爱因斯坦只是对闵可夫斯基教的内容不感兴趣呢?也不是的。另一个教授韦伯 (Heinrich Friedrich Weber) 也在采访中说过,爱因斯坦很少来上课的现象。

所以,爱因斯坦在当时起码是个爱翘课的学生,而且这个翘课比今天的大学生翘课更显眼一些。你想,现在一个阶梯教室坐 100 多人,这时候翘课的心理压力肯定比一个班只有 11 个人的时候翘课要小得多。他当年能通过考试,大都要感谢同学格罗兹曼(Marcel Grossmann)借他笔记。

毕业的时候,满分是 6 分,其他几个同学都留校担任助教了,因为他就读的6A学部(Section VI A)就是以数学/物理/天文为方向培养教师的。

爱因斯坦的综合评定是 4.9 分,算合格了,但是没能留校任教。而米列娃 4.0 分,不准毕业,留级一年。按咱们现在的说法就是“毕业即失业”。

爱因斯坦毕业后,在报纸上登广告找工作,介绍自己数学和物理不错,希望找一份家教的工作,可以免费试听。按咱们的现在说法就是,“给学生补课当家教”。

还有一个标签,是托关系当公务员。后来,还是托同学格罗兹曼父亲的关系,在伯尔尼专利局找了一份专利审核的工作。

但那里的职员也是分一、二、三级的,三级是最低档,爱因斯坦当时(1902 – 1903)的级别就是三级。按我们的说法是,“托关系做了低级别公务员”。

 

社会的丰富度

爱因斯坦在 1905 年之前和之后差异那么大,到底是怎么回事?

其实,只要深挖细节就知道,爱因斯坦还是爱因斯坦,他并没有变,真正导致他在上学时代格格不入的是那时候的大学教育。

比如,他当时翘韦伯的课最多,韦伯都教了什么呢?《电工原理》《测量仪器和方法》《电工实验》《机电导论》《交流电导论》《交流电系统与交流电动机》《物理实验中的科研项目》。

这是一系列相当乏味的旧物理课,更偏向于电工技术。这些内容和爱因斯坦当时已经钻研得比较深的麦克斯韦方程、统计物理和光速测量问题、黑体辐射等问题完全无关。而所谓的“翘课”, 爱因斯坦也不是吃喝玩乐去了,而是自己在钻研麦克斯韦的电磁理论。

如果一个学生从上学到毕业期间,处于“复读、未婚先孕、成绩不好、经常翘课、做家教、托关系当公务员”的状态,那大概率说,他是不太可能有出息的。但我们也不能否认,只要是那种能推动科学前进方向的人,他们必然是极端的,是用任何通用标准都无法公正地评价他们。

这些人最终能否成为推动科学方向的人,强烈依赖于社会多元化的丰富度。否则,1895 – 1905 年的爱因斯坦如果在大清朝,那就只是一个不可能通过科举考试的普通年轻人了。

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