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愛(ài)因斯坦與他的大學(xué)教授韋伯丨昌海一述

2021-02-24 14:58 作者:返樸科普  | 我要投稿

在愛(ài)因斯坦的大學(xué)生涯中,有一位老師不得不提,他就是海因里?!ろf伯(Heinrich Friedrich Weber)。兩人的關(guān)系頗有戲劇性,尤其是在愛(ài)因斯坦的感觀中,韋伯從一位受尊敬,最初留有深刻印象的教授,變成了一個(gè)惡語(yǔ)相向之人;韋伯的課程是愛(ài)因斯坦大學(xué)翹課自學(xué)的直接原因,而他本人更是導(dǎo)致愛(ài)因斯坦畢業(yè)即失業(yè)的關(guān)鍵人物。但是,在愛(ài)因斯坦最初對(duì)量子論研究的先驅(qū)性論文里,他引用的正是韋伯的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。而這段“孽緣”最終在愛(ài)因斯坦筆下回歸理性。誰(shuí)又沒(méi)有年少輕狂的時(shí)候呢?


撰文 | 盧昌海


1896年10月,愛(ài)因斯坦進(jìn)入瑞士的蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院 (Federal Institute of Technology in Zurich,簡(jiǎn)稱(chēng)ETH——系目前的學(xué)院德文名Eidgen?ssische Technische Hochschule 的首字母縮寫(xiě)) ,開(kāi)始了他的“大學(xué)時(shí)代”,比他初次嘗試進(jìn)入該學(xué)院晚了一年, 但比多數(shù)“應(yīng)屆生”仍早了一年。


按照《愛(ài)因斯坦全集》編者的介紹,當(dāng)時(shí)的蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院共分7個(gè)系,愛(ài)因斯坦就讀的是旨在培養(yǎng)數(shù)學(xué)及科學(xué)教師的“第 6 系” (Department VI),并且是其中以數(shù)學(xué)、物理、天文為方向的“6A 學(xué)部” ?(Section VI A)。愛(ài)因斯坦入學(xué)那年,該學(xué)部共招了11名新生,其中包括后來(lái)成為愛(ài)因斯坦第一任妻子的米列娃·瑪麗克 (Mileva Mari?),以及將在不止一個(gè)關(guān)鍵時(shí)期給予愛(ài)因斯坦極大幫助的馬塞爾·格羅斯曼 (Marcel Grossmann)。


在愛(ài)因斯坦的教授之中,則包含了當(dāng)時(shí)任學(xué)部主任的數(shù)學(xué)家阿道夫·赫維茲 (Adolf Hurwitz),后來(lái)在相對(duì)論發(fā)展史上起到重要作用的數(shù)學(xué)家赫爾曼·閔可夫斯基 (Hermann Minkowski),以及當(dāng)時(shí)主持?jǐn)?shù)學(xué)和技術(shù)物理講席的物理學(xué)家海因里?!じダ锏吕锵!ろf伯(Heinrich Friedrich Weber)[注1]。


在本文中,我們來(lái)談?wù)剱?ài)因斯坦與韋伯的關(guān)系——這是愛(ài)因斯坦與他的教授之間最有戲劇性的關(guān)系。


海因里希·韋伯 (1843 ? 1912)


愛(ài)因斯坦與韋伯的關(guān)系有一個(gè)不錯(cuò)的起點(diǎn):我們?cè)凇稅?ài)因斯坦的初戀》一文的開(kāi)篇曾經(jīng)提到:1895 年 10 月, 比“應(yīng)屆生”小兩歲的愛(ài)因斯坦被特許參加了蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的入學(xué)考試。那次考試雖因“偏科”而失敗,但由于數(shù)學(xué)和物理成績(jī)可觀,學(xué)院主管阿爾賓·赫佐格 (Albin Herzog) 親自建議愛(ài)因斯坦在阿爾高州 (Canton of Aargau) 的州立中學(xué)補(bǔ)完中學(xué)學(xué)業(yè),然后再來(lái)學(xué)院。被愛(ài)因斯坦的數(shù)學(xué)和物理成績(jī)打動(dòng)的除赫佐格外,還有一個(gè)人,那就是韋伯,他也親自給愛(ài)因斯坦提了建議,鼓勵(lì)他待在蘇黎世,并允許他旁聽(tīng)自己的課。


雖然愛(ài)因斯坦采納的是赫佐格的建議,但韋伯的這份善意顯然給他留下了深刻印象,使他在晚年依然有所回憶。


這個(gè)不錯(cuò)的起點(diǎn)在愛(ài)因斯坦進(jìn)入蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院之后,一度得到了維持。愛(ài)因斯坦選了韋伯講授的所有課程,且起碼在最初一段時(shí)間里非常喜愛(ài)那些課程。這種喜愛(ài)在愛(ài)因斯坦的信件里有清晰的體現(xiàn)。比如在1898 年2 月16 日給米列娃的信里,愛(ài)因斯坦寫(xiě)道:“韋伯高屋建瓴地講授了熱學(xué) (溫度、熱量、熱運(yùn)動(dòng)、氣體動(dòng)力理論),我一門(mén)接一門(mén)地期待著他的課程?!?/p>


愛(ài)因斯坦喜愛(ài)韋伯課程的另一個(gè)佐證是他留下的聽(tīng)課筆記。在《愛(ài)因斯坦全集》第一卷所收錄的文件中, 篇幅最大的就是關(guān)于韋伯課程的聽(tīng)課筆記,總計(jì)達(dá) 150 頁(yè)左右。哪怕用愛(ài)因斯坦一生的文字來(lái)衡量,除跟波蘭物理學(xué)家利奧波德·英費(fèi)爾德 (Leopold Infeld) 合著的The Evolution of Physics (《物理學(xué)的進(jìn)化》) 一書(shū)外,這恐怕也是篇幅最大的“文件” 之一。如果考慮到愛(ài)因斯坦曾宣稱(chēng)過(guò)自己不是那種“喜歡把課上講授的一切以一種有序的方式記錄下來(lái)” 的人,并且也確實(shí)沒(méi)有留下關(guān)于任何其他課程的同等篇幅的聽(tīng)課筆記,他對(duì)韋伯課程的這種投入就顯得尤為特殊。


韋伯究竟講授過(guò)哪些課程呢?從《愛(ài)因斯坦全集》所收錄的愛(ài)因斯坦成績(jī)單上可看到以下課單:

  • 物理學(xué)

  • 電工原理、 測(cè)量?jī)x器及方法

  • 電振蕩

  • 電工實(shí)驗(yàn)

  • 物理實(shí)驗(yàn)中的科研項(xiàng)目

  • 機(jī)電導(dǎo)引

  • 交流電

  • 交流電系統(tǒng)與交流電動(dòng)機(jī)

  • 絕對(duì)電測(cè)量系統(tǒng)

  • 交流電理論導(dǎo)引


老實(shí)講,對(duì)喜愛(ài)理論物理的人來(lái)說(shuō),這是一個(gè)相當(dāng)乏味的課單。哪怕考慮到像相對(duì)論和量子論那樣的有趣理論尚未問(wèn)世,以及理論物理與實(shí)驗(yàn)物理在當(dāng)時(shí)尚未正式“分家”,這個(gè)課單也是足夠乏味的——尤其是包含了那么多大同小異,且顯著偏于技術(shù)的電學(xué)課程。雖然愛(ài)因斯坦當(dāng)時(shí)對(duì)物理學(xué)的興趣尚未如后來(lái)那樣鮮明地偏于理論(在去世前一個(gè)多月所撰的簡(jiǎn)短自述里, 愛(ài)因斯坦稱(chēng)自己當(dāng)時(shí)“滿(mǎn)懷興趣地在韋伯教授的物理實(shí)驗(yàn)室里積極工作”), 但他終究是未來(lái)的理論物理大師, 在這樣一系列顯著偏于技術(shù)的課程面前不太意外地“半途而廢”了, 沒(méi)能“一門(mén)接一門(mén)地期待” 到最后。

愛(ài)因斯坦對(duì)韋伯課程的“半途而廢”還有一個(gè)很具體的原因, 那就是:韋伯的電學(xué)課程在理論方面相當(dāng)陳舊,只涵蓋到德國(guó)物理學(xué)家兼醫(yī)生赫爾曼·馮·亥姆霍茲(Hermann von Helmholtz)的電磁理論,頂多算是電磁理論的“半成品”,而完全沒(méi)有涉及愛(ài)因斯坦自中學(xué)后期開(kāi)始就深感興趣的麥克斯韋電磁理論[注2]。韋伯電學(xué)課程的這種陳舊性應(yīng)該不是偶然的,因?yàn)楹ツ坊羝澭芯侩姶爬碚摰囊粋€(gè)主要時(shí)期是19世紀(jì)70年代初,而韋伯當(dāng)時(shí)恰好是亥姆霍茲的助手,從而無(wú)可避免地受到后者的“熏陶”。另一方面,自19世紀(jì)80年代后期開(kāi)始,韋伯已基本不做研究,跟理論前沿的脫節(jié)也就日益擴(kuò)大了。在蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院期間,韋伯醉心的是物理研究所的建設(shè),發(fā)表的文章則多為技術(shù)報(bào)告。愛(ài)因斯坦在校的那幾年,韋伯只發(fā)表了一篇稱(chēng)得上科學(xué)論文的文章,是關(guān)于交流電的。內(nèi)容的陳舊破壞了愛(ài)因斯坦對(duì)韋伯課程的喜愛(ài), 代之以的則是他一向擅長(zhǎng)的自學(xué)——或者用他自己的話說(shuō), 他開(kāi)始“經(jīng)常翹課, 懷著神圣的熱忱在家研習(xí)理論物理大師的著作”。

至此, 愛(ài)因斯坦與韋伯的關(guān)系結(jié)束了“蜜月期”,并開(kāi)始漸漸走向惡化。

據(jù)瑞士作家卡爾·西利格(Carl Seelig)記敘,韋伯曾對(duì)愛(ài)因斯坦說(shuō)過(guò):“你是個(gè)聰明的孩子,愛(ài)因斯坦,一個(gè)非常聰明的孩子。但你有一個(gè)很大的缺點(diǎn),就是讓人難以教你。”西利格是愛(ài)因斯坦的早期傳記作家之一,有幸直接采訪過(guò)愛(ài)因斯坦及他的若干親友,他的愛(ài)因斯坦傳記的早期版本曾得到過(guò)愛(ài)因斯坦本人的贊許,從而被視為原始資料。也因此,他所記敘的韋伯對(duì)愛(ài)因斯坦的這句評(píng)論被廣為引述。在我留意到過(guò)的關(guān)于韋伯對(duì)愛(ài)因斯坦觀感的所有資料里,這是唯一以韋伯言論的形式記敘下來(lái)的——雖然想必是出自愛(ài)因斯坦的轉(zhuǎn)述。

關(guān)于韋伯對(duì)愛(ài)因斯坦觀感的其他資料則更為間接,且要么是第三方視角,要么是基于對(duì)兩人交往結(jié)果的“執(zhí)果求因”式的推測(cè)。前者比如西利格所記敘的,韋伯對(duì)愛(ài)因斯坦總是叫他 “韋伯先生”而不是“教授先生”不甚滿(mǎn)意[注3]。后者的例子則是愛(ài)因斯坦和米列娃的畢業(yè)論文在韋伯那里得到了全班最低的兩個(gè)分?jǐn)?shù),以及韋伯曾以紙張不合格為由讓愛(ài)因斯坦將整篇論文重抄了一遍。這些都被推測(cè)為是韋伯對(duì)愛(ài)因斯坦觀感惡化所致。不過(guò),這些“執(zhí)果求因” 式的推測(cè)顯然都有商榷余地而并非鐵證。比如拿愛(ài)因斯坦和米列娃的畢業(yè)論文分?jǐn)?shù)來(lái)說(shuō),雖能推測(cè)為韋伯對(duì)愛(ài)因斯坦觀感惡化所致,卻也完全有可能是實(shí)事求是。因?yàn)閻?ài)因斯坦和米列娃畢業(yè)時(shí)的平均成績(jī)也是全班最低的,跟畢業(yè)論文的分?jǐn)?shù)排序相一致。而且愛(ài)因斯坦后來(lái)在1952年4月8日給西利格的信里自己也表示,“我和我第一任妻子的畢業(yè)論文是關(guān)于熱傳導(dǎo)的,對(duì)我來(lái)說(shuō)毫無(wú)興趣且不值一提?!?/p>

愛(ài)因斯坦與韋伯關(guān)系的另一類(lèi)資料則來(lái)自愛(ài)因斯坦。托信件被后人悉心匯集的名人效應(yīng)之福,那類(lèi)資料多為信件,故有更高的可信度——起碼代表了寫(xiě)信之時(shí)愛(ài)因斯坦對(duì)韋伯的真實(shí)觀感,且不至于因轉(zhuǎn)述而失真。那觀感中的惡感部分基本集中在找工作方面。

《愛(ài)因斯坦全集》所收錄的這方面的最早信件是 1901 年 3 月 23 日給米列娃的信。當(dāng)時(shí)愛(ài)因斯坦剛向哥廷根大學(xué)(University of G?ttingen)的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家愛(ài)德華·里克(Eduard Riecke)遞交了求職申請(qǐng),申請(qǐng)后者1901-1902年度的助教職位。但在給米列娃的這封信里, 他卻表示對(duì)這一申請(qǐng)不太抱希望,因?yàn)椤拔液茈y相信韋伯會(huì)放過(guò)這樣一個(gè)好機(jī)會(huì), 而不干點(diǎn)什么勾當(dāng)?!?/p>

愛(ài)因斯坦為什么會(huì)用這種充滿(mǎn)惡感的語(yǔ)氣,猜疑韋伯會(huì)在他找工作一事上“干點(diǎn)什么勾當(dāng)”?最可能的原因被認(rèn)為是愛(ài)因斯坦 1900 年夏天從蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院畢業(yè)后,沒(méi)能申請(qǐng)到韋伯本人的助教職位。沒(méi)能申請(qǐng)到韋伯本人的助教職位之所以會(huì)讓愛(ài)因斯坦在后來(lái)找工作時(shí)對(duì)韋伯產(chǎn)生猜疑,則是因?yàn)槁?lián)邦理工學(xué)院的教授每年都要招不少助教,而物理專(zhuān)業(yè)的學(xué)生由于數(shù)目較少,“物以稀為貴”,畢業(yè)后只要自己愿意,大都不難在學(xué)院內(nèi)找到助教職位。但愛(ài)因斯坦卻遭遇了“滑鐵盧”。尤其是,作為其畢業(yè)論文導(dǎo)師的韋伯明明也招助教,卻偏偏不招愛(ài)因斯坦,而是到機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)去招——且還招了兩名!

給米列娃寫(xiě)這封信的時(shí)候,愛(ài)因斯坦“畢業(yè)即失業(yè)”已有數(shù)月,對(duì)助教職位的期盼實(shí)已如久旱盼甘霖,雖在信中表示對(duì)申請(qǐng)里克的助教職位不太抱希望,實(shí)際上的期盼還是溢于言表的——因?yàn)樵谛诺暮竺娌糠?,?ài)因斯坦說(shuō)起他在旅行時(shí)遇見(jiàn)一位曾在哥廷根大學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)的年輕人,立刻向后者打聽(tīng)那里的情形,并得知 “里克是一位非常友善開(kāi)朗的紳士,如果成為他的助教,我將不需要做什么事情……”

只可惜期盼越熱切,落空就越失望,而韋伯作為愛(ài)因斯坦的猜疑對(duì)象,“收獲”到的惡感也就越強(qiáng)烈。申請(qǐng)里克的助教職位一事很快就落空了。在 1901 年 3 月 27 日給米列娃的信里, 愛(ài)因斯坦寫(xiě)道:“里克的拒絕并不讓我吃驚,而且我堅(jiān)信問(wèn)題是出在韋伯身上。”愛(ài)因斯坦并且將韋伯的角色“普遍化”,表示“在這種情形下,我相信再給教授寫(xiě)信也是毫無(wú)意義的,因?yàn)槲蚁嘈乓坏┦虑橛辛俗銐虻倪M(jìn)展,他們?nèi)紩?huì)向韋伯打聽(tīng)信息,而韋伯會(huì)再次提供不好的評(píng)語(yǔ)。”稍后,在 1901 年 4 月 14 日給格羅斯曼的信里,愛(ài)因斯坦再次抨擊了韋伯,稱(chēng)如果不是韋伯從中作祟,自己應(yīng)該早就找到工作了。當(dāng)然,愛(ài)因斯坦不是“祥林嫂”,在反復(fù)抱怨的同時(shí)也并未喪失幽默,在給格羅斯曼的信里寫(xiě)了一句有趣的自嘲之語(yǔ):“上帝創(chuàng)造了驢子,并給了他一張厚皮?!?/p>

愛(ài)因斯坦對(duì)韋伯的惡感不僅強(qiáng)烈,而且維持了很久——甚至沒(méi)有因韋伯的去世而消弭。

1912 年 5 月 24 日,距離愛(ài)因斯坦的畢業(yè)和失業(yè)已超過(guò) 10 年,68 歲的韋伯在蘇黎世去世。這 10 年來(lái),愛(ài)因斯坦的聲望在快速上升。韋伯去世前不久,昔日連助教職位都申請(qǐng)不到的愛(ài)因斯坦被蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院聘為教授,擬于秋天回母校任職。得知韋伯的死訊后,在 6 月初給蘇黎世大學(xué)(University of Zurich)的好友海因里?!}(cāng)格爾(Heinrich Zangger)的信里, 愛(ài)因斯坦以一種被荷蘭裔美國(guó)物理學(xué)家亞伯拉罕·派斯(Abraham Pais)稱(chēng)之為“很不尋?!钡目谖菍?xiě)下了評(píng)語(yǔ):“韋伯的死對(duì)聯(lián)邦理工學(xué)院是一件好事”。6月12日,在給曾擔(dān)任過(guò)自己第一任助教的德國(guó)物理學(xué)家路德維希·霍普夫(Ludwig Hopf)的信里,愛(ài)因斯坦對(duì)即將重返蘇黎世表示高興,并寫(xiě)道:“兇惡的韋伯已在那里死去,因此從個(gè)人觀點(diǎn)來(lái)看也是非常愉快的?!?/p>

派斯稱(chēng)愛(ài)因斯坦的口吻“很不尋?!笔俏竦恼f(shuō)法,那口吻完全稱(chēng)得上是刻薄。那樣的刻薄相對(duì)于公眾心目中的愛(ài)因斯坦形象幾乎是一種顛覆,對(duì)韋伯也相當(dāng)不公。

韋伯并不是著名科學(xué)家, 哪怕在幾十巨冊(cè)的Dictionary of Scientific Biography(《科學(xué)傳記辭典》)中也輪不上一個(gè)詞條。知道韋伯名字的人大都要么是將他混淆為同名的其他科學(xué)家, 要么是因?yàn)樗鷲?ài)因斯坦的恩怨, 鮮有知道其他的。但盡管不著名,韋伯對(duì)蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的貢獻(xiàn)卻并不小,尤其是為物理研究所的建設(shè)立下過(guò)汗馬功勞?!绊f伯的死對(duì)聯(lián)邦理工學(xué)院是一件好事”那樣的刻薄評(píng)語(yǔ)是非常情緒化并且有欠思考的。不過(guò)另一方面,友朋間的信件畢竟是私語(yǔ),情緒與理性的相對(duì)比例及深思熟慮的程度本就跟公開(kāi)言論是很不相同的。拿這種私語(yǔ)來(lái)評(píng)價(jià)韋伯固然不公,以之來(lái)反評(píng)愛(ài)因斯坦也不免會(huì)脫離語(yǔ)境。如果讓愛(ài)因斯坦寫(xiě)一篇公開(kāi)訃告來(lái)評(píng)價(jià)韋伯,口吻應(yīng)該會(huì)完全不同。事實(shí)上,我們?cè)诤笪闹袑?huì)看到,即便在書(shū)信里,時(shí)間很可能也最終沖淡了愛(ài)因斯坦對(duì)韋伯的惡感,使他在晚年寫(xiě)下了完全不同——有可能更接近理性——的評(píng)語(yǔ)。

愛(ài)因斯坦就讀時(shí)的蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的物理研究所

從韋伯與愛(ài)因斯坦彼此觀感的相互對(duì)比中,可以看到一個(gè)特點(diǎn),那就是愛(ài)因斯坦對(duì)韋伯的觀感比韋伯對(duì)愛(ài)因斯坦的負(fù)面得多——稱(chēng)得上是惡感,但產(chǎn)生的時(shí)間則較晚,有可能是始于找工作方面——尤其是申請(qǐng)里克的助教職位時(shí)——的猜疑。在那之前,盡管韋伯對(duì)愛(ài)因斯坦的觀感——從上文引述過(guò)的種種跡象來(lái)看——已有所惡化,在愛(ài)因斯坦的信件里卻并未顯示出對(duì)等的惡化。甚至在愛(ài)因斯坦沒(méi)能申請(qǐng)到韋伯本人的助教職位后,愛(ài)因斯坦信件涉及韋伯的幾處也并未即刻流露出惡感。

比如在1900年8月1日給米列娃的信里, 愛(ài)因斯坦提到韋伯時(shí)用了“我們親愛(ài)的韋伯”這樣的稱(chēng)謂——哪怕是戲謔,起碼也談不上惡感。不僅如此,在畢業(yè)后的一段時(shí)間里,愛(ài)因斯坦一度仍打算利用韋伯的實(shí)驗(yàn)室,甚至以韋伯為導(dǎo)師從事博士論文研究。在1900年夏末給米列娃的一封信里, 愛(ài)因斯坦提到自己正在研究湯姆孫效應(yīng)(Thomson effect),并表示“我們無(wú)論如何都要跟韋伯保持良好關(guān)系,因?yàn)樗膶?shí)驗(yàn)室是最好的,并且設(shè)備也是最好的”?!稅?ài)因斯坦全集》所收錄的一份1900 年10月的蘇黎世(Zurich)“市民資格申請(qǐng)表” 上, 也記錄著愛(ài)因斯坦正在韋伯的指導(dǎo)下從事博士論文研究。

這些都顯示,從愛(ài)因斯坦這方來(lái)說(shuō),起碼直到 1900 年秋天,他與韋伯仍維持著大體正常的關(guān)系。

從現(xiàn)存的資料看,這種關(guān)系是在申請(qǐng)里克的助教職位前后,才快速轉(zhuǎn)變了。除上文引述過(guò)的那幾封充滿(mǎn)惡感的信件外,關(guān)系轉(zhuǎn)變的另一個(gè)跡象是愛(ài)因斯坦很快就放棄了以韋伯為導(dǎo)師從事博士論文研究。在上文提到過(guò)的1901年4 月14日給格羅斯曼的信里,愛(ài)因斯坦表示將改換博士論文的課題。相應(yīng)地,愛(ài)因斯坦博士論文的導(dǎo)師也因課題的改換而變更了:由韋伯換成了蘇黎世大學(xué)的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家阿爾弗雷德·克萊納(Alfred Kleiner)[注4]。雖沒(méi)有很確鑿的文字證據(jù),但一般認(rèn)為,除課題本身方面的可能緣故外,愛(ài)因斯坦博士論文課題和導(dǎo)師的這一改換, 起碼部分地是因?yàn)榕c韋伯關(guān)系的惡化。

介紹完了愛(ài)因斯坦與韋伯的關(guān)系惡化,不妨略作一點(diǎn)議論。議論的話題是:愛(ài)因斯坦在找工作方面對(duì)韋伯的猜疑究竟有沒(méi)有道理?對(duì)此,我的看法是:這種猜疑就韋伯可能起到的作用而言應(yīng)該不是空穴來(lái)風(fēng)。因?yàn)轫f伯作為愛(ài)因斯坦的畢業(yè)論文導(dǎo)師,及專(zhuān)業(yè)上的主要教授,在愛(ài)因斯坦申請(qǐng)助教時(shí),確實(shí)處于愛(ài)因斯坦所說(shuō)的“一旦事情有了足夠的進(jìn)展,他們?nèi)紩?huì)向韋伯打聽(tīng)信息”的位置上。而從前文介紹過(guò)的韋伯對(duì)愛(ài)因斯坦的觀感來(lái)看,韋伯也確實(shí)有可能會(huì)如愛(ài)因斯坦所猜疑的,“提供不好的評(píng)語(yǔ)”。只不過(guò),那些評(píng)語(yǔ)是否出于惡意——即如愛(ài)因斯坦所言的“干點(diǎn)什么勾當(dāng)”,則大可商榷。因?yàn)檎鐞?ài)因斯坦和米列娃的畢業(yè)論文分?jǐn)?shù)——如前文所述——有可能是實(shí)事求是,“提供不好的評(píng)語(yǔ)”也有可能只是實(shí)事求是。事實(shí)上, 愛(ài)因斯坦的中小學(xué)成績(jī)雖不錯(cuò),在蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的成績(jī)則確實(shí)很一般。在他畢業(yè)那年(1900年),班上共有五名學(xué)生畢業(yè),愛(ài)因斯坦的平均成績(jī)位居第四,只比沒(méi)拿到文憑的米列娃高。換句話說(shuō), 愛(ài)因斯坦是那年成功畢業(yè)的四名學(xué)生中成績(jī)最差的。韋伯哪怕實(shí)話實(shí)說(shuō), 恐怕也會(huì)影響他的助教申請(qǐng),卻很難說(shuō)成是“干點(diǎn)什么勾當(dāng)”。

當(dāng)然,以愛(ài)因斯坦日后的成就來(lái)衡量,我們可以“馬后炮”式地認(rèn)為韋伯沒(méi)有眼光,甚至可以認(rèn)為蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的考評(píng)制度不足以發(fā)現(xiàn)天才。但這些終究不能用來(lái)怪罪韋伯。不僅如此,具體到讓愛(ài)因斯坦耿耿于懷的申請(qǐng)里克助教職位失敗一事上,韋伯的角色可能更是無(wú)辜。因?yàn)槔锟藢?duì)助教的要求之中有一條是有博士學(xué)位,而愛(ài)因斯坦當(dāng)時(shí)并無(wú)博士學(xué)位(他直到1906年初才拿到博士學(xué)位)。因此無(wú)論韋伯做過(guò)什么,或沒(méi)做什么,愛(ài)因斯坦本就沒(méi)什么希望獲得里克的助教職位。

隨著博士論文課題和導(dǎo)師的改換,及找工作階段的結(jié)束,愛(ài)因斯坦與韋伯的直接交往就基本結(jié)束了。但韋伯作為愛(ài)因斯坦大學(xué)四年最主要的,且一度傾慕過(guò)的物理教授,兩人的關(guān)系在學(xué)術(shù)層面上是“藕斷絲連”的。比如《愛(ài)因斯坦全集》的編者在一篇題為“愛(ài)因斯坦論熱、 電及輻射現(xiàn)象”(Einstein on Thermal, Electrical, and Radiation Phenomena)的編者按中就認(rèn)為,愛(ài)因斯坦對(duì)熱學(xué)、電磁理論及輻射現(xiàn)象的持久興趣有可能是受了韋伯的影響,因?yàn)檫@些都是韋伯從事過(guò)研究,且在課上講授過(guò)的領(lǐng)域。當(dāng)然,這種影響是很難確切界定的,比如愛(ài)因斯坦對(duì)電磁理論的興趣早在中學(xué)后期就有了,范圍則超出了韋伯的課程 (因后者不包含麥克斯韋電磁理論),甚至是 “翹” 了韋伯的課去自學(xué)的,因此起碼在這一領(lǐng)域,韋伯的影響也許并不大。但韋伯對(duì)愛(ài)因斯坦的某些興趣領(lǐng)域或研究方向產(chǎn)生過(guò)影響,或起到過(guò)推波助瀾的作用, 是完全可能的。

比如愛(ài)因斯坦對(duì)固體比熱的研究,或許就可視為這種影響的一個(gè)例子。那項(xiàng)研究是在一個(gè)韋伯擅長(zhǎng)的領(lǐng)域里,引用了韋伯的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),并且解釋了韋伯的觀測(cè)結(jié)果。

19世紀(jì)70年代早期,韋伯對(duì)碳、硼、硅等元素的比熱進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)了——確切說(shuō)是以較系統(tǒng)的方式證實(shí)了前人注意到過(guò)的——某些反常性質(zhì),比如(鉆石形態(tài)下的)碳的摩爾熱容(molar heat capacity)在溫度從零下 100 攝氏度 (?100°C) 到 (零上) 1,000 攝氏度 (1,000°C) 的變化范圍內(nèi),會(huì)大幅改變十幾倍。這種性質(zhì)之所以稱(chēng)為反常性質(zhì),是因?yàn)樗▏?guó)物理學(xué)家皮埃爾·杜隆(Pierre Dulong)和阿列克西·珀蒂(Alexis Petit)于1819 年發(fā)現(xiàn)的所謂杜隆?珀蒂定律(Dulong?Petit law)相矛盾。

用現(xiàn)代術(shù)語(yǔ)來(lái)表述,杜隆?珀蒂定律表明很多元素的固體摩爾熱容是一個(gè)常數(shù),數(shù)值約為 6卡·度?1·摩爾?1[注5]。很明顯,韋伯觀測(cè)到的(鉆石形態(tài)下的)碳的摩爾熱容的大幅改變不符合杜隆?珀蒂定律。更具體地說(shuō),韋伯發(fā)現(xiàn),(鉆石形態(tài)下的)碳的摩爾熱容在低溫和常溫下顯著低于杜隆?珀蒂定律的預(yù)期(且溫度越低, 摩爾熱容越小),但溫度高到一定程度(1,000 攝氏度以上)后,則顯示出逼近杜隆?珀蒂定律的趨勢(shì)。

韋伯的這一觀測(cè)結(jié)果在當(dāng)時(shí)是一種無(wú)法解釋的反常。韋伯之后,其他物理學(xué)家也在同類(lèi)研究中證實(shí)了韋伯的觀測(cè)結(jié)果。這些確然無(wú)疑地顯示出某些元素的固體摩爾熱容在特定的(因材料而異的)低溫范圍內(nèi)小于杜隆?珀蒂定律的預(yù)期。另一方面,跟韋伯的實(shí)驗(yàn)大體同期,奧地利物理學(xué)家路德維?!げ柶澛?Ludwig Boltzmann) 從經(jīng)典統(tǒng)計(jì)物理的角度推導(dǎo)出了杜隆?珀蒂定律,將之由一個(gè)單純的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律提升為了具有理論依據(jù)的定律[注6]。

一方面是實(shí)驗(yàn)上確然無(wú)疑的反常,另一方面是經(jīng)驗(yàn)規(guī)律獲得了理論依據(jù),這一矛盾背后究竟隱藏著什么玄機(jī)?解釋這一疑問(wèn)的正是愛(ài)因斯坦。

1906年11月,愛(ài)因斯坦向德國(guó)《物理年鑒》(Annalen der Physik)提交了一篇題為 “普朗克的輻射理論和比熱理論”(Die Plancksche Theorie der Strahlung und die Theorie der spezifischen W?rme)的論文,將德國(guó)物理學(xué)家馬克斯·普朗克 (Max Planck)1900 年提出的量子化假設(shè)運(yùn)用到了統(tǒng)計(jì)物理中,不僅定性而且近乎定量地解釋了韋伯的觀測(cè)結(jié)果,從而解決了上述矛盾[注7]。

在這篇論文中,愛(ài)因斯坦提出,普朗克的輻射理論對(duì)物質(zhì)與輻射之間的能量交換施加了(量子化)限制,這一限制跟經(jīng)典的分子運(yùn)動(dòng)論是不相容的,因此有必要修正分子運(yùn)動(dòng)論。不僅如此,“如果普朗克的輻射理論觸及了事物的核心,那么必然可以預(yù)期,當(dāng)前的分子運(yùn)動(dòng)論與經(jīng)驗(yàn)的矛盾在熱理論的其他方面也會(huì)出現(xiàn)”。而韋伯在固體比熱方面的觀測(cè)結(jié)果與杜隆?珀蒂定律的矛盾正是被愛(ài)因斯坦捕捉到的“在熱理論的其他方面也會(huì)出現(xiàn)”的“分子運(yùn)動(dòng)論與經(jīng)驗(yàn)的矛盾”的例子。

在這篇論文中,愛(ài)因斯坦用列表的方式引用了韋伯的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(“我用了 H. F. 韋伯的實(shí)驗(yàn)結(jié)果”), 并且給出了自己的理論與韋伯的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間的擬合曲線(見(jiàn)下圖)。在愛(ài)因斯坦的所有論文中,以包含數(shù)據(jù)列表及擬合曲線那樣的詳盡方式討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果是很少有的。愛(ài)因斯坦的這篇論文與為他贏得 1921 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的光電效應(yīng)論文相似,都屬于最早運(yùn)用量子化假設(shè)解決物理問(wèn)題的成功嘗試,是量子論發(fā)展史上的先驅(qū)性論文。也因此,愛(ài)因斯坦是繼普朗克本人之后最早涉足量子論的物理學(xué)家,是量子論最重要的先驅(qū)之一。

愛(ài)因斯坦理論與韋伯實(shí)驗(yàn)的擬合

上圖就是愛(ài)因斯坦在論文中給出的他的理論與韋伯的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間的擬合曲線,針對(duì)的是(鉆石形態(tài)下的)碳,縱軸是摩爾熱容(以“卡·度?1·摩爾?1”為單位),橫軸對(duì)應(yīng)的是無(wú)量綱組合 kT/hν——其中k是玻爾茲曼常數(shù)(Boltzmann constant),T是絕對(duì)溫標(biāo)下的溫度,h是普朗克常數(shù),ν是原子振動(dòng)頻率[注8]。圖中的曲線來(lái)自愛(ài)因斯坦的理論,小圓圈標(biāo)示的則是韋伯的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

關(guān)于愛(ài)因斯坦與韋伯的關(guān)系,到這里就基本談完了。在結(jié)束本文之前,最后再補(bǔ)充一點(diǎn), 那就是愛(ài)因斯坦對(duì)韋伯的惡感雖維持了很久,甚至頗為小器地沒(méi)有因韋伯的去世而消弭,但最終很可能還是被時(shí)間沖淡了。這種沖淡的一個(gè)跡象是1950年4月24日愛(ài)因斯坦給昔日同學(xué)之一的沃特·萊克(Walter Leich)的一封信[注9]。在那封信里,愛(ài)因斯坦表示:“我很敬重韋伯, 他是一位有才華的教師?!?/p>

自1901 年以來(lái),這樣毫無(wú)保留的夸贊真是久違了。

此外,本文開(kāi)篇提到的愛(ài)因斯坦與韋伯關(guān)系的“不錯(cuò)的起點(diǎn)”是出自愛(ài)因斯坦去世前一個(gè)多月所撰的簡(jiǎn)短自述。在那篇自述中,愛(ài)因斯坦只字未提惡感,卻在談及當(dāng)年的入學(xué)考試失敗時(shí),特意記下了韋伯的善意:“令我安慰的是,物理學(xué)家韋伯讓人告訴我,如果我待在蘇黎世,就可以去聽(tīng)他的課?!痹谖易x過(guò)的資料中,愛(ài)因斯坦的這一記敘似乎是此事傳諸后世的唯一源泉[注10]。

相較于1901年和1912年的那些充滿(mǎn)惡感的文字,愛(ài)因斯坦在上述晚年文字里談到韋伯時(shí),側(cè)重點(diǎn)完全變了。因此很可能,愛(ài)因斯坦與韋伯的“歷史問(wèn)題”在愛(ài)因斯坦晚年時(shí)終于冰消云散了。



注釋

1. 外國(guó)人名的中間名 (middle name) 無(wú)論在原名還是翻譯里通常都可省略,不過(guò)對(duì)韋伯有必要破例。因?yàn)榕銮捎幸晃坏聡?guó)數(shù)學(xué)家叫作海因里希·馬丁·韋伯 (Heinrich Martin Weber), 若省略中間名,就跟海因里希·弗里德里希·韋伯一樣了。更易混淆的是,這位數(shù)學(xué)家的生卒年份分別為 1842年 和 1913 年,跟海因里?!じダ锏吕锵!ろf伯的極為相近 (后者的生卒年份分別為 1843 年和 1912 年), 而且這位數(shù)學(xué)家也在蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院教過(guò)書(shū) (不過(guò)跟愛(ài)因斯坦在那里的就讀時(shí)間并無(wú)交集)!

2. 關(guān)于愛(ài)因斯坦中學(xué)后期對(duì)麥克斯韋電磁理論的興趣,可參閱拙作 《愛(ài)因斯坦的少作》。

3. 這種雞毛蒜皮的事情也值得一提,有可能是因?yàn)轫f伯是德國(guó)人。這種注重稱(chēng)謂的習(xí)慣是一些老派德國(guó)教授的“通病”。拙作“讓泡利敬重的三個(gè)半物理學(xué)家”曾提到過(guò)這方面的一則“八卦”:美國(guó)物理學(xué)家約翰·馮·弗萊克 (John Van Vleck) 年輕時(shí)曾見(jiàn)過(guò)德國(guó)物理學(xué)家阿諾·索末菲 (Arnold Sommerfeld),第一次見(jiàn)到時(shí),他打招呼說(shuō):“早上好, 索末菲先生”,索末菲未予理會(huì);第二次見(jiàn)到時(shí),他打招呼說(shuō):“早上好,教授先生”,索末菲只是淡淡笑了笑;直到后來(lái)當(dāng)他打招呼說(shuō) “早上好, 樞密顧問(wèn)先生”時(shí), 索末菲才贊許地回答道:“你的德語(yǔ)進(jìn)步很快啊?!笨磥?lái)索末菲在稱(chēng)謂上的“門(mén)檻” 比韋伯更高——當(dāng)然, 索末菲的聲望也絕非韋伯可比。

4. 關(guān)于愛(ài)因斯坦的博士論文,有必要補(bǔ)充一些背景信息:蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院當(dāng)時(shí)并不授予博士學(xué)位 (該學(xué)院直到 1909 年才開(kāi)始授予博士學(xué)位),但該學(xué)院的學(xué)生可向蘇黎世大學(xué) (University of Zurich) 申請(qǐng)博士學(xué)位。因此愛(ài)因斯坦無(wú)論以韋伯還是克萊納為導(dǎo)師,其博士學(xué)位都是要向蘇黎世大學(xué)申請(qǐng)的。愛(ài)因斯坦博士論文的課題后來(lái)再次改換過(guò),拿到學(xué)位的時(shí)間則是 1906 年 1 月,但導(dǎo)師仍是克萊納。不過(guò), 克萊納雖被列為愛(ài)因斯坦的博士論文導(dǎo)師 (這頭銜是何等顯赫啊),其實(shí)只是愛(ài)因斯坦博士論文的審稿人或推薦人,而并未真正指導(dǎo)過(guò)愛(ài)因斯坦的博士論文研究。

5. 在國(guó)際單位制下則約為 25焦耳·度?1·摩爾??1 (25 J·K?1·mol?1)。順便也補(bǔ)充一些背景信息:杜隆和珀蒂主要是通過(guò)研究十幾種金屬在常溫常壓下的摩爾熱容發(fā)現(xiàn)杜隆?珀蒂定律的,他們一度希望,該定律不止適用于固體,也適用于氣體。但幾年后,這一希望的后面 (即氣體) 部分就破滅了 (氣體的摩爾熱容雖也有一定規(guī)律,卻并不符合杜隆?珀蒂定律),最終則連前面 (即固體) 部分也被發(fā)現(xiàn)只具很有限的適用性。

6. 對(duì)于學(xué)過(guò)經(jīng)典統(tǒng)計(jì)物理的讀者,杜隆?珀蒂定律的理論依據(jù)是直截了當(dāng)?shù)?,即:杜?珀蒂定律是能量均分定理 (equipartition theorem) 的簡(jiǎn)單推論。玻爾茲曼的推導(dǎo)本質(zhì)上正是指出了這一點(diǎn)。

7. 之所以用了“近乎定量” 這一修飾語(yǔ),是因?yàn)閻?ài)因斯坦的論文包含了一些簡(jiǎn)化假設(shè) (比如假設(shè)了所有原子的運(yùn)動(dòng)都是相同頻率的簡(jiǎn)諧振動(dòng)),從而使其所給出的摩爾熱容在極低溫下的理論行為跟實(shí)驗(yàn)有小幅而系統(tǒng)的偏差。這一偏差后來(lái)于1912 年被荷蘭物理學(xué)家彼得·德拜 (Peter Debye) 所修正。

8. 順便說(shuō)一下,派斯在 Subtle is the Lord: The Science and the Life of Albert Einstein(《上帝是微妙的:阿爾伯特·愛(ài)因斯坦的科學(xué)與人生》)一書(shū)中引用這幅圖時(shí), 在文字說(shuō)明中將橫軸對(duì)應(yīng)的無(wú)量綱組合錯(cuò)成了 hν/kT。

9. 萊克的生平信息很少,愛(ài)因斯坦給他的這封信倒是小有名氣,其原件于 2019 年被佳士得拍賣(mài)行 (Christie's) 估價(jià)為30,000?50,000 英鎊。據(jù)佳士得提供的拍賣(mài)品介紹,萊克于1896?1898 年間是愛(ài)因斯坦在蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的同學(xué),之后離開(kāi)歐洲到了美國(guó)。

10.《愛(ài)因斯坦全集》的編者在提及此事時(shí)引述的就是這一記敘,之后的愛(ài)因斯坦傳記提及此事時(shí)則要么也引愛(ài)因斯坦的這一記敘,要么轉(zhuǎn)引《愛(ài)因斯坦全集》,或相互層層轉(zhuǎn)引。而問(wèn)世于這一記敘之前的資料, 在我印象里則從未提過(guò)此事。


參考文獻(xiàn)

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愛(ài)因斯坦與他的大學(xué)教授韋伯丨昌海一述的評(píng)論 (共 條)

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