愛因斯坦發(fā)明了什么

【專家解說】：愛因斯坦是一座后人很難逾越的智慧高峰。 如果沒有愛因斯坦在多個領(lǐng)域樹立的科學(xué)里程碑，就不會有原子能發(fā)電站、宇宙飛船、所有電子設(shè)備，乃至整個科學(xué)文明時代都會姍姍來遲——— 愛因斯坦說過：“我還有可以自慰的地方，我所做的主要工作已被公認(rèn)為我們科學(xué)的主要部分。我雖然有機會發(fā)現(xiàn)了宇宙構(gòu)造的某些秘密，但我留下的痕跡會被時間所沖淡?！? 不過今天談起愛因斯坦，聽到最多的是：他發(fā)明了什么？ 也難怪，相對論和能量公式都比較難懂，所以讓人只隱約記得愛因斯坦與原子彈有某種內(nèi)在關(guān)系。實在冤枉！連愛因斯坦的在天之靈也會忿忿不平的。 弄不清愛因斯坦身份的人，是混淆了科學(xué)與發(fā)明的關(guān)系，就如同將牛頓與愛迪生視為同行一樣，是一般科普知識欠缺所致。 打一個不很恰當(dāng)?shù)谋扔鳎嚎茖W(xué)是路，發(fā)明是車，車離不開路，路制約車。沒有路，再好的車也是一堆漂亮的鋼鐵零件；沒有科學(xué)，再好的發(fā)明也是紙上談兵，空中樓閣。 毫不夸張地說，根據(jù)愛因斯坦創(chuàng)立的科學(xué)理論而衍生出的發(fā)明創(chuàng)造，涵蓋了現(xiàn)代文明的每一個角落，連我們衣食住行的每個細(xì)節(jié)都閃現(xiàn)著愛因斯坦的影子。 這里用一個假設(shè)的“你”做比喻。早晨當(dāng)你從下榻的賓館起來，走出房間準(zhǔn)備晨練時，請注意你頭上的煙霧探測器。它利用放射性物質(zhì)镅-241釋放出能量，產(chǎn)生一小束帶電粒子。一旦發(fā)生意外，從火焰里冒出來的煙霧與粒子束發(fā)生反應(yīng)，觸動警報器自動拉響。 由于镅的原子核不穩(wěn)定，一旦裂開，質(zhì)量似乎就消失了，因為碎片的質(zhì)量比原來的原子核小。其實，镅原子的質(zhì)量根本沒有消失。這是愛因斯坦告訴我們的。 回到家后你要開車去上班，你車輪下的平坦公路里也刻著愛因斯坦的功勞。在愛因斯坦的博士論文中探討了在不同溶液中測量分子的新方法，這些方法后來成為膠體化學(xué)的基本方法。建材工程師在建造公路時，就是利用他的研究成果。 來到辦公室，你打開電腦開始工作。在短促的瞬間，電子正從顯像管的陰極發(fā)射出來，好像在飛馳過程中獲得了能量，積聚在顯示屏上———這正好符合愛因斯坦的狹義相對論。發(fā)明電腦顯示器的工程師必須使顯示器符合“相對論效應(yīng)”，否則控制電子飛馳的磁鐵就會在顯示屏上產(chǎn)生模糊圖像，使你無法工作。 下班后你到超市購物，你手里的每一件商品條形碼也得益于愛因斯坦的激光理論，只有激光才能準(zhǔn)確讀出條形碼中的編碼空白。 假如你富有，又是個令人尊敬的環(huán)保人士，你就會用太陽能光電池為自己的居室提供能量。這些光電池能夠把太陽能轉(zhuǎn)成電能，愛因斯坦在90年前發(fā)表的一篇論文里首次正確地分析過這一轉(zhuǎn)換原理。 他發(fā)現(xiàn)光承載于運動著的能量包（后來稱為光子）里，某些光子攜帶的能量足以克服將電子集中于某種金屬的“粘性”，這就是著名的光電效應(yīng)。 星期天，你會帶領(lǐng)家人輕松郊游。當(dāng)你打開數(shù)碼相機，準(zhǔn)備攝下妻兒溫馨笑容時，要先感謝愛因斯坦。從鏡頭飛進(jìn)來的光子會把半導(dǎo)體里的電子擠走，這同樣利用了寶貴的光電效應(yīng)。 倘若你身體有恙，或是偶感風(fēng)寒，需要藥物調(diào)理。許多藥物制造得益于愛因斯坦那篇有關(guān)布朗運動的論文。 英國植物學(xué)家羅伯特·布朗最先觀察到，懸浮的液體中的微粒永遠(yuǎn)不停地做無規(guī)則運動。愛因斯坦將兩個毫無關(guān)聯(lián)的現(xiàn)象聯(lián)系起來，于是就利用布朗運動創(chuàng)立了將微觀數(shù)量和宏觀數(shù)量聯(lián)系在一起的統(tǒng)計法。 直到今天，這些統(tǒng)計法仍是全世界藥劑師必須遵循的配比法則。 萬一彩票中了大獎，得意忘形的你不幸成為尋人啟事中主角，那也沒有關(guān)系，你身上攜帶的GPS能幫助你與搜索人員取得聯(lián)系。100年前愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，如果想把發(fā)生在不同地點的多個事件聯(lián)系在一起考慮，那么傳統(tǒng)的時間概念就不夠充分。 雖然全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星上安裝了精確的原子鐘，但是，如果沒有地面原子鐘對衛(wèi)星原子鐘的時間調(diào)整，定位系統(tǒng)每天發(fā)給地面的信號就會出現(xiàn)1.6公里的偏差。 你長了一個腫瘤，幸虧是良性的，但因長在胸腺上，手術(shù)后需要放射治療。醫(yī)生在為你實施放射治療前，需要估計X射線可能對你細(xì)胞造成的傷害，根據(jù)就是愛因斯坦的E=mc2。 這同樣是100年前愛因斯坦的重大發(fā)現(xiàn)：任何質(zhì)量都可以被看作壓縮的能量形式。要想知道某一質(zhì)量能夠產(chǎn)生多少能量，可以把消失的質(zhì)量乘以光速的平方。那肯定是一個巨大的數(shù)字。據(jù)此理論造出原子彈、氫彈的同時，也治好了你的胸腺瘤。 愛因斯坦在完成廣義相對論近10年后，做了一個大膽新奇的設(shè)想：引力減慢時間的流逝使光波朝光譜紅色一端偏移。但無法用實驗加以證實。 直到1976年人們采用現(xiàn)代化手段才予以證實。方法是用火箭將一座氫微波激射器時鐘帶到1萬公里高空，在沉入百慕大以東1600公里的太平洋之前的兩個小時內(nèi)，時鐘的計時與地面一個同樣的時鐘相符。氫微波激射器以1.42千兆赫的頻率發(fā)射微波，在火箭到達(dá)最遠(yuǎn)點時，火箭上的時鐘比地面的時鐘快大約1赫茲，終于證實了愛因斯坦的判斷：引力越大，時鐘走的越慢。 早在1916年愛因斯坦就預(yù)測引力波的存在與來源，幾十年后，天文學(xué)家約瑟夫·泰勒和魯塞爾·胡爾賽證明，兩顆軌道脈沖星，也就是自轉(zhuǎn)時釋放輻射波的中子星，導(dǎo)致其速度減慢的能量損失正好與相對論所預(yù)測它們以引力波的方式釋放掉的能量吻合一致。 愛因斯坦為什么總是對的，除了他所具備的從未見中有所見，從未知中有所知的直覺感知力外，似乎有神人相助。 就在去年，從前往土星的“卡西尼號”飛船發(fā)回的無線電信號被證實受到太陽的影響而發(fā)生了偏斜，偏斜度與廣義相對論的預(yù)測完全吻合。 由此看見，愛因斯坦是一個多重幸運的天才，他在特殊的時代用自己特殊的才能解決了特殊的難題，又取得了特殊的成功，甚至譜寫了一段特殊的歷史。 假如沒有愛因斯坦，相對論會在何時問世？對這樣的假設(shè)，肯定是見仁見智，莫衷一是。一些學(xué)者說，那一定還需要推后幾代人。著名天文物理學(xué)家馬丁·雷斯爵士認(rèn)為，如果沒有愛因斯坦，無疑會滯后現(xiàn)代文明的腳步。 今天也會有人想到相對論，可愛因斯坦的成就可不是一位單槍匹馬就能做到的。 背景 為了紀(jì)念愛因斯坦100年前對物理學(xué)界作出的貢獻(xiàn)，喚起年輕人對物理學(xué)的熱愛，去年6月，聯(lián)合國大會一致通過將2005年命名為“世界物理年”。德國、英國等國家，則干脆將“世界物理年”改名為“愛因斯坦年”。