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阿爾伯特‧愛因斯坦 Albert Einstein
猶太人,出生於德國,1933年移民至美國,他創立了現代物理學兩大支柱之一的相對論,也提出質能等價公式。除此之外,他也提出光量子假說(光電效應),促成量子力學的發展;也發表論文,解釋布朗運動,證實原子的存在;和其他領域的科學家合作,提出相關的科學理論。愛因斯坦是近代非常重要的一位理論物理學家之一,被人稱之為「現代物理學之父」。
愛因斯坦早年便對物理學產生濃厚興趣,1896年,他進入蘇黎世聯邦理工學院就讀,認識了未來的第一任妻子米列娃‧馬利奇;1900年,愛因斯坦畢業,並於1902年進入伯恩瑞士專利局工作。由於工作上常常接觸到電磁信號傳遞、機電時間同步等專利技術問題,因此這也成為日後愛因斯坦思想實驗的內容之一,進而推導出光的性質與時空之間的關聯性。
1905年,愛因斯坦發表了博士論文《決定分子大小的新方法》,同年,他在《物理年鑑》發表了4篇論文,分別和光量子假說(光電效應)、布朗運動理論、狹義相對論、質能等價相關,每篇論文都對物理學產生重大的影響及貢獻,因此這一年也被稱為「愛因斯坦奇蹟年」。
光電效應證實了光的粒子說,即光可被視為一個粒子,其能量和光的頻率有關,且呈現量子化,不是古典物理學所認為的連續變化,而這也促成了量子力學的發展;布朗運動是指微小粒子在流體中呈現的無規則運動,最早由英國植物學家羅伯特‧布朗發現,布朗運動現象證實了原子的存在,也可用來測量其大小;狹義相對論改變了世人對於時間和空間的觀念,解決了古典力學和電磁學的矛盾之處,也證明時間和空間都是相對的;質能等價則證明了質量和能量是相同的,兩者只是對同一個東西的不同表述,而這也成為日後核能發展的理論基礎。
1915年,愛因斯坦將相對論和重力理論結合,提出了廣義相對論,在該理論中,重力的本質為時空的曲率,而時空的曲率可透過愛因斯坦方程式與能量及動量結合在一起。根據該理論,當天體的質量越大時,其周圍的時空曲率就越大,光線就越容易偏折。1916年,德國天文學家史瓦西根據愛因斯坦方程式,預測了黑洞的存在;同年,愛因斯坦預測了重力波的存在;1919年,英國天文學家愛丁頓在日全食時,發現了光的偏折,證實了廣義相對論,愛因斯坦也從此成為家喻戶曉的物理學者。
愛因斯坦於1921年獲得諾貝爾物理學獎,但卻是因為光電效應而獲獎,因為受限於當時的科學技術,相對論很多預言無法被證明而受到質疑。
1933年,因為希特勒鼓吹反猶太人主義,愛因斯坦只好遷居美國,1939年二戰前夕,愛因斯坦和其他科學家聯手致信給美國總統羅斯福,希望美國政府注重並發展核武器研究,即後來的曼哈頓計畫。曼哈頓計畫非常成功,美國也利用核彈終結了第二次世界大戰,但愛因斯坦其實非常痛恨核武,當時支持核武研究,只是為了避免希特勒搶先一步製造出來而危害世界,因此在1955年,愛因斯坦和其他學者共同發表了羅素─愛因斯坦宣言,主旨即呼籲世界各國領導人通過和平方式解決爭端,避免使用核武器。
雖然提到愛因斯坦,大家就會馬上聯想到相對論或是質能等價,但其實愛因斯坦也在其他領域和其他科學家有所合作,例如統計學、電磁學、宇宙學、量子力學等。在他職涯後期,愛因斯坦一直致力於發展統一場理論,希望用一個理論便可以詮釋當時已知的所有種類的基本粒子之間的交互作用,也就是重力和電磁力,只是在那個年代,強交互作用和弱交互作用的概念尚未完備,因此愛因斯坦最終並未成功。
1955年,愛因斯坦因腹主動脈瘤破裂引起內出血而過世,家人遵照他的遺願,將屍體火化後,骨灰撒在德拉威爾河。戲劇性地,在驗屍過程中,未經過愛因斯坦家人的同意,病理學家哈維醫生就把愛因斯坦的大腦取了下來並自行保存,事後更將大腦切成眾多小塊,以便做科學研究。
大家都認為愛因斯坦是個天才,但他卻說:「我沒有什麼天份,只是充滿了好奇心。」他也曾說過:「想像力比知識重要。」觀看愛因斯坦的求學過程,可以發現他從來都不是一個成績出色、循規蹈矩的好學生,相反的,他叛逆,不願被傳統所束縛,但也正因為如此,他才有辦法突破先人思維,開創出一個全新的時空概念,引領我們探究宇宙更深層的奧秘。
(阿爾伯特·愛因斯坦,Credit:John D. Schiff, Public domain, via Wikimedia Commons)
(1919年日全食光線偏折,Credit:Frank Watson Dyson, Public domain, via Wikimedia Commons)