不超過1014個，即一百萬億個。小說站
www.xsz.tw但這個數只是我們所取的那顆小鹽粒原子數的百分之一。
所以在這個意義上說，宇宙如此之大，以致對于任何一位想要“全知天下事”的人來說，確是難以做到的。在這樣的水平上，我們簡直難以理解一顆鹽粒，更談不上要理解整個宇宙了。
但讓我們稍稍更深入一點看看這顆鹽粒吧。鹽正好是一種結晶體，其中若無晶體點陣結構缺陷，每個鈉原子和氯原子的位置都能預先確定。倘若我們能夠搖身一變，鑽進這個晶體世界中去，那麼，我們就會看到一排挨一排的原子有序地排列著，看到一種有規則的交錯結構鈉，氯，鈉，氯，若能讓我們站在一排原子上，那麼，在我們上面和下面的各排原子也都按上述規則排列著。一塊絕純的鹽結晶體，可能會有象10個信息單位那樣的東西來規定每個原子的位置11氯在第一次世界大戰中在歐洲戰場上作為致命性毒氣被使用。鈉是腐蝕性金屬，與水接觸就燃燒。二者在一起組成了一種溫和而無毒性物質，即食鹽。這些物質中的每一個物質為什麼具有它所具有的性質，這是化學研究的課題，它需要超過10個信息單位才能理解。作者注
。這不至于會超過大腦負載信息的容量。
如果宇宙具有自然規律，這些規律又象確定鹽結晶體相同程度的規律性那樣支配其行為的話，那麼，宇宙自然也是可知的。縱然存在許多這樣的規律，每一規律又十分復雜，人們還是有能力完全理解它們。即使這種知識超過了大腦負載信息的容量，我們還可以在我們體外貯存附加信息，例如，在書中，在電子計算機的記憶件內，因此，在某種意義上，我們還是能夠認識宇宙的。
人類在可理解的程度上是有明確目的地去尋找自然規律的規律性的。尋求規律，理解這巨大而復雜宇宙的唯一可能方法，那便是科學。宇宙迫使生活在其中的人們去理解宇宙。發現日常經驗是一堆不可預言的，無規律性的雜亂無章事件的人類，正處在嚴重的危險之中。宇宙至少在某種程度上屬于那些解決了這個問題的人們。
自然界存在規律、規則，適當地不僅定性而且定量地概括世界的行為，是一件令人驚奇的事實。我們可以設想，若一個宇宙，其中沒有規律，它由1080個基本粒子組成，而這些基本粒子又象人的行為那樣絕對自由，那麼，為了理解這個宇宙，我們至少益要有一個象這個宇宙一樣大的大腦。這樣一個宇宙似乎不可能有生命和智能，因為生命和腦需要一定程度的穩定性和有序性。但即使在一個更加隨意得多的宇宙中，如有這樣一些智能上比我們高得多的生命存在的話，那也不可能會有很多的知識、熱情和歡樂。
幸而我們還算運氣，因為我們生活的宇宙至少有大部分是可知的。我們的常識經驗和進化史已為我們理解實際世界作好了某種準備。不過，當我們涉足其他領域時，常識和普通直觀也就成了很不可靠的向導了。當我們以接近光速運動時，我們的身體質量會無限止地增加；我們身體的厚度在運動方向上會收縮而漸趨于零；而時間對我們來說，正如我們所希望的那樣將趨近于停止下來。這實在太令人吃驚了。許多人以為這太可笑，而且每一兩個星期，我就能收到就此一點而抱怨我的信。但這不只是實驗，而且是愛因斯坦的狹義相對論關于空間和時間的卓絕分析所得出的結論。這些效應在我們看來似乎不合情理。不過，這也無關緊要，因為我們並沒有以接近光速去旅行。我們的常識證據在高速下顯然是不適用的。
或者讓我們來考慮由形狀象啞鈴似的，由兩個原子所組成的一個單獨分子吧。栗子網
www.lizi.tw比方說，它是一個鹽分子。這個分子以連接兩原子的連線為軸旋轉。但在量子力學世界，即在一個微小的天地里，我們那個啞鈴似的分子是不能任意定向的。很可能分子只能比方說在水平位置上定向，或在垂直位置定向，卻不能在二者之間的許多其他角度上定向。某些旋轉位置是被禁戒的。被什麼禁戒呢被自然律所禁戒。宇宙是以一種有限制的、量子化的、旋轉的方式建造的。我們在日常生活中並沒有直接經驗到這一點；但我們在做仰臥起坐的練習時就會驚訝而笨拙地發現，手臂向兩側體開或伸向上方則是許可的，但伸向許多中間位置卻受禁戒了。我們不是生活在10－18厘米尺度的小天地里，這個範圍小到1與小數點後面間掛十二個零。我們憑常識直觀是無法算出這個數來的。計數的辦法是實驗這種情況下是觀察分子的遠紅外譜線。這種遠紅外譜線顯示出分子旋轉是被量子化了。
世界對人類所能做的事情加上限制性的思想正在挫敗中。我們為什麼不應該能夠有中間旋轉位置呢為什麼我們不能比光速跑得更快呢但就我們所知，這是一種構成宇宙的方式。這些禁戒不僅迫使我們變得稍許謙遜一點；他們也使得世界變得更可認識。每一種限制對應于一條自然規律，即宇宙的規律化。對于物質和能量所作的限制愈多，人類所能獲致的知識也便愈多。在某種意義上，宇宙是否最終可以認識，不僅取決于廣泛地包括發散現象的自然規律有多少，而且還取決于我們在理解這些規律時是否具有理智的能力。我們關于大自然規律性的表述確實取決于腦的結構，而且在一種重要的程度上，還取決于宇宙的結構。
就我自己來說，我願意宇宙包含許多未知的東西，同時也包含大量已知的東西。假如宇宙萬物都已被認識殆盡，那麼生活將變得枯燥無味、平淡單調了。這就好象某些低能的神學家的天堂那樣令人生厭。一個不可知的宇宙對于一個思維著的生命來說，顯然不是一個合適的處所。我們所要的理想宇宙，正好是一個非常象我們所居住著的宇宙。不過，我猜想這不是一種真正很好的巧合。
第三章向著解放招手的世界
我竭力告誡自己要蔑視權威，命運卻使我成了權威。
a愛因斯坦alberteinstein
恰好在一個世紀以前，阿爾伯特愛因斯坦于1879年在德國烏爾姆誕生了。他是任何時代少有的人之一。他以他特殊的天賦和才華，用新方式感知舊事物而重建新世界，向因襲的智慧提出了深透的挑戰。幾十年來，他是一位具有崇高德行並受人敬仰的人物，也是普通人能容易地叫出名字的唯一科學家。這，部分是因為他的科學成就至少是朦朧地為公眾所了解；部分是因為他對社會問題的勇敢立場；而部分又由于他的善良個性，所以愛因斯坦受到全世界的欽佩和尊敬。對于傾心于科學的移民的孩子或者象我那樣在經濟蕭條中成長起來的孩子，情況正如愛因斯坦所論證的那樣，其中有一些人能成為科學家，從事科學工作並受人尊敬，也許不是可望而不可即的。他自然而然地扮演了科學舞台上的主角。如果沒有愛因斯坦，那麼，在1920年以後成為科學家的許多年輕人，也許未曾听說過有科學事業存在。暗藏在愛因斯坦狹義相對論中的邏輯，可能早于一個世紀就得到了發展，盡管其他人有某些預兆式的洞悉，但相對論還是不得不等待著愛因斯坦。然而從基礎上說，狹義相對論物理學是非常簡單的，而且許多必要的結果已能從高等代數以及考慮用槳劃上行和下行的小船中推導出來。小說站
www.xsz.tw愛因斯坦的生活是富有的，也具有幽默感，對待他那時代的問題滿懷著激情，對教育有深刻的洞見，把科學和政治密切聯系起來，並且相信個別人畢竟能夠使世界發生變化。
幼年時代的愛因斯坦沒有得到應得的教育。他後來回憶說，“我的雙親，由于我開始說話比較晚而對我表示擔憂，為此他們請教了醫生我那時確實已不小于三歲了”。他在小學里是一個平平常常的學生，他說那里的教師使他想起了對士兵的操練。愛因斯坦年輕時，大肆鼓吹民族主義和理智的剛強是歐洲教育的表征。他厭惡這種枯燥無味機械式的教育方法。“我寧願忍受各種懲罰而不願學習喋喋不休地說出的那些死記硬背的東西”。愛因斯坦總是深惡痛疾教育、科學和政治中的那些僵硬的訓導者。
五歲那年，他被一個羅盤的奧秘而吸引。後來他曾說過，“我十二歲時，遇到了完全不同性質的第二大奇跡，那是在一本討論歐幾里得平面幾何學的小冊子中看到的。這本書中有許多斷言，例如，一個三角形的三個高交于一點，它們本身雖然並不是顯而易見的，但是卻能很可靠地加似證明，以致任何懷疑看來都不可能。這種明晰性和可靠性給我造成了一種難以形容的深刻印象”。正規學校教育只會妨礙這些沉思默想。愛因斯坦在談到他的自我教育時寫道︰“十二歲到十六歲，我使自己熟悉數學基礎以及微積分原理。這時，我幸運地找到了一些書，它們在邏輯嚴密性方面並不太嚴格，但卻能夠簡單明了地突出基本思想我還幸運地從一部卓越的通俗讀物中，知道了整個自然科學領域里的主要成果和方法，這部著作幾乎完全局限于定性的敘述它是一部我聚精會神地閱讀了的著作”。科學的現代通俗作家可以從這些話中得到某種安慰。
他的教師似乎沒有一位認識到他的才華。在慕尼黑，德國大學預科學校，這是一所該市首屈一指的中級學校，一位教師告訴他︰“愛因斯坦，你決不會有任何成就。”十五歲那年，有位教師曾強烈提議要他離開學校。這位教師說，“愛因斯坦留在班上會損害我這個班級的榮譽”。愛因斯坦爽快地接受了這個提議，並在意大利北部流浪了好幾個月，于十九世紀九十年代從一個高級中學中途退了學。綜觀他的一生，他不修邊幅。他在二十世紀六十年代或七十年代而不是十九世紀九十年代依然象個十幾歲的孩子，守舊的人幾乎確實把他叫做hippie嬉皮。
然而，他關于物理學的好奇心和關于自然宇宙的驚愕很快克服了他對正規教育的嫌惡，而且他沒有高等學校的文憑而向瑞士甦黎世聯邦工業學院申請去那里工作。他沒有被批準參加考試，而進入了瑞士的高級中學以補習他原來所拉下的課程，第二年才被準許進入聯邦學院。但他依然是一位平凡的學生。他厭惡指定的課程，不去課堂而試圖追求他真正的興趣。他後來寫道︰“在這里當然事實上被禁錮了。為了應付考試，你不得不把所有這些東西都裝塞在自己的腦袋里，不論你喜歡不喜歡這些東西”。
他支撐到了畢業，只是因為他的親密朋友馬塞爾格羅斯曼rann一直參加了他的班並與愛因斯坦共同使用他的筆記。在格羅斯曼逝世許多年之後，愛因斯坦寫道︰“我記得我們的學生生活。他是一位無可責難的學生，而我自己卻不守規矩而且是一個夢想家。他與教師們友善相處，諸事都能理解；我則是被社會所遺棄，被人不滿且少為人愛隨後我們的學習期滿我突然被所有的人所拋棄，生活剛開始就失了業。”他由于得到格羅斯曼的筆記，才使他從學院畢業。但是，他在回憶為了畢業考試而學習時寫道︰“對我也有著一種阻礙作用我發現對任何科學問題的考慮，對我來說，整個一年都是很不愉快的現代教育方法還沒有完全扼殺探究的神聖好奇心，這正是少有的奇事，因為這株縴小的植物最需要的除了最初的刺激之外，就是自由；沒有自由它的確將被毀滅我相信，如果誰能用鞭打強使一只動物連續地去吃食物，不管它餓與不餓，那麼，他就甚至能剝奪掉它所固有的貪婪獸性”。應該說，愛因斯坦的這些話，對于我們這些從事科學高等教育的人無疑是一劑清醒劑。我不知道許多潛在的愛因斯坦們通過競爭性的考試和強迫吞食許多課程而怎樣被永遠地喪失掉了勇氣。
在以臨時性工作支持他生活以後，謀得了他想要得到的地位，愛因斯坦進了伯爾尼的瑞士專利局，成了審查專利申請的檢驗員，這一合適的機會是通過馬塞爾格羅斯曼的父親經過交涉而提供的。大約與此同時，愛因斯坦拋棄了德國國籍，成了瑞士公民。三年以後，即1903年，他與他大學時的戀人結了婚。關于愛因斯坦究竟核準和拒絕了哪些專利申請幾乎一無所知。有意義的是要了解提供的專利是否激發了他在物理學方面的思想。
愛因斯坦的傳記作家之一，班諾什霍夫曼baneshhoffn寫道，在專利局里，愛因斯坦“立即學會了順利打雜的工作，而這使他搶到極其寶貴的一點點時間以做他那秘密的演算，當听到外面有腳步聲越來越近時，他就把這些演算稿心虛地藏進抽屜里”。正是在這樣的境遇里迎來了偉大的相對論的誕生。但愛因斯坦以懷念之情回憶專利局是“塵世間的隱居生活，在那里我孕育了我最優美的思想”。
在一些特殊的場合下，他向同事們提議說，燈塔守望人的職業對科學家是一個合適的工作－－因為這種工作比較地容易做並且允許對從事科學研究所必需的深思。他的合作者利奧波德英菲爾德leopoldinfeld說。“對愛因斯坦說來，燈塔上的孤寂生活最能激勵人，能使他超脫了如此多的他所憎惡的責任。事實上，這對他來說，正是理想的生活。但差不多每一個科學家認為恰好與此相反。長時期來我一直不在科學的氣氛中，我也沒有一位可以與他談談物理學的人，這正是我生活中一件痛苦的事”。
愛因斯坦也相信，用教授物理學而賺錢是不光彩的事。他認為，作為一位科學家，通過某種別的簡單而誠實的勞動以支持自己的生活，又利用余暇從事物理學研究，這對他來說是最好不過了。許多年以後，愛因斯坦在美國時又說過類似的話，他緬懷往事沉思地說，我曾經願意當一個修管子的工人。並且立即被授與管子工會的榮譽會員。
1905年，愛因斯坦發表了四篇研究論文，是他在瑞士專利局利用余暇寫成的，發表在當時重要的物理刊物物理學雜志上。第一篇論證了光具有粒子性又具有波動性，並解釋了當固體受光照射而發射電子這種先前令人困惑不解的光電效應。第二篇闡明了分子的本性，解釋了懸浮微小粒子統計的“布朗運動”。第三篇和第四篇引進了狹義相對論，並且第一次表達了著名的方程e＝2，這個公式盡管被廣泛的引用，但卻很少為人所理解。
該方程表達了物質與能量的可轉換性。它把能量守恆定律擴展為能量和質量的守恆定律，陳述了能量和質量既不能被創造又不能被消滅雖然一種形式的能量或物質能夠被轉換成另一種形式。在方程中，e代表能量，它與質量當。在理想情況下，能夠從質量得到的總能量是2，這里c是光速，每秒30萬公里。光速總是用小寫字母c，而不用大寫字母。一克質量完全轉換成能量釋放1x3x10102＝9x1020爾格，這一能量與大約一千噸tnt爆炸所產生的能量相當。因此，極小量的物質中包含著巨大的能源，只要我們設法了解如何取得這種能量就行了。核武器和核動力工廠就是地球上錯誤地和道德上可疑地努力獲取能量的普通樣板。愛因斯坦曾指出，這些能量存在于所有物質之中。熱核武器氫彈是一種令人恐怖的威懾工具，但它所提取的能量也不過是從質量為氫所含能量2的百分之一。
愛因斯坦1905年的四篇論文，是一位傾其一生從事研究的物理學家一段生涯中所作出的不可磨滅的成果；是一位年僅二十六歲，在毫不驚人的瑞士專利局供職而利用業余時間在一年內獲得的令人難忘的成果。許多科學史家把1905年稱為奇跡年annusrabilis。與這種神奇相類似的，在物理學史上只出現過一次，這就是1666年。那年，二十四歲的伊薩克牛領isaaewton，被迫在一個偏遠的鄉村因為在城鎮流行著淋巴腺鼠疫傳染病提出了對太陽光分光譜本質的說明，發明了微積分租萬有引力理論。連同1915年第一次表述的廣義相對論一道，1905年的幾篇論文代表了愛因斯坦科學生涯的基本成果。
在愛因斯坦以前，物理學家們廣泛認為，存在著一些特殊的參考框架，即象絕對空間和絕對時間這樣的東西。愛因斯坦的出發點是，所有的參考框架一切觀察者，不管他們的位置，速度或加速度都將以同樣的方式看待自然界的基本定律。愛因斯坦關于參考框架的觀點似乎很可能受到他的社會的和政治的態度的影響，也可能受到他對十九世紀後期德國野蠻的侵略主義的抵制的影響。的確，在這種意義上說，相對性的觀念已成了人類學的老生常談，而社會科學家也已采納了文化相對主義的觀念︰存在著許多不同的社會境遇和世界觀，道德的和宗教的箴言由不同的人類社會表達出來，並且多數都比較地有效。
狹義相對論開始並沒有得到廣泛地接受。愛因斯坦一再力圖躋身于學院生涯，他甘願把他已經發表的相對論屬于伯爾尼大學作為他的工作範本。他顯然認識到這是一項重要的研究。但由于不被理解而遭到拒絕，因此直到1909年愛因斯坦依然留在專利局。不過，他發表的著作並非沒有受到注意，人們開始慢慢覺悟到歐洲有幾位杰出的物理學家，而愛因斯坦也許是一切時代最偉大的科學家之一。誠然，他的相對論還有著激烈的爭論。在一封推薦愛因斯坦到柏林大學工作的信中，一位身踞領導地位的德國科學家認為，相對論是一種標新立異的假設，是一種暫時性的荒唐事；但他又認為，雖然如此，愛因斯坦實際上還是一位第一流的思想家。1921年他在東方諸國訪問期間獲悉他被授與諾貝爾獎，但這一得獎是他論光電效應的論文和對理論物理學的“其他貢獻”。而相對論則仍然被認為爭論太多以致沒有被明確地提及。
愛因斯坦的宗教觀和政治觀是相聯的。他的雙親是猶太人。但他們並不遵守宗教儀禮。然而，愛因斯坦只是“遵循政府和學校這種傳統的教育機器”，而例行宗教禮儀。在十二歲那年，他突然中止了。“由于讀了通俗的科學書籍，我很快就相信，聖經里的許多故事不可能是真的。其結果就是一種真正狂熱的自由思想，並且交織著這樣一種印象︰國家是故意用謊言來欺騙青年人的；這是一種令人目瞪口呆的印象。這種經驗引起我對所有權威的懷疑，對任何社會環境里都會存在的信念抱一種懷疑態度，這種態度再也沒有離
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