高级研究院与爱因斯坦曾经工作的恺撒威廉研究所在某些方面相似。爱因斯坦再次得到这样一份有时让人生厌的工作。如前所述,对任何一个仅因研究工作领取薪水的人来说,研究院的氛围让人有些不自在。因为研究人员并不是总能够提出有价值的想法,所以发表一些没有特殊价值的论文也成为一种**。科学家经受着这种痛苦的学术压力。但是,如果他只是一名教授,压力适中,那他会因为每天做着对社会有益的工作而感到宽慰。根据自己的兴趣,利用闲暇时光,没有压力地做些研究,这样的氛围还是令他们满意的。
但是,头脑随时迸发创新火花的爱因斯坦对日常教学模式很反感,但教书育人是高尚的,所以他接受了这份工作,在此他还可以全身心投入自己的研究。在这个新的岗位上,他可以指导那些已经获得博士学位的,有才华的学生继续他们的研究。可惜的是,他只能接触到极少部分学生。为此,爱因斯坦常常徘徊在满足感和孤独感之间:对日常教学工作的满足,又因为接触不到大批学生而感觉孤独。
这种分裂的态度很大程度上也体现在他跟同事交往的过程中,这一点我们在前文多次提到。这种分裂态度伴随了他一生。他对普林斯顿大学的态度也有这种倾向。对爱因斯坦来说,做个讲座或组织一场研讨会相当简单,许多学生可能会参加。但他觉得,一个已经拥有国际声誉的教授去和大学教授进行竞争,而且有些大学教授还很年轻,这实在不公平。他们可以有理由认为这是“不公平的竞争”。无论如何,爱因斯坦还是尽量避免发生此类竞争。然而,不公平的竞争确实是存在的。爱因斯坦认为,自己作为一名杰出的科学家还是有着自己的存在价值,普林斯顿大学的很多人都可以从自己身上或多或少地学到一些东西。但事实上,爱因斯坦并没有他自己想的那么重要,很少有人向他请教,因为自己的价值并没有得到体现。没有人,甚至爱因斯坦本人也无法解释,这种情况在多大程度上与这二者有关联:即自己对他人的体谅之心,以及自己对与人密切交往的厌恶之情。
总的来说,爱因斯坦离开柏林来到普林斯顿做研究,其真正的原因是,他有自己的研究课题,也有自己解决这些课题的研究方法。爱因斯坦总给人以独立于环境之外的印象。就像25年前在柏林的会谈,那次我们讲到了一些他认为无足轻重的事情,即他的研究是在书房进行,还是在波茨坦的一座桥上进行。现在看来,对他而言,办公室不管在柏林西部的偏远郊区,还是在远隔重洋的美国普林斯顿大学城都可以。
在普林斯顿大学的这段时间,他要解决三大问题。首先,他想将1905年、1912年和1916年间研究的狭义相对论和广义相对论发展成一个更具有逻辑性和连贯性的理论构架。可喜的是,他取得了重大进展。爱因斯坦将引力场看作是空间的一种几何性质,即“曲率”。空间曲率决定于空间中物质的存在,并能通过物质分布计算出来。如果已知空间的曲率,换句话说,知道引力场,那么就可以根据“运动定律”计算物体在空间中的运动。“运动定律”的内容如下:物体将以沿着四维连续时空中的测地线(最短的线)的方式运动。如果人们假设物质和力场是两个截然不同的实体,那么上述定理完全可以成立。进一步深入思考后,可以导致这样的观念:粒子的质量实际上只是存在于该点的一个特别强的力场,因此“质量的运动”其实只是力场的变化。而场的变化用“场方程”来描述,它决定了力场。如果物体的运动已经被场方程所决定,那么就没有必要存在运动的定律。我们不能除了场方程之外再做“物质沿着测地线运动”的补充假设。因为,这些运动的方程早已包含在场方程里。
爱因斯坦柏林的同事兰索斯运用数学定理推导出了反映运动定律的场方程。不过兰索斯的推导过程并没有令爱因斯坦满意。在普林斯顿大学,爱因斯坦成功地用一种十分令人信服的方式说明,推导运动定律时只需要场方程。因此,物质只不过是场在特定点的集中,这一观念得以证实。
如前所述,爱因斯坦喜欢得到年轻的物理学家和数学家的帮助,特别是处理涉及数学计算的问题时。爱因斯坦从柏林来时,带着维也纳的数学家沃尔特·梅耶一起。不久沃尔特·梅耶在高级研究院也得到了一份独立的职位。他不再和爱因斯坦一起进行科研工作。爱因斯坦来到美国的头几年,一位才华横溢的波兰物理学家英菲尔德来到普林斯顿大学,在高级研究院工作了数年,与爱因斯坦一起证明了上述“场和物质的统一”的理论。
爱因斯坦喜欢与英菲尔德讨论各种各样的问题,涵盖了物理学的基本问题及其发展等等。他们的讨论后来由爱因斯坦和英菲尔德合作写进了《物理学的进化》,该书描述了人类如何寻找观念世界和现象世界的联系,并试图说明什么样的动力迫使科学建立起符合客观实在的观念。显而易见,这是一个向公众展示物理学基本思想的最好方式之一,物理学因此得到了广泛的传播。
英菲尔德也写了一本自传名为《探索》,本书以一个敏锐的观察者和有才能的合作者的角度,叙述了爱因斯坦在普林斯顿的生活。
第二要解决的问题是关于量子理论发展的批评。爱因斯坦觉得有必要用具体的例证来说明,尼尔斯·玻尔创立的“哥本哈根”学派里没有描述“物理现实”,比如场,而仅是描写了测量仪器与场的相互作用。就这一点,爱因斯坦与两位青年物理学家罗森和波多尔斯基合作发表的一篇论文里进行了至关重要的讨论。这篇论文通过列一个简单的例子,证明量子理论在描述空间某一区域内的物理条件时,并不能被称为对这个区域的物理现实进行了完整的描述。
爱因斯坦的这项研究刺激了尼尔斯·玻尔,他更加清晰地阐释他在描述物理现实问题时的立足点。如今玻尔明确表示,拒绝接受那些对他的“神秘”理论的臆测,包括诸如观察会“破坏”空间区域里的“真实状态”等观念。他毫不含糊地说明,他的量子理论不能描述场的任何性质,只能描述场和测量仪器之间的相互作用。显然,人们没法通过一般性的逻辑考量来判断爱因斯坦和玻尔之间谁对谁错,因为他俩并不是做出来相反的结论,而只是提出了相反的建议。爱因斯坦建议,对空间区域中物理状态的描述应当尽量接近描述日常生活的语言,这意味着他认为在描述物理状态时,没有必要说明这些物理状态是用什么仪器测量得到的。爱因斯坦清楚地意识到,用“场”的方式来建立的物理规律,换成玻尔的描述方式也不会显得荒谬可笑;但是,只有在万不得已的时候,他才会抛弃用“场”的描述方式。
第三个,也是最令人兴奋的问题,爱因斯坦试图找到真正的物理场,以统一万有引力场和电磁场的方程,并允许建立亚原子现象的物理定律。为此,爱因斯坦与两个年轻人合作,一个叫伯格曼,而另一个叫巴格曼。二人名字十分相似,为此还引发了许多笑话。
每天上午,爱因斯坦照例来到高级研究院自己的办公室,在那,他经常遇见彼得·伯格曼或瓦伦汀·巴格曼,有时还能同时碰到他们俩。爱因斯坦建议二人用多种方法,比如四维,甚至五维来构建空间的结构。这个几何学结构的所有参量也同样可以应用于描述统一的物理力场[40]。如果有人能够找到描述空间的这些量之间的关系,并且从中可以观察、总结包括原子和核物理在内的所有物理定律,那么真正的力场将为人们所发现。
这项任务的难度甚至比之前设想的更高。目前看,用以前的研究方法都不能完成这个任务。最近,爱因斯坦已经开始探索新的场方程。他决不放弃,希望能证明电子和质子也只是特殊的场而已。尽管玻尔的“实证主义”理论仍然需要大量的实验来验证其正确性,但是爱因斯坦还有一个悬而未决的问题,有没有可能从场论中得到相同的结果,或者有没有可能保留这个历史观念,即物理真实不依赖于观测和测量手段。
爱因斯坦除了进行研究院的常规工作外,他还不得不占用一部分时间担任顾问,解答对科学有着兴趣且雄心壮志的年轻人的问题。就爱因斯坦的命运,不仅要在个体层面上进行判定,还要将其归类——爱因斯坦已经是某个群体的象征。对爱因斯坦来说,命运的苦楚并没有什么,只是他不喜欢归类于某个政党或团体中。犹太人和犹太人的敌人都期望他能成为一位犹太人的领导者,至少是犹太人的代表。纵观爱因斯坦,他的一生象征着一个民族的命运,虽然他才华横溢,但是经常受攻击并遭遇隔离。所以,在那些寻求建议的人中,有很多年轻的犹太人,他们写信给爱因斯坦,希望得到他的帮助。在某种程度上,爱因斯坦代表了犹太人,这就像托尔斯泰代表了俄罗斯的年轻人。由于爱因斯坦在世界范围内声名远扬,有着至高无上的学术权威和财富,所以穷困的年轻犹太人把爱因斯坦看作是他们的救济人。我敢说,这是一个巨大的误解。爱因斯坦的财富和影响力都没有与其名扬四海的声誉相对应。
任何背景的年轻人都向爱因斯坦寻求开始学术生涯的建议,他们觉得在办公室或店铺里应该用学术武装自己,而不是重复机械的工作。爱因斯坦总是乐于根据每个人的不同情况,给出适当的建议。爱因斯坦认为,把自己的业余时间用在学习上,也是一件谋生的好事,可以戏称为“补鞋匠的其他生意”。
爱因斯坦从不喜欢谈及自己帮助过陷入困境的人,不管是物质方面还是精神层面上的帮助。而我想起了几件事。爱因斯坦一直关注那些得益于他而进入大学学习的人,也继续留意他们学业的进展情况。爱因斯坦建议他们向教师学习,用书籍不断充实自己,有时候还会送他们自己的著作。有这样一件事情让我记忆犹新:
这件事是与一名来自巴尔干国家的学生有关。在爱因斯坦的建议下,这名学生申请到了布拉格某大学的入学资格。爱因斯坦离开前托我多关注这名学生,有什么困难时,叫他找我。这名学生的生活费由巴尔干一家大制造商提供。这笔钱勉强够他用,但是他却用来支付自己和兄弟姐妹的学费。应该说,我们这个时代最伟大的人(爱因斯坦)一直关注他的学习,这是他一生中的最有意义的事,在其平凡的经历中撒上了一抹光辉。这位学生第一次求助于爱因斯坦时,爱因斯坦当时还在柏林。当这位学生到布拉格时,爱因斯坦又抵达了美国。这名学生将自己每个阶段的学习事无巨细地写信告诉爱因斯坦。他也经常收到爱因斯坦从美国寄来的信,信中非常详细地给了建议。这名学生在处理与老师和同学的关系遇到困难的时候,他请教爱因斯坦自己该如何做。通常爱因斯坦建议他心态要平和一些,这个建议对其一生都受用,尤其是在陌生环境中卷入各种冲突时。正因为这名学生与这个时代最伟大的物理学家爱因斯坦经常书信往来,得到爱因斯坦的关心和帮助,为此他特别骄傲,觉得自己与其他学生不同。
在这种情况下,这名学生偶尔会想象自己在某种程度上代表了爱因斯坦。他认为,所有对爱因斯坦的侮辱就是对自己的侮辱。他甚至觉得自己是一名殉道者,乐意为爱因斯坦承受不幸。但是直至最后他才意识到:因为与爱因斯坦有过交集,自己还是做出了牺牲,也陷入麻烦之中。