没有文凭，名字却家喻户晓的物理学家

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没有文凭，名字却家喻户晓的物理学家

爱因斯坦的一生

他是家喻户晓的科学家，四岁时却还不会说话！

《大学之路》——加州理工

一、没有文凭，名字却家喻户晓的物理学家

导语

焦耳（Joule，简称焦，英文缩写为J）是国际标准中热和功的单位：在经典力学里，1焦耳等于1牛顿作用力经过1米距离所消耗的能量（或所做的功）；在电磁学里，1焦耳等于1安培电流通过1欧姆电阻在1秒时间内所消耗的能量。这个基本单位的设定用以记念英国物理学家詹姆斯·焦耳（James Prescott Joule，1818年12月24日 ─ 1889年10月11日）。

1. 著名的实验物理学家

今天，焦耳这个名字家喻户晓，上过中学物理课的人都听说过他。可是，除了他的名字用作物理单位之外，许多人对焦耳本人的经历和成就所知不多。事实上，焦耳是一位没有受过正规教育的“民间科学家”，但他在科学界被认为是“十九世纪最杰出的实验物理学家之一”。

焦耳三十而立，32岁时成为英国皇家学会（Royal Society）院士。

他34岁时荣获英皇勋章（Royal Medal）。该奖章每年颁给两位分别作出“最重要自然知识贡献”和“应用科学杰出贡献”的个人。

他39岁时获颁爱尔兰都柏林三一学院荣誉博士学位，42岁荣膺牛津大学荣誉博士学位并当选为曼彻斯特文学与哲学学会（Manchester Literary and Philosophical Society）主席。

焦耳52岁时荣获英国皇家学会的科普利奖章（Copley Medal），那是世界上最古老最著名的科学奖，始于1731年，历史上获奖者包括富兰克林、哈密顿、高斯、法拉第，以及焦耳之后的亥姆霍兹、吉布斯、门捷列夫、卢瑟福、爱因斯坦、普朗克、波恩、哈代、狄拉克、霍金、罗伯特·梅、希格斯等名人。

接着，他53岁时荣获爱丁堡大学荣誉博士学位并出任英国科学促进会（British Association for the Advancement of Science）主席。

随后，他62岁时荣获英国皇家艺术学会颁发Albert 奖章。

焦耳71岁时去世。伦敦西敏寺（Westminster Abbey）为他举行了悼念仪式并安放了一个铭牌。在他去世之前，西敏寺内就陈列着牛顿、法拉第、达尔文、托马斯·杨等科学家的墓碑或铭牌。焦耳的一座塑像被安置在曼彻斯特市政厅内他的启蒙导师约翰·道尔顿（John Dalton，1766-1844）铜像对面，另一座矗立在他家乡曼彻斯特城郊的Worthington Park花园内。

图2 焦耳铜像（Worthington Park，曼彻斯特城郊）

2. 一个没有学历的年轻人

焦耳于1818年圣诞节前夜出生在曼彻斯特城郊的Salford。他父亲经营一间啤酒厂。焦耳5岁时被发现脊椎侧弯，随后几年多次在医院进行矫正，但最终以失败而放弃，让他终生不能笔直站立。

焦耳在小学读书时因身体缺陷常被同学嘲笑，并因喜欢在课本上涂鸦屡被老师批评。父亲无奈，只好让焦耳休学，留在家里由阿姨管教，直到他15岁为止。平时，焦耳喜欢躺在床上看书。有一次，焦耳对父亲说：“书本是我最好的旅游去处。”这让父亲想起了被称为“旅游教师”的约翰·道尔顿（John Dalton，1766-1844）。道尔顿经常上课时带学生们去郊游，在野外指导学生观察、试验、计算和讨论。父亲把焦耳送进了道尔顿主办的私校就读，并请道尔顿当他的监护人。

在学校里，道尔顿主要讲授初等物理、化学和数学。他本人后来成为著名的物理学家和化学家，56岁时成为皇家学会院士，因为第一个提出“物质由原子组成”的学说而闻名于世，今天原子量的单位便以他命名。道尔顿是贵格会教徒，天性谦恭，不爱张扬，终生未婚。不幸的是他73岁那年中风失语，78岁去世时遗体在曼彻斯特市政厅门前停放了四日，先后有四万多人前往悼念。

焦耳后来写道：“道尔顿要求学生首先学习三角几何，并练习解算数学题，因为他认为‘解数学题是训练学生专心做事的最好方法，而专心致志是科学家最基本的素养’。如果学生不明白上课所教的内容，他会给学生发放非常清晰的讲义。不过，他强调讲义是用来引导学生的，并不能取代学生自己的探索。”焦耳还回忆说：“正是从他的教导中，我第一次产生了通过原创性研究来增加我的知识的愿望。”

在道尔顿的指导和影响之下，焦耳逐渐走上了科学实验的道路。那时候学校没有实验室，他自己在家中的地窖里做实验。他早期的大多数实验基于电学。他在地窖里放满电池、电磁铁、马达、发电机和检流计，其中大部分是自己动手制造的。也许是由于少年失学的缘故，动手做实验比读书对他来说更具吸引力。焦耳最终没有完成任何正式的学历，更谈不上取得什么学位。

3. 热和电的焦耳定律

“热”是什么呢？这曾经是个千古难题。十八世纪末，虽然工程师詹姆斯·瓦特（James Watt，1736-1819）制造了工业用蒸汽机，但是人们对其中的热能传递和转换机理并不清楚。当年，为了解释热的物理本质，“热质”理论（caloric theory）非常流行，包括被称为“热力学之父”的法国物理学家萨迪·卡诺（Nicolas L. Sadi Carnot，1796-1832），都说热是一种没有质量的气体，物体吸收热质后温度就会升高，而且热质可以穿过固体或液体的孔隙从高温处流到低温处。

受到道尔顿“原子论”的启发，焦耳倾向于认为热是原子的运动，热传导就是原子运动的“能量”从一个物体转移到另一个物体上去。但这想法需要有极为精确的实验加以证明。焦耳一系列的实验担负起了这一艰难的重任。

1838年焦耳20岁。他设计了一个实验，将一个小线圈绕在铁芯上，用电流计测量感生电流，然后把线圈放入容器内的水中，再测量出水温，最后计算出热量。因为没有外界电源供电，水温的升高只能是电能转化为热的结果。这样产生出来的热，后人称为“焦耳热”。同年，焦耳在《电学年鉴》（）上发表了他第一篇学术论文“On electro-magnetic forces”，宣称“我的目标是，首先发现正确的原理，然后指出它们在应用上的发展”，并报告了他发现电流可以做功的现象。

1840年，22岁的焦耳在爱尔兰Cork市召开的英国科学促进会的会议上报告了上述实验结果。但在座的科学家们毫无兴趣。当时很多人对这全新发现的来龙去脉一无所知，还有一些人对焦耳的测量精确性存有怀疑，更有一个可能的原因是他们对这位没有学历的业余科学家并无太大的信心。

同年，焦耳把实验报告写成论文“On the Production of Heat by Voltaic Electricity”，详细描述了他的实验结果，投到《皇家学会学报》（），但被退稿。于是他改投到《皇家学会会讯》（），再遭拒绝。最后，焦耳把稿件投去《哲学杂志》（）。这次，杂志同意审稿了。可是，审稿人要求他多做很多实验以验证其结果的正确性。年少气盛的焦耳不高兴了，反过来拒绝了杂志。他回信说：“任何的机械能量释出，最后都将转换为热量。能量不灭的法则获得上帝的许可证。这是大自然最重要的法则之一。”这其实是科学史上著名的“能量守恒定律”（Principle of Conservation of Energy）的第一次呐喊。结果不言而喻，焦耳又被退稿了。

焦耳据理力争。终于，次年焦耳在《哲学杂志》上发表了这篇论文，报告了他的实验结果：“电流在导线中所产生的热量，等于电阻乘以电流的平方”，这就是后来著名的“焦耳定律”（Joule's Law）。四年后，俄国物理学家海因里希·楞次（Heinrich F. E. Lenz，1804-1865）发表了独立的实验结果，从旁证实了焦耳的这个电热效应。该定律后来也称为“焦耳-楞次定律”。

4. 热力学第一定律和热功当量

那些年，没有学位的焦耳四处碰壁，很不得意。不知什么缘故让他鼓起勇气，将自己的研究报告寄给了学术泰斗迈克·法拉第（Michael Faraday, 1791-1867）[1]。1843年3月24日，慧眼识真金的法拉第回信了，高度地评价了焦耳的工作，说：“我已收到你寄来的文章，并且立刻就阅读了。感谢你对我们所衷心热爱的科学有这么美好的贡献。何等的欢慰啊，我能够在一息尚存之际看到你为电学做出的这一步跨越。我已看到你未来的辉煌！我知道在这领域里仍有许多朦胧不清之处，但你的文章却如曙光破晓。我不得不说，你在自然科学的这个领域做出了非常重要的贡献。”

于是，焦耳关于能量转换和守恒的研究论文被《皇家学会学报》接收发表。科学界从此知道，圈子里来了一位二十多岁的新星，他建立了热力学第一定律也就是能量守恒定律，证明了电和热之间的能量转化满足总量守恒关系，那是自然界中的一个普适的基本规律。

接下来，焦耳还试图弄清楚机械能和热的定量关系。1842年，德国医生、化学家和物理学家罗伯特·冯·迈耶（Julius Robert von Mayer，1814-1878）在《化学与药学年鉴》（）发表了一篇论文，指出单位机械功所产生的热量是一个常数，不过他没能给出这个常数的数值。1843年，焦耳在不知道上述德文文章的情形下，在家中的地窖里独立地做了一个成功的压缩气体加热的实验，以及一个十分精确的机械运动生成热的实验，其装置如图3所示。在这个实验中，他让钢锤自由落下，驱动中间的转轴从而带动容器水中的旋桨转动。他通过对水温的升高来测得旋桨与水磨擦而产生的热量。然后，他把温度的改变与水的比热相乘，便得到一个数值。反复实验之后，焦耳发现“无论在何处消耗机械力，都会最终获得精确相同的热量。”由此他确定了：单位机械作功所产生的热量是个常数，他称之为“热功当量”（mechanical equivalent of heat）。他还精确地测出了这个常数，用今天的标准单位来说就是4.18焦/卡。虽然后人发现法国物理学家萨迪·卡诺的“热质”学说经量化之后非常接近这个热功当量，但卡诺毕竟没有走出这最后一步。1947年，德国著名物理学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹（Hermann von Helmholtz，1821-1894）[2] 明确地宣称，这个热功当量的发现同时归功于冯·迈耶和焦耳。

图3 焦耳的机械和热能转换实验装置

为了支持声名鹊起的儿子继续他的科学研究，焦耳的父亲为他在自家经营的啤酒厂里盖起了一间实验室，并提供所有的实验费用。随之而来的是一些年轻的科学家，他们也利用这间实验室做研究，并和焦耳一起进行热力学与流体力学的各种实验，包括后来著名的数学家和物理学家乔治·斯托克斯（George G. Stokes，1819-1903）。

可是科研并不总是一帆风顺，特别是触及到社会利益的时候便会遇到各种阻力。1843年，焦耳以当时工业市场最好的产品“可尼斯蒸汽引擎”（Cornish Stream Engines）为例，通过计算指出它百分之九十本来可以用作机械功的能量都以散热的形式浪费掉了。因为这篇报告，他招致工业界商人的猛烈攻击，甚至多年之后还有人讥讽他只会用别人的引擎去做实验而自己却无法制造出更高效的引擎。焦耳对这一切指责都不予理睬。当年他更关注的是“能源枯竭”的长远危机，并积极建议英国政府去寻找新能源。

1847年，时为格拉斯哥大学（Glasgow University）物理学教授的开尔文（William Thomson Kelvin，1824-1907）[3]，关注到了这位29岁年轻人焦耳的重要科学实验并表示了支持。他和焦耳后来成为终生合作伙伴，两人理论和实验相结合，联名发表了多篇学术论文。特别是，他们发现了著名的“焦耳-汤姆森效应”（Joule-Thomson Effect），描述气体膨胀和温度变化的关系。不过那些都是后话。

5. 学术人生的一段坦途

1847年，圣安德鲁斯大学（St. Andrews University）自然哲学系招募系主任，学校认定焦耳为最佳人选。焦耳婉言推却了，理由是：“我要结婚了。我将无法承接学校那些无休止的繁杂事务。”不过他那不是遁词。8月18日，焦耳与阿米莉亚·格莱姆斯（Amelia Grimes）女士结了婚。据说新郎带上一支高灵敏度温度计和新娘去法国阿尔卑斯山下的Sallanches度蜜月。在那山区里，新郎好几天都跑去测定800多英尺高的Cascade de l’Arpenaz瀑布上下方的水温进而计算瀑布水流落差带来的能量改变，让新婚妻子静坐在草地或马车上等待他归来。

同年，焦耳成功地进行了一系列精确的电解和燃烧实验，并作出结论说：“电、磁、光、声波、化学反应，都是不同型态的能量。因此，根据能量的理论，可以把物理世界以更简单的形式表达出来。”当年，那是超时代的观念。事实上，直到20年之后，物理和热力学家彼得·泰特（Peter G. Tait，1831-1901）才在论著里明确地以“能量”的观点去描述各种物理现象。

焦耳还通过热的研究去探索宇宙的奥秘。当年他计算了陨石在大气摩擦中产生的热，发现地球大气层的厚度刚好能提供足够的摩擦阻力，将大部分的陨石化成灰尘，保护了地球上的自然环境和生命。他写道：“在大自然里，机械、化学和生物能量在时空中不断互相影响和转化，让宇宙维持着某种秩序，并且在清楚明确地、实实在在地运行。不管其间有多么复杂的能量变化，宇宙依然是稳定和谐的。”

1848年，焦耳在实验中第一次精确地测量出气体分子的运动速度。同年，他被1757年建立的欧洲最杰出的学术团体杜林皇家科学会（Turin’s Royal Academy of Science）接纳为会员。这个科学会的会员包括一些著名科学家如意大利化学家阿梅代奥·阿伏伽德罗（Amedes Avogadro, 1776-1856），法国数学家约瑟夫·拉格朗日（Joseph-Louis Lagrange, 1736-1813）、英国物理学家法拉第和天文学家威廉·赫歇尔（William Herschel, 1738-1822）。

1849年，焦耳在牛津向英国皇家学会做了题为“On the Mechanical Equivalent of Heat”的报告。虽然当时不少听众持有怀疑态度，但他的成果最后获得了肯定，让他在《皇家学会会刊》发表了关于“热功当量”的研究论文。这项重大贡献和热力学第一定律一起，让焦耳成为了热力学（thermodynamics）的奠基人之一。

1850年，32岁的焦耳被遴选为英国皇家学会院士。

1852年，焦耳与开尔文联名发表后来被称为“焦耳-汤姆森效应” 的论文，成为冷冻工业发展的基石。为此，英皇给焦耳颁授了国家勋章（Royal Medal）。

6. 艰难曲折的一段人生

1852-1855这几年是焦耳人生中最艰难的一段时光。首先，他父亲中风病重，家庭啤酒厂的生意一落千丈，焦耳的实验室只好关闭。随后，他夫人在生第三个小孩时因难产失血过多而去世。接下来，英国卷入了克里米亚战争（Crimea War），让焦耳放下科研，参加了战地救死扶伤的服务工作。

1856年之后，焦耳重新回到了他热爱的物理实验研究。1860年，他因杰出研究成绩和声望当选为曼彻斯特文学与哲学学会主席。当年，“土木工程学之父”约翰·斯米顿（John Smeaton, 1724-1792）和道尔顿都是这个学会的会员。这个学会正式成立于1781年，是英国最古老的学术团体之一。其实这个民间学术团体从15世纪初起就存在了，由一批Collegiate Church基督徒以定期聚会的方式组织读书会开始。1427年，他们还建立了英国最早的图书馆。该学会一直是曼彻斯特教会社区教育的中心。他们开设各种科普讲座，还请焦耳主持了圣安娜教会（St. Ann Church）科学讲座系列。焦耳第一次演讲的题目是“人类居住的世界”（The Plurality of Inhabited Worlds）。他说：“也许科学家无法证明其他星球有没有生命的存在，但是科学家能够证明，其他星球有没有适合生命存在的环境：温度、空气、水、重力。即使有适合生命生存的环境，也不一定就会有高等生物存在。但是，有高等生命存在的地方，则必须要有可以学习的场所。而这场所必须建立在一个大家能够和平相处的社区环境里。”

1870年之后，焦耳很少发表新的实验研究报告了。不过他的科研工作并没停止。他重新检查并审核了自己年轻时所做的大部分研究结果。为了测量得更准确，焦耳还研究精密仪器的制造，并指出：“精密仪器是提升科学教育和知识必需的工具。”

1872年，焦耳向政府建议成立国家级别的“科学委员会”（Board of Science），负责提供支助教师与民间团体的经费；从事科学研究；支持国家对天文、地理、水文、气候的长期观测；成立国家科学史馆，以保存重要的仪器与研究报告；在大学设立国家级的实验室，等等。焦耳认为，“当科学研究向前进步时，经济发展自然会跟上。”

7. 罹病的晚年和后话

1873年起，伴随着经常性鼻出血的疾病严重地干扰了焦耳的科学研究甚至日常生活。焦耳常常会带儿子Benjamin和女儿Alice到海边去度假。他后来回忆说：“当科学研究成为我沉重的负载时，我格外需要保留与孩子们在宁静海滩上独处的时间。我自己也可以欣赏海鸥的飞翔。它们的翅膀真是优美的生物引擎，竟然有如此之高的能量使用效率！”焦耳还去观察海藻。他说：“低等生物对于高等生物有这么多有益的贡献，可是生物学家却大笔一挥，将它们判定为‘低等’。”曾经有年轻人问他对达尔文（Charles Darwin, 1809-1882）的进化论有何看法？焦耳回答道：“达尔文只是对地球上生命的演变过程提出一种理论加以说明。不幸的是，许多人却把他的理论视为是生物学的终极理论。达尔文并没有用进化论去解释生命的起源，大家却把进化论扭曲成生命发端的理论。”

1878年，维多利亚女王为多病的焦耳提供了200英镑的慰问金。苦于疾病的折磨，这一年60岁的焦耳发表了他人生最后的一篇学术论文。

1889年10月11日，焦耳在家中病逝，享年71岁。

临终前，焦耳留下了一张纸条，上面写道：“我已感到科学逐渐走向一个危机──科学的误用。特别是，把科学用在战争武器的研发上。这将导致人类文明的灭亡。我深感难过的是，有些科学家认为研发毁灭性的武器是为了恫吓对方从而终止战争。这种看法是没有道理的，因为战争的本质是残忍与毁灭。研发武器的科学家无法成为战争的决策者，因而他们最终会成为好战政治家的工具。科学的误用就是偏离了正确的目标，结果强者越强，弱者越弱。我的论点并非贬低以科学研发来保卫国家的价值，而是批判靠科学去挑起争端。”末了，焦耳写道：“我的学生们啊！你们有些人也许会自认为能够了解历史上的每一个大小事件，或者能够讲出世界上的每一种方言，或者能够准确地叙述每一种形而上的观念，或者能够解出所有科学与工程的复杂难题。但是，如果没有爱，你们将不知道如何把所学到的这一切放在正确的位置上。”

焦耳被埋葬在曼彻斯特城郊的Brooklands坟场。在他的墓碑上刻有数字“772.55”，那是他1843年测量中得到的热功当量值。焦耳毕生是个虔诚的基督教徒，他曾在一篇论文中写道：“显然，熟悉自然法则并不亚于熟悉它所表达的上帝的原意。”在他的墓碑上镌刻着《约翰福音》的一段话：“趁着白日，我们必须去做那差我来者的工；黑夜将临，就没有人能做工了”。在伦敦西敏寺内，人们为他举行了悼念仪式并设立了一个纪念碑牌，放置在牛顿、赫歇尔、达尔文等科学家的坟墓附近。

图4 西敏寺内焦耳的纪念碑牌

除了宝贵的科学遗产，焦耳还留下了一句警世恒言：“对自然及其规律的研究是一项基本而神圣的任务，它对年轻一代的教育是非常重要甚至是必不可少的。”

来源：集智俱乐部

原文标题：一个没有学历和文凭的杰出物理家|陈关荣

编辑：fiufiu

一、爱因斯坦的一生

一、早年生活与教育

爱因斯坦于1879年3月14日出生在德意志帝国（德国）之符腾堡王国乌尔姆市。父亲赫尔曼·爱因斯坦是一名商人。母亲宝琳·柯克从小受到良好教育，演奏钢琴造诣深厚。1880年，举家迁往慕尼黑，爱因斯坦的父亲与叔叔在那里经营一间电器公司，专门设计与制造电器。

爱因斯坦一家是不遵循犹太教规的阿什肯纳兹犹太人。爱因斯坦学习说话的速度比较缓慢，父母因此很担心，甚至曾经找过医生看诊。他2岁后才学会使用字词，并且养成一种奇怪习惯，就是每当他想要说话之前，他都会先小声的对自己说几遍，直到觉得满意，才会大声说出来。家人都很担心，怕他以后会有学习障碍。

在4岁或5岁时的某天，父亲送了一只指南针给卧病在床的爱因斯坦，他深深地被磁针展现出的奇异行为所迷住，这成为他以后对物理学产生浓厚兴趣的原因之一。大约在那时期，他开始学习拉小提琴。爱因斯坦5岁时进入一所天主教小学就读。8岁时，他转学到路特波德文科中学，这学校很注重数学、科学、拉丁文与希腊文。在这里，他获得7年良好的教育。

爱因斯坦的父亲所经营的电器公司，因无法与大公司竞争而被迫于1894年关闭，全家随后搬至意大利帕维亚，只有爱因斯坦继续留在慕尼黑完成学业。虽然他住在远房亲戚家里，但他心里仍有被丢弃的感觉。

严格专制的校风与机械式的学习方式令他难以忍受。那年年底，他借口身体不适，毅然决然地离开学校，搬去帕维亚与家人会合。这样，他也可以避免从军。后来，他决然放弃德国国籍，成为无国籍人。在意大利的时期，年仅16岁的他撰写了有生以来第一篇理论物理论文，标题为《磁场里以太的状态的研究》。

年仅16岁的爱因斯坦参加了瑞士苏黎世联邦理工学院的1895年入学考试，这时的他比大多数考生至少要小两岁。虽然他在数理科部分得到高分，但没有通过考试的文科部分。理工学院院长建议他先完成高中学业，因此他进入瑞士阿劳的阿劳州立中学读书，住在教授焦思特·温特勒的家里。

几个月后，他爱上了温特勒的女儿玛莉。隔年9月，他成功通过瑞士高中毕业考试，大部分学科都获得优良成绩，特别是在物理与数学两个学科，都得到了最高分6分。

爱因斯坦的父亲很希望爱因斯坦能够继承他的电机工程事业，但爱因斯坦对这不感兴趣，他认为对他而言这是大材小用。1896年，年仅17岁的爱因斯坦获准进入苏黎世联邦理工学院师范系数理科学习物理。他在那里遇到未来妻子米列娃·马利奇。

同班六名学生中，米列娃是唯一女性，她比爱因斯坦大三岁。爱因斯坦与米列娃在物理方面有共同的兴趣与目标，久而久之渐渐擦出爱情火花。

1900年，爱因斯坦获得教学文凭，平均分数为4.9，是全班五名学生中第四名；米列娃的平均分数为4.0，是最后一名，校方不准她毕业，必须留级一年。有些人认为，米列娃与爱因斯坦合作写出著名的1905年论文，但物理历史学者经过仔细研究后，找不到任何证明她做出实质贡献的依据。

二、婚姻与家庭

爱因斯坦与米列娃的一封早期往来信件于1987年被发现与发表，信中透露他们在婚前曾有一名称为丽瑟尔的女儿。。1902年初，丽瑟尔诞生在塞尔维亚诺威萨米列娃的娘家。米列娃并没有带着丽瑟尔回瑞士，丽瑟尔的命运至今仍旧未知。爱因斯坦可能从未见过丽瑟尔。在1903年9月一封写给米列娃的信里，爱因斯坦最后一次提到她，内容暗示女婴可能被收养或死于猩红热。

爱因斯坦和米列娃在1903年1月结婚。婚后生了两个儿子，大儿子汉斯·爱因斯坦于1904年5月在瑞士伯尔尼出生。二儿子爱德华·爱因斯坦于1910年7月在瑞士苏黎世出生。4年后，爱因斯坦任聘为德国柏林洪堡大学教授，一家人又再搬回德国柏林。由于夫妻感情不好，米列娃带着两个儿子到苏黎世居住，爱因斯坦仍旧留在柏林。

第一次世界大战结束后不久，他俩已分居5年，但婚姻终旧无法挽回，他们正式于1919年2月14日离婚。尽管有报道指出，他为了离婚把光电效应的诺贝尔奖金全部给了米列娃，但是爱因斯坦与妻子和孩子间的信件表明大部分奖金被他用来在美国投资了，其中很多都在大萧条中成为了泡沫。

二儿子爱德华对西格蒙德·佛洛伊德的精神分析有兴趣[29]，20岁时精神崩溃，医生诊断为思觉失调，母亲长期照顾他。母亲百年后，他被送进精神病院生活，直到1965年过世。

爱因斯坦和米列娃的婚姻并不快乐。爱因斯坦曾经在1910年写信给他读中学时的女友玛莉·温特勒，在这封于2015年被公开的信里，爱因斯坦写到他的婚姻状况：“每一分钟空闲时间，我都以诚挚的爱想到你；我现在感受到只有男人能够感受到的不快乐。”那时，米列娃正怀有二儿子爱德华。

爱因斯坦的第二任妻子爱尔莎·爱因斯坦是他的亲戚，在父系方面，他们都是同一位曾祖父的后代，在母系方面，他们都是同一位外祖父的后代。他们在1919年6月2日结婚。1933年，为了逃避纳粹德国，他们移民到美国，居住在普林斯顿。

两年后，爱尔莎被诊断出患有心脏与肾脏疾病，必需卧床休息。她的病情迅速恶化，并于1936年过世。1935年，他的继女玛歌（Margot）将他介绍给玛格丽塔（Margarita Konenkova），之后两人坠入恋爱。一位俄国间谍专家指认玛格丽塔是俄国间谍，但这说法尚未被历史学者证实。

三、瑞士专利局

爱因斯坦在1900年毕业，没能留校担任助教，接下来两年时间都没能找到教职。1901年获得瑞士国籍[，由于健康因素，他没有被征召入伍当兵。1902年在大学同学马塞尔·格罗斯曼的父亲协助下，成为伯尔尼瑞士专利局的助理鉴定员，从事电磁发明专利申请的技术鉴定工作。1903年成为正式职员。

爱因斯坦在专利局的工作很多都是与电信号传递、机电时间的同步化这类技术问题有关，这两类技术问题也时常会明显地出现在爱因斯坦的思想实验里，而这些思想实验最终导致爱因斯坦作出关于光的性质与时空之间的基础关联的大胆结论。

他利用业余时间开展科学研究，并且和在伯尔尼遇到的几位朋友组成讨论小组，自嘲地取名为“奥林匹亚学院”。他们时常定期聚集在一起讨论科学和哲学，共同阅读昂利·庞加莱、恩斯特·马赫和大卫·休谟的著作，他的科学哲学的发展因此深受影响。

四、学术生涯

爱因斯坦最早于1900年已在极具权威性的德国《物理年鉴》发表论文《毛细现象的结论》，由于这篇论文的基本猜测并不正确，其对于日后物理学的发展并没有给出任何实质贡献。[那年，他决定继续攻读博士学位，由于苏黎世联邦理工学院并不提供物理博士学位，他必须通过特别安排从苏黎世大学得到博士学位。

隔年，他成为苏黎世大学实验物理学教授阿尔弗雷德·克莱纳的博士学生。那年11月，他写完了初版的博士论文，但克莱纳并不满意这论文，特别是爱因斯坦在论文里对于其它科学权威的攻击。经过努力改善，1905年，他的博士论文《分子大小的新测定法》终获接受，他可以得到博士学位。

同年，他发表了关于光电效应、布朗运动、狭义相对论、质量和能量关系的四篇论文，在物理学的四个不同领域中取得了历史性成就。该年被后人称为“爱因斯坦奇迹年”。

到了1908年，爱因斯坦已被公认为物理学领域的顶尖学者，伯尔尼大学聘请他为讲师，但由于薪俸微薄，他仍需继续在专利局工作。隔年，苏黎世大学新设立了一个理论物理学副教授席位，克莱纳很想让爱因斯坦专任这份工作，可是克莱纳很不欣赏爱因斯坦的教学风格，他讲课时会长时间独白，并且缺乏条理，爱因斯坦只好提议，在苏黎世的物理学会开一场讲课，请克莱纳再评估一次。

经过精心准备，爱因斯坦的讲课获得好评，克莱纳于是向苏黎世大学推荐爱因斯坦，“自从他在相对论的成就之后，他已是最重要的理论物理学者之一……爱因斯坦博士会证实他也是一位教师，因为他的才智与良心会在必要时间促使他接受建议”。爱因斯坦成为苏黎世大学的理论物理学副教授，他辞去了专利局工作。

那时期，布拉格查理大学正在努力招募年轻物理人才，在名望与薪资的双重吸引下，爱因斯坦1911年转任这所大学的教授，同时获准成为奥匈帝国的公民。任职期间，他共撰写了11篇科学论文，其中5篇论述辐射数学与固体量子理论。

1912年7月，他又回到母校苏黎世联邦理工学院担任理论物理学教授，主要是教导分析力学与热力学，在学术研究方面，他专注于引力问题，与数学家朋友马塞尔·格罗斯曼共同尝试找到解答，突破似乎在望，但真正严格表述还要等待几年。

应马克斯·普朗克和瓦尔特·能斯特的邀请，爱因斯坦于1914年回到德国担任威廉皇家物理研究所的第一任所长（1914-1932）兼柏林洪堡大学教授，而且不需要在课堂担任教职。很快地，他当选为普鲁士科学院院士。1916年，又获选为德国物理学会的会长（1916-1918）。

爱因斯坦于1915年发表了广义相对论。根据这理论，他预言，光线经过太阳引力场时会被弯曲。1919年，这预言由英国天文学家亚瑟·爱丁顿观测1919年5月29日日食的结果所证实。全世界的很多新闻媒体都以头版报导这惊人的观测结果，爱因斯坦因此成为家喻户晓的物理学者，同年11月7日，英国泰晤士报的头条新闻标题宣告，“科学革命，宇宙新理论已将牛顿绘景推翻”。

1917年，爱因斯坦在《论辐射的量子性》一文中提出了受激辐射理论，开创了激光学术领域。

由于在光电效应方面的研究成果，爱因斯坦获授予1921年诺贝尔物理学奖。在瑞典科学院的公告中并未提及相对论，原因是相对论被认为仍旧存在争议。

五、普林斯顿岁月

1933年1月，纳粹党攫取德国政权，希特勒成为德国总理。那时，爱因斯坦正在美国，由于纳粹党鼓吹反犹太主义，爱因斯坦知道他无法返回德国。3月，爱因斯坦与妻子爱尔莎坐船来到比利时。途中，爱因斯坦获知，纳粹借口闯入了他的暑假小屋，又没收了他的心爱小船。

抵达安特卫普后，他立刻到德国大使馆缴回护照，并且宣布再度放弃德国国籍，他又向普鲁士科学院提出辞呈，他在辞呈里表示，“就目前情势来看，他觉得无法忍受倚赖普鲁士政府。”

回到美国后，10月，爱因斯坦成为普林斯顿高等研究院的常驻教授，他此后有生之年，几乎都在这里度过，他再也没有踏上欧洲一步。除了爱因斯坦以外，奥斯瓦尔德·维布伦、约翰·冯·诺伊曼、库尔特·哥德尔与赫尔曼·外尔等等世界级学者也都获聘来到这里做研究。

爱因斯坦与哥德尔成为忘年之交，他们每天都会一起走路到研究室工作，途中顺便讨论一些科学问题。爱因斯坦本性幽默，很喜欢开玩笑，而严肃的哥德尔则疑心很重，时常忧虑、郁闷；爱因斯坦极力主张量子力学的不完备性，哥德尔的不完备定理则是现代逻辑学的重要里程碑。在某些方面，他们很像对方，他们都有“打破砂锅问到底”的习性，想要找到问题的症结所在。

在这段时期，爱因斯坦尝试发展出统一场理论，驳斥量子物理的哥本哈根诠释，但都没有获得重大突破，他逐渐地与物理研究的主流趋势脱节。

六、二战和曼哈顿工程

在1939年，包括利奥·西拉德、爱德华·泰勒、尤金·维格纳在内的一群流亡物理学者试图警告美国政府，揭露纳粹德国正在进行的原子弹研究；他们把警告美国人民视为己任：德国科学家也许会赢得制造原子弹竞赛的胜利；希特勒会毫不犹豫地使用这种武器。

为了要让美国警觉到原子弹的巨大威胁，他们曾拜访爱因斯坦，告诉他杀伤力超强的原子弹可能在不久的将来被制成。爱因斯坦支持和平主义，他正在专心研究统一场理论，并不清楚核子研究的最新发展，他从未想到这项技术的进展会如此快速。

爱因斯坦被说服借助其崇高声望和西拉德写信给美国总统富兰克林·罗斯福。他们还建议美国政府注重并直接介入核武器研究。这封信被认为是，美国在参与二战前夕，展开大规模核武器研究的关键激励因素。

罗斯福不能冒险让希特勒抢先掌握原子弹技术。由于爱因斯坦的信件，美国加入研制原子弹竞赛，依托其巨大的材料、金融、科学资源展开曼哈顿计划，成为在二战中唯一成功研制出原子弹的国家。

七、晚年时的爱因斯坦

对爱因斯坦而言，“战争是一种疾病……他呼吁抵抗战争”。写给罗斯福的那封信违反了爱因斯坦所支持的和平主义。在过世之前一年，爱因斯坦对老朋友莱纳斯·鲍林说：“我一生之中犯了一个巨大的错误：我签署了那封要求罗斯福总统制造核武器的信。但是犯这错误是有原因的：德国人制造核武器的危险是存在的。”

八、离世

爱因斯坦69岁时被诊断出患有腹主动脉瘤，著名肠胃科权威医生鲁道夫·尼森是他的开刀医生，他用玻璃纸紧紧包住葡萄柚尺寸的瘤，试图促使血管纤维化，降低破裂的风险。爱因斯坦可能因此手术多活了几年。

1955年4月13日，爱因斯坦的腹主动脉瘤破裂，引起内出血。他正在撰写的一篇庆祝以色列建国7周年的电视讲稿，还没有写完，就于18日过世，享寿76岁。

在那时代，动手术治疗在技术上成功率很高，纽约医院的医生弗兰克·格伦（Frank Glenn）建议立刻动手术治疗，但爱因斯坦坚决拒绝，他表示：“当我想要离去的时候请让我离去，一味地延长生命是毫无意义的。我已经完成了我该做的。现在是该离去的时候了，我要优雅地离去。”

在验尸过程中，病理学家托马斯·哈维医生，未经爱因斯坦的家人允许，私自取下爱因斯坦的大脑保存，他希望未来神经科学研究能够发现爱因斯坦那么聪明的原因。遵照爱因斯坦的遗嘱，他身体的其它部分在过世当天就被火化，包括他的儿子汉斯在内，只有12人在场参与简单的仪式。火化后，骨灰全都撒在附近的特拉华河里。

扩展资料：

爱因斯坦与中国

1937年7月7日，日本军挑起卢沟桥事变，中日战争因此全面爆发。隔年1月5日，爱因斯坦与罗素等人在英国发表联合声明，呼吁全世界援助中国。当上海抗日运动的领袖“七君子”被逮捕时，他又与美国多位知名人士于1937年3月发表声援给予支持。

为了纪念爱因斯坦逝世50周年，全世界发起“物理照亮世界”的光束传递活动。4月18日美国普林斯顿大学发射出激光信号，透过大洋光缆传遍整个地球，24小时之后信号又返回美国。中国也在北京时间4月19日傍晚开始传递信号。这信号在短短2个小时里经过了中国的33个城市，然后再传递到印度和俄罗斯。

二、他是家喻户晓的科学家，四岁时却还不会说话！

这是我们一起认识的第5个科学家

几十亿年以前

有两颗像太阳一样的恒星

互相围绕着运转

很久以后

两颗恒星相继死亡

形成了两个黑洞

大约13亿年以前

这两个黑洞相互发生碰撞

最终合并到一起

并产生了剧烈的时空震荡

黑洞碰撞产生的一丝涟漪

以光速向四面八方传播

但这不是光

因为黑洞吸收了所有的光

当这丝涟漪到达本超星系团时

地球上正处于恐龙时代

当它到达银河系时

人类正在过着茹毛饮血的生活

100多年前当他经过地球附近星团时

爱因斯坦发表了广义相对论

提出了引力波的概念

2015年9月14日

它经过了地球

两个名为LIGO的探测器

捕捉到了他的存在

整个科学界沸腾了

爱因斯坦一百年前的预测

终于在现实中找到了

麦克斯韦预言电磁波

到赫兹发现电磁波只用了20多年

而爱因斯坦预言引力波

到人类找到引力波

用去了整整一百年

他用超越时代的智慧

开启了20世纪的物理学革命

爱因斯坦如今已经家喻户晓

只要上过学的人都知道他是一个天才物理学家

小时候的爱因斯坦却显得不那么聪明

4岁时还不会说话

家里人甚至担心他是一个低能儿

一直到上中学，除了数学很好

其他的学科都一塌糊涂

最后这位20世纪最伟大的科学家

竟然在中学时被劝退了

1895年

16岁的爱因斯坦

退学后直接投考联邦工业大学

第一次没有考上

因为除了物理和数学

其他科目都考的很差

于是他在附近找了一个中学重新学习

1896年

爱因斯坦终于考进瑞士的联邦工业大学

1900年，爱因斯坦大学毕业

一直找不到工作

后来在一个朋友的帮助下

待业一年的爱因斯坦

在伯尼尔专利局当了一个技术员

在专利局的几年时间里

他和朋友组成了一个学习小组

讨论科学和哲学的前沿问题

爱因斯坦也有了专门的时间

深入思考物理学前沿问题

终于到了1905年

这是一个很著名的年份

被称为爱因斯坦奇迹年

在这一年

爱因斯坦一共发表了6篇文章

每一篇都是有可能获得诺贝尔奖的

准确的说

至少能获得四个诺贝尔奖

这6篇论文横跨三大领域

首先是分子测量和布朗运动方面的

在他发表论文之前还没有人观测到分子

所以对于分子论充满了质疑

爱因斯坦通过研究布朗运动

给出了具体的

测算分子质量以及阿伏伽德罗常数的方法

成为论证分子论的有力武器

另一篇是关于光电效应的

爱因斯坦也因这篇论文获得了诺贝尔奖

这篇论文是20世纪量子论革命的导火索

从大胆和创新的意义上来说

这是六篇论文中最革命的一篇

甚至超过了相对论

这是爱因斯坦自己的评价

剩下的两篇就是狭义相对论

也就是大家所熟知的E=MC²的来源

这个公式也是制造原子弹的理论源泉

到了1915年爱因斯坦提出了广义相对论

给出了引力方程的完整形式

牛顿万有引力理论认为万有引力是瞬时形成的

不受时间和空间限制

进入20世纪之后

随着观察手段的提升

牛顿万有引力不能完全解释物理现象

爱因斯坦的广义相对论

对牛顿万有引力理论进行了重新诠释

认为引力是由于质量引起的时空扭曲形成的引力场

引力波是时空弯曲时候的涟漪

通过波的形式对外辐射

引力波的速度和光速一样

也是需要时间传播的

但是引力波本身很小

又随着距离的增加越来越弱

很难被观测到

所以直到2015年才第一次被观测到

不过他的广义相对论一提出

就有一系列预言

在短短几年内就得到各种天文观测的支持

广义相对论预言的引力红移的现象

在几年后就被天文观测证实

关于引力场使光线偏转的预言最为引人注目

几年后被两支天文学家队伍同时观测到

这些预言被实际观测陆续的证实

让广义相对论的理论在没有探测到引力波时

就获得了广泛的认同

1955年爱因斯坦病逝

按照他的遗愿

没有举行盛大的葬礼

火化时只有几个最亲近的朋友在场

并且不设墓碑

法国物理学家郎之万评价他：

在我们这一时代的物理学家中

爱因斯坦将位于最前列

他现在是

将来也还是

人类宇宙中头等光辉的一颗巨星

很难说

他究竟是同牛顿一样伟大

还是比牛顿更伟大

不过可以肯定的说

他的伟大是可以同牛顿相比拟的

在我们的世界里现在发现的有四种基本力

万有引力

电磁力

强相互作用力

弱相互作用力

无论什么样的现象

都可以用这四种基本力解释

科学家们现在孜孜不倦的在 探索 一种可能

就是这四种力能否解释为同一种力

爱因斯坦在人生的最后十几年时间里

其他的物理学家基本都在研究量子力学

而他几乎是独自一个人在研究这种可能性

也就是统一场理论

不过直到最后也没有成功

如今前沿的科学家们还在努力

期待能够先统一两种或者三种基本力

也许未来

读这篇文章的你能够完成这一壮举

明天爱玩杂技的晨晨爸爸将带来

四两拨千斤

三、《大学之路》——加州理工

在美国唯一一所能够跟MIT叫板的理工科大学就是加州理工（Caltech），如果要在中国找一所大学对标加州理工，可能跟中科大的少年班有点像。

2005年MIT的校园参观周，加州理工的学生从加州万里奔袭来到坎布里奇，潜入MIT的校园，悄悄将主楼上的校名“麻省理工学院”中的“麻省”（Massachusetts）一词用横幅挡住，改成了The Other，连在一起（The Other Institute of Technologies）就是“另一所理工学院”的意思，言外之意，加州理工才是最棒的理工学院，而麻省理工不过是另外的一所理工大学而已。

当然，MIT的学生也极其聪明，马上又把横幅上的字改成The Only，（The Only Institute of Technologies）“唯一的理工学院”。

在世界任何地方你只要说自己是加州理工毕业的，大家马上会认为你是一位天才，不然根本进不去这每年只招收200名本科生的天才摇篮。

加州理工虽然是一所袖珍学校，但是对世界科学的贡献很大，为人熟知的可能是它的航空航天专业，美国导弹之父冯卡门及他的学生，中国导弹之父钱学森都出自这里。

著名的喷气推进实验室（JPL）设计和试验了人类最早的火箭，参与阿波罗计划、伽利略计划，设计和发射了旅行者一号飞船，这艘飞船再2013年飞出太阳系，成为将地球讯息带向宇宙的第一个飞行器。

可以说，没有加州理工，就没有美国的航天事业。

另外在数学、物理、化学等理科专业中的地位也是数一数二的，有人戏称加州理工的专业是布尔值，要么没有（0），要么第一（1）。

列举几个家喻户晓的名字，物理学家费曼、密立根、肖克利，化学家鲍林，赵忠尧、谈家桢、周培源。

当然最有名的是这只耳朵：

如果按人均贡献计算，加工理工是当之无愧的第一。加州理工的教授每年在世界一流学术期刊平均发表3.36篇论文，远高于第二名斯坦福大学的1.21篇，加州理工的教授很少（不到300人）但有近4成是美国院士。

加州理工的学生毕业后在科学领域的成就也遥遥领先——平均不到1000名毕业生就出1名诺贝尔奖得主。从创立至2016年，只有2万多毕业生，却有37人（22个校友，15个教授）38次获得诺贝尔奖。

加州理工的办学目的非常明确，就是要培养少数天才科学家。

绝大多数学校需要照顾大部分人，不能为了培养5%的尖子生，放弃95%的学生，但加州理工的教授就是只关注前5%的学生，至于为什么，教授们的回答是，反正其他人也得不了诺贝尔奖。

在加州理工你经过很大努力解决一道难题后，也要显示出没有费吹灰之力的样子。在这所天才聚集的大学里，大家不觉得勤能补拙是什么美德，大家只崇拜聪明人，这和社会主流价值观完全不同。

加州理工的做法也是和目标完全一致，比如

首先，加州理工不强调全面发展，而强调学生再数学、自然科学和工程上超乎寻常的天分，学校对于体育和艺术特长的学生没有任何照顾。

在加州理工看来，1个100分，比10个90分强得多，甚至强过10个99分。

其次，不反对偏科。对一些讨厌文科的学生来说，上加州理工的一大好处是不用再上文科课程了。

再次，鼓励先进但不照顾后进。在加州理工，虽然有问题不懂可以随时找教授问，但是他们更愿意花时间让好学生变得更好。加州理工的女生比例并不低（40%），但学校流传的段子是，女生在加州理工一定要有男朋友，否则没有人帮他们做作业，考试可能会不及格。

最后，加州理工看重的人，需要同时具有天赋和对科学的热情。进入MIT的很多学生可能只是学习工程思维，很多会改行，但加入加州理工需要对科学或者工程有极大的热情。

如果用一句话概括加州理工，就是——“它是适合它的人最合适的大学”。

按吴军老师的说法，如果一门心思要得诺贝尔奖而且天赋比较突出，就选择加州理工，如果只是对工程感兴趣或者想训练自己的理工科思维，MIT会是更好的选择。

在工作中找到适合自己的地方，在生活中找到适合自己的人，

最后一句话总结两所学校，MIT喜欢学霸，Caltech 欢迎天才。