爱因斯坦是现代历史上最著名的科学家。他的受欢迎程度和影响力远远超出了科学界，几乎为妇女和儿童所熟知。很多普通人可能不太明白光电效应、光速恒定、E=mc²、广义相对论是什么意思，但他们认为他是那个一个世纪横空出世、一手改变世界的划时代人物。科学的发展。那个天才的脑子里有那么多独特而奇妙的想法，远远优于同时代的“庸人”。但事实上这完全是一个误解。爱因斯坦的同时代人做出了大量新贡献，其中许多直接启发了爱因斯坦并推动了这些进步。爱因斯坦是他那个时代的大师，但他绝不是一个孤独的天才。
1903 年，爱因斯坦与他的同学康拉德·哈比希特和莫里斯·索洛文
图片来源：Emil und Sohn/
一个流行的理论是，爱因斯坦是一个被遗弃的辍学生，他自学了他需要知道的一切，同时自己产生了那些在许多重要方面彻底改变了物理学领域的绝妙想法。凭借他的力量，物理学摆脱了牛顿以来的停滞状态，进入了20世纪。但真实的故事绝对不是这样的。爱因斯坦的经历向我们展示了他是如何与同学、同事、同行沟通、学习、碰撞，最终取得成功的。
爱因斯坦出生于德国，1890 年代末移居瑞士学习物理和数学。 17岁时，他在苏黎世报读了数学和物理教学文凭课程，于1900年毕业。“教学文凭课程”听起来可能不起眼，但现在叫苏黎世联邦理工学院，总共有22位诺贝尔奖获得者，包括爱因斯坦。
爱因斯坦确实在瑞士专利局工作，并没有放弃学业。此外，爱因斯坦的朋友兼同学马塞尔·格罗斯曼通过他父亲的关系为他找到了这份工作。格罗斯曼本来可以自己得到这份工作，但他拒绝了，因为他已经找到了一个教职来支付研究生教育费用。因此，他在专利局工作时利用业余时间改变物理学的想法是可笑的。
1896 年，爱因斯坦考入苏黎世理工学院，并于 1900 年毕业：班上 5 名学生中排名第四。尽管他最著名、最有声望的教授对他评价不高，但他最终超越了他们。
资料来源：苏黎世联邦理工学院
毕业后仅五年，即 1905 年，爱因斯坦发表了一系列论文，彻底改变了物理学的许多领域，并被称为他的“奇迹年”。今年的论文重点关注四个主题：
但这并不是凭空发生的，而是物理学的发展已经到了一个快速发展的时期。数十年来存在的大量已知证据要求物理学家超越牛顿的思想，以更全面地解释现实。
牛顿宇宙论比爱因斯坦早200多年提出，其本质是决定论。理论上，对于任何粒子系统，只要能够描述它们的位置、动量和质量，就可以看到整个系统如何随时间演化。凭借无限的计算能力，每个粒子的属性可以在每个时刻以任意精度计算出来。麦克斯韦方程组将电磁学带入了与牛顿引力和牛顿力学相同的领域，后者在爱因斯坦出生时构成了物理学的基础支柱。
麦克斯韦（，1831-1879），苏格兰物理学家，创立了电磁场理论，统一了电和磁，并预言光是一种电磁波。爱因斯坦本人称赞麦克斯韦，称他做出了“自牛顿时代以来物理学中最深刻、最富有成效的变化”。
这个谜题在 19 世纪最后几十年出现并广为人知（实际上比“两朵乌云”要多得多）：
该图像显示了行星绕太阳轨道的进动。在太阳系中，有少量的进动是由广义相对论引起的；水星以每世纪 43 角秒的速度进动，是所有行星中最大的。虽然总进动率为每世纪 5600 角秒，但其中 5025 角秒是由分点进动引起的，532 角秒是由太阳系其他行星的影响引起的。如果没有广义相对论，每个世纪的最后 43 角秒是无法解释的。
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不可否认，爱因斯坦1905年发表的几篇论文为他进入尖端物理学界奠定了良好的基础。然而，爱因斯坦自毕业以来一直致力于物理学的研究。他在专利局的工作重点是电气和机电设备，包括电信号传输和同步设备。他与一群物理和数学朋友一起自学物理，包括恩斯特·马赫和亨利·庞加莱颇具影响力的著作。在校学习的结果是，他以《分子大小的新测定》为题的论文获得了苏黎世大学的博士学位，论文导师是 。
“奇迹年”的一系列成果并非凭空而来。相反，爱因斯坦受益于朋友、同事、老师和导师的共同努力，包括他的第一任妻子和同学米列娃·马里奇（他的贡献很少被提及）。 ），以及这段时间许多其他人的意见。
米列娃·马利奇（1875年12月19日 - 1948年8月4日）
他的新理论并非凭空而来，而是基于普朗克、洛伦兹、菲茨杰拉德、汤姆逊、亥维赛、哈森瑙尔和庞加莱的早期思想。事实上，庞加莱早在1900年就独立导出了E=mc²；爱因斯坦很可能在一个研究小组中阅读了这篇论文。
庞加莱（1854-1912），法国数学家、物理学家，被誉为“最后的全能运动员”
爱因斯坦成名后，是否“鹤立鸡群”，开始独自探索真理之路，直到十年后的1915年提出广义相对论？根据您可能听说过的关于爱因斯坦的传说，爱因斯坦在 1907 年左右提出了广义相对论和革命性的引力概念，当时他突然有了他所谓的“最幸福的想法”。时间和空间。
当然，这个“最幸福的想法”只属于爱因斯坦。但这是否直接导致他提出广义相对论呢？事实上，如果没有许多爱因斯坦同时代人的努力，即使是等效原理也只不过是一个伟大的想法。爱因斯坦的本科老师赫尔曼·闵可夫斯基（ ）痴迷于狭义相对论。他感到惊讶的是，他所教的爱因斯坦也提出了狭义相对论。闵可夫斯基写道：“这对我来说是一个巨大的惊喜，因为爱因斯坦在学生时代一直是一个懒惰的人。他根本不关心数学。”后来，闵可夫斯基使用了狭义的爱因斯坦，在相对论的基础上，发展了空间和时间的概念。通过将空间和时间置于同一数学基础上，闵可夫斯基为广义相对论的数学发展奠定了基础。
德国数学家赫尔曼·闵可夫斯基（ ，1864年6月22日—1909年1月12日）
从概念上讲，爱因斯坦的“最快乐的思想”之前是亨利·庞加莱的一些引人入胜的工作，爱因斯坦可能意识到了这一点。庞加莱意识到，水星的轨道不仅需要地球岁差分点和太阳系其他天体引力影响的修正，而且作为最快的行星，水星相对于光速的速度也不容忽视。 （水星以大约光速的 0.016% 绕太阳运行）。随着狭义相对论的出现，庞加莱意识到水星绕太阳运动的方向会经历时间膨胀和长度收缩。当他将狭义相对论应用于水星轨道时，他发现仅添加这种效应就可以解释所观察到的额外进动的大约 20%。
那么，一定只有爱因斯坦才是第一个构建出将引力与时空新概念结合起来的物理理论的人，对吗？并不真地。
这个物理理论的想法根本不是爱因斯坦的想法，而是他的老朋友和同学马塞尔·格罗斯曼的想法。爱因斯坦提出了等价原理的想法，而格罗斯曼则提出了使用非欧几里得几何作为底层时空结构来描述宇宙的想法。
毕竟，这是格罗斯曼的专长：黎曼几何，其中两条平行线并不总是保持平行，而是可以收敛、相交或发散并进一步分开，具体取决于底层几何。微分几何和张量微积分正是描述爱因斯坦试图描绘的宇宙所需的语言，而格罗斯曼是将它们结合在一起的人。这篇名为《广义相对论和引力理论概要》的论文是将广义相对论确立为引力基础理论的两篇论文中的第一篇，爱因斯坦提供了该理论的“物理部分”，格罗斯曼提供了“数学部分”的理论。
与牛顿关于任意两个物体之间的视线上的瞬时力的描述不同，爱因斯坦将引力视为扭曲的时空结构，单个粒子在弯曲的空间中运动，正如广义相对论所预测的那样。在爱因斯坦的想象中，引力根本不是瞬时的，而是必须以有限的速度传播：引力的速度，与光速相同。
图片来源：LIGO ，T. Pyle，加州理工学院/麻省理工学院
需要指出的是，虽然爱因斯坦的“一半军事奖章”是颁给格罗斯曼的，但格罗斯曼自己的贡献，即使从纯数学的角度来看，也是站在巨人的肩膀上。绝对微积分作为数学领域由埃尔文于 1869 年创立，直到 1900 年才由格雷戈里奥·里奇 ( Ricci) 和图里奥·列维-奇维塔 (Tulio Levi-) 发展起来。 -）结束。 （这些姓氏 - 克里斯托弗 ()、里奇 (Ricci) 和利维-奇维塔 (Levy-) - 对于从事广义相对论研究的人来说仍然很熟悉。）当时有许多数学家在这一领域工作，其中一位就是传奇人物大卫·希尔·阿尔伯特 (David Hill )，他几乎早在爱因斯坦本人提出了描述宇宙引力的方程。
德国数学家大卫·希尔伯特（David ，1862年1月23日—1943年2月14日）被誉为“现代数学之父”之一。
在每一个涉及机械运动的物理理论中，都有一个可定义的量——作用——必须最小化才能确定物体的路径。在牛顿力学中，汉密尔顿的最小作用原理产生了运动方程；在广义相对论的背景下，必须发现新的作用原理。该作用原理是由爱因斯坦和希尔伯特大约在同一时间独立提出的，今天被称为爱因斯坦-希尔伯特作用原理。当这一作用原理正确应用于系统物理学时，就会产生现代爱因斯坦场方程。
一幅爱因斯坦场方程的壁画，描绘了日食周围光线的弯曲：这是 1919 年首次证实的一项关键观测，即广义相对论首次理论化四年后。左侧显示了爱因斯坦张量分解为里奇张量和里奇标量，之后添加了宇宙学常数项。如果不包括这个常数，宇宙的膨胀（或坍缩）将是不可避免的结果。
图片来源：维索茨基/维基共享资源
如上所述，正是因为爱因斯坦有足够的教育背景，他才能够自洽、不矛盾地处理各种问题。正是通过他的朋友和合作者，他接触到了帮助他进步而不是停滞不前的想法。正是他愿意甚至渴望接受他人的意见和专业知识，激励他将这些想法融入到自己的工作中。如果没有他的协作精神，即使是他最好的想法也可能不会成为天才的作品。富有洞察力的想法仅仅是开始；将其培养成成熟的理论是困难的部分。
该动画展示了质量在时空中移动时如何响应，有助于表明时空不仅仅是一块质量织物。相反，整个三维空间本身是由宇宙中物质和能量的存在和属性弯曲的。空间不会在任何地方立即“改变形状”，而是受到重力传播速度（光速）的限制。广义相对论是相对论不变的，量子场论也是如此，这意味着即使不同的观察者对他们的测量结果存在分歧，只要转换正确，他们的所有测量结果都是一致的。
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我曾经将爱因斯坦的理论与许多不太知名的科学家解决类似问题的努力进行比较，并得出结论：即使没有爱因斯坦，这些理论也会出现。正如 20 世纪许多最著名的进步都被不公平地归因于一个人一样：乔治·勒梅特 ( Lemaître) 和霍华德·罗伯逊 ( ) 各自独立于埃德温·哈勃 (Edwin ) 构建了不断膨胀的宇宙；朝永信一郎独立于埃德温·哈勃进行工作；朱利安·施温格和理查德·费曼研究量子电动力学；罗伯特·布劳特和阿列克谢·斯塔罗宾斯基各自发表的论文对我们现在所知的宇宙膨胀做出了贡献。早在艾伦·古斯发表革命性论文之前就提供了重要的见解。
也就是说，没有爱因斯坦，我们就不会有广义相对论，因为尽管他的工作是革命性的，但这并不是一个独特的想法。即便如此，还是有很多人朝着同一个方向思考。需要指出的是，虽然很多被物理折磨的学生喜欢引用爱因斯坦的名言“想象力比知识更重要”来为自己开脱，但事实上他的伟大成就来自于不带偏见，两者皆有。他进步的基础，没有不断的学习和交流，他只是一个“有想法的人”。即使对于爱因斯坦来说，真正的专业知识和努力工作也是将他的想法发展成成熟理论的重要工具。
参考：
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