科学家可以成为创客

科学家是指专门从事科学研究的人士，所有自然科学和社会科学的研究人员，达到了一定的水平，有了一定的造诣，获得了有关部门和行业内的认可，均可以称之为科学家。科学家是理所当然的创客，科学家的首要任务是创新，带领人们深入一步地认识事物的本质和规律，逐步接近事物的真实，探知未知事物，改变前人对于事物本质和规律的错误认识。科学家是社会创新的主力军，是社会进步的先锋队，是广大社会成员创新的榜样和楷模。

爱因斯坦创新“狭义相对论”的故事，说明感悟创新的真谛。

   爱因斯坦创新“狭义相对论”的故事

阿尔伯特·爱因斯坦，美籍德裔犹太人。他创立了代表现代科学的相对论，为核能开发奠定了理论基础，开创了现代科学新纪元，被公认为是自伽利略、牛顿以来最伟大的科学家、物理学家。爱因斯坦是一位伟大的自然科学家，伟大的自然科学创客，被美国《时代周刊》评选为“世纪伟人”。

相对论是20世纪物理学史上最重大的成就之一，它包括狭义相对论和广义相对论两个部分。狭义相对论颠覆了从牛顿以来形成的时空概念，提示了时间与空间的统一性和相对性，建立了新的时空观。狭义相对论最重要的结论是使质量守恒失去了独立性，它和能量守恒原理融合在一起，质量和能量可以互相转化。狭义相对论还有一个质量随运动速度而增加的结论。实验中发现，高速运动的电子的质量比静止的电子的质量大。这个质能转化和守恒原理是利用原子能的理论基础。

几十年来的历史发展证明，狭义相对论大大推动了科学进程，成为现代物理学的基本理论之一。

爱因斯坦是怎样创新狭义相对论的？

爱因斯坦生于1879年，双亲都是德国犹太人。爱因斯坦9岁进入中学学习，15岁时被勒令退学。16岁报考瑞士苏黎世联邦工业大学落榜，遂转瑞士中学学习。17岁考取瑞士联邦工业大学师范系。21岁大学毕业后没有找到工作，只能做些临时教学的事情。23岁任伯尔尼专利局的技术审查员。26岁完成论文《论动体的电动力学》，独立而完整地提出狭义相对性原理，开创物理学的新纪元。

爱因斯坦生长在物理学急剧变革的时期。由伽利略和牛顿建立的古典物理学理论体系，经历了将近200年的发展，到19世纪中叶，由于能量守恒和转化定律的发现，热力学和统计物理学的建立，特别是由于法拉第和麦克斯韦在电磁学上的发现，取得了辉煌的成就。在那些年代，几乎所有的物理学家都把古典力学看作是全部物理学，乃至所有其他自然科学的牢固的和最终的基础，因而主宰一切。随着科学的发展，接踵而来的却是一系列古典物理学无法解释的新现象：以太漂移实验、元素的放射性、电子运动、黑体辐射、光电效应等等。在新形势面前，物理学家要对新现象做出解释，要么站在古典物理学理论体系的对立面，与之挑战；要么在旧理论框架内部进行修补来缓解矛盾。爱因斯坦加入了对古典物理学理论体系的挑战行列，他要以自己对世界的了解，自己对世界的认识，做出自己对世界的解释。但是，有两座大山横亘在他的面前，或者说横亘在所有要挑战古典物理学理论体系的人们面前，只有爬过这两座大山，才有可能创建新的理论。两座大山，一座是高大巍峨的科学巨人牛顿，他在《自然哲学的数学原理》中说，时间是绝对的，空间是绝对的，运动是绝对的。这“三个绝对”高耸入云，无人敢于逾越。一座是虚幻缥缈的“以太”理论。那时的的物理学家，认为它是一种假想光波传播的媒介，它充满了包括真空在内的全部空间，并能渗透到物质中。空间被“以太”这种媒介物质所充满。“以太”虽然不能为人的感官所感觉，但却能传递力的作用，如磁力和月球对潮汐的作用力。

爱因斯坦最早感兴趣正是这个神秘的“以太”。16岁，他在瑞士上中学时就曾产生过一个奇异想法。他从书本上了解到光是以很快速度前进的电磁波，他想如果一个人以光的速度运动，他将看到一幅什么样的景象呢？他将看不到前进的光，只能看到在空间里振荡着却停滞不前的电磁场。这种事可能发生吗？爱因斯坦非常想探讨与光波有关的所谓“以太”问题。也是在瑞士中学时，l 6岁的爱因斯坦写了第一篇物理学研究论文《关于磁场的“以太”状态的研究》，题目颇有点惊人，但内容却有点幼稚。这是相对论创立者独立迈出的探索第一步。在上大学期间，教授在讲课，他却在想自己的事情。这个“以太”，来无影，去无踪，怎样才能证明它确实存在呢?“以太”没有重量，无所不在，渺茫太空就是“以太”的海洋，地球像一只小船，在“以太”的海洋里缓缓航行。要是有一个仪器，能测量地球在“以太”海洋里的航行速度，不就证明了“以太”的存在吗？他甚至成天泡在物理实验室里，设计出一个测量地球在“以太”中运行速度的仪器。他把设计图拿给教授看，得到的是带有嘲笑的否定。

此时，电磁学得到了蓬勃发展，形成了成熟的电磁现象的动力学理论——电动力学，并从理论与实践上证明光就是一定频率范围内的电磁波，统一了光的波动理论与电磁理论。“以太”不仅是光波的载体，也成了电磁场的载体。直到19世纪末，人们企图寻找“以太”，然而从未在实验中发现“以太”，相反，迈克耳逊莫雷实验却发现“以太”不可能存在。爱因斯坦认真研究了麦克斯韦电磁理论，坚信电磁理论是完全正确的，但是有一个问题使他不安，这就是绝对参照系“以太”的存在。他阅读了许多著作发现，所有人试图证明“以太”存在的试验都是失败的。经过研究爱因斯坦发现，除了作为绝对参照系和电磁场的荷载物外，“以太”在洛伦兹理论中已经没有实际意义。于是他想到：“以太”绝对参照系是必要的吗？电磁场一定要有荷载物吗？这时他开始怀疑“以太”存在的必要。

爱因斯坦20岁那年，他还在大学学习。一天，他从朋友贝索那里得到一本书《发展中的力学》，作者马赫批判了牛顿的绝对时空观，对他触动很大。时间是绝对的，空间也是绝对的。绝对的意思就是和一切事物都没有关系。既然空间、时间和任何事物都没有关系，你又怎么知道空间和时间存在呢? 要把绝对空间和绝对时间从先验的神山上拉下来，用我们的经验来检验它们。由马赫发起的对旧物理学的冲击波直接影响到爱因斯坦物理学新思想形成。

在爱因斯坦漫长的求职路上，依然没有放弃对理论的思索和探讨。后来，爱因斯坦有了稳定工作后，他和朋友索洛文和哈比希特经常在一起讨论学术问题，三个追求真理、献身科学的年轻人幽默地给他们这个自发组成的科学研究团体命名为“奥林匹亚科学院”，他们尊称爱因斯坦为“院长”。后来又有温特勒、贝索、沙凡等加入这种发散式的学术讨论。1905年5月的一天，爱因斯坦与朋友贝索讨论这个已探索了十年的问题，贝索按照马赫主义的观点阐述了自己的看法，两人讨论了很久。突然，爱因斯坦领悟到了什么，回到家经过反复思考，终于想明白了问题。

物质守恒定律和能量守恒定律，不是互不相关的。物质的质量是惯性的量度，能量是运动的量度；能量与质量并不是彼此孤立的，而是互相联系的，不可分割的。物体质量的改变，会使能量发生相应的改变；而物体能量的改变，也会使质量发生相应的改变。当一个物体的运动速度接近于光速时，物体的质量将增加，时钟会变慢，尺子会变短。运动的钟比静止的钟走得慢，而且，运动速度越快，钟走的越慢，接近光速时，钟就几乎停止了。在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，这就是所谓的尺缩效应，当速度接近光速时，尺子缩成一个点。空间和时间随物质运动而变化，质量随运动而变化，质量和能量的相互转化。爱因斯坦定律的数学公式是举世闻名的：E＝mc2。它表明能量(E)的转换与相应的质量(m)的转换分不开；而光速(c)的平方是比例系数，表示质量可以转换为能量。

第二天，他又来到贝索家，说：谢谢你，我的问题解决了。原来爱因斯坦想清楚了一件事：时间没有绝对的定义，时间与光信号的速度有一种不可分割的联系。他找到了开锁的钥匙，经过五个星期的努力工作，爱因斯坦完成了论文《论动体的电动力学》。这篇具有划时代意义的论文把力学和电动力学相互协调，变革了传统的时间和空间概念，把质量守恒定律和能量守恒定律联结起来，创建了狭义相对论。

爱因斯坦创新“狭义相对论”案例给我们的启示：

1、创新就是表述自己对世界的认知和见解

爱因斯坦是对创新本质认识最深刻的人。世界是千变万化的，世界是千姿百态的，世界是万紫千红，世界在人们的眼中，应该是千人千面、万人万样，一千个人会看出一千张面孔，一万个人会说出一万个样子。创新，就是要用你的眼睛看世界，用你的脑袋认识世界，用你的嘴巴解释世界。处在古典物理学遭到质疑，对新的科学现象无法做出合理解释的时候，许多人都会有自己的想法、看法。年仅26岁，大学毕业刚刚5年的爱因斯坦，在对事物进行了长达10年的思考和探索后，终于对事物的“本质和规律”有了深入一步、新的认识和把握，他勇敢地把自己的看法，自己的想法，自己的说法通过论文表述了出来，完成了“狭义相对论”的创新。有的论著把爱因斯坦的成功归纳为怀疑一切。这是不准确的。不要说怀疑一切，一个疑心很重的人都会活得很累。爱因斯坦对“以太”理论起初并没有怀疑，反而想证明它的存在。只是在事实面前，经过真伪辨析，最后才予以否定的。案例告诉我们，不要管权威是怎么说的，不要管别人是怎么做的，勇敢地表述自己对世界的认知和见解，这才是最可贵的创新精神，这才是创客应有的素质：用自己的眼睛看世界，用自己的头脑认识世界，用自己的嘴巴解释世界。

2、知识是创新所必须有的原料

知识是创新的基础，是进行创新所必须有的原料。“知识是原料”的观点强调，知识犹如汽油、煤炭、矿石等原料，是发动机、锅炉、炼钢炉所必须有的，是不可或缺的要素。但是，只有原料，没有发动机、锅炉、炼钢炉，那是永远不会出产品的，不会有成果的。人们往往强调原料的重要，而忽视了加工设备。爱因斯坦不仅有必须的创新原料，而且有一台高效的创新加工设备。当年，他既没有高学历也没有高学位，只是一名普通的大学生，工作也只有三年时间，却创新了“狭义相对论”。打个比喻，如果把博士比作97﹟汽油，硕士则是93﹟汽油，大学毕业就是90﹟汽油。按常规来说，97﹟汽油一定比90﹟汽油热值高，驱动力大。但是由于发动机不同，低标号的汽油同样会发出高热值，有高大的驱动力。爱因斯坦是90﹟汽油，但他有一台高效的发动机，他勤于自学，勤于思考，前后花费10年的时间终于认识了事物的“本质和规律”，取得了超过任何人的创新业绩。故事告诉我们，不要怕你的原料少，只要你有一台高效的发动机，就一定会获得创新的成功。反过来说，你有很多很多的原料，而唯独缺少合格的加工设备，那么，你只能算是一座加油站，一座煤厂，一座矿石场，不会有更好的产品，而且堆积不用的原料还会贬值的。

3、创新是可以触类旁通的

爱因斯坦的科学贡献都是开创性的和划时代的，而且数量惊人。他的创新成果除狭义相对论外，还有布朗运动理论、光量子理论、质能关系式、广义相对论、固体比热的量子理论、受激辐射理论、玻色-爱因斯坦统计、宇宙学等。其中，爱因斯坦提出的光子假设，成功解释了光电效应，因此获得1921年诺贝尔物理奖。特别值得重视的是1905年，时年26岁的爱因斯坦在3月至9月这7个月内，竟然在物理学的3个领域中完成了狭义相对论、提出光量子论、测定分子大小方法、推出质量与能量相当性的4项历史性的创新，这一年完成了6篇论文，都发表在当时国际物理学界最有声望的刊物《物理学杂志》上。如何解释这奇迹般的辉煌业绩，有人归结为爱因斯坦的天才，其实是正确的创新方法在起作用。首先，爱因斯坦深切地感悟到创新的真谛，真正找到了创新的大门，紧紧抓住事物的“本质和规律”，大胆地表述自己对事物的认知和见解。世界是统一的，事物与事物之间是有联系的，特别在事物本质的探索中，往往会涉及多个事物，这些事物之间存在触类旁通的关系，认知此事物时也会认知了彼事物。其次，爱因斯坦运用的“探索性演绎法”，效率高，效果好。故事告诉我们，重要的是感悟创新的真谛，重要的是摸到创新的大门，运用正确的方法“抓本质，找规律”，用自己的眼睛了解事物，用自己的脑袋认认识事物，用自己的嘴巴揭示事物，创新是会成功的。