§5．1 好奇心、爱读书、爱思考（童年和少年时期）
一、神圣的好奇心
爱因斯坦于1879年3月14日出生在德国南部乌尔姆镇的一个并不富裕、但过着小康生活的犹太人家庭，一年后搬到慕尼黑这座欧洲的艺术和文化中心城市。父亲赫尔曼聪明、智慧、友善，但由于经济条件限制，他仅念完高中未能到大学深造，成为一个商人。母亲是一位商人的女儿，受过良好的家庭教育，她祥和、贤淑，喜欢弹钢琴。爱因斯坦讲“自己对音乐的热情则遗传自母亲”。比其父小3岁的叔叔雅可布有幸接受了高等教育，成为一名工程师，他对爱因斯坦的成长起着重要作用。爱因斯坦确实不是一个神童，童年时的智力和发育都比常人慢，甚至表达也有困难。但良好的家庭教育和知识的熏陶，使他的智力获得了较好发展，1884年10月（5岁半）时他就进入小学读二年级。大学毕业的叔叔雅可布很长一段时间与他们住在一起，他对科学，尤其是对数学的热爱对小爱因斯坦的影响很大。正是从叔叔那儿，他得到了最初的数学启蒙，使他少年时期对数学特别钟爱。爱因斯坦自小喜欢自学，读他喜欢的书籍，喜欢观察周围世界，喜欢对所经历的各种“惊奇”进行深思，去寻找“谜底”。正如在他年老时所写的回忆录《爱因斯坦自述》（简称《自述》）中所讲，在他相当早熟的少年时代经常思考的问题是：“在我们之外有一个巨大的世界，它离开我们人类而独立存在，它在我们面前就像一个伟大而永恒的谜，然而至少部分地是我们观察和思维所能及的。对这个世界的凝视深思，就像得到解放一样吸引着我们，而且我不久就注意到，许多我所尊敬和钦佩的人，在专心从事这项事业中，找到了内心的自由和安宁。在向我们提供的一切可能范围里，从思想上掌握这个在个人以外的世界，总是作为一个最高目标而有意无意地浮现在我的心目中。”（［1］，p2）可见少年的爱因斯坦像他所尊敬的前辈一样，已在脑海中初步树立了一个最高目标，那就是要了解和认识世界，投身到寻求科学真理、解开世界之谜的伟大事业中去。
知识是一种快乐，而好奇则是知识的萌芽。
英国哲学家、思想家弗兰西斯·培根（1561—1626）（［11］，p80）
心语 求知离不开“好奇”，不要让“好奇”的火花在你的心中熄灭，正是这种持久不熄的火焰，给了我们获取知识的热情和动力。
图5－1 爱因斯坦和他的妹妹
爱因斯坦在《自述》中特别强调了有两件使他感到“惊奇”的事，对他思维发展有重大影响。其中第一件是在他四岁左右时，父亲给他的一个小小指南针（罗盘）不受任何人“指挥”，总是自动地指向南北，这使幼小的爱因斯坦十分惊讶和好奇。正是这种好奇心引导他去思考，不停地向他父亲刨根究底、追问原因，常常令父亲难以招架。在他看来“一定有什么东西深深地隐藏在事物后面。”
第二件使他惊奇的事是在12岁时的中学阶段，他的叔叔给了他一本关于欧几里德平面几何的小书。爱因斯坦认为，正是阅读了这本书，使他“经历了另一种性质完全不同的惊奇”。他说：“这本书里有许多断言，比如，三角形的3条高交于一点，它们本身虽然并不是显而易见的，但是可以很可靠地加以证明，以至于任何怀疑似乎都不可能。这种明晰性和可靠性给我们造成了一种难以形容的印象。”（［1］，p4）他把这本书称为“神圣的几何学小书。”这本书使他着了迷，忘了玩，开始研究其中一些使他惊讶的定理。他不满足于书上的证明，他会试着自己去证明它们。例如：他经过艰苦努力，根据三角形的相似性，用一种新方法成功地证明了毕达哥拉斯定理（即勾股弦定理）。他的努力，深得他叔叔的赞赏。
爱因斯坦的这种对周围事物的好奇心，正是他科学创造的出发点和推动力。爱因斯坦认为：“重要的是不停地追问。好奇心有它自己存在的理由。一个人当他惊奇地看到永恒之谜、生命之谜、实在的奇妙结构之谜时，他不能不从心底感到敬畏。如果人们能够每天设法理解这个秘密的一点点，那就足够了。永远不要失去神圣的好奇心。”（［2］，p176）
二、书本打开科学之窗
1888年夏季9岁半的爱因斯坦学完了小学课程，考上了在慕尼黑很有名气的一所名叫卢伊特波尔德的高级文法中学。但从爱因斯坦的回忆中，可以知晓他并不喜欢德国学校，也包括这所中学。因为学校像军营，老师像军官，强调服从，不准学生发表不同看法，学生的学习动力被窒息。他的学习成绩还很不错，其中数学成绩也总是高分，不像有些传言所说爱因斯坦成绩很差。（［3］，p9）
在中学期间，除了这本对他一生产生重大影响的“神圣的几何学小书”外，他还非常幸运地得到一位医科大学的波兰籍学生塔穆德的热情帮助，从塔穆德那里同样得到一些对他走上科学道路有很大影响的科学读物。塔穆德也是一位犹太人，家庭十分贫困，同是犹太人的赫尔曼每周会让他在自己家里吃一顿免费午餐。塔穆德很喜欢比自己小11岁的聪明好学的爱因斯坦，经常借给他一些著名的科学读物，其中有比希纳的《物质与力》、洪堡的《宇宙》、伯恩斯坦（A．Bernstein）的多卷本《自然科学通俗读本》和有关《微积分》的书籍。并且塔穆德经常与他一起讨论其中的数学和物理问题，对爱因斯坦的影响和帮助很大，甚至比学校中只注重知识灌输的老师更为重要。阅读、讨论和思考，使爱因斯坦的数学和物理水平提高很快，不久就赶上了塔穆德的水平，并且使爱因斯坦的科学兴趣更加广泛，他不只对数学，对其他自然科学，尤其是物理的兴趣越来越浓。正如他在回忆时所讲：“在12岁至16岁的时候，我熟悉了基础数学，包括微积分原理。这时，我幸运地接触到一些书，它们在逻辑严密性方面并不太严格，但是能够简单明了地突出基本思想。总的说来，这个学习确实是令人神往的，……我还幸运地从一部卓越的通俗读物中知道了整个自然科学领域的主要成果和方法，这部著作（伯恩斯坦的《自然科学通俗读本》是一部多卷本的著作）几乎完全局限于定性的叙述，这是一部我聚精会神阅读了的著作。当我17岁那年作为学数学和物理学的学生进入苏黎世工业大学时，我已经学过一些理论物理学了。”（［1］，p10）
图5－2 少年爱因斯坦
在爱因斯坦13岁时，塔穆德还推荐他看了德国著名哲学家康德（I．Kant，1724—1804）的《纯粹理性批判》。原以为他对这本难懂的书不一定有兴趣，结果是爱因斯坦并没有感到康德的书难于理解。
正当爱因斯坦在智力和思想上越来越成熟时，父亲与叔叔合营的电子技术工厂由于经营不善而关闭，家庭经济发生很大的变化，全家于1894年夏季从德国的慕尼黑搬到意大利的米兰。为了完成高中学业，爱因斯坦一人留在慕尼黑，由亲戚照顾。可是由于爱因斯坦极其厌恶德国中学的那种军事化管理、那种枯燥无味的注入式教学，他认为这是对学生心中“神圣好奇心”的一种扼杀，所以于1894年12月爱因斯坦擅自做主办了退学手续，回到米兰的家中，这让其父母大吃一惊，并为其前途而担忧。
早有思想准备的爱因斯坦，拿出一张在他离开学校时请数学老师为他所写的证明，证明他的数学水平已达到中学毕业考试的水平，足够进入高等学校继续学习相关的课程。同时，他还告诉父母，他打算再通过一阶段自学，报考欧洲一所很有声誉的大学——瑞士苏黎世联邦技术大学。他的自信和能力使他父母逐渐放下心来。
在自学阶段，他买了一套《物理学》教程，通过刻苦学习、思考和研究，在1895年夏天他撰写了生平第一篇论文“关于磁场中以太状态的研究”[1]寄给了他在比利时的舅舅。虽然这篇文章并未投稿发表，但这表明他对物理的兴趣越来越浓，他已开始思考与光的传播有关的问题，物理学研究的大门正在他面前打开。
三、理想实验带来科学灵感
16周岁的爱因斯坦于1895年秋天，经人推荐破格允许参加联邦技术大学的入学考试（参加高等学校入学考试的学生一般要年满18周岁）。但是考试没有通过，爱因斯坦的科学专业知识（数学、物理、化学等）考得不错，但是其他知识（文学史、政治史等文科）的考试成绩不好。具有自知之明的爱因斯坦醒悟到自己的基础教育确实不全面，考试失败完全合理，所以他听从联邦技术大学校长赫尔措格教授的劝告，去离苏黎世50千米以外的阿劳镇的一所瑞士有名的州立中学修完高中课程。在阿劳他寄宿在这所学校教历史学的温特勒教授家中，温特勒不仅在学习上亲切关怀，而且温特勒的赞赏自由和民主、反对德国扩张主义等政治观点对爱因斯坦也有很大影响。温特勒本人深得爱因斯坦的尊敬和爱戴，在他给妹妹的信中称温特勒为“爸爸温特勒”。
另外，阿劳中学自由、民主的良好办学风气，使他在学校里学习快乐、如鱼得水。在德国学校中他所表现出的孤独、不合群的性格在阿劳中学的环境中也有了改变，他在同学面前变得活泼、幽默，也喜欢与别人讨论。周日他会和温特勒一家出去散步，一路上与温特勒谈论哲学或是发表他在物理方面的种种想法。在老年，爱因斯坦回忆起阿劳中学的一年生活：“这个学校给我留下了难忘的印象，学校崇尚自由精神，教师们淳朴热情，不会为外界权威而动摇。而德国的中学则不同，那里一直受权威指导，没有自己的个性。”（［4］p10）正是在阿劳中学，他还进一步了解到，自己真正的爱好和专长并不是在慕尼黑所一直钟爱的数学，开始转向物理学。
在阿劳中学，他可以有时间自由地思考在物理学领域中能导致深邃知识、抓住问题本质的一些东西，抛开次要的东西不管。“追光实验”就是这样一种问题，正是对这个问题的思考，关系到10年后轰动世界的狭义相对论的建立。
在当时爱因斯坦已经从科普读物中知道了光是以高速（c＝30万千米／秒）前进的电磁波，于是他应用伽利略所开创的“理想实验”的科学研究方法（参见本书§1．2）。他提出了一个理想的实验，即“追光实验”。人们绝对追不上光，但可以假想如果我们追上了，那会出现一种什么样的场景呢？正如爱因斯坦在《自述》中所讲：“在阿劳这一年中，我想到这样一个问题，倘使一个人以光速跟着光波跑，那么他就处在一个不随时间而改变的波场之中。但看来不会有这种事情！这是同狭义相对论有关的第一个朴素的理想实验。”（［1］，p16）在本书§3．3中，我们已经知道，电磁波实际是交变电磁场从振源以光速c向外的传播。从牛顿力学来看，若人与光波一起运动的话，则看到的光波就是静止的，不再以c的速度运动，即没有了电场与磁场的相互交变，是一个不随时间改变的波场。这相当于当你乘坐的列车与另一列相邻的列车以同样速度运动时，你看到对方列车中的人静止不动一样。但爱因斯坦认为，“无论是依据经验，还是按照麦克斯韦方程，看来都不会有这样的事情。”（［9］，p24）这个以光速运动的人看到的仍是以光速c运动的光波，而不是相对静止的波。也就是说，对不同惯性参考系中的观察者，光速c保持不变。这一科学思想在10年后爱因斯坦创建狭义相对论的过程中起了关键性作用。