1905年是科學史上較為特殊的一年，當時默默無聞的愛因斯坦發表的5篇論文徹底改變了傳統的物理學，也為造福後世的諸多技術奠定了基礎。百年之後，聯合國通過大會決議將2005年定為國際物理年，以紀念這個“奇蹟之年”。這一年也恰逢愛因斯坦逝世50周年。
基本介紹
- 中文名：國際物理年
- 目的：紀念愛因斯坦
- 時間：2005
- 決議：宣告2005年為國際物理年
發展歷程,相關論文,物理學危機,相關行動,相關決議,標識含義,
發展歷程
2005年1月13日，在巴黎召開的國際物理年發起會議上，國際物理年在全球正式啟動。緊接著，1月19日，德國總理施洛德也宣布本國的“愛因斯坦年”(德、英等國把國際物理年直接命名為“愛因斯坦年”)開始。施洛德稱讚愛因斯坦“用他的思想給科學帶來了徹底變革，並改變了世界”。
中國物理學會常務理事、中國科學院物理研究所研究員聶玉昕說：“把2005年作為國際物理年有三個意義，紀念愛因斯坦，為物理學吸引人才，以及喚起社會對物理學的關注。”
“國際物理年”最初被稱為“世界物理年”。這個想法的提出可以追溯到歐洲物理學會2000年12月於柏林召開的第3屆世界物理學會大會。在這之後兩年中，歐洲物理學會開始尋求國際組織的支持，積極促成世界物理年活動。
2002年，這一倡議得到國際純粹與套用物理聯合會(IUPAP)第24次全體大會的一致通過；在2003年召開的聯合國教科文組織(UNESCO)全體會議第32次會議上，表決通過了支持2005年為世界物理年的決議。
2004年5月17日，法國、巴西、英國、賴索托、摩納哥和葡萄牙向聯合國大會遞交聯名信，要求有191個成員的聯大會議討論世界物理年一事。信中說：“2005年是愛因斯坦一系列偉大科學發現100周年，這些科學發現影響了整個當代物理學。這為世界提供了一次機會，在21世紀慶祝物理學上最偉大的一位思想家。”簽名國說世界物理年將提高“世界對物理學的了解”。2004年6月10日，聯合國大會召開第58次會議，會議鼓掌通過了把2005年定為物理年的決定，並把正式名稱定為“國際物理年”。
愛因斯坦狂飆
也許有人不喜歡把“狂飆”一詞用於科學領域，因為感情色彩過於濃重。然而，愛因斯坦在1905年完成的工作，任何對科學稍有興趣的人聽後都會熱血沸騰。用國際物理年的形式紀念愛因斯坦，大概也是眾望所歸。
“1905年愛因斯坦發表了5篇論文，所覆蓋的3個領域分別是光電效應、布朗運動和狹義相對論。雖然這些文章主題不同，但都是各自領域的奠基之作。”英國《自然》雜誌在1月20日發表的紀念文章中說。
在一個世紀前，有少數“烏雲”籠罩著物理學界。美國的兩位科學家完成了光的干涉試驗，結果與當時的物理學理論相悖。在巴黎，似乎有無盡能量的礦物令科學家們困惑不已。與此同時，天文學家和地質學家則因為太陽能不能永遠發光而爭論不休。然而，德國《物理學年年鑑》刊登了一系列論文，以不到70頁的篇幅解答了這些謎，同時顛覆了人類幾個世紀以來關於自然的公認理論。論文的作者是一位名不見經傳的年輕人——26歲的愛因斯坦。
“愛因斯坦是相對論的奠基人，也是量子理論的少數幾位奠基人之一，是有史以來對自然科學貢獻最大的人之一。”聶玉昕說。
1879年，愛因斯坦出生在德國烏爾姆一個中產階級家庭。5歲時，父親給了他一個指南針，指針在磁力的無形作用下轉動的情景讓他驚訝。像牛頓看到掉落的蘋果一樣，愛因斯坦產生了一種奇怪的感覺，認為自己看到的現象具有深遠意義。由於不認同權威，愛因斯坦一度被人認為注定一事無成，大學畢業後無法進入學術機構，只在伯爾尼專利局找到一份臨時工作。但在那裡，愛因斯坦被正規教育扼殺的科學激情終於重新迸發出來。僅就愛因斯坦在1905年6月和9月發表的兩篇有關狹義相對論的論文而論，就具有改變歷史進程的深遠意義，它們提出了關於時間和空間的全新概念。
中國科學院院士何祚庥說：“狹義相對論深化了牛頓所奠定的牛頓力學，深化了牛頓所提出的時空觀，從而影響到當代物理學的各個領域。人們公允地認為這是物理學領域裡的大突破，亦即由巨觀低速運動領域進入到巨觀高速領域的突破。這一突破的重要後果之一，是愛因斯坦首先發現了質量能量等價的公式，E=mc2，並為人類利用原子能指出了方向。”
相關論文
光.光電效應.雷射無限
愛因斯坦1905年6月發表的第一篇論文《關於光的產生和轉化的一個啟發性觀點》，解釋了光的本質，這使他在1921年榮獲了諾貝爾物理學獎。在論文中，愛因斯坦將量子概念套用於解釋光電效應：當一塊帶靜電的金屬受到光線照射時會釋放電子。他認為光束是由粒子(後來被稱作光子)組成，從而與光只有波動屬性的主流觀念相矛盾。這篇論文為構成量子力學基石的光的波粒二重性獲得廣泛接受鋪平了道路。光電效應後來成為眾多技術的基礎。
愛因斯坦對光的研究一直影響著現代光學的發展，僅以雷射技術為例。1917年，愛因斯坦在論文《論輻射的量子性》中，繼續探索著光和物質的問題。他認識到如果原子吸收了光，它們可以變為激發態，也就是說跳到更高的能級，它們自然發光返回到較低能級。除了吸收和自發輻射之外，愛因斯坦推斷出一定存在第三種作用，那就是光子可以誘導受激原子發出另外一個光子，這兩個光子可以激發另外兩個原子放出光子，於是產生了四個光子，四個光子又可以產生八個，依此類推。
這種產生相干光束的把戲，會建立“粒子數反轉”，即受激原子多於未受激原子，從而找到使光子發射聚集成強光束的方法。這一構想直到1954年才得以實現，哥倫比亞大學的H.Townes和他的同事們從“愛因斯坦的超前理論”得到啟示，發明了雷射的前身微波激射器“maser”。
原子.懸浮小粒子.現代統計力學
愛因斯坦1905年7月發表的論文《關於熱的分子運動論所要求的靜止液體中懸浮小粒子的運動》，被認為是第二篇“對世界產生革命性影響”的論文。在論文中，愛因斯坦為“特定大小原子的存在”提供了證明。
在19世紀至20世紀初，原子是否存在是有爭議的。愛因斯坦在這篇論文中，創立了支配“布朗運動”的數學定律，推進了“布朗運動”和原子存在的觀點。他預測了給定體積的液體中分子的數量和質量，以及這些分子如何快速運動。這種飄忽不定的運動被稱作“布朗運動”，以羅伯特.布朗在19世紀初對水中花粉粒不規則的“之”字型運動的觀察而命名。愛因斯坦認為，水分子的運動足夠劇烈，從而能夠推動懸浮的顆粒，使得顆粒的飄舞在顯微鏡下能夠觀察得到。該文是對現代統計力學的一項重大貢獻，其導出的方法可用於模擬空氣污染物的行為或股票市場漲落走勢。2003年，利用類似於製造微晶片的技術，美國普林斯頓大學的C.Sturm及其合作者製造了布朗棘輪，它看上去有點像大拇指甲大小的彈球盤機。在幾次測試中，Sturm進行了分離實驗，他將水和兩種不同病毒的DNA混合物通過棘輪，結果很可靠地把較重的病毒基因組與較輕的分離開來。利用這一愛因斯坦式的技術，能夠節省分離大DNA片段所需用的時間，較之當前所用的方法，可省時2/3，而且更廉價且設備更便攜。
相對論.時間空間概念.質量能量轉換
愛因斯坦在1905年9月和11月發表的兩篇論文《論動體的電動力學》和《物體的慣性是否決定其內能》，被簡述為“狹義相對論”，被認為是最具有劃時代意義的理論革命。在《論動體的電動力學》中，愛因斯坦提出的一種理解時空關係的新方式；在《物體的慣性是否決定其內能》上，愛因斯坦論述了建立在狹義相對論基礎上，質量和能量是可以互換的。
相對性原理的出現要早於愛因斯坦數百年。1632年伽利略就提出：無論觀察者的運動狀態如何，只要其運動速度不變，所有物理定律都相同。在一艘勻速運動輪船的甲板上觀察，石塊從桅桿上垂直落下；從靜止輪船的甲板上看到的將是同樣的情況。對於牛頓在17世紀中期提出的力學定律而言，該相對性原理也成立。但是隨著19世紀後期電磁學的出現，這種一致性被打亂了。
愛因斯坦著手處理的是電磁學與物理學其他領域的不調和。作為一位具有深刻審美意識的科學家，他無法容忍相對性原理不能像解釋牛頓力學一樣去解釋電磁學。1905年的這篇關於狹義相對論的文章，通過將相對性原理套用於電磁學，他重新肯定了該原理適合於所有物理學，並且確認光速為一個常數。在解決了相對性悖論的同時，文章還提出一個與人們常規直覺相違背的新的相對性原理，即無論觀察者是坐在前廊的搖椅上，還是乘坐以接近光速飛升的未來太空船上，光速對他都保持不變。光速不變原理徹底摧毀了我們的絕對時空觀。速度等於距離除以時間。他們的體重將比飛船起飛前增加了。
愛因斯坦奇蹟年的第5篇論文作為狹義相對論的補遺，他在文中描述道：“物體質量是其內能的一個尺度”。愛因斯坦於1907年將內能概念重新表述為有史以來最著名的科學方程。方程E=mc2同樣適用於動能。相對於搖椅中觀察者，太空船的速度越快，則其動能和質量也越大，從而使得它越來越難以加速。當飛船速度接近光速時，提升飛行速度所需要能量增量太過巨大，以至於繼續加速越來越費勁，這也是為什麼超光速火箭飛船隻可能出現在科幻小說中的原因之一。
1905年之後，最佳成就才真正出現。作為一項知識成果，愛因斯坦1916年又發表了廣義相對論。從證明原子的存在、推出E=mc2公式到核子彈爆炸，愛因斯坦的理論與現實很近很近。1939年8月，愛因斯坦曾致函羅斯福總統，建議美國開展對原子核的研究，擔憂德國法西斯可能製造核子彈。隨之美國有了研製核子彈的“曼哈頓計畫”。但是，愛因斯坦並未參與其中。他的理論被廣泛套用各個領域。
物理學危機
20世紀是物理學的世紀。沒有20世紀的現代物理學，就沒有今日的許多高科技產品，就沒有今日的物質與精神文明，就沒有今日的現代社會。然而，從20世紀後期以來，物理學的地位開始下降。2005國際物理年，負有幫助物理學在21世紀重振雄風的重任。
《自然》雜誌在1月20日的社論中指出，愛因斯坦已經逝去，如果2005國際物理年僅僅是再一次宣傳愛因斯坦百年前的成就，而不是直面物理學眼前的危機，那么國際物理年就失去了意義。聶玉昕認為，現在物理學面臨的最嚴重的危機是社會重視度下降，後繼人才不足，還有就是學術的浮躁。
“學好數理化，走遍天下全不怕。”曾經，這句話在中國路人皆知。但近年來，隨著電子、生物和經濟等新興學科對年輕學子的吸引力日漸增強，學習物理的學生數量和素質均有下降趨勢。這種情況在世界各國具有普遍性，國外媒體的有關描述可謂一針見血。
法新社報導在巴黎舉行的物理年啟動儀式時說：“主宰上世紀發展的科學界，正在緩慢而又令人痛苦地衰落，有青黃不接的危機。環顧整個歐洲和北美洲，還有亞洲部分地區，在中學及大學選修物理課的學生人數都減少了。這造成在實驗室埋頭苦幹的科研人員出現老化趨勢，而且主要由男性當家。”
學術浮躁是危害包括物理學在內自然科學發展的另一個問題。國際物理年也許是一次機會，讓政治家和科學家反思如何發展物理學以及其他門類的科學。
聶玉昕說：“把論文數量和研究人員個人利益掛鈎的做法是損害科學發展的，容易造成科學家的急躁情緒。衡量一個科學家的成績，不能僅靠論文數量。學術浮躁是一個世界現象。”
需要注意的是，學術浮躁與整個社會環境分不開，特別是媒體的不當宣傳。對此，三思科學網站站長碧聲說：“在競相爭奪讀者注意力的時代，媒體往往會刊登名不符實的‘重大成就’、子虛烏有的‘神秘現象’、聳人聽聞的‘技術危險’，而事實是，嚴肅的科學研究難得與驚人事物有緣。”
第二個愛因斯坦？
21世紀，完全有可能出現第二個愛因斯坦，但前提是需要讓社會、特別是青少年能夠分享物理學家的心得。這一點，是物理年中需要科學家們關注的。
台灣地區的物理學會在慶祝國際物理年的文章中說：“全世界的物理學家需要更加積極地與政治家及一般大眾分享他們在物理上的見識及信念。”
目前，物理正向著巨觀和微觀兩個研究方向不斷深入。在巨觀領域，宇宙和人類的未來密切相關，但人類仍不能回答關於宇宙學的一些基本問題，如暗物質、暗能量的來源、組成和性質。在微觀上，人類對物質組成的認知還需要更為深入。同時，社會還要求物理學發揮“用”的功能，研究繁雜系統，讓物理學為能源、材料、信息和環境問題提出解決方案。物理學與其他學科的交叉和滲透越來越顯得重要。
在以上發展方向中，物理學的“用”是最容易為物理學家們在宣傳中忽視的。《自然》雜誌在社論中指出，科學家應該在物理年和以後的時間讓社會了解，“在下一次(物理學理論)革命前，物理學的主要成就將出現在工程領域。正在從事這方面工作的物理學家如果保持沉默，是可恥的……物理學不僅是要了解我們的宇宙，而且也致力於製造有用、有時也是激動人心的事物。”
物理學的“用”不言而喻。中國23位兩彈元勛中，至少有13位出身於物理學界。學習物理，不一定做研究，也可以做老師，轉投其他行業。聶玉昕說：“人人都應該學些物理。物理學思想方法的訓練對人有很大好處。”
相關行動
物理年，物理學界開始行動。中國科協青少年工作部提供的一份新聞發言稿中，工作部長牛靈江說，今年美國當地時間4月18日，光信號將從愛因斯坦工作過的美國普林斯頓發出，通過大洋光纜在24小時內週遊地球。這個活動被命名為“物理照耀世界”。
按目前計畫，由美國傳來的光信號首先在上海登入，然後中國每個省、市、自治區都會依次行動起來。在台北時間4月19日晚7時，每個地區都會組織青年學生，讓他們每隔幾十米站一人，組成綿延數公里的人鏈，然後光信號從人鏈的一端開始，通過學生的手電筒、雷射教鞭或其他發光物，一個人接一個人傳下去。當一個地區完成光的接力後，最後一人就會通過電子郵件、電話、手機等，向下一地區發去信息和圖片，通知他們繼續接力。最終，傳入我國的光信號將分別向俄羅斯和印度方向傳去。
物理學界希望通過類似活動，呼喚社會對物理的關注，增加青少年對物理的興趣。2005國際物理年的標識，正反映了科學家們的這種心情。標識是由四種顏色組成的光錐，其中紅色代表過去，藍色代表未來，黃色和綠色表示連結過去到未來。
不過北京大學物理學院教授閻守勝認為：“物理科學有自身的魅力，總會有年輕人喜歡物理，投身於物理研究事業。”
聶玉昕說：“在21世紀，完全有出現第二個愛因斯坦的可能性。物理學仍然面臨許多迫切需要解決的問題。愛因斯坦終生沒有解決的統一理論至今沒有解決，另外弦理論還需要完善。隨著實驗條件的進步，超越愛因斯坦理論的物理學理論有可能出現。”
相關決議
聯合國大會於2004年6月通過了2005年為“國際物理年”的決議。決議全文如下：
聯合國大會，承認物理學為了解自然界提供了重要基礎，注意到物理學及其套用是當今眾多技術進步的基石，確信物理教育提供了建設人類發展所必需的科學基礎設施的工具，意識到2005年是阿爾伯特·愛因斯坦關鍵性科學發現一百周年，這些發現為現代物理學奠定了基礎。
1. 歡迎聯合國教科文組織宣布2005年為國際物理年；
2. 邀請聯合國教科文組織，與世界各國，包括開發中國家的物理學會和團體一道，組織活動慶祝2005年國際物理年；
3. 宣告2005年為國際物理年；
該決議在2004年6月10日的聯合國大會上鼓掌通過。
標識含義
紅色 — 代表過去
藍色 — 代表未來
黃色 和 綠色 — 表示連結過去到未來 ,要從過去的基礎中建設未來
綠色代表進步、進展
黃色代表和平及團隊合作
科技的進步和國際的合作可以幫助建設光明的未來
