爱因斯坦是个化学家

来自宜宾学院的一次课上。

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爱因斯坦是个化学家 2007.2.22

1905年爱因斯坦发表了几篇重要论文，因此1905年在物理学上被称为爱因斯坦“奇迹年”（annus mirabilis）。100年后的2005年被联合国教科文组织定为“世界物理学年”。英国《自然》杂志的顾问编辑和著名科普作家Philip Ball撰写了题为Claiming Einstein for Chemistry（让爱因斯坦回归化学）的文章，发表在英国皇家化学会的Chemistry World杂志上。其原文可以在以下网址找到。http://wendang.chazidian.com/chemistryworld/Features/2005/September/ClaimingEinsteinforchemistry.asp

Philip Ball是国际上著名的科学作家和杂志撰稿人。2006年3月在Atlanta的美国化学会年会上，Ball获得了美国化学会颁发的James T. Grady-James H. Stack Award for Interpreting Chemistry for the Public，即所谓向公众解释化学奖。也许Philip Ball说Einstein是地地道道的化学家正是他获此奖的重要原因。

人们一直觉得爱因斯坦是物理学的天才。他引入的许多思想，对当时不少“正统”的物理学家来讲是出乎意料的。通过Ball的文章，我们可以了解到可能正是爱因斯坦的思想发展的物理化学源流，使得他

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有别于一般的物理学家。当然，爱因斯坦作为一个物理学家的不足之处，可能也正是来源于他的这个物理化学背景。物理学家们一般认为自己要优于化学家和生物学家，爱因斯坦恰恰证明，真正伟大的科学是综合的和交叉的，而不只是局限于某一个学科。爱因斯坦一开始是作为物理化学家而受到训练的，所以他的博士论文，以及他开始寻找的教职都是与物理化学有关的。要理解这一源流，我们需要对物理化学作为一个学科的基本状况有所了解。

物理化学关注的是物质性质和变化的本质。早期的许多物理学家和化学家都可以被称作物理化学家，比如发现气体定律的Robert Boyle（罗伯特 玻义耳）, 提出万有引力定律的Issac Newton（牛顿）, 研究电磁转换本质的Michael Faraday（法拉第）, 完成电磁理论的James Maxwell等。他们当时都被称为自然哲学家（Natural Philosopher），他们的许多贡献，是物理化学早期发展中的重要核心内容。目前人们基本上公认1887年是物理化学作为一个学科诞生的年份，因为第一份专门研究物理化学的期刊Zeitschrift fur Physikalische Chemie在该年创刊。 创办人Wilhelm Ostwald（威廉 奥斯特瓦尔德，1909年Nobel化学奖） 在1877年的硕士论文中就宣称：“现代化学需要变革。”他的努力的目标是将化学家们的注意力“从参与化学反应的物质转移到化学反应本身的研究上来”，这自然包括化学反应的条件（热力学）、进程（动力学），以及研究化学反应的条件和进程的物理方法。物理化学就在这样的环境和目标下形成为一门研究化学反应本质的学科。爱因斯坦的父亲在他找不到工作时，出

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于对儿子前程的担忧，就是向著名的物理化学家威廉 奥斯特瓦尔德求助，希望帮助自己的儿子推荐一个物理化学家的工作。

17世纪以来开始的早期物理化学研究内容，主要是将力学的原理应用到化学问题上来。19世纪末，通过热力学原理研究气体、液体和固体中的化学问题成为物理化学研究的主流，人们关注化学中的热、光、电等现象，化学中属于物理化学的电化学、胶体和表面化学、气体运动学、化学动力学、化学热力学以及光化学等都在这一时期得到了发展。因此，物理化学研究的内容和手段一开始就非常地广泛。早在1920年代，核磁共振（NMR）技术和量子理论还没有发展和应用到化学问题之前，伟大的化学家G. N. Lewis就曾声称：“（自然）科学要么是物理化学，要么是核物理（Science is either physical chemistry or nuclear physics）。”按照Lewis的说法，物理化学将包括化学、生物学、地学、宇宙学，以及大部分的物理学。同样，照此说法，随着核磁共振技术等的发展，今天的物理化学还包括部分核物理的内容。Lewis的定义是目前对物理化学的最为广义的一个定义。这样一个过于广泛的定义，表明与物理化学相关的科学研究范围的广泛程度，在很大程度上也表明物理化学研究范围的广泛程度超出人们靠常识所能够想象的范围。

我应我的博士导师Eisenthal教授的邀请参加了给Philip Ball颁奖的2006年度的美国化学会的年度颁奖晚宴，因为他是该年度的美国化学会Joel Henry Hildebrand Award in the Theoretical and

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Experimental of Liquid奖的获奖者。Hildebrand（1881-1983）是非常有名的物理化学家，Wiki百科上说"Hildebrand won virtually every major prize in the field of chemistry except the Nobel Prize.” 他曾长期担任UC Berkeley的学院院长，为UC Berkeley整个学校在20世纪上半叶的学术发展和Faculty建设起到了重要的作用。Exxon－Mobil公司在Hildebrand已经90多岁时承诺说如果他活过100岁，就会捐钱以他的名义设立一个奖。谢天谢地，他最后活到了103岁，否则我也不会见到Ball的获奖。

2005年底，应基金委化学部的之邀，我将这篇文章翻译成了中文。全文如下。

**************************************************** 作为化学家的爱因斯坦

（让爱因斯坦回归化学）

作者：Philip Ball

译者：王鸿飞

2005年11月30日

题注：全世界的物理学家们都在纪念爱因斯坦提出相对论100周年，但Philip Ball试图说明爱因斯坦其实是一个地地道道的化学家

简而言之

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a. 阿尔伯特 爱因斯坦关于狭义相对论、光电效应和布朗运动的文章均发表于100年前的1905年。该年度被称作爱因斯坦“奇迹年”（annus mirabilis）

b. 爱因斯坦通常被当做物理学家，但他在多方面的理论对化学产生了巨大的影响，包括证明原子和分子的存在

c. 相对论效应现在被化学家们利用来尝试合成超重元素

阿尔伯特 爱因斯坦本质上是一个化学家吗？今天他总是被当做理论物理学家们的标准原型，他们常常在黑板上写满神秘的和难以辨认的关于空间和时间本质的公式。但是，爱因斯坦的早期工作很大程度上关注的是物质的分子本质，这些工作牢牢地根植于具体的和现实可感知的事物之中。不仅仅是物理学家，化学家也应该纪念这一个铭记他最为重要的发现的百周年――“爱因斯坦年”。

其实，当爱因斯坦在1905年发表他的狭义相对论时，他同时代的科学家们最为惊奇的可能不是该理论的革命性结论，而是惊讶于这一事实，即，这一现代物理学中令人惊异的工作出自于一个正在进入物理化学（Physical Chemistry）领域颇有前途的职业生涯的年轻人。

爱因斯坦的物理化学博士论文

爱因斯坦在1905年7月提交给瑞士苏黎世大学的博士论文中，提出了一种新的方法计算阿伏加德罗常数和分子的大小。同一个月，