1955年4月18日，阿爾伯特·愛(ài)因斯坦在美國(guó)去世。70年后的今天，我們或許可以換個(gè)角度，重新認(rèn)識(shí)這位科學(xué)巨匠——

他是偉大的理論物理學(xué)家，但并非待在書(shū)齋里推導(dǎo)方程的“象牙塔”學(xué)者，而是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界充滿(mǎn)好奇心的實(shí)驗(yàn)者。一直以來(lái)，他的科學(xué)生涯從未脫離實(shí)踐。

河南鄭州高新區(qū)科學(xué)大道旁的愛(ài)因斯坦雕像《成功之路》（圖源：視覺(jué)中國(guó)）

文/方在慶

中國(guó)科學(xué)院自然科學(xué)史研究所研究員、華東師范大學(xué)紫江講座教授

01

理論物理學(xué)家 也是“技術(shù)咖”

提到愛(ài)因斯坦，人們腦海中往往會(huì)浮現(xiàn)出那個(gè)寫(xiě)下了

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該書(shū)作者約瑟夫·伊利是匈牙利科學(xué)史家，曾參與多卷本《愛(ài)因斯坦全集》的編輯工作，該叢書(shū)仍在陸續(xù)出版中。他以扎實(shí)的史料和生動(dòng)的筆觸，展現(xiàn)了愛(ài)因斯坦如何親手設(shè)計(jì)裝置、優(yōu)化專(zhuān)利，甚至以專(zhuān)家身份介入技術(shù)糾紛。

《不只是

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方在慶、何鈞、雷煜譯

上?？茖W(xué)技術(shù)出版社出版

這本書(shū)不僅打破了“愛(ài)因斯坦只是理論家”的刻板印象，更讓我們看到一位在科學(xué)與技術(shù)之間自由穿梭的智者。他的探索精神、跨界思維，以及對(duì)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的敏銳洞察，至今仍能帶給我們深刻的啟示。

02

陀螺羅盤(pán)專(zhuān)利引發(fā)訴訟

愛(ài)因斯坦“出手”做專(zhuān)家證人

1904年，德國(guó)發(fā)明家赫爾曼·安許茨-肯普費(fèi)研究出一種不依賴(lài)地磁的導(dǎo)航工具，并申請(qǐng)了世界上第一臺(tái)實(shí)用陀螺羅盤(pán)的專(zhuān)利，成立了安許茨公司，專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)這一設(shè)備。

陀螺羅盤(pán)的核心原理是利用陀螺效應(yīng)保持穩(wěn)定，從而始終指向地理北極，而不受船體鐵磁物質(zhì)的影響。安許茨的陀螺羅盤(pán)迅速被德意志帝國(guó)海軍采用，并在之后的幾十年里不斷改進(jìn)，成為現(xiàn)代船舶導(dǎo)航系統(tǒng)的重要組成部分。

幾乎與此同時(shí)，美國(guó)工程師埃爾默·斯佩里也在研究陀螺儀的應(yīng)用。1911年，斯佩里推出了自己的陀螺羅盤(pán)，并迅速進(jìn)入英國(guó)皇家海軍和美國(guó)海軍市場(chǎng)。到1914年，斯佩里甚至向德意志帝國(guó)海軍出售陀螺羅盤(pán)，引發(fā)了安許茨的專(zhuān)利訴訟。

斯佩里制造的飛機(jī)陀螺羅盤(pán)

安許茨認(rèn)為斯佩里的產(chǎn)品侵犯了他1904年申請(qǐng)的陀螺羅盤(pán)專(zhuān)利，而斯佩里則反駁稱(chēng)，安許茨的專(zhuān)利并未對(duì)早期的陀螺儀技術(shù)做出真正的創(chuàng)新，因此應(yīng)當(dāng)無(wú)效。

由于案件涉及復(fù)雜的物理和工程問(wèn)題，柏林皇家法院決定請(qǐng)一位物理學(xué)權(quán)威人士作為技術(shù)專(zhuān)家，而此人正是阿爾伯特·愛(ài)因斯坦。

1902年至1909年，愛(ài)因斯坦曾在瑞士專(zhuān)利局工作，對(duì)專(zhuān)利審查和技術(shù)創(chuàng)新的法律保護(hù)有深入了解。也是在那里，他練就了一雙善于發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新的眼睛，學(xué)會(huì)了如何從技術(shù)細(xì)節(jié)中捕捉科學(xué)突破的本質(zhì)。

1915年，愛(ài)因斯坦受柏林法院委托，作為專(zhuān)家證人分析安許茨和斯佩里的陀螺羅盤(pán)技術(shù)，并判斷斯佩里的產(chǎn)品是否侵犯了安許茨的專(zhuān)利權(quán)。

愛(ài)因斯坦在他的第一份專(zhuān)家報(bào)告（1915年2月6日）中認(rèn)為，安許茨的陀螺羅盤(pán)確實(shí)在技術(shù)上有所改進(jìn)，但其1904年的專(zhuān)利并沒(méi)有實(shí)質(zhì)性地超越早期陀螺儀設(shè)計(jì)，因此其專(zhuān)利的獨(dú)特性存疑。然而，在進(jìn)一步研究了斯佩里的設(shè)計(jì)后，他發(fā)現(xiàn)斯佩里的陀螺羅盤(pán)確實(shí)借鑒了安許茨1908年的減震技術(shù)專(zhuān)利，并在補(bǔ)充報(bào)告（1915年8月7日）中確認(rèn)了這一點(diǎn)。

基于愛(ài)因斯坦的分析，法院最終判決安許茨勝訴，并禁止斯佩里在德國(guó)生產(chǎn)和銷(xiāo)售相關(guān)陀螺羅盤(pán)，斯佩里被判罰款30萬(wàn)馬克。后來(lái)，安許茨提出了包含兩個(gè)陀螺儀的浮動(dòng)球體構(gòu)型，這是一種完全密封、能有效防止人為干預(yù)且對(duì)外部干擾高度不敏感的陀螺系統(tǒng)。這一裝置于1922年獲得了專(zhuān)利，其中提到了愛(ài)因斯坦在此發(fā)明中的貢獻(xiàn)。

這場(chǎng)跨越國(guó)界的專(zhuān)利之爭(zhēng)，不僅揭示了愛(ài)因斯坦鮮為人知的技術(shù)洞察力，更展現(xiàn)了他如何將深邃的物理思想轉(zhuǎn)化為實(shí)際解決方案。

愛(ài)因斯坦（右）與安許茨（左）

03

曾任“魚(yú)雷技術(shù)顧問(wèn)”

反對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)但支持正義之戰(zhàn)

1943年，64歲的愛(ài)因斯坦以另一種身份活躍在美國(guó)海軍的機(jī)密項(xiàng)目中——他成了“魚(yú)雷技術(shù)顧問(wèn)”，甚至設(shè)計(jì)了一種新型磁感應(yīng)引信。當(dāng)時(shí)，二戰(zhàn)期間的美國(guó)海軍正深陷“魚(yú)雷大丑聞”——Mk.6型魚(yú)雷的磁感應(yīng)引信故障頻發(fā)，常因地球磁場(chǎng)干擾提前引爆或啞火。愛(ài)因斯坦的任務(wù)是提出改進(jìn)方案。

他先設(shè)計(jì)出一種雙線(xiàn)圈磁感應(yīng)系統(tǒng)：主線(xiàn)圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，兩個(gè)副線(xiàn)圈對(duì)稱(chēng)分布。遺憾的是，軍方測(cè)試后發(fā)現(xiàn)，這個(gè)方案與已有技術(shù)存在類(lèi)似缺陷——平底船艦仍會(huì)干擾信號(hào)。但這一嘗試為后續(xù)研究提供了新思路。不久后，愛(ài)因斯坦提出了更激進(jìn)的設(shè)想：通過(guò)兩次爆炸增強(qiáng)破壞力。這讓海軍工程師連連驚嘆其創(chuàng)意。

這一時(shí)期，愛(ài)因斯坦還與“計(jì)算機(jī)之父”約翰·馮·諾伊曼合作研究水下沖擊波。兩人試圖用數(shù)學(xué)簡(jiǎn)化爆炸模型，但愛(ài)因斯坦堅(jiān)持認(rèn)為：“實(shí)驗(yàn)比計(jì)算更可靠?！彼踔猎?944年設(shè)計(jì)了一種水雷起爆器，利用慣性壓縮氣囊實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)引爆。據(jù)物理學(xué)家喬治·伽莫夫回憶，愛(ài)因斯坦對(duì)各類(lèi)武器提案都興致勃勃，常笑著說(shuō)：“啊，行！很有意思！”

這時(shí)，在人類(lèi)的至暗時(shí)刻，愛(ài)因斯坦是一個(gè)愿以科學(xué)為劍的普通人。他反對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)，但支持反法西斯正義之戰(zhàn)。他曾說(shuō)：“如果我是比利時(shí)人，在納粹入侵時(shí)，我會(huì)選擇戰(zhàn)斗?！?/strong>

04

設(shè)計(jì)更安全、環(huán)保的冰箱

除了癡迷數(shù)學(xué)和物理理論，愛(ài)因斯坦也喜歡研究機(jī)械裝置、解決實(shí)際技術(shù)難題。

平日里，他從嘗試用統(tǒng)計(jì)方法描述湍流到探索光的波粒特性；從申請(qǐng)無(wú)電機(jī)冰箱專(zhuān)利到改進(jìn)陀螺羅盤(pán)；在測(cè)量技術(shù)上，關(guān)注儀器精度，提出改進(jìn)光學(xué)測(cè)量?jī)x和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的方案。他對(duì)自動(dòng)反饋系統(tǒng)的設(shè)想，與現(xiàn)代自動(dòng)化和人工智能理念不謀而合。

此外，愛(ài)因斯坦早在20世紀(jì)初就關(guān)注太陽(yáng)能，意識(shí)到其潛力，提出利用可再生能源的構(gòu)想。這些實(shí)踐探索體現(xiàn)了其科學(xué)與應(yīng)用并重的精神。愛(ài)因斯坦不僅在黑板上推導(dǎo)公式，更關(guān)心如何讓科學(xué)真正應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)。

很多人不知道，愛(ài)因斯坦曾與匈牙利裔美國(guó)物理學(xué)家萊奧·西拉德合作，設(shè)計(jì)了一款更安全、環(huán)保的冰箱，目的是避免冷卻劑泄漏帶來(lái)的安全隱患。他的興趣不僅限于時(shí)間和空間的奧秘，還涉及能源、流體動(dòng)力學(xué)、測(cè)量技術(shù)和航空儀器。

轉(zhuǎn)載自中國(guó)科普網(wǎng)公眾號(hào)。