爱因斯坦:天才的大脑和不朽的灵魂

知社学术圈2018-03-29 07:25:47


【前言】今天,4月18,是爱因斯坦逝世60周年。今年,2015,也是广义相对论发表100周年。【知社学术圈】本周推出了一系列文章,纪念这位伟大的物理学家。应读者要求,现将【爱因斯坦和他的大脑:你所不知道的一些故事】三集整理一起发布,并做了小的修订和增补,更改了题目。

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下周我们会推出另一位智者的心路历程:挣扎在天才和疯癫的边缘,敬请期待。

(一)一个人的最后一周



1955年4月11号,爱因斯坦在普林斯顿的家里,进入了他人生的最后一周。

这天下午,他先签署了罗素-爱因斯坦宣言,呼吁世界各国领导人重视原子弹的危险,通过和平方式解决国际争端。大家都知道,爱因斯坦对原子弹的发展,起了关键的作用。这不仅是因为他著名的方程E=mc2,也是因为在二战初期,爱因斯坦就给罗斯福总统写信,提醒他重视纳粹德国发展原子弹的巨大风险,甚至到白宫当面向罗斯福陈情,从而引起了美国政府的重视,启动了曼哈顿工程。爱因斯坦始终是一个和平主义者,而这段历史,也成为他的一块心病,一直耿耿于怀。1954年,爱因斯坦和泡利(著名的泡利不相容原理提出者;知社学术圈加注)说,“我犯了一个巨大的错误,在给罗斯福总统的信上签名,请求美国研制原子弹。”

罗素给爱因斯坦的信


在晚年,爱因斯坦致力于和平运动和核不扩散运动。1955年,英国大哲学家罗素给他写信,邀请爱因斯坦在他草拟的反核宣言上签名。爱因斯坦欣然同意。罗素-爱因斯坦宣言就是在这样一个背景下产生的,签名者还包括其他八位著名科学家,如波恩、居里、泡利等人。“请记住你的人性,忘记别的。” 宣言里的这个句子广为流传。


当天下午,爱因斯坦还会见了以色列大使Eban,讨论他将在以色列建国7周年之际发布的广播讲话。在1952年,以色列首任总统去世后,Eban曾经受以色列总理的委托,请爱因斯坦出任总统。“这是犹太民族对他的孩子最崇高的敬意。”Eban说。可是爱因斯坦拒绝了。“我非常感动,更为我不能接受这一职位深感悲哀,因为我和犹太人民血肉相连。。。”

以色列大使给爱因斯坦的信

第二天,爱因斯坦虽然身体不适,却照常去普林斯顿高等研究院工作。第三天,他的动脉瘤临近破裂边缘,病倒在家里,靠医生开的吗啡才能入睡。第四天,医生在他家里会诊,建议手术。爱因斯坦拒绝了,“人工延长寿命没有意义,”他说,“我已经用完了我的份额,请让我优雅地离去。”他还问医生,“过程会很痛苦么?我希望能快一点。” 这个时候,他的表现似乎与常人无异。可是,面对哭泣的秘书Dukas(她从1928年就陪伴着爱因斯坦,直到他去世;知社学术圈加注),爱因斯坦又说,“不要这么伤心,我总要走的,至于具体什么时间真的不重要。”

爱因斯坦办公室最后的样子

第五天早晨,Dukas发现爱因斯坦极其痛苦,抬不起头来,打电话叫了救护车。他的儿子,Han Albert(加州大学伯克利分校水利工程教授;知社学术圈加注), 从加州赶来,而老朋友Otto Nathan, 一个从德国逃难过来的经济学家,也从纽约赶过来探望。17号,爱因斯坦感觉好一点,又要了眼镜和纸笔,做了一些推导和计算。指着这些方程,他对儿子说,“真希望我能有更多的数学可用。”后来他又对Nathan说,让德国复军会非常危险。半个世纪以来,爱因斯坦一直抱怨着德国的国家主义和自己数学工具的局限,直到他生命的最后时光。

这一天,他一直工作着,直到痛的无法继续,才去睡觉。1955年4月18日,凌晨一点刚过,护士听见爱因斯坦嘟囔了几个她不懂的德语单词。他的动脉瘤破裂了,爱因斯坦与世长辞,享年76岁。


在他的病床边,放着还没有完成的以色列国庆广播讲话稿。“今天,我以一个人,而不是一个美国公民、或者一个犹太人的身份,与你讲话。” 讲稿这样开始。

他的病床边,还放着12页手稿,写满了方程。最后的一个方程式是这样子的:


直到生命的尽头,爱因斯坦依然在寻找着宇宙的终极真理,他的大一统梦想。

牛顿逝世后,遗体在英国西敏斯特大教堂接受国礼,护柩者有一个大法官、两个公爵、三个伯爵。爱因斯坦身后完全可以享用同等的哀荣,接受来自世界各地使节的朝拜。可是,遵照他的遗愿,爱因斯坦的遗体当天下午就火花了,甚至连他去世的消息都还没有传开。他的葬礼及其简朴,只有12个最亲近的人参加。

爱因斯坦简朴的葬礼

第二天,纽约时报发表社论,“人站在渺小的地球,仰望星空,思考着我们从哪里来,要到哪里去。如今,过去三个世纪之中最深刻的思想家,爱因斯坦,刚刚离开了我们。”


爱因斯坦的骨灰撒在附近的德拉威尔河,因为他不希望自己的墓地成为后人的朝圣场所。可是,戏剧般的,他的大脑被保留了下来,在各地游荡,长达40余年之久

到底发生了什么事情呢?


(二)开车带着阿尔伯特先生

原来,爱因斯坦去世后,普林斯顿医院的病理医生Thomas Harvey 进行本应是例行的常规尸检。他去除了爱因斯坦的主要器官,最后居然还用电锯切开头颅,取出大脑。Nathan在旁边看着,目瞪口呆,但没有出声。当Harvey重新把各个器官缝合起来的时候,他没有征求任何人的许可,把大脑保留了下来。

普林斯顿医院的病理医生Thomas Harvey

Nathan和爱因斯坦的家人都非常震惊。可是Harvey坚持说爱因斯坦的大脑有科学价值,值得保留研究。“爱因斯坦也会乐意如此的,” 他说。关于这一点,史学家向来有争议。1979年Ronald Clark在爱因斯坦的传记中就写到,他坚持认为自己的身体应该火化,而大脑则应该保留下来用于研究,但更多的人持不同的意见。事实究竟如何恐怕无从知晓,不过Han Albert最终无奈地同意了Harvey的行为,条件是以后任何对大脑的研究,都必须是基于科学目的。


Harvey将50%的福尔马林注入颈动脉,然后将大脑保存在10%的福尔马林之中。他在各个角度对大脑拍照,然后将其切成240小块,每块大约1平方厘米,并将其保存在硝棉胶之中。Harvey甚至去除了爱因斯坦的眼睛,送给了爱因斯坦的眼科医生Henry Adam。

第二天,普林斯顿的一个小学,5年级的课堂。当老师问孩子们最近有些什么样的新闻时,一个小女孩迫不及待地说,“爱因斯坦死了”。她认为这是最大的新闻了。可是一个男孩紧接着说,“是的,我爸爸拿着他的大脑。”教室里面所有的人都傻了。

消息传开了,每个人都想得到爱因斯坦的大脑,至少是一部分。美国陆军病理部门把Harvey叫到华盛顿DC,可是不管他们怎么请求,Harvey都拒绝拿出他宝贵的收藏。为了保护好,他把大脑切成块,装进两大饼干盒,放进他的福特汽车后盖箱里,开车到宾夕法利亚大学,找到他的病理学朋友,将大脑制成显微切片。


在随后的这些年,Harvey常常把载玻片寄给他偶尔想到的一些研究者。他并不要求这些人做严谨的科学研究,事实上很多年也没有什么相关的成果发表出来。他离开了普林斯顿医院,离开了他的妻子,结婚又离婚,从新泽西搬到密苏里,再到堪萨斯。他搬家经常不留地址,让人找不到他,却总是不忘带着爱因斯坦的大脑。

时不时,一些记者会重新发现这个故事,引起一点点小轰动。1978年,新泽西月刊的Steven Levy在Wichita找到Harvey。在他的办公室的一个角落,Harvey打开一个抽屉,上面写着哥斯达黎加苹果汁。Harvey从里面取出一个玻璃瓶,给Levy看瓶子里面的大脑切块。许多记者闻讯而来,很多人甚至就在Harvey家的草坪上露营等待。20年后,Harper’s的Michael Paterniti又找到他,开车带着Havery和爱因斯坦的大脑穿越美国,并把这一经历写成了一本畅销书,《开车带着阿尔伯特先生》。


他们最终到了加州,拜访了爱因斯坦的孙女Evelyn。她是Han Albert领养的小孩,那时候也离婚了,工作很烂,穷困潦倒。爱因斯坦虽然早已去世,可每年还都创造出数百万美元的财富。这些钱都捐给了耶路撒冷希伯来大学,Evelyn一个子也没有拿到,因此一直耿耿于怀。Evelyn出身不明,不知道自己亲生父母是谁。有谣传让她怀疑自己实际上可能是爱因斯坦的私生女。她希望做一个DNA测试,可是发现Harvey的保存方式使得根本无法得到有用的DNA。她的身份也因此成为不解之谜。Evelyn在2011年70岁的时候去世。

Evelyn Einstein的照片

1998年,Harvey已经86岁了。经过43年的守护,他觉得自己时间快到了,需要找一个继承人。Harvey开车回到普林斯顿医院,把爱因斯坦的大脑交给了那里的病理医生。2010年,他们将存留的爱因斯坦大脑全都捐给了国家健康与医药博物馆,包括14张从未发表的大脑照片。后来,费城的穆特博物馆也得到爱因斯坦的部分大脑。从2013年开始,这些大脑切片在博物馆公开展示。


在拿到爱因斯坦大脑的诸多研究人员之中,只有三个人发表了有价值的工作。那么,他们到底有什么发现呢?




(三)他的大脑和他的灵魂


关于爱因斯坦大脑的第一篇研究论文是伯克利的Marian Diamond 1985年发表的,题目就叫“On the brain of a scientist” (关于一个科学家的大脑;知社学术圈加注)。这篇文章报道说,爱因斯坦的大脑顶叶皮层部分区域神经胶质细胞对神经元的比例较常人高,显示其神经元需要消耗更多的能量。可是,这项研究将爱因斯坦76岁的大脑与11个平均年龄64岁的样本进行比较,而且也没有其他智者的大脑予以参照,因而难以定论。更重要的是,由于无法跟踪人的一生中大脑发展与演化的历程,所以也无法确认这一差别是人智力差异的原因,还是长期脑力活跃思考的结果。

加大伯克利分校解剖教授Marian Diamond

第二篇研究论文在1996年发表,报道称爱因斯坦的大脑顶叶皮层比其他5个样品要薄,而且神经元密度较高。可是,这项研究同样因为样品太小,趋势难以确认。

目前影响最大的是第三篇论文,1999年由加拿大渥太华McMaster大学的Sandra Witelson教授在柳叶刀上发表,题为“The exceptional brain of Albert Einstein” (异于常人的爱因斯坦大脑;知社学术圈加注)。在80多岁的时候,Harvey不请自来,给Witelson发了一份传真,“你愿意研究爱因斯坦的大脑吗?” “当然!” Witelson很快就回信了。于是Harvey亲自开车去加拿大,将爱因斯坦大脑的五分之一送给了Witelson教授,包括大脑顶叶。这次,他总算是选对人了。Witelson对人的大脑有深入研究,一些工作影响广泛 (Witelson坚持认为男人与女人大脑的先天差别不可否认,曾引起较大争议;知社学术圈加注)

McMaster大学的Sandra Witelson教授

通过与35个样品进行比较分析,Witelson小组发现,爱因斯坦大脑的一部分, 即大脑顶叶的脑回, 与其他人大脑有着明显的不同,沟槽要短很多。研究人员通常认为这部分大脑在人的数学思维和空间想象中起关键作用。爱因斯坦这部分大脑也比其他人宽15%左右。而且一般的人这部分有两个单元,由大脑外侧裂隔开,而因斯坦则只有一个单元。这个工作引起了大众媒体的广泛关注,纽约时报就连续发表了两篇专题报道。

Harvery所拍摄的爱因斯坦大脑照片

时间前进到2010年,当Harvey所拍摄的从未公布的爱因斯坦大脑照片捐给国家健康与医药博物馆后,佛罗里达州立大学的Dean Falk带领团队,开始对这些照片展开分析研究。他们发现,爱因斯坦的大脑脑褶复杂、灰色物质丰富,远非常人所比。例如,他的大脑皮层折叠很多;这部分主要用于意识思维。而用于抽象思维的前额皮质,其皱褶也非常复杂。研究人员相信这使得爱因斯坦能够想象复杂的抽象实验,如想象自己乘着光束前行,从而看到相对论的本质。其用于视觉处理的枕叶也具有同样的多折叠特征。此外,爱因斯坦左右顶叶高度不对称,与常人差异不小。这部分大脑主要用于空间思维和数学演绎


显然,这是一个天才和智者的大脑。可是,如果我们只将注意力集中在爱因斯坦大脑的神经胶质细胞、沟槽、和折叠,也许我们永远也无法洞晓他的丰富想象力和敏锐直觉。即使完全一样的电脑硬件配置,如果软体不同,智能一样会有巨大的差异(该评论引自人工智能专家李新宇博士;知社学术圈下周将发布其关于人工智能的精彩论述)。或许,我们应该更加关注他的思维方式,而不是他的大脑构造。


爱因斯坦将自己的伟大成就归功于其好奇心。在生命中的最后几年,他说,“我没有什么特别的天赋,只是充满了狂热的好奇心。”他还说,“我绝不放弃追寻,直到发现正确答案。”这也许能够让我们了解,为什么他后期这么执迷于统一场论。


他的好奇心,不仅仅是对神秘事物而言,这一点我们大家都一样。更特别的,他会像一个孩子一样,质疑一些熟悉的事物和现象,其他的人习以为常根本不放在心上的一些东西,如光、时间、和空间。对于爱因斯坦来说,自然并不神秘,一切有迹可循。“当你思考生命和永恒,你不得不惊叹现实世界的完美结构。”


爱因斯坦有着超常的直觉和图像感,在方程背后能一眼看到物理的本质,而一般人只是看到抽象的数学。普朗克因为数学的便捷而提出量子概念,是爱因斯坦揭示其物理意义。劳伦兹首先给出运动物理的数学变换,而爱因斯坦以此创立了相对论。1930年的一天,爱因斯坦在普林斯顿和Saint-John Perse讨论诗人怎么运用想象力写诗,“科学家也是这样的,”爱因斯坦兴奋的说,“就像闪电一样”,一个主意产生了,“随后是严格的分析和实验。但是,最重要的,还是最初的想象和灵感。”


爱因斯坦的思维有着强烈的美学性质。而美的一个最重要要素,是简洁。这一点爱因斯坦和牛顿完全一致。牛顿曾说,“自然以简明为美”,而爱因斯坦在离开牛津去美国的时候也说,“自然不过是数学概念的最简洁的表达形式。”


当然,也许爱因斯坦最重要的品质是他毫不妥协的叛逆精神。在他的最后几年,爱因斯坦曾给《伽利略》一书做序,“伽利略工作的核心,”他写道,“是对权威和教条的热情挑战。”而这正是他自己的真实写照。爱因斯坦从来都不是一个成绩出色的学生,离经叛道让他开始都找不到一份教职。然而这也是爱因斯坦成功之所在。普朗克和劳伦兹都非常接近一些革命性突破,但他们被传统所困,功亏一篑。是爱因斯坦的反叛精神使得他抛弃传统思维,让我们看到一个全新的时空和宇宙。


最后,让我们以美奂美仑的爱因斯坦环和爱因斯坦十字架结束。“黑夜给了我黑色的眼睛/我却用它寻找光明”。 是爱因斯坦让我们在黑暗之中看到这些天文奇观,而这也许是爱因斯坦心中的上帝对他永恒的纪念。





【后记】本文综合多处书籍和网络资料编译。特别致谢Walter Isaacson 所著传记【Eistein: His Life and Universe】。


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