这些发明离不开爱因斯坦！

20世纪20年代，这些照片是在爱因斯坦访问华盛顿期间拍摄的。

照片:哈里斯&尤因，国会图书馆

阿尔伯特·爱因斯坦以他的相对论而闻名，这一理论彻底改变了我们对时空、重力和宇宙的理解。相对论还告诉我们，物质和能量是同一事物的两种不同形式——爱因斯坦用历史上最著名的质量能量方程E=mc2来阐明两者之间的关系。

然而，相对论只是爱因斯坦留给人类的丰富遗产之一。他在原子、分子和光学物理领域也取得了巨大成就。今天，他在技术方面的宝贵遗产在我们的日常生活中随处可见。

接下来，让我们通过一些简单的日常必需品来看看爱因斯坦除了相对论以外的科学成就。

纸巾

宾夕法尼亚州的斯科特造纸公司以发明纸巾而闻名。1907年，该公司生产了这种比毛巾更卫生的一次性产品。然而，爱因斯坦早在他发表的第一篇论文中就分析了毛细血管的作用:这种现象使组织能够逆着重力吸收液体。

毛细作用使蜡烛芯能够吸收热的液态蜡烛油，这也是树液在树中上升、墨水在笔中流动的原因。爱因斯坦的论文发表于1901年，试图解释这一现象是如何工作的。这篇论文的论述有问题，他后来承认了。当时他认为管壁中的水分子相互吸引是由于一种类似于重力的力，这是不正确的。

然而，这份早期的论文表明爱因斯坦已经接受了分子和原子的概念——这种理论在当时仍有很大争议。由于这些理论上的微观物质在当时很难观察或测量，许多资深物理学家声称它们不是严格意义上的科学。

爱因斯坦站在更年轻、更激进的物理学家一边，他们认为毛细作用只是可以用分子和原子之间的相互作用来解释的许多现象之一。

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股票市场预测

华尔街贸易公司雇佣了大量的数学家，并使用最复杂的工具来分析每日股价波动。如果这些数学专家能够稍微准确地预测价格趋势，他们的雇主就能大赚一笔。

然而，股票市场遵循数学家们所说的随机游走机制:除非发生大的事情，否则股票价格在每一天结束时上涨和下跌的概率几乎是一样的。如果能找到某个特定的模式，它也将是极其微妙和难以找到的——这就是为什么金融数学家的报酬很高。

对于这种微妙的股市分析，我们甚至可以追溯到爱因斯坦。

他试图解释1827年英国植物学家罗伯特·布朗首先注意到的一个奇怪的事实。布朗通过显微镜看到一滴水中的灰尘颗粒会随机振动。这是布朗运动。当然，这些尘埃粒子不可能是生物，那么是什么让它们继续运动呢？

直到1905年爱因斯坦的论文才完成了对这一点的完整解释。当爱因斯坦意识到显微镜下的尘埃粒子实际上是由不可见的水分子驱动时，他仍在思考原子和分子。他的结论是，平均而言，这种效应会使粒子在每个方向上受到相同的驱动力。然而，在任何特定的情况下，水分子的一侧总是比另一侧推得更强，导致粒子被快速地推向随机的方向。

爱因斯坦以数学方程的形式阐述了他对布朗运动的看法。他的论文被广泛认为是证明原子和分子存在的第一个结论性证据，至今仍是一些股票市场预测的基础。

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太阳能

1958年3月，美国海军将葡萄柚大小的卫星先锋1号送入地球轨道。人们对此非常关注，部分原因是因为它首先采用了太阳能电池，这种技术在当时看起来很有未来感——发光的半导体面板可以将太阳能转化为电能。

今天，太阳能电池为几乎所有绕地球运行的人造卫星提供能量，此外还有许多发送到遥远行星如木星的探测器。在地面上，太阳能电池板遍布郊区的屋顶，迅速下降的价格使它们几乎和电力一样具有竞争力。

爱因斯坦当然不是太阳能电池的发明者。这项技术的原始版本可以追溯到1839年。然而，他在1905年概述了太阳能电池的基本工作原理。他在论文的开头用了一个简单的类比:如果物质是由粒子组成的——也就是说，宇宙中所有的物质都是由原子和分子组成的，那么显然光也应该由粒子组成。

爱因斯坦声称物理学家已经发现，只有当能级离散波动时，固体才会吸收或反射光。他说，理解这一奇怪事实的最简单方法是假设光本身是一系列离散的能量包——他提出的光粒子后来被命名为光子。

爱因斯坦认为，光能与频率成正比，并提出了一种简单的测试方法:一束光照射在金属表面。如果光的频率足够高，金属表面的电子就会被射出，实验者就能探测到它们。本质上，太阳能电池的工作原理是完全相同的:阳光会增加电池板上的电子能级，从而产生电流。

在爱因斯坦之前，没有人能完全解释这一现象。他在这方面的成就如此重要，以至于当他在1921年获得诺贝尔奖时，是由于光电效应而不是众所周知的相对论。

激光指示器

如果你参加过展览或者和猫一起玩耍，你可能会看到一个激光笔。自从物理学家在20世纪60年代展示了激光的原型，这些激光设备已经占据了你能想象的每一个角落，包括条形码阅读器和毛发去除系统。

所有这些都源于爱因斯坦在1917年的一个想法，当时他试图进一步理解光和物质之间的相互作用。

他开始想象一堆“沐浴在光中”的原子。根据他以前的研究，爱因斯坦知道低能级的原子吸收光子并跃迁到高能级。类似地，处于较高能量水平的原子自发地发射光子，并回落到较低的能量水平。有了足够的时间，一切都会趋于平衡。

这一假设导致爱因斯坦得出一个方程，并用它来计算这个系统中会有什么样的辐射。不幸的是，他的计算与物理学家在实验室看到的不相符。一定少了什么。

因此，爱因斯坦做了一个更大胆的猜测:也许光子具有“同步”的特性，这样，被光束照射的高能原子在相同的传播方向上发射光子的概率就很高。他称这个过程为受激辐射，当他把它代入方程时，计算结果与实验观察结果完全吻合。

激光只是上述现象的众多应用工具之一。它通过光能或电能激发原子，然后使激发的光子指向与军队完全相同的方向。“激光”这个词实际上是对爱因斯坦的致敬，因为它在英语中是“光放大的受激发射”的简称。