爱因斯坦还设计过女士衬衫、助听器和冰箱？！细数爱因斯坦那些无人问津的发明

图片来源：International News Service - Public Domain

撰文 | Tibi Puiu

来源 | ZME Science

翻译 | 冬鸢

阿尔伯特·爱因斯坦这个名字，几乎已经成了理论物理天才的代名词。我们通常会想象他伏案写下关于空间与时间的方程，而不是在工作间里摆弄各种机械装置。然而，在相对论与量子物理的突破之外，爱因斯坦还有一个鲜为人知的身份：发明家。也许并没有多少人知道，事实上，他名下拥有超过50项专利。

年轻时的爱因斯坦成长在发电机、电灯和电表的陪伴之中，这些都来自他父亲和叔叔经营的工厂。后来，在瑞士专利局工作期间，他进一步训练了自己观察机器如何运转、以及如何改进机器的眼光。

到生命尽头时，爱因斯坦的名字已经出现在多个国家的数十项专利之上。虽然这些专利最终都没有真正走向市场，但它们展现出他对实用技术和应用发明始终不息的好奇心。从厨房电器到照相机，爱因斯坦试图解决日常生活中的问题——其中一些问题在当时甚至真的会夺走人命。

现在，让我们推开工作间的大门，认识一下作为发明家的爱因斯坦。

一台试图拯救生命的冰箱

1926年，一家柏林报纸报道了一则骇人的新闻：一家四口在睡梦中因冰箱泄漏有毒气体而窒息身亡。早期冰箱常常使用氨、二氧化硫或氯甲烷来制冷。一旦密封部件破裂，这些气体就可能变成致命威胁。

这篇报道令爱因斯坦深受震撼。他联系了自己的朋友利奥·西拉德（Leo Szilard）——一位匈牙利物理学家，也很擅长摆弄各种机械装置。两人一起设计了一种更安全的替代方案：一台没有运动部件、没有密封件、泄漏风险也低得多的冰箱。他们没有使用嘈杂的机械压缩机，而是设计了一种后来被称为“吸收式冰箱”（absorption refrigerator）的装置。

他们的原型机基于一个简单原理：当空气压力降低时，液体会在更低的温度下沸腾。这个系统使用丁烷作为制冷剂，氨作为载气。经过精心设计的腔室和管道回路，可以让丁烷不断蒸发和冷凝，从而安全地为食物降温。

这台机器最关键的部件是它的电磁泵。爱因斯坦曾解释说：“交流电产生交变磁场，使一种液态钾钠合金持续流动。这种液态合金在封闭腔体内做往复运动，并充当泵的活塞。”

以当时的标准来看，这是一项出色的设计。由于没有运动部件，几乎不存在磨损，也大幅减少了泄漏风险。不过，这种冰箱还有一个明显缺点——噪声极大。一位工程师曾形容，这台电磁泵“嚎叫起来像一只豺狼”。然而，就在相关专利陆续获批之际，化学家托马斯·米奇利（Thomas Midgley）推出了氟利昂，这是一种无毒制冷剂，也被视为更加安全的解决方案。爱因斯坦—西拉德冰箱由此逐渐淡出人们视野，尽管几十年后，工程师们注意到，其电磁泵设计在核反应堆中也有应用价值。

为听障人士设计的声音系统

电磁声音再现装置，专利号 DE590783

爱因斯坦的发明兴趣并没有止步于此。1928年，他的朋友、歌唱家奥尔加·艾斯纳（Olga Eisner）开始失去听力。爱因斯坦于是找到了工程师吕多尔夫·戈尔德施密特（Rudolf Goldschmidt），两人一起构思了一种新型助听器。

他们利用的是“磁致伸缩”（magnetostriction）现象：磁场会使金属棒的长度发生极其微小的变化。只要让金属棒保持张力，这些细微的长度变化就能追踪由声音转化而来的电信号。他们在1934年的专利中将其称为一种“电磁声音再现装置”（electromagnetic sound reproduction apparatus）。

在合作过程中，爱因斯坦甚至还为戈尔德施密特写过一首俏皮的小诗：

“A bit technique now and then
 Can also amuse thinkers.
 Therefore, audaciously I’m thinking far ahead:
 One day we’ll produce something good together.”

“偶尔来点技术活，
也能让思想家乐在其中。
所以我大胆地展望未来：
总有一天，我们会一起做出好东西。”

这款助听器最终并没有进入市场——电子放大器（electronic amplifier）很快就取代了他们的方案。

能够自动调节光线的相机

自动调节的相机，专利号US2058562

十年后，爱因斯坦又与德裔美国放射科医生古斯塔夫·布基（Gustav Bucky）合作。他们设想出一种能够根据光照条件自动调节的相机。

他们在1936年的专利中描述了一种“光强自调节相机”（light intensity self-adjusting camera）。它依赖的正是“光电效应”——这个现象也为爱因斯坦赢得了诺贝尔奖。其思路很简单：一个光电池会测量进入相机的光线，并据此调节遮光装置，从而避免照片过曝或欠曝。

目前尚不清楚他们是否真的制造过原型机。但这一概念预示了后来大量涌入市场的自动相机。柯达后来推出了Super Six-20，被誉为第一台自动相机。但爱因斯坦和布基的设计出现得更早。这也是爱因斯坦试图减少日常生活中操作阻力的又一个例子：把复杂的手动调节，变成顺畅自然的使用体验。

最出人意料的专利：一件女式衬衫

爱因斯坦设计的女士衬衫

在爱因斯坦的专利记录中，也许最奇怪的一项是一件女式衬衫的设计，申请于1936年。没有人完全确定他为什么会申请这样一项专利。也许是帮朋友一个忙，也许只是他一时兴起。不管原因是什么，它都提醒我们：即便是提出广义相对论的人，也可能在兴致来了的时候涉足一下时装设计。

科学史家阿西斯·库马尔·乔杜里（Asis Kumar Chaudhuri）写道：“这一设计的特点在于侧面的开口同时也作为袖孔；如图所示，一块位于背部中央的衣片从肩轭一直延伸至腰部。”

发明事业远不及物理学那样成功

爱因斯坦的叔叔雅各布是慕尼黑的一位发明家。19世纪末，他曾为弧光灯、电表和发电机申请过专利。年轻的阿尔伯特正是在这个充满小装置和电线的世界里长大，身边环绕着家族的电气工作间。

这样的成长背景，在爱因斯坦1902年至1909年于伯尔尼担任专利审查员时派上了用场。他的工作是筛选专利申请，并评估其中的创新性。也正是在这一时期，1905年，他发表了后来被称为“奇迹年”的一系列论文。这些论文解释了光电效应，通过解释布朗运动为原子的真实存在提供了证据，提出了狭义相对论，并以标志性的E=mc²方程确立了质量与能量的等价关系。

历史学家马修·特雷纳在2006年的一篇论文中指出，这种双重生活——一边做专利职员，一边从事理论物理研究——让爱因斯坦“在这一职业领域积累了大量专业知识，而他一定也非常清楚专利制度可能带来的好处。”

到20世纪20年代末，爱因斯坦在学术上的成就已经稳固，而德国的政治紧张局势也日益加剧。此时，他又重新转向发明。他与几位合作者携手合作，而这些人本身也都是多产的发明型人物。

然而，爱因斯坦的专利从未真正变成家喻户晓的产品。大萧条、纳粹的崛起以及随后爆发的世界大战，再加上工业技术的迅速进步，都让他的设计被搁置一旁。他的合作者——西拉德、戈尔德施密特和布基——后来都分别取得了其他突破，但他们与爱因斯坦共同完成的发明，却始终停留在专利档案之中。

不过，时至今日，这些专利依然有另一层意义。正如特雷纳所说，爱因斯坦的专利工作表明，“专利是重建爱因斯坦同时代合作者历史画像的重要信息来源。”与此同时，它们也展现出爱因斯坦试图解决现实世界问题的强烈动力。

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