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三 瑞士 （ 本章字数：26018） |
三 瑞士 ★相对论的摇篮 希望在哪里？光明在哪里？ 格罗斯曼，又是那个格罗所曼，向爱因斯坦投来了希望之光。 爱因斯坦在《自述片断》中没有忘记这件事： “马耳塞罗·格罗斯曼作为我的朋友给我最大的帮助是这样一件事：在我毕业后大约１年左右，他通过他的父亲把我介绍给瑞士专利局（当时还叫做‘精神财产局’）局长弗里德里希·哈勒。经过一次详尽的口试之后，哈勒先生把我安置在那儿了。这样，在我的最富于创造性的活动的１９０２—１９０９这几年中，我就不用为生活而操心了。即使完全不提这一点，明确规定技术专利权的工作，对我来说也是一种真正的幸福。它迫使你从事多方面的思考，它对物理的思索也有重大的激励作用。总之，对于我这样的人，一种实际工作的职业就是一种绝大的幸福。因为学院生活会把一个年轻人置于这样一种被动的地位：不得不去写大量科学论文——结果是趋于浅薄，这只有那些具有坚强意志的人才能顶得住。然而大多数实际工作却完全不是这样，一个具有普通才能的人就能够完成人们所期待于他的工作。作为一个平民，他的日常的生活并不靠特殊的智慧。如果他对科学深感兴趣，他就可以在他的本职工作之外埋头研究他所爱好的问题。他不必担心他的努力会毫无成果。我感谢马耳塞罗·格罗斯曼给我找到这么幸运的职位。” 当时，格罗斯曼自己刚当上助教，当然没有能力替他在大学里谋一席教职。但是，他把爱因斯坦的窘迫处境告诉了父亲。老格罗斯曼请自己的好朋友，伯尔尼联邦专利局局长哈勒帮忙。哈勒是在开山筑路的年代里苦干出来的工程师，他胸襟开阔，办事果断，说到做到。他一口答应帮这个忙。１９０１年１２月１１日，报上登出了伯尔尼专利局的“征聘启事”： “征聘二级工程师。应征者需受过高等教育，精通机械工程或物理学……” 爱因斯坦马上赶到伯尔尼专利局，呈上了申请书。他来到局长办公室，面对着坐在办公桌后面的局长那一双锋利的眼睛，心在怦怦直跳。他知道，必须通过这场考核。父母亲希望他生活安定下来；米列娃期待他找到个固定职业；他自己，受够了学术界的冷淡，也把专利局的职位看作幸福的所在。 局长叫他坐下，拿出几份专利申请书，要他当场提出意见。爱因斯坦缺少工程知识，不懂技术细节，这一点逃不过局长的眼睛。可是，爱因斯坦对新事物的敏锐反应和判断真伪、对错的能力，也引起了哈勒先生的注意。局长收起专利申请书，和爱因斯坦谈起了物理学，从牛顿谈到麦克斯韦。哈勒理论修养不高，但是多年的专利局工作，使他获得了一种无与伦比的鉴别优劣的能力。他看出，这个说话温和的年轻人，确实像老格罗斯曼介绍的那样，是有天才的，他决定录用爱因斯坦。 爱因斯坦搬到了伯尔尼，未来物理学大师终于走到了辉煌的起点。 在一幢破旧的小房子里，爱因斯坦住了下来。哈勒先生已经通知他，专利局一有空缺，他就可以正式上班，在待职期间，他可以当家庭教师，以此糊口。首都有的是学生，爱因斯坦呢，他有的是物理学。于是，伯尔尼的报上出现了一则小小的广告： “阿尔伯特·爱因斯坦，联邦工业大学毕业。讲授物理课，每小时３法郎，愿者请洽。” 广告吸引的学生寥寥无几，但此时的爱因斯坦已是一副坦然成熟的心态。一个曾受业于他的学生描述当时的爱因斯坦： “身高约５英尺１０英寸，肩膀宽阔，腰稍微有点前曲，棕色的皮肤显得苍白，长着一张引起美感的嘴，上唇留着黑胡，鼻子稍带鹰钩，棕色的眼睛十分明亮，语音欢快、法语发音准确、但略带德语口音。” １９０２年３月底，一个应广告而来的学生结识了爱因斯坦，他就是莫里斯·索洛文。索洛文是罗马尼亚人，他来到苏黎世上大学，同时希望加深自己的物理学知识。初次谈话导致后来不断见面以及随之而来的终身友谊。 索洛文在大学学习哲学、文学、希腊文、数学、物理学、地质学，还在医学系听课。作为阐明自然界一般观点的手段的理论物理学引起了他的兴趣。当索洛文按广告找来时，虽然爱因斯坦是在半明半暗的楼道里迎接他，可爱因斯坦那双大眼睛射出的不寻常光辉使他感到惊讶。第一次谈话就确立了他们观点和兴趣的一致。会晤接连不断，他们以长时间的讨论代替了上课。 这样，私人授课变成了聚会、读书、讨论、探索和研究。几个星期后，哈比希特也来参加他们的讨论，他来到伯尔尼是为了完成自己的大学学业。 通常他们都在工余和课后见面，在一起散步或在谁的寓所聚会，座谈和一起大量阅读。他们研究过斯宾诺莎和休谟的一些哲学著作，马赫、阿芬那留斯、毕尔生的新著，安培的作品《科学的哲学经验》，亥姆霍茨的文章，黎曼的著名演讲《论作为几何学基础的假设》，戴德金和克利福德的数学论文，彭加勒的《科学的假设》以及许多别的东西。 他们还一起读过索福克勒斯的《安提戈涅》、拉辛的《昂朵马格》、狄更斯的《圣诞节的故事》、塞万提斯的《堂·吉诃德》和世界文学的其他代表作品。他们经常就某一页、某一句话引起争论，争论持续到深夜并一连几天。在米列娃搬来之前的日子里，朋友们是在一起吃饭的，午餐通常是灌肠、干酪、水果和加蜂蜜的茶。授课收入差，课又少，爱因斯坦常开玩笑说，也许沿街串巷演奏小提琴更好些。但至少他们感觉自己是幸福的。在谈及这几年的时候，索洛文曾引用伊壁鸠鲁的名言： “欢乐的贫困是最美好的事”。 精神的欢悦与物质贫困间的反比越大，人的身上就会产生奇迹了。 团结、友爱、共同的兴趣、思想，使三人间心心相印，他们干脆为三人世界起了个名字：奥林比亚科学院。 爱因斯坦晚年曾回忆起这段时间。１９５３年４月３日，在给哈比希特和索洛文的信中，爱因斯坦说： “敬致不朽的奥林比亚科学院： 在你的生气勃勃的短暂生涯中，你曾以孩子般的喜悦，在一切明朗而有理性的东西中寻找乐趣。你的成员把你创立起来，目的是要同你的那些傲慢的老大姐开玩笑。他们这么做是多么正确，我通过多年的细心观察，懂得了对此作出充分的评价。 我们三个成员至少都表现得是坚忍不拔的。虽然他们都已经有点老态龙钟，可是你所闪耀的明亮耀眼的光辉依然照耀着我们孤寂的人生道路；因为你并没有同他们一起衰老，而却像蓬勃生长的莴苣那样盛发繁茂。 我永远忠诚于你，热爱你，直到学术生命的最后一刻！现在仅仅是通讯院士的A．E． 普林斯顿３．Ⅳ．５３．” 爱因斯坦写此信的原由是，１９５３年哈比希特到巴黎访问了索洛文，他们回忆了半个世纪以前那些峥嵘岁月，于３月１２日一起写了一张明信片给爱因斯坦： “敬致我们科学院的无比敬爱的院长： 我们这个举世闻名的科学院今天开了一个忧伤而肃穆的会议，虽然你缺席了，还是给你保留着席位。这个保留席位，我们始终使它保持温暖，等着，等着，一再等着你的来临。 哈比希特 我，这个光荣的科学院的往昔成员，当看到该由你坐的那个空席位时，也忍不住老泪纵横。留给我的，只有向你表达我的最微末、最诚挚的衷心祝愿。 M·索洛文” 奥林比亚科学院，相对论的摇篮！ 三人世界形成后不久，奥林比亚科学院又增加了新的成员，一个是爱因斯坦的同事，意大利人、工程师米盖朗琪罗温德勒的丈夫，还有一个是爱因斯坦的妹妹玛雅的丈夫泡利·温德勒，他也是爱因斯坦在阿劳读书时的朋友。贝索于１９０４年由爱因斯坦介绍进入伯尔尼专利局。他们一起工作，一起下班。贝索在哲学、社会学、医学、技术、数学和物理学方面的渊博知识，使爱因斯坦有了与之共同探讨各种新思想的至朋好友。爱因斯坦后来曾说过，贝索是他在全欧洲都找不到的“新思想更好的共振器了”。看来，贝索具有接受新思想和给它增加某些非常重要的欠缺的线条的惊人能力。 贝索本人曾说起过关于他同爱因斯坦的谈话：“这只鹰用自己的双翼把我——麻雀——夹带到辽阔的高空。而在那里，小麻雀又向上飞了一些。” 这是针对第一次口头解释相对论思想而说的。听完爱因斯坦的解释之后，贝索感到，而且是强烈地感觉到，科学史上一个新的时代开始了。贝索与爱因斯坦围绕这个新思想展开了持续的讨论，所以爱因斯坦在《论动体的电动力学》这篇著名论文中以这样一句话结尾： “最后，我要声明，在研究这里所讨论的问题时，我曾得到我的朋友和同事贝索的热诚帮助，要感谢他一些有价值的建议。” 伯尔尼时期的生活紧张而有趣。 索洛文回忆说，朋友们谈够和抽够烟之后就恭听爱因斯坦演奏小提琴，而有时去散步，在途中继续讨论。他们还在午夜后攀登过位于伯尔尼南面的古尔腾山。夜空的星辰把他们的思想吸引到天文学问题上，于是谈话又以新的活力重新开始了。他们在这里呆到天明并观看日出。他们看见太阳如何从地平面冉冉升起，黑压压的隐约可见的阿尔卑斯山的轮廓染上一层迷人的绯红色彩，巨大的山国以深沉的宁静感召着一群新时代的精英的灵魂。 清晨来临了。 几个年轻人走进小饭馆，喝过咖啡，大约９点钟以前才下山，他们疲惫而幸福。有时他们徒步到２０公里外的图恩城去。步行从早上６时持续到中午，他们重又置身于阿尔卑斯山脉之中。朋友们谈起地球的历史，山脉的形成，地质学问题。他们在城里用过午饭，然后在湖畔坐下并呆上一整个下午，傍晚才乘坐火车回伯尔尼。 此时的爱因斯坦，整个身心都沉浸在深深的思考中。 索洛文回忆道，此时的爱因斯坦，说话缓慢、单调，时而缄默沉思。人整个儿沉浸在思维过程中，周围的一切都视而不见。索洛文回忆的一些轶闻趣事，很可说明这一点。 在爱因斯坦生日的那一天，索洛文和哈比希特打算去他家吃晚饭，所以带去了他从未品尝过的鱼子酱，这也是爱因斯坦早就想品尝的东西。吃饭之前，大家一直谈着惯性原理的话题。朋友们入席后，爱因斯坦仍滔滔不绝地讲着惯性问题。他把鱼子酱送到口里，仍在继续评论： “牛顿说，物体的惯性是对绝对空间讲的。马赫说，物体的惯性是对遥远的星系讲的。到底谁对呢？” 鱼子酱吃完了，演讲的人停下来，用手在桌上划了一个大问号。 朋友们问他： “请问爱因斯坦先生，你知道你刚才吃的是什么吗？” “不知道，是什么东西？”爱因斯坦反问道。 “是鱼—子—酱”，朋友们齐声告诉爱因斯坦。 “怎么？哎哟，是鱼子酱呀！”爱因斯坦惋惜地叫了起来。 沉默片刻后，他又说： “不必请我这样的傢伙尝什么山珍海味，他反正也不知道它的价值。” 朋友们大笑起来。 在伯尔尼，常有一些大音乐家来巡回演出，朋友们常出席他们的音乐会。有一次，捷克交响乐队要来伯尔尼举行音乐会。音乐会前夕，索洛文提议大家去听音乐会，但恰好这些天他们正在津津有味地阅读休谟的书。遵照爱因斯坦的建议，他们决定放弃音乐会，代之以到索洛文那儿继续读书。可是第二天，索洛文弄到一张票，他预备好他的伙伴们爱吃的煮鸡蛋作晚饭，并留下一张便条： “亲爱的朋友们——请吃鸡蛋，并致敬意与歉意！” 按时来到索洛文家的爱因斯坦和哈比希特读了便条后，用完晚饭，在房间里抽够烟才走，走时也留下一张便条： “亲爱的朋友——请尝浓烟，并致敬意与歉意！” 第二天见面时，爱因斯坦紧皱双眉，气愤地责骂： “坏蛋！你竟敢为了什么音乐会就忽视了科学院会议！外国佬，蠢货！再有这种狂妄行为，你就要被开除了！” 然后，他们又一起坐下来研读休谟，直到午夜之后才分手。 爱因斯坦是在１９０２年６月１６日正式得到伯尔尼专利局的正式任命的，聘他为三级专家，实际上就是技术审查员，年薪３５００法郎。 爱因斯坦应聘二级工程师，结果降为三级，名称也改了。但是这些对于爱因斯坦都无关紧要。他终于有了固定的职业，不必再为生活操心。他可以在工作之余，专心致志地研究他心爱的物理学了，够了，他满意了。 爱因斯坦每天上午步行到专利局，走上四楼，坐在他那间狭长的办公室里，工作８个小时。当时，专利局里使用的是一种长腿坐椅，那些审查专利的工程师和专家们养成了一个习惯：把坐椅往后一仰，双腿翘到桌上，悠闲地审查图纸。爱因斯坦不习惯这样，他宁可紧张、聚精会神地伏案工作。有一天，他从家里带来一把锯子，一声不响地把椅腿锯掉了一截。他又可按自己的习惯，整个身子都埋在桌子上的图纸中。 爱因斯坦很快就赢得了大家的喜爱。一个同事问他：“怎样才能做一个好公务员？” 爱因斯坦微笑着看了这位同事一眼，慢吞吞地说，这有一个公式： A＝X＋Y＋Z， 在这个公式中，A是成功，X是干活，Y是游戏，Z是沉默。 有一次，一位喜欢和人吵架的同事在和人吵架后，来找爱因斯坦评理。爱因斯坦听他说话的火药味儿还浓得很，大有一触即发之势，便笑呵呵地拿起心爱的小提琴，说： “来，来，我们还是来拉拉韩德尔吧！” 这位同事忍不住笑了。因为作为德国古典作曲家的韩德尔的名字，在德语中也有“吵架”的意思。 我们这位喜欢幽默、说话诙谐的三级专家，坐在四楼８６号办公室里，审查一份份专利申请。他必须像局长所严格要求的那样，提出一针见血的意见，并且写出精确的鉴定书。当时正是人类发明欲望极为强烈的时代，专业和业余发明家，工人农民和大学生，大家都在开动脑筋搞发明，都想取得专利权。呈报上来的新发明，大部分是一些细微末节的小东西，还有不少是永动机之类的无聊玩意儿。 爱因斯坦带着怀疑的眼光审视这些五花八门的新发明。敏锐的直觉，使他很快就从复杂的图纸中抓到了本质的东西。错误的、荒唐的、异想天开的，往边上一扔；有价值和新颖有趣的新发明、新创造，分别写出鉴定书，归档。一天的工作，往往不到半天就做完了。 这时，他就可以拿出小纸片来，做自己的物理学研究了。原来，这就是他那个成功公式中的游戏Y呢！一行行数字，一个个公式，很快就写满了一张；一张张纸片，很快变成了一叠。他眼睛盯在纸上，耳朵听着门外，一有脚步声，就赶紧把纸片藏到抽屉里去。因为局长规定，上班时间不准做私事。他“偷”上班的时间做私事。不，他是在发现自然的规律，这应该算是人类最大的公事。 ８小时之后，爱因斯坦回到家里，又继续他那发现自然规律的工作，至于到什么时候结束，那谁也不知道了。上班是有钟点的，下班以后，时钟上的那两根指针对于爱因斯坦来说，其实已没有任何作用。 有了固定职业后，爱因斯坦在克拉姆胡同４９号租了一套便宜的住房，他可以考虑成家了。在定居伯尔尼之前，爱因斯坦就有了和米列娃结婚的打算。但爱因斯坦的双亲极力反对这门婚事。１９０２年，爱因斯坦为此事还与母亲之间产生了暂时的不和，他的母亲不论当时还是后来，一直都不喜欢米列娃。１９０２年，爱因斯坦的父亲患心脏病，爱因斯坦回到米兰父亲身边。父亲终于在临终之前同意了儿子的婚事。１９０２年１０月１０日，赫尔曼·爱因斯坦逝世，葬于米兰。１９０３年１月６日，爱因斯坦和米列娃结了婚。婚礼十分简单，证婚人是索洛文和哈比希特。喜庆筵席结束之后，爱因斯坦带着新娘回克拉姆胡同，走到房门口，糟糕，又忘了带钥匙！新娘只好站在新房门口，等新郎去找钥匙。米列娃知道，忘记带钥匙是爱因斯坦的老毛病了。在苏黎世上大学的时候，爱因斯坦的邻居就常听见他半夜三更站在大门口，压低了嗓音向着门缝里叫：“房东太太！我是——爱因斯坦！对不起，我又忘记带钥匙了！” １年多后，米列娃生下一个儿子，起名叫汉斯·阿尔伯特。儿子的出生，给爱因斯坦带来快乐，也带来了沉重的负担。他本来已经拉着专利局和物理学研究这两部沉重的车，现在又套上了家庭这部车。 一匹马同时拉着三部车！ 这是奇迹，是人的智慧、精力和耐性极度发挥的奇迹。 这个年轻的父亲，左手抱着儿子，右手做着计算。孩子的啼哭和他自己哄孩子的声音：“嗯，嗯，小汉斯，小汉斯！”仿佛是另一个世界里的声音。他有一种奇妙的自我孤立的本领。现在，他的世界里只有自己一个人，那里的声音是分子、原子、光量子！空间、时间、以太！ 这个专利局的小公务员，推着一部婴儿车，在伯尔尼的马路上散步。他迈着庄重的步子，每走十几步就站住，从上衣口袋里拿出纸片和铅笔，写下几行数字和公式，低头看一眼恬睡的儿子，抬头看一下钟楼上的那座大钟，又向前走去。时间到了，已经尽了做父亲的职责。他赶紧回到克拉姆胡同，把儿子交给米列娃，自己钻到一角去做他未完成的计算。 这个年轻人，头脑里激荡着实验、假设、公式和定律，眼中闪耀着奇异的光彩，手在飞快地书写，那一个个奇妙的数学符号，将构造出一个新的世界。他是艺术家，他在窥视自然的奥秘，陶醉在自然的庄严、和谐和美丽之中；他是战士，他在向茫茫的未知世界进军；他是劳动者，他写过的一张张草稿纸，可以堆成一座山。 这个年轻人，哪里像物理学家呢？他没有受过名师的教诲，也没有在大学里占有一个席位，他连研究物理学所必须具备的最起码的图书资料都没有。可是，这个年轻人有勇气，有决心，他要解决物理学中最困难的“以太之谜”。这个难解的谜，困惑了多少物理学家！现在，这个年方２６岁的小公务员已经披挂上阵，他要来解这个谜了。 爱因斯坦在心头酝酿这个问题，已有１０年之久。多少次，眼前似乎闪现出亮光，再转个弯，该就是光明的境地了。可是，忽然又坠入黑暗之中。又有多少次，他似乎已经走近成功的大门，钥匙又拿在手上了。可一个不眠之夜后，他又会悄悄走到贝索那里，轻声告诉他，手上的钥匙开不了那扇大门。 再说，大门里面究竟又是什么东西呢？ 今天，爱因斯坦手里又握着一把钥匙。他相信，用这把钥匙，总能解开那个以太之谜了。可是，在下班的路上，他拖着疲乏而又绝望的脚步，对贝索说： “不行，不行！一切都是错误的，徒劳无用的！” 夜深了，爱因斯坦躺在床上，他哪里睡得着！那个谜还在折磨他。没有一丝希望，没有一线光明。但是突然，在笼罩着一切的漆黑的天幕背后，似乎有什么东西在搏动。出现了一线亮光，黑暗裂开了。一下子，那淡青色的、杏黄色的、血红色的、绛紫色的千万道光芒，全部冲了出来。太阳升起来了，他心里的太阳升起来了，爱因斯坦立即翻身起床。他看了一眼正在酣睡的米列娃和小汉斯，悄悄走到外面的屋子，点上煤油灯，开始写…… 爱因斯坦终于找到了解开以太之谜的金钥匙。 像山里的溪水，被巨石拦住去路，流水积聚起来，一旦溢出，即为飞瀑，奔腾跳跃，一泻千里。现在，爱因斯坦的笔在飞驰，像发狂一样…… ５个星期以后，爱因斯坦写成了《论动体的电动力学》。 以前他还写了三篇论文，连同刚写成的这一篇，一共有四篇了。在这四篇论文中，他挑了份量最轻的那篇寄到苏黎世的联邦工业大学。这次，大门向他敞开了，他成了爱因斯坦博士。但是，当不当博士无关紧要，在伯尔尼的专利局、邮政局里，博士多的是。重要的是另外三篇论文，他把它们寄到莱比锡去了。 这一切，都发生在１９０５年。 可也就在１９０５年，哈比希特和索洛文先后离开伯尔尼。 富于创造性的奥林比亚科学院结束了辉煌的日子。１９０６年５月，在给索洛文的信中，爱因斯坦不无伤感地说： “你去后，我再没同什么人交往。甚至同贝索在回家途中惯常的谈话也中止了。” １９０５年３月，爱因斯坦邀请哈比希特重返伯尔尼。 “敬请阁下莅临我们无尚光荣的科学院召开的几次会议，这样就可使它的成员增加百分之五十。” 此后不久，爱因斯坦又给哈比希特写了如下一封信： “亲爱的哈比希特！我们之间现在笼罩着一种神圣的沉默，如果我用无足轻重的废话来打破它，似乎是一种亵渎。然而，在这个世界上一切高尚的东西难道不总是遭到这种命运吗？您究竟在忙些什么，您，冰冻的鲸鱼，干瘪的罐头式的灵魂片，而……我还能把充满百分之七十的忿怒和百分之三十的怜悯都扔向您的脑袋吗？您可以感谢这后面的百分之三十，由于它我才没有把装着切好的大葱和大蒜的铁罐寄给悄悄溜去过复活节的您。您为什么直到现在还没有把您的学位论文寄给我呢？难道您这可怜的人不了解，我将是高高兴兴地和津津有味地阅读它的几个男子汉中的一个吗？我答应回敬给您四篇作品，其中第一篇很快就寄去，因为我在等作者应得的赠阅本。它讲的是光的辐射和能量，是很革命的。只要您先把自己的作品寄给我，您自己就会看到它。第二篇的内容是通过研究中性物质稀溶液中的扩散和内摩擦来测定原子的实际大小。第三篇证明：根据热的分子理论，悬浮在液体中大小为１／１０００毫米的物体进行着分子热运动引起的可以觉察到的不规则运动。悬浮物体的这种运动，确实已被生理学家观测到了，他们称它为‘布朗分子运动’。第四篇作品是从动体的电动力学概念出发并将修改空间和时间的学说；这篇东西的纯动力学部分准会引起您的兴趣……您的阿尔伯特·爱因斯坦向您致敬！我的妻子和已满周岁好尖声哭叫的小傢伙向您致以友好的问候！” ★小公务员的大发现 在伯尔尼的岁月里，爱因斯坦在科学上取得丰硕的成果，第一批研究结果的问世，就像闪电划破了时代的夜空一般。１９０５年，对于２６岁的爱因斯坦来说，是硕果累累的一年，对物理学史来说，则是革命的一年：相对论诞生出来了！ 在这一年，来比锡出版的《物理学纪事》杂志上发表了三篇论文，作者是同一个人——阿尔伯特·爱因斯坦。一篇是讨论布朗运动的，用最有力的证据证明了分子的存在，它的作者在物理学史上占有光荣的一页。一篇是发展普朗克的量子论，提出了光量子假设，它的作者将因此获得科学界的最高奖赏——诺贝尔奖金。第三篇就是《论动体的电动力学》。这是相对论的第一篇论文。它开创了物理学的新纪元，它的作者的名字是和牛顿并列的。 一个２６岁的青年，伯尔尼专利局里默默无闻的小职员，利用业余时间进行科学研究，在物理学三个未知领域里，齐头并进，同时取得巨大成果，这在科学史上，不能不说是一个奇迹。也许只有１６６５—１６６６年可以和１９０５年相媲美。当时瘟疫席卷英国，剑桥大学被迫关闭，２３岁的牛顿回到故乡乌尔索普村。他在乡居期间，发明了微积分，发现了白光的组成，并且开始研究引力问题。 天才，一个真正的天才！人们也只好这样解释。 爱因斯坦当然不这么看。 他对为他写传记的作家塞利希说：“我没有什么特别的才能，不过喜欢寻根刨底地追究问题罢了。” 他也对一位物理学界的同行说过：“空间时间是什么，别人在很小的时候就已经搞清楚了；我智力发育迟，长大了还没有搞清楚，于是一直在揣摩这个问题，结果也就比别人钻研得深一些。” 但不管怎么说，爱因斯坦是物理学史上当之无愧的革命者。牛顿继承哥白尼、伽俐略和开普勒，完成了物理学的第一次革命，创立了牛顿力学。法拉第、麦克斯韦完成了物理学的第二次革命，创立了电磁场理论。以爱因斯坦为代表的新一代物理学家，则进行了物理学的第三次革命，创立了相对论和量子力学。 从时间顺序看，爱因斯坦在１９０５年的创造性研究中，最早的研究工作是分子物理学。 爱因斯坦关于热运动的主要研究内容，是用统计方法分析原子、分子运动问题以及研究运动和热之间的关系问题。在这方面，爱因斯坦的工作超过了奥地利天才的物理学家玻尔兹曼和美国科学家吉布斯的研究成果，他在物理学方面的探索深度胜过数学的论证。同时，在玻尔兹曼的思想引导下，他把概率作为热学的数学演算基础。 所有这些问题，都是爱因斯坦单独研究出来的，以致有人曾对玻恩说过，“统计力学的所有具有重要特点的新发现”全是爱因斯坦搞出来的。这位年轻的研究家研究分子物理学的明确意图是想借助于可靠的结果，为他笃信的原子论的正确性提供论据，因为当时原子论还处在争论之中。 许多人否定分子和原子的存在。他们说： “存在原子吗？存在分子吗？多大？什么样子的？” 爱因斯坦相信世界是物质的。他相信原子和由原子组成的分子是存在的。但是，怎样才能用最有力的证据证明原子和分子存在呢？他开始研究分子运动论。在那些失业的日子里，他已经开始研究分子运动论。现在，坐在专利局的办公室里，他要来研究布朗运动了。１８２７年，英国植物学家布朗在显微镜下观察，发现在液滴中浸泡的花粉粒子不停地在作不规则运动。后来，以发现者的名字把这种粒子的乱动称之为布朗运动。粒子越小，液体温度越高，运动就越激烈。 几十年来，无数学者为解释这种现象的奥秘，作了种种徒劳的努力。早在爱因斯坦前２０年，法国物理学家曾经猜测，布朗运动是由于悬浮粒子受到显微镜下观察不到的液体分子的不规则碰撞所造成。这种富于想象的解释，在当时不仅缺少数学基础，而且没有任何的实验证明。 在《分子热运动论所要求的平静液体中悬浮粒子的运动》一文中，爱因斯坦以统计方法论证了悬浮粒子的运动速度及其颗粒大小与液体的粘滞系数之间存在着可用实验检验的数量关系。 爱因斯坦对于以前布朗运动方面的工作并不了解，他把显微镜下可见粒子的运动看作是显微镜下看不到的液体分子运动的表征。他用统计方法，解释了在他之前波兰物理学家斯莫鲁科夫斯基论证过的这种现象，并且作出数学表述。１９０８年，法国物理学家佩兰通过实验完全证实了“布朗运动的爱因斯坦定律”。由于这项工作，佩兰荣获了１９２６年诺贝尔奖金。 爱因斯坦关于分子物理学的研究证明了下述观点是正确的，即热是能量的一种形式，它是由不规则的分子运动所引起。同时，还使原子论得到了充实，即从物理意义上说来，“物质”是由分子和原子构成。 根据爱因斯坦提出的测定分子体积方法，加上关于布朗运动的公式，能够数出分子的数目。过去，物理学一直依赖奥地利物理学家格施米德发明的近似方法，而现在可以根据爱因斯坦的理论，用精确的数学方法进行计算了。 爱因斯坦对于热运动的研究，除了对专业学科十分重要，还在认识论上具有重大意义。它说明，某些自然科学家否定和怀疑原子论是没有道理的，爱因斯坦对分子观念的证明是令人信服的，以至连马赫和另一位原子论的坚决反对者奥斯瓦尔德也声称“改信原子学说”了。关于这一点，爱因斯坦在《自述》中说得很清楚： “在那些年代里，我自己的兴趣主要不在于普朗克的成就所得出的个别结果，尽管这些结果可能非常重要。我的主要问题是：从那个辐射公式中，关于辐射的结构，以及更一般地说，关于物理学的电磁基础，能够得出什么样的普遍结论呢？在我深入讨论这个问题之前，我必须简要地提到关于布朗运动及有关课题（起伏现象）的一些研究，这些研究主要是以古典的分子力学为根据的。在不知道玻尔兹曼和吉布斯的已经发表而且事实上已经把问题彻底解决了的早期研究工作的情况下，我发展了统计力学，以及以此为基础的热力学的分子运动论。在这里，我的主要目的是要找到一些事实，尽可能地确证那些有确定的有限大小的原子的存在。这时我发现，按照原子论，一定会有一种可以观察到的悬浮微粒的运动，而我并不知道，关于这种‘布朗运动’的观察实际上早已是人所共知的了。最简单的推论是以如下的考虑为根据的。如果分子运动论原则上是正确的，那么那些可以看得见的粒子的悬浮液就一定也像分子溶液一样，具有一种能满足气体定律的渗透压。这种渗透压同分子的实际数量有关，亦即同一克当量中的分子个数有关。如果悬浮液的密度并不均匀，那么这种渗透压也会因此而在空间各处有所不同，从而引起一种趋向均匀的扩散运动，这种扩散运动可以从已知的粒子迁移率计算出来。但另一方面，这种扩散过程也可以看作是悬浮粒子因热骚动而引起的、原来不知其大小的无规则位移的结果。通过把这两种考虑所得出的扩散通量的数值等同起来，就可以定量地得到这种位移的统计定律，也就是布朗运动定律。这些考察同经验的一致，以及普朗克根据辐射定律（对于高温）对分子的真实大小的测定，使当时许多怀疑论者（奥斯瓦尔德、马赫）相信了原子的实在性。这些学者之所以厌恶原子论，无疑可以溯源于他们的实证论的哲学观点。这是一个有趣的例子，它表明即使是有勇敢精神和敏锐本能的学者，也可以因为哲学上的偏见而妨碍他们对事实作出正确解释。这种偏见——至今还没有灭绝——就在于相信毋须自由的概念构造，事实本身就能够而且应该为我们提供科学知识。这种误解之所以可能，只是因为人们不容易认识到，经过验证和长期使用而显得似乎同经验材料直接相联系的那些概念，共实都是自由选择出来的。” 爱因斯坦对于布朗运动的理论研究，成功地继承了过去分子物理学的工作，并使它获得完满结果。他在光学理论方面的研究工作是同已经取得的发现分不开的。不过，这一研究工作，一开始就具有革命性：它意味着科学发展史上的一次“飞跃”。 １９０５年，爱因斯坦的第一篇著作《有关光的产生和转化的一个试探性观点》问世了。在以后的几年中，他还发表了几篇有关量子物理学的论文。 在光的新理论中，爱因斯坦以普朗克１９００年提出的假设为基础，认为在热辐射过程中能量的放出和吸收都是以不连续方式进行；能量的最小数值叫量子，它的数值取决于基本作用量h——“普朗克常数”。每次放出和吸收的辐射能都是这个数值的整数倍。 普朗克的这一发现与当时普遍认为正确的光的波动理论是不相容的。光的波动学说认为光是以波动状态连续传播的。１９世纪初，这一学说战胜了牛顿的微粒说。后来，麦克斯韦和赫兹还在实验和理论上证实了这个学说。 普朗克希望通过分析热辐射，能够解开热学和电磁学之间联系的奥秘。他想通过自己的研究，将物理学中这两个领域彼此不相矛盾地统一起来。突然，他当时面临一个事实，发现某些辐射过程具有不连续量子的特性，这一点无法纳入经典物理学世界观中去。由于在学术上，普朗克的基本态度是保守的，因此普朗克坚持不懈地企图寻求某种方法和途径把他获得的认识与经典假设调和起来。不过，事实证明是行不通的。 爱因斯坦在思想方法上没有任何保守性，他很少顾及权威和因袭的教条，因而进一步发展了普朗克的思想，迈出了勇敢的第一步。他认识到，正确运用普朗克假设之后，光的学说便焕然一新：虽然光是在空间连续传播的一种波动现象，但光仅能集中于特定地点，产生物理作用。因此，光具有不连续的颗粒特性，它可以是一束光量子，即“光子”。 爱因斯坦用下面的比喻解释过光子假说和普朗克理论的相互关系： “如果啤酒总是装在可容一品脱的瓶子里出售，由此完全得不出啤酒是由等于一品脱的不可分割的部分所组成的结论。” 为了检验小桶里的啤酒是否由不可再分割的部分所组成，我们可以把小桶里的啤酒分别倒进一定数量的容器中，比方说十个容器中。我们用完全任意的方式将啤酒分份，听任偶然去确定每一个容器中倒进多少。我们测量一下在每一个容器中啤酒有多少，然后再把啤酒倒回小桶里。我们多次重复这种操作。如果啤酒不是由不可分割的部分所组成的，那么在每个容器中啤酒的平均分量和所有这些容器的平均分量将是同样的。如果啤酒是由不可分割的部分组成的，那么在各容器之间就会出现不同的啤酒的平均分量。设想一种极端的情况，小桶里只能容纳一份不可分割的啤酒。这时，整个一份啤酒每一次只能倒进一个容器，在这些容器里面所装的东西之间的区别就十分巨大了：一个容器中装了小桶里所有的啤酒，剩下的容器将空无一物。如果小桶是由两份、三份……这种不可再分割的份额组成的，那么偏离平均分量将越来越小。因此，按照偏离平均分量的大小，即按照起伏的大小，可以判断啤酒的不可分割的份额的大小。 我们转回来研究电磁波。让电磁波占满一个被限定的“桶”壁——由许多单个胞格所组成的某个空间容积。是否可以把这些波的能量分为随便多大数量的部分，或许我们将碰到不可进一步分割的“份额”？并且，如果辐射的电磁场是间断的，那么它的最小“份额”的大小又是怎样的呢？ 测量一下胞格中能量的分量对于平均分量的偏离——这个分量在由一个胞格转到另一个胞格时的变化，就可以解答这些问题。如果最小“份额”大，那么这种变化就大；如果“份额”小，那么变化也小。 爱因斯坦的光量子学说，以最简炼的方式阐明了“光电效应”，这种效应的基础是光与电子之间进行能量交换。这样便解释了光束打到金属上时，能把电子从其表面拉出来。这些电子在脱离金属表面之后的动能，与光源的强度无关，而完全取决于其颜色，在紫外光的情况下，电子的动能最大。１８８６年，赫兹发现了这个现象，尽管许多物理学家对此作过进一步的深入研究，但是运用光的波动学说无论如何也解释不清。然而，借助爱因斯坦的光量子理论却可以把光电效应阐述得清楚。紫外光是由能量高的光子、亦即冲击力大的光粒子构成，而红光是由能量较低的光量子构成，所以紫外光打出的电子比红光打出的电子的动能要大。 １０年之后，美国实验物理学家密立根的研究证明，爱因斯坦对于光电效应的解释是正确的。“康普顿效应”是以发现者的名字命名的一种散射现象，这是波长极短的x射线跟原子中结合得很松散的电子发生作用时产生的一种现象。１９２３年，这一效应证实了光子的实在性，给人的印象极为深刻，从此以后光量子学说成为现代物理学的当然组成部分。 爱因斯坦关于光的新理论，究竟超过他同时代自然科学家的思想境界有多远，这从１９１３年柏林第一流的物理学家们的评论中可以一目了然。当爱因斯坦被任命为柏林科学院院士时，他们在赞扬了他在科学上的多方面成就后，要大家特别重视他的光量子假说： “他在探索过程中，往往会超出预想目标，比如在光量子假说方面就是这样，因而对他作出评价不会太困难；在精密自然科学中，一次冒险也不作，便不会有真正的创新。” 光量子假说在学术上具有划时代的意义，是整个原子物理学进一步发展的基础。不论是１９１３年玻尔提出的赫赫有名的原子模型，还是２０年代初期法国物理学家德布洛伊天才的假说“物质波”，没有光量子假说都是难于设想的。 爱因斯坦关于光的新理论，在哲学上从两个方面说来是重要的：其一，证明了普朗克在热辐问题上发现的量子现象并非是辐射现象所特有，而在一般物理过程中都有表现。这样，由于普朗克的发现而动摇了的旧的形而上学观念，即大自然不作飞跃的观点彻底垮台了。其二，爱因斯坦的研究结果，揭示了光的两重性。原来光既是微粒，又是波动。于是，光的辩证矛盾得以证实。爱因斯坦的发现使惠更斯和牛顿彼此对立的光学理论统一起来，在更高一级上成为天才的假说。 它是自然界中辩证法的光辉范例。 后来，爱因斯坦也时常感到遗憾，因为人们都认为他是“相对论之父”。他在“相对论争论”中曾经对荷兰朋友说过：“为什么总是在我的相对论上饶费口舌？我还干了其他有用的、或许是更好的事情嘛！” 确实，爱因斯坦如果不是相对论的创始人，他仍然是科学史上最伟大的物理学家之一。他有关热运动、光量子理论和固体比热等问题的研究，对于自然科学的进一步发展有着极其重要意义。然而，相对论无疑是他最重要的成就。与他其他的研究工作相比，相对论对自然科学思想体系产生了更深远的影响，它的作用远远超出哲学思想的范畴。它引起了一场最激烈的争论。也正是它点燃了爱因斯坦誉满天下的火炬。 １９１１年，劳厄撰写了第一篇关于相对论的专著。他在《物理学历史》一文中指出，自古至今的物理学问题，还没有比得上空间与时间概念对人们产生这样巨大的震动。这也说明，爱因斯坦为什么对这类问题的研究特别重视。后来出版了千百本各种书刊，有反对相对论的，也有赞同相对论的。１９０５年，爱因斯坦在《物理学年鉴》上发表了长达３０页的论文《论动体的电动力学》。这篇文章宣告了相对论的创生。１９０５年，也还在这一杂志上，他以题为《物体的惯性同它所包含的能量有关吗？》一文又作了重要补充。这两篇论文都收集在１９１３年相对论重要的历史文献《相对论原理》一书中，与读者再次见了面。 对于爱因斯坦在相对论中研究的问题，当时物理界的看法如何呢？ １９世纪，先是光学的机械理论居于统治地位。这种理论认为，光是一种称之为“光以太”或简称“以太”的弹性介质的波动。以太能穿透一切物体，而又不影响物体的运动。但是，事实上，光学研究的新成果愈来愈难以符合机械以太假说。于是，物理学家断言，可以把光看作是以太的一种特殊“状态”。这种状态被看成是电磁力场，法拉第把它抽象地引进自然科学领域，而后又被麦克斯韦用抽象得出奇的数学公式进行概括。 光以太学说与牛顿力学所引出的“绝对空间”理论紧密相连。牛顿认为： “绝对空间由于它的本性以及它同外界事物无关，它永远是同一的和不动的。” 于是，牛顿认为可以把以太看作是绝对参考体系，它决定了世界上一切运动的永恒的绝对状态。 牛顿进而认为，也存在着“绝对时间”。他说： “绝对的、真正的数学时间自身在流逝着，它的本性是均匀的。它的流逝同任何外界事物无关。” 这种观点认为，时间在均匀地流逝，并且想象在宇宙中有一种“标准钟”，人们可以从放在任意地方的这种时钟上读出“绝对时间”。后来，牛顿又谈到了“绝对运动”，这是由“绝对空间”和“绝对时间”联想到的。他给“绝对运动”下的定义，亦即“物体从一绝对地点转移到另一绝对地点”。 绝对时间和绝对空间是牛顿力学的根基。然而，牛顿的绝对时间和绝对空间有明显的毛病：既然绝对时间和绝对空间同任何外界事物没有关系，那么怎样才能知道它们存在呢？这个问题，牛顿没有办法回答。他只能说，绝对时间和绝对空间是上帝的创造。后来，康德又把绝对时间和绝对空间说成是先验的。先验的意思就是先于经验，人一生下来就有的。这样，牛顿和康德把绝对时间和绝对空间捧上了先验的王国，不许人对它们有怀疑。 不过，怀疑绝对时间和绝对空间的人还是有的。莱布尼兹就批判过绝对时间和绝对空间，但是没有把它们批倒。到１９世纪，马赫又对牛顿的时空概念作了有力的批判，但还是没有批倒。这是因为要改变时间和空间的概念，客观条件还没有成熟。建立在绝对时间和绝对空间基础上的牛顿力学，２００多年来，在解决宏观低速现象的问题中，取得了无比辉煌的成功。直到２０世纪初，在物理学中，牛顿巨大的身影仍然君临一切，绝对时间和绝对空间的概念，在物理学家的心里依旧是神圣不可侵犯的。要等到物理学的研究对象，从宏观领域进入原子和电子的微观领域，从低速领域进入光速和近光速的高速领域，以牛顿力学和麦克斯韦电磁场理论为基础的经典物理学，才暴露出严重问题。 此外，实验物理学也使人们对牛顿关于时空和运动的教条产生极大的怀疑。地球以每秒３０公里的速度在其轨道上绕着太阳转动。我们的太阳系以每秒２０公里的速度在宇宙中飞驰。最后是我们的银河系，它与其他遥远的银河系相比，以相当高的速度不停地在运动。那么，要是光以太是静止存在于“绝对空间”之中，并且天体穿过它运行，这种运动的结果对于光以太来说必然是显著的，而且使用精密的光学仪器也一定能够验证“以太风”。 美国物理学家迈刻尔逊做了第一个实验。他出生于波兰，１８８１年曾在柏林和波斯坦做过亥姆霍兹的奖学金研究生。他的实验由于实验装置不够齐全，结果说服力不够强。６年以后，迈刻尔逊在美国使用亲自设计的高精度镜式干涉仪，同莫勒合作重复了他以前的实验。这台新式测试仪如此的精确，以致于仪器本身受“以太风”的影响都能清晰地显示出来。但是这次实验以及以后的多次反复实验，都没有看到那种现象。证明光速完全是恒定的、与光源和观察者的运动无关。“迈刻尔逊实验”是物理学史上最著名的实验之一，也是相对论的基本实验。爱因斯坦十分钦佩迈刻尔逊的实验技巧。 迈刻尔逊的实验得到的结果，是彻底否定了光以太的存在。一开始，人们还想使虚构的以太假说与光速恒定的事实一致起来，从而来“拯救”以太。１８９５年，荷兰物理学家洛仑兹假定，快速运动物体在运动方向上会产生机构收缩（“洛伦兹收缩”），为的是用这种方法在机械世界观范畴内把迈刻尔逊实验结果跟光以太和绝对空间捏合起来。这种设想尽管十分巧妙，毕竟是人为假想，不仅明显带有目的性假说的性质，而且从长远看来不会使理论物理学家满意。 迈刻尔逊的实验结果使理论物理学家陷入难以自拔的思维困境，又像是一个无法解开的死结，但它被年轻的爱因斯坦，以无畏的剑一下砍断了。 爱因斯坦在学生时代就已经从《自然科学通俗读本》深知光速的意义，从阿劳时期开始，一直在反复琢磨：倘若一个人以光速跟着光波跑，那将会看到什么结果呢？联想到麦克斯韦的电动力学和迈刻尔逊实验的否定结果以及马赫对牛顿力学基础的批判，正是在这个早先的理想实验中，相对论应运而生。在自传中，爱因斯坦这样记述着他的相对论的出发点： “这样，人们搞清楚了物理学中某一事件与空间坐标的时间值的意义。” 对时间值的分析成为相对论研究的直接起点。爱因斯坦一开始就研究了同时性的概念。他的研究结果归纳如下：倘若有一种速度无限大的传递信号，那么在科学上是十分重要的，据此可以建立起相距遥远地方的两个事件的绝对同时性。不过，由于作为最大信号速度的光速是有限的，并且对所有的观察者而言又都是一样的，因而“绝对同时”没有什么物理意义，也丧失了理论依据。 所有涉及到时间的判断，往往是关于同时事件的判断。因而，同时概念的相对性导致时间概念的相对性，这是逻辑的必然。绝对同时不存在了，那么也不会再有绝对的、对所有参考系全都适用的相同时间。从而，每一参考系都有它自身的时间，即它的“参考系时间”。正如爱因斯坦后来发现的那样，整个问题的关键在于虚空的空间中光速是恒定的。假使承认这一恒定性（这点已被迈刻尔逊实验所证实），时间相对性就是不可避免的。 爱因斯坦的时间学说是崭新的，在他以前还没有一位物理学家或哲学家这样彻底地研究过同时性，并且得出这样深刻的结论。马赫要求，把物理学中无法由经验验证的荒唐的因素全部加以取缔。马赫的这一要求，导致爱因斯坦取缔牛顿“绝对时间”概念的想法。 由于时间和运动是彼此密切相连的，像马克思就说过，时间是“运动在量值方面的表现”。所以时间概念的相对论化，使“绝对运动”概念也失去了立足之地。一个物体或一参考系的运动，只有在与另一物体或参考系相比较而存在，并在其对比中数值也是适宜的。不存在什么“绝对运动”。爱因斯坦的“狭义相对论”认为，在相互作直线——非加速运动的所有参考系中，自然规律是同样有效。在它们之间，时间和空间值可以用“洛仑兹变换”这一特别的等式进行换算。１９０５年，爱因斯坦提出了相对论，他把作为光波载体的以太，从物理学世界中清除出去了。爱因斯坦认为，光以太原本只是物理学界的一个“幽灵”，他把独立的物理实体——电磁场请出来，坐在以太的位置上，这也是崭新的、勇敢的行动。尽管法国物理学家彭加勒在他之前就曾提过应该抛弃以太假说，但是他没能把这种动议变成新的自然观的基底。 “无以太物理学”乃是爱因斯坦思想的成果。 爱因斯坦在光的学说中引起的革命性进展，这种物理学中不存在以太的观点，即使当时著名的物理学家也长时间接受不了。就连洛仑兹，这位在狭义相对论酝酿阶段起过重要作用的科学家，直到１９２８年，还表示对光学现象没有以太作载体不完全理解。 如今，先以太假说也像燃素学说中所谓在燃烧过程中从物质里跑掉、名曰“火气”的东西一样，已经成为科学的史迹。它又像其他的科学假说那样，在特定的时期内为研究工作服务，一旦完成使命，即被送进科学谬误博物馆里去了。 抛弃光以太假说是一桩天才的破坏之作。在爱因斯坦取得的成就中，首先的建设工作是引进一个定律，即用C表示恒定的真空光速，把它纳入各种自然常数之列，运用到物理学的基本规律中去。 爱因斯坦首次发现，光速在力学和光学中同等重要。在那儿，光速仿佛是一切过程不可达到的最高临界速度，无论怎样把力施加上去，把能量传送上去，怎么也不可能达到或超越光速，无论给初速度附加多少速度，也是徒劳。根据光速恒定这一事实，引出了相对论的两个著名的“佯谬”，引起人们的广泛重视，也是多少年来激烈争论的焦点所在。陷于因袭的形而上学机械观中不能自拔的那些物理学家、哲学家，都曾经坚决反对过或者无情地嘲讽过相对论的这些“荒诞无稽”的结论。即使那些想沿着爱因斯坦所开辟的崭新道路共同前进的人们当中，也有一部分在相对论上难于跟上爱因斯坦的脚步。 其中一个“佯谬”便是快速运动着的一把尺子，它跟静止状态相比，在运动方向上长度缩短了。这个问题是从迈刻尔逊实验结果提出来的，后来形成了洛仑兹的机械收缩假说。爱因斯坦认为，这种收缩可以用两个参考系之间存在着的相对速度来解释。 另一个“佯谬”是在快速运动的参考系中的钟，与静止参考系中的钟相比，它走得慢了。这涉及到“时间膨胀”，也叫做时间延伸或时间失真。根据这一佯谬会得出诸如这样的结果：一个乘高速宇宙飞船长时期在太空遨游的人，当他返回地球地面时，与一直留在地球上的他的孪生兄弟相比，他应该年轻得多。这是因为宇宙飞行员的生物钟以及他的一切生理过程，比留在地球上的人要慢得多。但要想使生物钟佯谬和孪生兄弟佯谬产生的效应显现出来的话，宇宙飞船的速度一定要十分接近光速；可是这一条件与现实宇宙飞行的条件相距甚远。 只要相对时间膨胀得不到实验证明，激烈的争论就不可能中断。不过在３０年代末，从激发氢原子的实验中，无可置疑地证实了时间的相对膨胀。后来，在宇宙线的研究过程中再次明确地得到了证实。由于宇宙线粒子的速度特别大，这一效应的数值也较大。 １９０５年，爱因斯坦的狭义相对论宣判了机械自然观的死刑，这是自然科学史上的一次大变革，也是辩证法在物理学基础中的胜利。它把牛顿经典运动定律中所说的那种关于时间和运动的形而上学的机械观点提高到辩证法的高度。牛顿定律是速度远远小于光速的极限定律。牛顿的形而上学观点方法，尽管是当时所公认的定律，但是由于物理学的发展，碰到了无法逾越的鸿沟。爱因斯坦运用辩证思维的冲击力量摧毁这些障碍，并为物理学的进一步发展开辟了道路。在爱因斯坦以前，虽然有其他一些研究家确实已经采用形式数学的方法解决了运动物体的电动力学问题，然而爱因斯坦的功绩仍是不可低估的。 只有个别物理学家能够当即把爱因斯坦的理论看作是一个天才的发现。当时著名的理论家中，普朗克首先称赞爱因斯坦的《论动体电动力学》一文具有划时代的意义。普朗克在一次演讲中说：爱因斯坦时空观的“勇敢精神的确超乎自然科学研究和哲学认识论上至今所取得的一切大胆成果”。确实有不少著名的专家，在很长一段时间里，对爱因斯坦的学说抱怀疑态度，其中尤以实验研究家居多。 有意思的是，曾在联邦工业大学任教做过爱因斯坦老师的数学家明可夫斯基，却是相对论的热烈拥护者。当年爱因斯坦经常逃课，明可夫斯基骂他“懒胚”。“懒胚”学生不去上老师的课，老师现在却热心学起学生的论文来。明可夫斯基把自己的助教和学生叫来，他花了好几个小时，给他们讲相对论。他说，真没有想到，爱因斯坦这个小伙子能写出这样深刻的论文。教授顺便也提到了自己的想法。他的想法同样是非常深刻的。那是一种真知灼见，是一种美妙的数学方法。经过明可夫斯基的数学处理，狭义相对论的形式更完美了，而且指明了广义相对论的道路。 明可夫斯基的论文在１９０７年发表。第二年夏天，在科隆举行的“德国自然科学家和医生协会”第８０届年会上，他做了一个著名的报告，宣传相对论的思想，题目是“空间和时间”，他说了一段著名的话： “先生们！我要向诸位介绍的空间和时间的观念，是从实验物理学的土壤中生长起来的，这就是它们力量的所在。这些观念是带有革命性的。从现在起，空间自身和时间自身消失在阴影之中了，现实存在的只有空间和时间的统一体。” 明可夫斯基的报告引起了巨大反响。可惜３个多月后，疾病就夺去了他年仅４４岁的生命。去世前，他万分遗憾地说： “在发展相对论的年代里死掉，真是太可惜了。” 由狭义相对论可得出两个重要结论，涉及质量和运动、质量和能量的相互关系。显然，目的就是阐述这些问题的辩证关系。爱因斯坦对这些问题的解决，其意义远远超出狭窄的学术专业范围。 在爱因斯坦之前，惯性质量，即物体对运动的惯性阻抗被认为是一个不可改变的量。这符合牛顿形而上学的机械自然观。１８９５年，奥斯瓦尔德在吕贝克自然科学家大会的报告中还提出质量不变的经典观点。时过不久，１９０１年实验物理学家在进行高速运动电子的实验时，发现电子的质量随着速度增加而变大。爱因斯坦在他的相对论中也论证了这一事实。 只要是运动物体的速度远低于光速，由于运动所引起的质量增加就不明显。因为在经典力学中，物体很大而运动速度很小，质量的增加往往被忽视。相反，在相对力学中，质量的增加起着重要作用。在其后的时期中，原子物理学家们在大型实验设备上，加速了基本粒子。这些实践证明爱因斯坦的学说是正确的。 第二个结论的重要意义更为深远，其影响大大超出力学和物理学的范围，对于世界各国人民的命运和人类的未来都十分重要。 《论动体电动力学》一文发表后不久，爱因斯坦就在给哈比希特的信中写道： “我还在琢磨有关电动力学研究的结论。根据相对论原理连同麦克斯韦方程的要求，就可以用质量直接度量物体所含的能量；光可以转化为质量。铀元素中必然会产生质量显著减少的现象。这个想法既有趣又富于吸引力。但是我还无法知晓，上帝是对它感到高兴呢；还是在故意捉弄我？” 这个“既有趣又富于吸引力”的想法，被爱因斯坦写进前面提过的有关物体惯性同它所含能量的关系的论文里。这篇仅三页的论文是世界自然科学史上最精悍而又成果辉煌的著作。它奠定了质量与能量“等价”原理的基础。 爱因斯坦定律的数学公式是举世闻名的：E＝MC2在今天几乎变成成语。它表明能量（E）的转换与相应的质量（m）的转换分不开；而光速（c）的平方是比例系数，表示质量可以转换为能量。这样所谓“质量亏损”也被解释清楚了。在力学、化学、热学和电学过程中，质量亏损太小，一直未被发现。但在原子物理学中它却十分重要，因为原子核的各种组元的质量总是大于由这些组元构成的原子核的质量。有人认为，欠缺的质量转换为能量，这就是将核组元拉在一起所需的“结合能”。原子力是转换成能量的质量，在人工核反应中，这种巨大的能量便被释放出来。 爱因斯坦关于质量和能量等价性的发现，简化了物理守恒定律的内容。长期以来，彼此分立的质量守恒和能量守恒定律，现在可以合并为一条定律：对于一个闭合物质系来说，质量和能量的总合在所有过程中不变。 所有这些发现的时机的确已经成熟了，无须再要什么重要准备，也无须再获取什么局部成果。在已有的准备工作和成果中，有俄国列别捷夫有关光对固定的压力研究，还有奥地利物理学家哈瑟诺尔的重要探索。然而，爱因斯坦迈出的这一步对这方面的研究则具有决定性作用。 |
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