解读爱因斯坦

戈　平

今年适逢爱因斯坦关键性科学理论发表１００周年纪念。为了肯定爱因斯坦在现代物理学中的崇高地位，及物理学在人类发展中的重要作用，联合国将２００５年定为世界物理学年。在１００年前，当爱因斯坦发表这些理论时，也许还想象不到会对百年之后的人类世界产生如此巨大的影响。

曾是老师眼中的差生

１８７９年，爱因斯坦出生在德国乌尔姆一个犹太中产阶级家庭。他从小就被认为有点“笨”：４岁才能够完整地说话；７岁上学后，除了数学之外，其他各科成绩都不好；沉默寡言，性格内向，而且脾气不好，不大合群。

他一门心思要考上世界名牌大学苏黎世瑞士联邦高等工业学校（ＥＴＨ），学习他所喜欢的物理，不过，１８９５年应试时却名落孙山。经过补习，翌年他才如愿以偿，４年后以全班倒数第二名的成绩从ＥＴＨ毕业。老师们认为，爱因斯坦懒散而傲慢，不堪造就。

毕业后，他一时找不到工作，为了生计，只能在私立中学当了一年代课教师。１９０２年，经同学父亲介绍，爱因斯坦在瑞士首都伯尔尼的专利局得到了一份差事。在那里，他一直干到１９０９年。

既然有专利局提供糊口手段，他就把一切业余时间，全部用来潜心研究自己心爱的物理学理论。他给自己选定的课题，都是当时物理学家所面临的难题。１９０５年的半年时间里，年仅２６岁的爱因斯坦一鼓作气，连续发表了５篇论文，从根本上动摇了当时物理学体系的根基。这些论文的任何一篇，都足以使他名垂青史。

使他名垂青史的５篇论文

《关于光的产生和转化的一个启发性观点》：１９世纪后半叶，物理学家在实验中发现了光电效应。１９０５年３月，爱因斯坦发表了《关于光的产生和转化的一个启发性观点》，用普朗克在１９００年提出的量子论，完整、定量地解释了光电效应的基本规律，第一次提出了场的量子化概念，并且率先阐明了微观客体波粒二象性的观点。对新生的量子论来说，这是一种最有力的支持。

《测定分子尺度的一种新方法》：１８０８年前后，英国化学家道尔顿提出了所有物质都是由原子或者分子构成的观点，受到当时势力强大的保守派物理学家的强烈反对。他们不但反对分子运动论，还根本否定原子分子的客观存在，并且对坚持和发展这一理论的物理学家玻耳兹曼进行恶毒的人身攻击。玻耳兹曼招架不住，终于在１９０６年自杀身亡。就在此种环境下，１９０５年４月，爱因斯坦发表了一篇题为《测定分子尺度的一种新方法》的论文，苏黎世大学因此授予他博士学位。

《液体中悬浮微粒运动的分子运动论解释》：１８２６年，英国植物学家布朗发现，悬浮在液体中的花粉微粒，不停地无规则“飞舞”。这就是“布朗运动”。起初，有人认为，因为花粉有生命，所以它能够持续不断地运动。可是，大家很快就发现，不但花粉可以显示布朗运动，连玻璃、矿石，甚至亘古沙漠里沙子的研末，毫无例外地都能够显示出布朗运动。长期以来，人们一直无法对布朗运动做出合理的解释。

直到１９０５年５月，爱因斯文坦在所发表的论文《液体中悬浮微粒运动的分子运动论解释》中，才第一次揭示了布朗运动的本质。他指出，液体分子与悬浮微粒之间无规则碰撞的涨落，是引起布朗运动的真正原因。在这篇论文中，爱因斯坦还给出了关于布朗运动的详细定量结果。两年之后，法国科学家佩林和他的学生们用实验准确地证实了爱因斯坦的理论预测，一下子就平息了反对派的鼓噪，使原子和分子的观点最终站稳了脚跟。具有讽刺意味的是，这一切仅仅发生在玻耳兹曼辞世后短短的几个月之内。这位为科学真理奋斗了一辈子的物理学家，竟然没有能够看见自己毕生坚持的信念取得最后胜利，着实令人嘘唏！

《论动体的电动力学》：１９０５年６月，爱因斯坦发表了他的传世之作《论动体的电动力学》，建立了狭义相对论。与之相比，前面提到的那３篇论文，简直就是小巫见大巫。

推导出质能关系：紧接着在９月发表的另一篇论文中，爱因斯坦又根据狭义相对论推导出了一个等式Ｅ＝Ｍｃ²，即著名的质能关系。它把物质与能量这两个不同的物理量联系了起来，成为后来制造原子弹、核武器，以及和平利用原子能与核能技术的理论基础。可千万别小看了这个简单的等式！在某种意义上说，它甚至引起了人们行为和思维方式的改变：譬如核威慑、核讹诈、核恐惧，还有反核运动等等。它还完全否定了哲学上认为物质和能量是完全没有关系的两个物理量的“权威”论点。无怪乎杨振宁先生说，哲学从来没有影响过物理学，倒是物理学一直在影响和改变哲学。

以光电效应的理论获诺贝尔物理学奖

爱因斯坦马不停蹄，又开始接受新的挑战，考虑如何建立广义相对论的问题。经过几度寒暑，他在１９１１年取得了一个初步成果，预言来自遥远恒星的光线，行经太阳附近时，会朝向太阳偏转。１９１５年，爱因斯坦终于建立了完整的广义相对论，并将结果公开发表。

１９１９年１１月，发生了日全蚀。一队英国天文学家利用这个难得的机会，专门验证爱因斯坦先前所做出的星光偏折预言。实测结果不出所料，同爱因斯坦的理论完全一致，全世界立刻沸腾了起来。１９１９年１１月７日，著名的英国《泰晤士报》头版头条，竟然用了耸人听闻的大标题：《科学发生了革命——关于宇宙的新理论已经诞生——牛顿力学被推翻了》。

数不清的荣誉和头衔，一个接着一个，潮水般向爱因斯坦涌来。１９２１年，最荣耀的一顶桂冠终于戴到了爱因斯坦头上，那就是当年的诺贝尔物理学奖。在此之前，他曾经获得过该奖项不下１０次的提名。

有趣的是，使爱因斯坦荣获诺奖的，是关于光电效应的理论而不是广义相对论或者狭义相对论。获奖的那项成果，固然足以让他流芳百世，但比起后面两项来，则根本不可同日而语。之所以没有选中后者，并非评委们缺乏慧眼识珠的本领，而是爱因斯坦的理论，需要等待更多的事实来确证。这虽然是诺贝尔奖的遗憾，却也恰好折射出其极端的严谨。