解讀愛因斯坦

戈　平

今年適逢愛因斯坦關鍵性科學理論發表１００周年紀念。為了肯定愛因斯坦在現代物理學中的崇高地位，及物理學在人類發展中的重要作用，聯合國將２００５年定為世界物理學年。在１００年前，當愛因斯坦發表這些理論時，也許還想象不到會對百年之后的人類世界產生如此巨大的影響。

曾是老師眼中的差生

１８７９年，愛因斯坦出生在德國烏爾姆一個猶太中產階級家庭。他從小就被認為有點“笨”：４歲才能夠完整地說話；７歲上學后，除了數學之外，其他各科成績都不好；沉默寡言，性格內向，而且脾氣不好，不大合群。

他一門心思要考上世界名牌大學蘇黎世瑞士聯邦高等工業學校（ＥＴＨ），學習他所喜歡的物理，不過，１８９５年應試時卻名落孫山。經過補習，翌年他才如愿以償，４年后以全班倒數第二名的成績從ＥＴＨ畢業。老師們認為，愛因斯坦懶散而傲慢，不堪造就。

畢業后，他一時找不到工作，為了生計，只能在私立中學當了一年代課教師。１９０２年，經同學父親介紹，愛因斯坦在瑞士首都伯爾尼的專利局得到了一份差事。在那里，他一直干到１９０９年。

既然有專利局提供糊口手段，他就把一切業余時間，全部用來潛心研究自己心愛的物理學理論。他給自己選定的課題，都是當時物理學家所面臨的難題。１９０５年的半年時間里，年僅２６歲的愛因斯坦一鼓作氣，連續發表了５篇論文，從根本上動搖了當時物理學體系的根基。這些論文的任何一篇，都足以使他名垂青史。

使他名垂青史的５篇論文

《關于光的產生和轉化的一個啟發性觀點》：１９世紀后半葉，物理學家在實驗中發現了光電效應。１９０５年３月，愛因斯坦發表了《關于光的產生和轉化的一個啟發性觀點》，用普朗克在１９００年提出的量子論，完整、定量地解釋了光電效應的基本規律，第一次提出了場的量子化概念，并且率先闡明了微觀客體波粒二象性的觀點。對新生的量子論來說，這是一種最有力的支持。

《測定分子尺度的一種新方法》：１８０８年前后，英國化學家道爾頓提出了所有物質都是由原子或者分子構成的觀點，受到當時勢力強大的保守派物理學家的強烈反對。他們不但反對分子運動論，還根本否定原子分子的客觀存在，并且對堅持和發展這一理論的物理學家玻耳茲曼進行惡毒的人身攻擊。玻耳茲曼招架不住，終于在１９０６年自殺身亡。就在此種環境下，１９０５年４月，愛因斯坦發表了一篇題為《測定分子尺度的一種新方法》的論文，蘇黎世大學因此授予他博士學位。

《液體中懸浮微粒運動的分子運動論解釋》：１８２６年，英國植物學家布朗發現，懸浮在液體中的花粉微粒，不停地無規則“飛舞”。這就是“布朗運動”。起初，有人認為，因為花粉有生命，所以它能夠持續不斷地運動?？墒?，大家很快就發現，不但花粉可以顯示布朗運動，連玻璃、礦石，甚至亙古沙漠里沙子的研末，毫無例外地都能夠顯示出布朗運動。長期以來，人們一直無法對布朗運動做出合理的解釋。

直到１９０５年５月，愛因斯文坦在所發表的論文《液體中懸浮微粒運動的分子運動論解釋》中，才第一次揭示了布朗運動的本質。他指出，液體分子與懸浮微粒之間無規則碰撞的漲落，是引起布朗運動的真正原因。在這篇論文中，愛因斯坦還給出了關于布朗運動的詳細定量結果。兩年之后，法國科學家佩林和他的學生們用實驗準確地證實了愛因斯坦的理論預測，一下子就平息了反對派的鼓噪，使原子和分子的觀點最終站穩了腳跟。具有諷刺意味的是，這一切僅僅發生在玻耳茲曼辭世后短短的幾個月之內。這位為科學真理奮斗了一輩子的物理學家，竟然沒有能夠看見自己畢生堅持的信念取得最后勝利，著實令人噓唏！

《論動體的電動力學》：１９０５年６月，愛因斯坦發表了他的傳世之作《論動體的電動力學》，建立了狹義相對論。與之相比，前面提到的那３篇論文，簡直就是小巫見大巫。

推導出質能關系：緊接著在９月發表的另一篇論文中，愛因斯坦又根據狹義相對論推導出了一個等式Ｅ＝Ｍｃ²，即著名的質能關系。它把物質與能量這兩個不同的物理量聯系了起來，成為后來制造原子彈、核武器，以及和平利用原子能與核能技術的理論基礎?？汕f別小看了這個簡單的等式！在某種意義上說，它甚至引起了人們行為和思維方式的改變：譬如核威懾、核訛詐、核恐懼，還有反核運動等等。它還完全否定了哲學上認為物質和能量是完全沒有關系的兩個物理量的“權威”論點。無怪乎楊振寧先生說，哲學從來沒有影響過物理學，倒是物理學一直在影響和改變哲學。

以光電效應的理論獲諾貝爾物理學獎

愛因斯坦馬不停蹄，又開始接受新的挑戰，考慮如何建立廣義相對論的問題。經過幾度寒暑，他在１９１１年取得了一個初步成果，預言來自遙遠恒星的光線，行經太陽附近時，會朝向太陽偏轉。１９１５年，愛因斯坦終于建立了完整的廣義相對論，并將結果公開發表。

１９１９年１１月，發生了日全蝕。一隊英國天文學家利用這個難得的機會，專門驗證愛因斯坦先前所做出的星光偏折預言。實測結果不出所料，同愛因斯坦的理論完全一致，全世界立刻沸騰了起來。１９１９年１１月７日，著名的英國《泰晤士報》頭版頭條，竟然用了聳人聽聞的大標題：《科學發生了革命——關于宇宙的新理論已經誕生——牛頓力學被推翻了》。

數不清的榮譽和頭銜，一個接著一個，潮水般向愛因斯坦涌來。１９２１年，最榮耀的一頂桂冠終于戴到了愛因斯坦頭上，那就是當年的諾貝爾物理學獎。在此之前，他曾經獲得過該獎項不下１０次的提名。

有趣的是，使愛因斯坦榮獲諾獎的，是關于光電效應的理論而不是廣義相對論或者狹義相對論。獲獎的那項成果，固然足以讓他流芳百世，但比起后面兩項來，則根本不可同日而語。之所以沒有選中后者，并非評委們缺乏慧眼識珠的本領，而是愛因斯坦的理論，需要等待更多的事實來確證。這雖然是諾貝爾獎的遺憾，卻也恰好折射出其極端的嚴謹。