科學史上的奇跡年

在科學史上，有兩個時間段被稱為“奇跡年”，對應著科學史上兩位巨擘在非常短的時間內做出了奇跡般的科學貢獻。一位是牛頓，時間是1665-1666年；一位是愛因斯坦，時間是1905年。究竟是個人的天才還是歷史的風云際會，造就了他們以20多歲的年紀憑其貢獻便可在科學史上英名百世？

英國詩人蒲柏有首盛贊牛頓的詩這樣寫道：“自然及自然律為夜幕所掩，上帝說，讓牛頓來！于是一切大放光明。”這里有夸張，但也是事實。

說其夸張，是因為在牛頓之前，意大利的伽利略與德國的開普勒已經分別為地上與天上的運動學做出了可貴的探索。伽利略最重要的貢獻在于創立了動力學，即研究運動物體的科學。伽利略進行的斜面實驗的研究，已經蘊含了牛頓第一定律與第二定律的基本內容，但是伽利略并沒有把它們上升為普遍的物理法則。開普勒于1619年已經完成了關于行星運動的三大定律，這是當時太陽系已知六大行星運動的鐵律。但是對于行星為何繞太陽作橢圓軌道運行，開普勒受英國吉爾伯特的影響，試圖把每顆行星都看做一塊大磁鐵，用磁力與太陽的相互影響去解釋橢圓軌道。但是，這種解釋未能奏效。

說是事實，也即這對牛頓而言的確名至實歸。法國大數學家、天文學家拉普拉斯就曾羨慕牛頓說，綜合宇宙的定律只能發現一次，結果被牛頓幸運地占了先。牛頓是幸運的綜合者，但更是杰出的開拓者。在1665-1666年間的近18個月中，他為近代科學的幾個分支奠定了基石。這輝煌的成就，竟然與一場瘟疫有關。

1665年夏，倫敦黑死病（一種鼠疫）肆虐。距離倫敦不遠的劍橋人心惶惶，學校索性遣散學生回家以躲過這場瘟疫。牛頓當時已經在劍橋大學三一學院待了4年，期間已經對當時許多科學問題做了思考。瘟疫使牛頓回到了家鄉林肯郡烏爾索普，在接下來的18個月中，他改變了整個近代科學。這時期牛頓的貢獻主要集中在三個方面：首先是微積分的發明（稍晚德國的KvltuQ/IN1GcwbnIWpebQA==萊布尼茨也獨立做出）——當時牛頓稱其為“流數法”，這是一種全新的數學方法，可以處理大量變動不居的量。其次是萬有引力定律的發現，著名的蘋果落地的故事就是它的開端。我們前面談到牛頓綜合了天上與地上的運動，主要是指他發現了萬有引力定律。這是牛頓一生最光輝的偉業。后來關于萬有引力定律的三大驗證：哈雷彗星的回歸，海王星的發現，地球形狀長圓、扁圓之爭，一時成為美談。牛頓也由此矗立于科學萬神廟之巔。最后是通過光的色散實驗，牛頓揭示了光的本性。任何一位科學家，如果三者能占其一，注定能在科學史上不朽。牛頓一人兼具，真是“萬千寵愛在一身”，也難怪拉普拉斯驚羨不已呢！

接下來說愛因斯坦，他已經成了整個現代科學的化身。我們對愛因斯坦了解得更厚實，主要不在于他生活的年代距我們更近，而是他一生與整個社會（戰爭、和平、教育、正義等）緊密聯系在了一起。不像牛頓那樣，是僅與很有限的幾位學者聯系的“宅男”。1905年，愛因斯坦創造了科學史上第二個奇跡年。有人說他是平地起風雷，此話不對也對。

先說不對之處。大凡科學成就卓越者，無一不是歷史機遇的結果。這話看似四平八穩，卻頗值琢磨。牛頓得哥白尼之后風氣大開之勢，扶搖而上。愛因斯坦生于1879年，沒過些時日，物理學界風云突變，由著名科學家英國開爾文勛爵宣稱的“兩朵烏云”陰霾不散。兵來將擋，水來土掩。誰能驅敵，便可名顯。1900年的普朗克，年已四二（對后來量子力學那幫小將而言，此年齡可謂“垂垂老矣”），深情地面對自己獻身半輩的經典物理學，不情愿地揮起一桿大旗，名曰“量子論”。這是驅散“紫外災難”烏云的一道閃電，可惜無人能聆聽這“高山流水”。此可謂千載難逢之機遇，時代在召喚英雄。

平地偏要起風雷，有了歷史的機遇，還要有自身的造化。愛因斯坦趕上了好時候，但是1900年，他剛大學畢業，本打算在母校謀一個助教崗位了此一生，沒想到碰了壁。聊可欣慰的是當年年底在《物理學年鑒》上發表了他的第一篇論文，是有關毛細現象的。小荷已露尖尖角，何時可以滿庭芳？1901年，他繼續找工作，還是碰壁；還好后來謀得了一個臨時代課的職位。1902年6月，愛因斯坦通過朋友的關系，終于到了瑞士伯爾尼專利局謀取了一個職位（注意還是臨時工，直到1904年才轉正）。求職的挫折會讓一位年輕人郁悶不已，但愛因斯坦那幾年對科學的興趣始終沒受到影響，這從當時他與女友米列娃的信中能夠看出。

專利局的工作，促使他從多方面考慮問題，當然還有他與幾位朋友組成的“奧利匹亞科學院”的激勵作用，1905年——展露身手的時候到了。

像牛頓當年威風八面一樣，愛因斯坦也是橫掃八荒。上面提到普朗克高山流水待知音，這位知音就是愛因斯坦。在普朗克提出量子論的五年后，愛因斯坦第一個響應，1905年3月，他完成一篇關于光量子的論文，一舉解決了光電效應問題。這篇論文，是愛因斯坦本人唯一用了“最革命的”詞眼評價的論文。正是這篇論文，大大拓展了普朗克提出的量子論，使得愛因斯坦躋身量子論的三大教父之一（另一位是玻爾）。1905年的4、5月，他發表了兩篇關于布朗運動的論文，提出了測定分子大小的新方法。幾年之后，法國佩蘭用實驗證實了他的理論，無可辯駁地證實了原子的實在性。1905年6月完成了狹義相對論的論文《論動體的電動力學》。這篇文章驅散了前面提到的第二朵烏云，即“邁克爾遜-莫雷實驗測定以太風的零結果”。這篇論文，拓展了我們的時空觀，是人類智識史上一次質的飛躍。在此基礎上，同年9月愛因斯坦推導出了著名的質能方程。量子力學的奠基人之一德布羅意如此評價愛因斯坦的奇跡年：“愛因斯坦以非凡的精力，在同一年里，建立了今天主宰著全部現代物理學的兩大理論（相對論和量子論）中的一個，并且對另一個理論的發展也作出了主要的貢獻。”2005年，是聯合國教科文組織確定的“世界物理年”，旨在向100年前的奇跡年致敬與紀念。

會當凌絕頂，一覽眾山小。面對科學史上笑傲群雄的兩位巨匠，我們仰望、贊嘆、感慨、評說。歷史際遇與個人才情的共舉，造就了他們的非凡與功業。遙望奇跡年，心潮與海連。

（作者單位：哈爾濱師范大學）