爱因斯坦奇迹年探源

许良英（北京）


    摘要爱因斯坦于1905年取得4项历史性成就是奇迹；更奇的是，他完全是用业余时间来探索科学的。本文着重从其成长过程和历史背景来分析产生奇迹的源泉。爱因斯坦的非凡创造力，不仅来自他对自然奥秘的惊奇和敢於向传统与权威挑战的反叛精神，更来自他那深邃的哲学思考——来源於理性论哲学家斯宾诺莎的自然界统一性的信念，以及来源於经验论哲学家休谟和马赫的怀疑精神和独立批判精神。文章随后简要介绍了爱因斯坦在第二个高峰期（1915—1917）所取得的伟大成就，并认为他一生中至少有8项成就可以获得诺贝尔奖。文章最后着力展示了爱因斯坦的人格魅力——强烈的社会正义感和社会责任感，为和平、自由、民主和人权的理想所作的不懈努力，以及对中国人民苦难的深切同情。

    关键字  爱因斯坦  奇迹年  双重奇迹  两个高峰期  独立批判精神  自然界统一性  人格魅力


一，  双重的奇迹

    2004年6月10日联合国大会通过决议，宣告2005年为“国际物理年”（International Year of Physics），理由是：鉴於物理学对於瞭解自然和技术进步的重要性，以及物理教育对於人类发展的必要性，同时“意识到2005年是爱因斯坦作出了为现代物理学奠定基础的开创性（seminal）科学发现的一百周年”。早在2000年，欧洲物理学会（EPS）就提出，以2005年为“世界物理年”（World Year of Physics）。随后，国际纯粹与应用物理联合会（IUPAP）於2002年，联合国教科文组织（UNESCO）於2003年都支援这一倡议。最近，德国政府又决定，将2005年命名为“爱因斯坦年”（Einstein Year），从2005年1月19日开始，全国开展为期一年的庆祝活动。

    联合国大会决议中所说的爱因斯坦於1905年作出的开创性科学发现，指的是在物理学3个领域中的4项历史性贡献：（1）提出光量子论，揭示微观客体的波动-粒子二象性，推动量子论的发展。（2）由液体中悬浮粒子运动推出测定分子大小的方法，彻底解决了原子是否存在的争论。（3）创建相对论，开创物理学的新纪元。（4）由相对论推出质量与能量相当性，预示核能时代的来临。这4项具有划时代意义的成就，都是年仅26岁的爱因斯坦於1905年3月至9月这7个月内完成的。这一年他共完成了6篇论文，都发表在当时国际物理学界最有声望的刊物《物理学杂志》（Annalen der Physik，德国莱比锡出版；它是月刊，却常被人误译为“年鉴”或“年刊”）上。

    一个人，在一年之内，在几个不同领域，齐头并进地作出如此重大的贡献，在科学史上是一个奇迹。1967年，英国天文学家惠特罗（G. J. Whitrow）在他编的访谈录《爱因斯坦，其人以及其贡献》（Einstein， the man and his achievement）中，就把1905年称为“爱因斯坦奇迹年”（Einstein‘s annus mirabilis）。美国物理学家、《爱因斯坦全集》第一、二卷主编斯塔切耳（J. Stachel）还於1998年编了一本《爱因斯坦奇迹年》（Einstein’s Miraculous Year），收了爱因斯坦1905年改变物理学面貌的5篇论文，并加了引导性的说明（此书已有中译本，2001年上海科技教育出版社出版）。

    在历史上唯一可以与爱因斯坦奇迹年相媲美的是牛顿（Newton）於1666年的成就。据牛顿自己晚年的回忆，在24岁那一年（1666年），他孕育了微积分、颜色理论和引力理论。但这三种理论当时只孕育在他的脑海里，并没有写成文字发表，几年后才逐渐为周围朋友所知。而爱因斯坦1905年发表的几篇重要论文，都是多年酝酿的结果，特别是有关相对论思想的探索，10年前就开始了。1905年6月完成的论文《论动体的电动力学》，概念清晰，逻辑严密，文字简洁，是一篇十分完美的科学经典文献。

    1905年，爱因斯坦不仅写了上述6篇论文，还写了21篇书刊评论，发表在当年的《物理学杂志增刊》（Beiblatter zu den Annalen der Physik）上。被评论的论文或论着所用的文字有德文、英文、义大利文或法文，内容主要是热力学和分子运动论。这些评论都是爱因斯坦应《增刊》编辑之约而写的。

    一个年仅26岁的青年，一年之内在科学上作出如此众多的历史性成就，已经是够神奇的了。但更加神奇而不可思议的是，他当时并不是生活在大学或者学术研究机构中，而是在瑞士联邦专利局当一个最低级的技术员，本职工作是对发明专利的申请进行技术鉴定。这项工作是非常费脑筋的，不可丝毫懈怠。而饱尝失业之苦的爱因斯坦十分珍惜这份来之不易的工作，对此自然十分认真负责。因此，他只能利用每天8小时的公务以外的业余时间来从事科学研究。可是，他在家里还要帮助妻子照管不到一岁的儿子，经常是一手推着摇篮，一手执笔写论文。他周围没有一个物理学家，更没有一个可以请教的名师。


二，  产生奇迹的源泉

    爱因斯坦为什么能够在1905年创造奇迹？从当时的历史背景和他个人的成长过程，还是有印迹可寻的。

    爱因斯坦出生於有犹太血统的中产阶级家庭。父亲赫尔曼。爱因斯坦（Hermann Einstein）与人合夥经营一个小企业，后与弟弟雅各布。爱因斯坦（Jacob Einstein）合办一家生产各种电器的公司。爱因斯坦这位叔叔受过高等教育，是一位有抱负的工程师，对当时正在兴起的电力工业有强烈兴趣，并在技术创新方面取得多项专利。他们的公司生产发电机、弧光灯、白炽灯和成套的电话系统，都属於当时的“高技术”。这样一位处於时代前沿并富有进取心的叔叔对爱因斯坦智力的成长产生了重要影响。

    爱因斯坦并不是神童，相反，他童年时的智力发育比常人慢，很迟才开始说话，而且学习说话很困难。他不爱一般儿童打闹的游戏，而爱独自一人比较宁静的活动。四五岁时父亲给他看一个罗盘，他对指南针特殊的性状感到十分惊奇，以致浑身颤栗。这种对自然界奥秘的“惊奇”，正是他终生从事科学探索的动力。爱因斯坦在晚年对自己发育缓慢与创建相对论的关系作了饶有风趣和意味深长的表述：“我曾问自己，特别是我发现相对论的情况是怎样出现的。当时似乎是处於如下情况。正常的成年人决不会为空间-时间问题伤脑筋。在他看来，关於这个问题所应该思考的一切事情，在童年时代都早已思考过了。相反，我发育很缓慢，在我已经长大的时候，才开始搞清楚空间和时间问题。其结果，我钻研这个问题比通常的儿童所钻研的要深。”

    在叔叔的启迪之下，爱因斯坦从小对动手的技术和抽象的数学都非常感兴趣。10岁以后，他又受到一位每周末到他家作客的医科大学生塔耳穆德（Max Talmud）的悉心引导，读了一系列数学、科学和哲学书籍。他12岁自学了平面几何，并自己证明了毕达哥拉斯定理。他认为，读“神圣的几何学小书”，是童年所经历的另一种“惊奇”。他13岁时还读了康得（Kant）的哲学名着《纯粹理性批判》，并与那位医科大学生讨论书中的问题。

    另一方面，在他就读的德国学校，由於渗透军国主义精神，使他感到窒息和压抑，产生了逆反心理。教师对这个不顺从的学生也很恼火，他中学时一个班主任就曾斥责他不会有出息。碰巧，1894年他父亲和叔父合办的电器工厂因竞争不过德国的三家大公司，转移到义大利另起炉灶。他也就断然放弃了德国的学业，转到瑞士上学。

    他大学上的是苏黎世瑞士联邦理工大学数理师范系。他对坐在课堂里听课兴趣不大，大部分时间在实验室里度过，“迷恋於同经验直接接触”。其余时间在宿舍里阅读一些着名物理学家的着作，逐步瞭解到当时物理学前沿的一些重大理论问题。他同班同学共5人，3人属於数学专业；物理专业只有他和一位比他大三岁半的塞尔维亚姑娘玛丽琦（Mileva Mari）。他们四年级时开始相爱。

    1900年7月毕业考试，玛丽琦未通过，爱因斯坦和另3位同学都通过了。那3位同学都被教授留下来当助教，唯独他因特立独行、离经叛道的性格不见容于教授们，大学一毕业就失业了。

    爱因斯坦大学毕业后，生活立即陷入双重的极端窘困之中。那时，他父亲的工厂早已倒闭，而且负债累累。他本来打算毕业后同玛丽琦结婚，但是遭到父母坚决反对，这激怒了爱因斯坦，使他同家庭的关系濒於决裂，两人相爱反而更深。

    生活上的潦倒和婚姻上的挫折并没有动摇他献身科学的决心。这种决心早在1897年他给一位长辈的信中就明白地表达了：“紧张的脑力劳动和对神圣大自然的审视，将是引导我通过一切烦扰的天使，它虽然冷酷严厉，但却使我心情安宁，信心坚定。”物质和精神的双重逆境反而更激起他科学探索的激情。在跨出校门后4个月的1900年12月，他就完成了一篇论文《由毛细血管现象所得出的结论》，并於1901年3月在《物理学杂志》上刊出。论文的基本思路开始酝酿于大学二年级，用热力学与分子运动论相结合的方法，从分子概念推导出液体内能的运算式，企图由此揭示分子力与牛顿引力之间的内在关系，给化学以力学的基础。论文发表后，他给大学同班同学格罗斯曼（Grossmann）写信，表达如此喜悦的心情：“从那些对於直接感官知觉来说似乎完全是各不相关的现象中认识到统一性，是一种壮丽的感觉。”

    从1900年到1904年这5年内，他每年都写出一篇论文，并且都被《物理学杂志》接受发表。可是论文的发表并没有改变他失业潦倒的命运。

    在他失业后8个月，偶尔得到一个技术学校两个月代课教师的临时工作，他十分欣喜，在给人的信中说：“上午教了五六节课以后，下午在图书馆里自己进修，或者在住所研究有趣的问题，……即使像现在这样的情况，我也还有足够的精力和愿望去为科学奋斗。”就在这2个月中，他又写成第二篇论文。暑假后他找到一个家庭教师的工作。可是3个月后又失业了。1902年1月，玛丽琦生了一个女孩，但他们没有条件正式结婚，也没有能力抚养孩子，情况之窘迫，犹如雪上加霜。

    为了谋生，1902年2月爱因斯坦迁居到瑞士首都伯尔尼，在报上刊登“私人讲授数学和物理学”的广告。几天后就有一位工程师和一位建筑师来听课。一个月后又招来两个大学生，一个是学哲学的索洛文（Solovine），一个是学数学的哈比希特（Habicht）。他们都对科学哲学问题感兴趣，与爱因斯坦志趣相投。於是他们3人每天晚上一起阅读科学和哲学名着，也读了一些文学作品，同时进行海阔天空、热烈深入的讨论。这项活动从1902年春天持续到1905年11月，他们戏称为“奥林比亚科学院”，对爱因斯坦早期的科学创造，产生了重大的启发和推动作用。

    1902年6月爱因斯坦终於结束了失业生涯，被瑞士联邦专利局聘为试用三级技术员。专利局局长是格罗斯曼的父亲的朋友，经他的介绍，对爱因斯坦的才能很赏识，但还是经过考试才录用。由於爱因斯坦从小受精通技术的叔叔的熏陶，对技术也很感兴趣。因此，对专利局的工作尽心尽力，而且自己也曾取得过几项发明专利。70年前，中国报刊上流传不少爱因斯坦的奇闻逸事，其中有一则说爱因斯坦在专利局上班时，打开抽屉，偷偷在写物理论文。这纯属无稽之谈。

    爱因斯坦所以能在1905年迸发出惊人的科学创造力，掀起一场物理学革命，考其原因有三。

    首先，是他始终保持对自然界奥秘的惊奇，对科学探索的执着，不顾任何困顿险阻，始终信守为科学奋斗的信念和决心。

    其次，是他的不愿随波逐流，不愿固步自封，敢於向旧传统和任何权威挑战的反叛精神。他生前的研究助手霍夫曼（B. Hoffmann）和秘书杜卡斯（Helen Dukas）合写传记《阿耳伯特。爱因斯坦创造者与反叛者》（Albert Einstein Creator and Rebel， 1972， Viking Press），这个不同凡响的书名，正是对他这种精神的中肯表述。

    最后，也可能是最重要的是，他具有深邃的哲学探索精神，使他与同时代的物理学家相比，在思想境界上站得更高，看得更远，眼界更广。正如他在逝世前5天对一位科学史家所说的，20世纪初只有少数几个科学家具有哲学头脑；而今天的物理学家几乎全是哲学家，不过“他们都倾向於坏的哲学”。既要有哲学头脑，又要不倾向於坏哲学，并非易事。他自己是怎样走过来的？对他的科学探索产生影响的哲学思想又是什么？

    爱因斯坦幼年时虽然发育迟缓，但少年时却相当早熟，爱好穷根究底地思考各种问题，包括大自然的奥秘和人生价值问题。在一位医科大学生引导下，12岁就读过康得的代表作。1902—1905年的“奥林比亚科学院”的活动中，他和两位大学生一道阅读并认真讨论了理性论哲学家斯宾诺莎（Spinoza）的代表作《伦理学》，经验论哲学家休谟（Hume）的《人性论》，物理学家兼经验论哲学家马赫（Mach）的《感觉的分析》和《力学》（此前他自己已读过这两本书），以及其他一些哲学家的着作。爱因斯坦通过自己的独立思考，以独立的批判精神，认真吸取各派哲学的精华，而不拘泥於任何一派哲学体系，不盲目附和任何哲学教条。他的哲学思想，是通常的物理学家难以企及甚至无法真正理解的。最近我国着名理论物理学家，90岁高龄的彭桓武先生在一次访谈时坦诚地说，对爱因斯坦两段论及哲学的话，他至今未能真正理解其意义（见2005年1月6日《大众科技报》）。这两段话正是爱因斯坦对知识和理论本性的精闢论断，值得向读者介绍：

    1.“纯粹的逻辑思维不能给我们任何关於经验世界的知识；一切关於实在的知识，都是从经验开始，又终结於经验。”（1933年6月10日在牛津大学的演讲《关於理论物理学的方法》）

    2.“我们现在特别清楚地领会到，那些相信理论是从经验归纳出来的理论家是多么错误呀。甚至伟大的牛顿也不能摆脱这样的错误（‘我不作假设’）。”（《物理学和实在》，1936年：“我不作假说”是牛顿的话，他认为他的理论全部来自经验。）


三， 奇迹的创造及其所借助的哲学工具

    爱因斯坦曾经说过：“物理学的当前困难，迫使物理学家比其前辈更深入地去掌握哲学问题。”他又曾对人说过，“与其说我是物理学家，不如说我是哲学家。”对他一生影响最深的是两种相互对立的哲学思想：理性论与经验论。

    爱因斯坦的理性论思想主要来源於17世纪荷兰哲学家斯宾诺莎。他多次宣称，他信仰斯宾诺莎的上帝：“我信仰斯宾诺莎的那个存在於事物的有秩序的和谐中显示出来的上帝，而不信仰那个同人类的命运和行为有牵累的上帝。”他也像斯宾诺莎一样，把“对神的理智的爱”，即探求对自然界统一性和规律性的理解，奉为自己生活的最高目标。用他自己的话来说，“斯宾诺莎的思想对我始终是亲切的，我始终是这位哲学家及其教导的诚挚的讚美者”。“我的见解接近於斯宾诺莎的见解：讚赏秩序与和谐的美，相信其中存在的逻辑的简单性，这种秩序与和谐，我们能谦恭地而且只能是不完全地去领悟。”作为理性论标志的自然界统一性的信念，是他探索科学，尤其是创建相对论的路向。

    爱因斯坦的经验论思想主要来源於18世纪英国哲学家休谟和19世纪奥地利物理学家马赫，特别是他们的怀疑精神和独立批判精神。休谟对传统观念採取彻底的怀疑和批判态度，要求一切被认为先验的东西（如因果关系）都回到经验基础上来。马赫从经验论出发对牛顿的绝对空间概念的批判，给爱因斯坦很大启发，使他在创建相对论时找到了突破口。因此他在早期十分推崇马赫，但他坚决反对马赫顽固反对原子论的态度。后来他更远离马赫哲学，认为它“不可能产生任何有生命的东西，它只能消灭有害的虫豸”。这是对怀疑的经验论的历史贡献和局限性的最精闢、最中肯的评价。同样，他对休谟哲学的消极面也有中肯的评论。他指出，随着休谟的批判，“产生了一种致命的‘对形而上学（指本体论的研究）的恐惧’，它已经成为现代经验哲学的一种疾病”。

    1905年爱因斯坦发表的第一篇论文，提出光量子理论，是对1900年普朗克（Planck）首创的量子论的重要发展。普朗克发现，物体在发射辐射和吸收辐射时，能量不是连续变化的，而是以一个最小单元值的整数倍跳跃式地变化的。能量的这个最小单元被称为“量子”。由於能量不连续性概念与当时公认的物理理论不相容，普朗克一直忐忑不安，竭力设法用传统的连续性理论来解释跳跃式的量子现象，但始终未能遂愿。深信自然界的统一性并具有独立批判精神的爱因斯坦，却从普朗克的发现中意识到，量子概念所带来的，将是整个物理理论的根本变革。他不满足普朗克把能量的不连续性只局限於辐射的发射和吸收过程，而认为即使在空间的传播过程中，辐射也是以量子的形式组成的。他把组成辐射的单元称为“光量子”（以后称为“光子”）。他进而发现，作为统计的平均现象，光表现为连续的波动；但作为暂态的涨落现象，光却表现为不连续的粒子。这把以前认为是水火不相容的光的波动理论和光的微粒理论统一起来，揭示了微观客体的波动-粒子二象性。以此为契机，1923年法国物理学家德布罗意（de Broglie）提出物质波理论，1926年奥地利物理学家薛定谔（Schr？dinger）进而建立了波动力学。可是，光量子理论一提出来就遭到几乎所有物理学家的反对。1913年普朗克与3位物理学家联名推荐爱因斯坦为普鲁士科学院院士，在推荐信中高度评价了爱因斯坦的科学成就，但又声称“光量子假说”是一种“迷误”。

    1905年3月爱因斯坦写出光量子论论文后，4月写了一篇向苏黎世大学申请博士学位的论文《分子大小的新测定法》，5月又写了一篇对上述论文进行理论诠释的论文，讨论静液体中悬浮粒子受液体分子碰撞的运动（称为“布朗运动”，是1827年英国植物学家布朗 [Brown] 发现的）。他希望通过这次研究来彻底解决半个多世纪以来哲学家和科学家一直争论不休的原子、分子是否存在的问题。

    19世纪中叶以后，科学思想界深受法国哲学家孔德（Comte）的实证论哲学的影响，认为未经实验证实的理论都是“形而上学”，在科学领域中无立足之地。因此，看不见、摸不着的原子、分子都是虚妄的幻想，不是实在的科学概念。由此出现了一股反对原子论、分子论的浪潮，其中最有影响的是马赫和德国化学家奥斯特瓦耳德（Ostwald），后者还提出“唯能论”，主张用能量取代原子作为实在世界的基元。在实证论思潮不可一世之时，致力於热的分子运动论研究并取得巨大成就的奥地利物理学家玻耳兹曼（Boltzmann）处处受到排挤、打击，深感压抑、孤单，1906年於忧郁中自杀身亡。爱因斯坦在大学时就读过玻耳兹曼的着作，这两篇论文中採纳了玻尔兹曼的研究成果。持有理性论的世界统一性信念的爱因斯坦，对原子、分子的存在深信不疑，他借助热的分子运动论，算出分子的大小，企求实验验证。一年后，瑞典化学家斯维德伯（Svedberg）就以实验初步证实了爱因斯坦的理论预测。1908年法国物理学家佩兰（Perrin）利用1903年才问世的解析度比普通显微镜高20倍的超显微镜，进行了一系列观测，结果完全证实爱因斯坦的预测。他发表了5篇论文，其中有长达114页的《布朗运动与分子的实在性》。这使各国科学家一致认为，分子和原子的实在性已没有怀疑的余地了。1906年还断言“原子不过是假说性的东西”的奥斯特瓦耳德，到1908年就断然改变了态度，公开明确宣佈：“原子假说……已经成为一种基础巩固的科学理论。”以后他还建议爱因斯坦把历年发表过的有关布朗运动的论文彙集成册出版。这就是爱因斯坦一生最早的文集《布朗运动理论研究》，收在奥斯特瓦耳德编的《精密科学经典》丛书中。奥斯特瓦耳德还是第一个向诺贝尔委员会提名爱因斯坦为物理学奖候选人的科学家（1910年）。这样一位光明磊落、知错必改的科学家却被人（如列宁）说成是“伟大的科学家渺小的哲学家”，实在是历史悲剧。

    1905年9月，爱因斯坦用5~6个星期完成了经10年酝酿的30页长论文《论动体的电动力学》。这是一篇开创物理学新纪元的经典文献，以其简洁、明晰、透彻、完整的形式提出一个关於电动力学和力学基础的新理论，克服了19世纪末出现的物理学的危机，揭开了物理学理论的革命。

    以牛顿力学为基础的经典物理学理论体系，发展到19世纪70年代似乎到了顶峰。不少人认为，物理学理论已经接近完成，今后最多只能在枝节上作些细小的补充，在数值测定上在小数点后面加上几个数位。普朗克在青年时就有人劝告他不要学物理，因为物理学已到了头，没有发展前途了。可是事与愿违，80年代美国物理学家迈克耳逊（Michelson）用精度极高的干涉仪来测定地球在“乙太”中漂移的速度，结果却与理论预期完全相背，使经典理论出现无法克服的危机。以洛伦兹（Lorentz）为代表的老一辈物理学家採取补漏洞的办法，提出各色各样的假设，结果漏洞越补越多。年轻的爱因斯坦，发扬从经验论哲学家休谟和马赫学来的怀疑精神和独立批判精神，对旧理论体系不是採取因循迷恋的态度，而是根据新实验事实，对它进行大刀阔斧的改造。而关於自然界统一性的理性论信念，又为他指明了创建新理论体系的路向。通篇论文处处闪耀着这两种哲学思想的光芒。

    这篇惊世骇俗的论文，开宗明义宣告自然界统一性的信念不可动摇。论文开头指出，在运动相对性问题上，麦克斯韦（Maxwell）电动力学与牛顿、伽利略（Galileo）力学之间出现“不对称”，即统一性遭到破坏。运动相对性是伽利略於三个世纪前发现的，它表明：对於任何静止的或匀速运动的观察者，力学运动定律是完全一样的。可是这种运动相对性在麦克斯韦电动力学中并不成立，因为麦克斯韦方程只适用於静止的坐标系。论文接着指出，“这种不对称似乎不是现象所固有的”，理由是，法拉第（Faraday）1832年发现的电磁感应现象证明运动相对性还是成立的。因为感应电流的方向与强度只同电路与磁场之间的相对运动有关，而同它们的绝对运动状态无关。怎样消除这种不是现象所固有的“不对称”？经验论者马赫对牛顿的绝对空间概念的批判给了他启示。他在从未引起人怀疑的“同时”问题上找到了突破口。

    依据经验论的信念——用他自己的话来说，就是：“唯有经验能够判定真理”：“一切关於实在的知识，都从经验开始，又终结於经验。”——他发现，两个在空间上分隔开的事件的“同时”，取决於它们相隔的距离和光信号的传播速度。在静止的观察者看来是同时的两个事件，在运动的观察者看来就不可能是同时的。这就是同时的相对性。由此可见，对於不同运动状态的观察者，时间的量度是各不相同的。因此，不可能存在牛顿所说的绝对时间。同样，也不可能存在绝对空间。他还进一步指出：既然测不出地球在绝对静止的“乙太”中漂移的速度，被作为光传播媒质的“乙太”也是不存在的。

    为了建立一个体现自然现象统一性的新的理论体系，他以两个“基本实验事实”作为构建理论的基础（逻辑前提），也就是论文中所说的“原理”。一个是“相对性原理”，是把伽利略发现的运动相对性的适用范围从力学扩展到整个物理学。另一个是“光速不变原理”，是所有乙太漂移实验所显示的光在真空中总是以一确定速度传播的事实。从这两条原理出发，通过逻辑推理，建成了一个把力学和电动力学统一为一体的理论。在这个理论中，运动的尺要缩短，运动的锺要变慢；它改变了传统的空间、时间概念。牛顿力学因而成了它在速度与光速相比接近于0时的一种极限状态的特例。尽管普朗克对爱因斯坦的光量子假说十分不满，认为是一种“迷误”，但对这篇论文却非常讚赏，亲自带了两个青年人投身於发展这个理论的研究，并把这个理论命名为“相对论”。他对相对论的评价极高，认为它“所带来的物理世界观的革命，在广度和深度上，只有哥白尼的世界体系的提出所引起的革命可以相比拟”。

    这篇震撼世界物理学界的长论文写成后三个月，爱因斯坦又写了一篇短论文，作为上述理论的一个推论，提出质量与能量的相当性（E = mc2）。它的发现，使当时困惑所有物理学家的问题：放射性元素（尤其是镭）为何能不断释放大量能量？太阳为何能长久发出如此强烈的光和热？都迎刃而解了。质能相当性是20世纪30年代开始蓬勃发展起来的核子物理学和粒子物理学的理论基础，也为核能（早期称为“原子能”）的释放和利用准备了条件，使人类利用能源的历史从漫长的（几十万年）化学能（以火为标志）时代进入核能时代。


四，  第二个高峰与诺贝尔奖

    爱因斯坦对1905年建成的相对论并不感到满足，执意要进行根本性的发展，企图把相对性原理的适用范围从匀速运动扩展到非匀速运动。1907年他发现引力场与参照系相对应的加速度在物理上是完全等效的。经历了8年艰辛的努力，后期还在数学上得到大学同学格罗斯曼的协助，终於在1915年建成了广义相对论。它是关於引力的理论，是对牛顿的引力理论的根本性修正。他提出有3项天文观测可以检验广义相对论与牛顿引力理论的歧异。其中之一是：存在引力的空间必然弯曲，日全食时，可以观测到太阳边缘的恒星位置要发生1.7‘’的偏转。在英国天文学家爱丁顿（Eddington）大力倡导下，1919年5月29日日全食时，英国派出两个观测队分赴西非和巴西。当年11月6日，英国皇家学会会长汤姆逊（J. J. Thomson）宣佈两地观测结果都证实了爱因斯坦的理论预测。他声称：爱因斯坦的工作是“人类思想史中最伟大的成就之一，也许就是最伟大的成就”。“它不是发现一个周边的岛屿，而是发现整个科学新思想的大陆。”世界各国报刊竞相报道这一革命性新闻，爱因斯坦顷刻间成为家喻户晓的传奇性新闻人物。一项科学成就能成为轰动全世界的新闻，历史上没有先例。

    1915—1917年是爱因斯坦科学创造的第二个高峰时期，类似1905年，他也在3个不同领域取得历史性成就。

    在1915年建成广义相对论后，1916年他由这一理论推断，一个力学体系变动时必然发射以光速传播的引力波。由於引力波强度太弱，难以检测。但从1974年开始，美国两位射电天文学家对新发现的一对射电脉冲双星进行连续4年的观测，终於从脉冲周期的变化推算出确实存在引力波。两人由此获得1993年诺贝尔物理学奖。

    也在1916年，他回到量子辐射研究，提出关於辐射的吸收和发射过程的理论，发现能态变化过程中存在“受激辐射”过程。受激辐射概念后被人发展成光放大的设想，是60年代开始迅速发展起来的雷射技术的理论基础。雷射技术是20世纪三大新技术之一，另两个是电子学和电脑。

    1917年，爱因斯坦根据广义相对论提出宇宙学理论，认为宇宙在空间上是有限而无边界的，即自身是闭合的。这项研究使宇宙学摆脱纯粹猜测性的思辨，进入现代科学领域。经众多天文学家和物理学家的后续努力，相继出现了宇宙膨胀理论和宇宙大爆炸理论，并已得到了一系列天文观测的验证。

    按照公认的诺贝尔奖的标准，爱因斯坦一生至少有8项成就可以得到诺贝尔物理学奖。这8项成就是：1905年4项，1915年—1917年4项。也就是说，他应该可以得到8个诺贝尔物理学奖。此外还应该可以得到一个诺贝尔和平奖。可是爱因斯坦直至1922年11月13日赴日本讲学途中经过上海时才接到通知，诺贝尔委员会决定授予他1921年的物理学奖，理由不是创建广义相对论和狭义相对论，而是“光电效应定律的发现”！ 而光电效应定律不过是爱因斯坦1905年第一篇论文中提出的光量子理论的一个推论而已。当时诺贝尔委员会委员们的科学水平实在低得出奇；而且授予的并不是当年的奖，而是前一年的奖，也是空前绝后的怪事。

    五，  爱因斯坦的人格魅力在爱因斯坦的心目中，诺贝尔奖这类身外之物是无足轻重的。在他晚年回忆中说，当他还是少年的时候，“就已经深切地认识到，大多数人终生无休止地追逐的那些希望和努力都是毫无价值的。”

    他的人生追求和信念，在1930年的《我的世界观》一文中有生动、清晰的表述：“我每天上百次地提醒自己：我的精神生活和物质生活都依靠着别人（包括生者和死者）的劳动，我必须尽力以同样的分量来报偿我所领受了的和至今还在领受着的东西。我强烈地向往俭朴的生活，并且时常为发觉自己佔用了同胞的过多劳动而难以承受。”

    “我从来不把安逸和享乐看作是生活的本身——这种伦理基础，我叫它猪栏的理想。照亮我的道路，并且不断地给我新的勇气去愉快地正视生活的理想，是善、美和真。……人们所努力追求的庸俗的目标——财产、虚荣、奢侈的生活——我总觉得都是可鄙的。”

    “我的政治理想是民主。让每一个人都作为个人而受到尊重，而不让任何人成为崇拜的偶像。”

    “强迫的专制制度很快就会腐化堕落。因为暴力所招引来的总是一些品德低劣的人，而且我相信，天才的暴君总是由无赖来继承，这是一条千古不易的规律。”

    “在人生的丰富多彩的表演中，我觉得真正可贵的，不是政治上的国家，而是有创造性的、有感情的个人，是人格；只有个人才能创造出高尚的和卓越的东西。”

    “一个人能够洋洋得意地随着军乐队在四列纵队里行进，单凭这一点就足以使我对他轻视。他所以长了一个大脑，只是出於误会；单单一根脊髓就可满足他的全部需要了。”

    虽然长期对自然界奥秘的专心致志的探索使他养成了“对别人和社会直接接触的淡漠”，可是他始终具有“对社会正义和社会责任的强烈感觉”。爱因斯坦的强烈的社会正义感和社会责任感，与他的忘我的科学探索精神，组成了他的人生的至高境界：善、美和真，显现了爱因斯坦的巨大人格魅力。

    1914年4月他回到德国工作后不到4个月，第一次世界大战爆发。10月初，德国一批最有声望的知识份子发表一个为德国侵佔比利时等侵略行为辩护的《文明宣言》，声称“德国军民一家”。在宣言上签名的有93人。爱因斯坦拒绝在这个宣言上签名，而在一个与之针锋相对的反宣言《告欧洲人书》上签了名。《告欧洲人书》是生理学教授尼可拉（G. F. Nicolai）起草的，提出：“欧洲必须联合起来保护它的土地、它的人民和它的文化”，要开展一个“声势浩大的欧洲统一运动”，“努力去组织欧洲人联盟”（这可以说是今天的欧洲联盟的先声）。这个反宣言当时只有4人签名，未能公开发表。但爱因斯坦并不气馁，仍积极参与反战活动。1914年11月，他参与发起组织反战团体“新祖国同盟”，并积极参加他的各项活动。1916年2月这组织被查封，人员大批被捕，活动转入地下，爱因斯坦仍然参加。

    1918年11月，德国士兵和工人起义，迫使德皇退位，宣佈成立德意志共和国，战争结束。当天爱因斯坦给母亲寄了两张明信片，欢呼“伟大事变的发生”，“运动正以真正壮丽的形式发展着”。他深受学生和工人的拥戴。两天后，柏林大学生请他在国会大厦演讲，他强调“我们的共同目的是民主，是人民统治”，“应该提防不让左翼的新的阶级暴政来替代右翼的旧的阶级暴政”。

    1919年11月日全食观测结果公佈后，爱因斯坦成为轰动全世界的新闻人物，他的声誉如日中天，可是也招来了各国沙文主义、军国主义、种族主义和排犹主义者的恶毒攻击。1920年8月，柏林出现反对爱因斯坦和相对论的运动，两个得过诺贝尔奖的德国物理学家也卖力地参与攻击行列（当时爱因斯坦与诺贝尔奖无缘），爱因斯坦公开地与他们进行针锋相对的斗争。

    在抗击对他的无耻污蔑的同时，爱因斯坦为实现持久和平和民主、自由、人权的理想尽心尽力。战后，反战组织“新祖国同盟”恢复活动，改名“德国保卫人权同盟”，他依然是积极参加者。1921年他又参加发起组织以对德国青年进行民主启蒙为宗旨的团体“共和同盟”。同时，他还致力於促进各国人民相互谅解的活动，访问了很多国家。他於1921年访问美国，1922年访问日本，在街头巷尾都受到群众自发的夹道欢迎。

    他去日本讲学的往返途中，两次船过上海，共停留了三天。他目睹了处於水深火热中的中国劳动人民的苦难，目睹了“男男女女为每日5分钱的工资天天在敲石子”，他深感同情和不平。这对於他一心希望科学造福於人类，希望在全世界各处看到“社会幸福、经济公平、国际和平和阶级和平”的美好愿望，是一个沈重打击。从此，中国人民的苦难始终紧系着他的心。1931年日本侵佔我东三省，他一再呼籲各国政府对日本实施经济制裁，以迫使它撤军，但杳无音讯。1932年陈独秀被捕，1936年救国会“七君子”被捕，他都曾联合英美知识界知名人士表示申援。

    1974年初，为编译和出版《爱因斯坦文集》，我向科学界前辈周培源先生求教。他满怀深情地回忆起，1936年在清华任教满6年后到普林斯顿高级研究院进修，参加了爱因斯坦亲自主持的相对论讨论班。他说，爱因斯坦“同我第一次个别交谈时，就说中国人民是苦难的人民。当时我政治觉悟不高，未能完全领会他的思想，对自己国家人民的苦难也没有他那样强烈的感受。”周老这段带有自责性的谈话，使我十分感动，至今记忆犹新。於是我向周老介绍爱因斯坦1922年11月13日和12月31日两次路过上海在他的旅行日记上所记载的对中国人民悲惨命运的深挚的同情。我们都为爱因斯坦的崇高的精神境界和博大的胸怀歎服。当时周老还告诉我，爱因斯坦为人谦虚、淳朴，对人和蔼可亲，并过着俭朴的生活。他在欧洲旅行时，经常坐三等车，而不坐头等、二等。

    1920年国际联盟成立，1928年标榜“放弃以战争作为国家政策工具”的《凯洛格-白里安公约》（Kellogg-Briand Pact）的签订，以及1932年召开全世界裁军会议的计划，引起了爱因斯坦极大的幻想，以为从此可以一劳永逸地消灭战争。为此，他到处奔走呼号，发表一系列文章。其中最有代表性的是1931年发表的呼籲限制国家主权的《主权的限制》。文章开头提出一个政治信条：“国家是为人而建立，而人不是为国家而生存。”最近德国政府决定，要把这个信条镌刻在德国政府大楼上，作为2005年的“爱因斯坦年”的庆祝活动之一。这篇文章还有不少隽永的思想闪光，如：“国家的最高使命是保护个人，并且使他们有可能发展成为有创造才能的人”。“国家应当是我们的仆从，而我们不应当是国家的奴隶。”

    1932年世界裁军会议期间，他代表“反战者国际”列席会议，结果使他完全失望，他多年来热情宣扬的和平理想化为泡影。严酷的现实是：法西斯逆流在欧亚大陆泛滥，日本侵略中国，1933年1月纳粹头目希特勒当上了德国总理。

    希特勒一上台就对自由知识份子、工人领袖和犹太人进行疯狂迫害，爱因斯坦是首要迫害对象之一。幸亏当时他在美国讲学，未遭毒手。1933年3月10日他发表不回德国的声明，声称他“只想生活在”实行“公民自由、宽容，以及在法律面前公民一律平等”的国家，而“这些条件，目前在德国都不存在”。随后他发表了一系列谴责纳粹暴行的谈话。他在德国的挚友冯。劳厄（Max von Laue）写信劝他在政治问题上要明哲保身。5月26日他写了一封义正辞严的回信：“我不同意您的看法，以为科学家对政治问题——在较广泛意义上来说就是人类事务——应当默不作声。德国的情况表明，这种克制会招致：不作任何抵抗就把领导权拱手让给那些盲目和不负责任的人。这种克制岂不是缺乏责任心的表现？试问，要是乔尔达诺。布鲁诺（Giordano Bruno）、斯宾诺莎、伏尔泰（Voltair）和洪堡（Humboldt）也都是这样想，这样行事，那么我们的处境会怎样呢？我对我所说过的话，没有一个字感到后悔，而且相信我的行动是在为人类服务。”浩然之气沛乎寰宇。

    面对希特勒的战争叫嚣，爱因斯坦改变了过去一贯反对服兵役的态度，放弃了反对一切战争的绝对和平主义立场，向全世界人民大声疾呼：法西斯就意味着战争，面对如此凶残的和平敌人，和平必须用武装来保卫。他庄严宣告：“为了保卫公理和人民的尊严而不得不战争的时候，我们决不逃避战争。”他的这一转变，遭到许多和平主义者的责难，有人甚至骂他是叛徒。以后的历史证明，真理是在爱因斯坦一边。

    爱因斯坦这种知错必改的态度，在对待科学问题也是如此。他早期发表许多科学论文，往往随后又发表“更正”。在柏林曾与他多年共事的奥地利女物理学家迈特内（Meitner，铀裂变发现者之一，我国核子物理学家王淦昌先生的导师），回忆起她参加的一次宴会上普朗克和爱因斯坦的谈话。普朗克说，在他的工作中出现错误时，总觉得很难堪。爱因斯坦笑着说，如果逐渐增长着的知识，无论是自己的还是别人的，否定他的科学论断，他一点不会感到难堪。普朗克的感觉，属於人之常情，凡是有声望的人更是如此，而爱因斯坦却与众不同，没有这种包袱！他的知错必改，从不文过饰非的光明磊落态度，正显示他的自尊、自信和人格的力量。

    1939年1月发现铀核裂变，3月，流亡美国的匈牙利物理学家西拉德（Szilard）等人发现重核裂变链式反应的可能性。7月，西拉德获悉德国正加紧研究链式反应，并禁止被佔领的捷克出口铀矿石，估计纳粹可能企图制造原子弹，对人类会造成难以估量的灾难，於是找爱因斯坦商量，想借助他的威望，建议美国赶在德国之前研制出原子弹。爱因斯坦欣然同意，8月2日在西拉德起草的给罗斯福总统的信上签了名。罗斯福採纳了这项建议，先后动员了15万人，耗资20亿美元。这项人类历史上规模空前的高技术工程，到1945年3月已接近完成。当时纳粹德国已濒临溃亡，参加原子弹研制的西拉德感到当初建议制造原子弹的理由已不复存在，美国不该继续制造和使用原子弹，於是他又找到爱因斯坦商议。爱因斯坦写了一封介绍信，让他去见罗斯福，面陈利害。不幸罗斯福已病危，半个月后就去世了。继任总统杜鲁门对此无动於衷。西拉德先后两次联合参加原子弹研制的科学家，上书反对使用原子弹，都无反应。8月6日和9日，美国向日本广岛和长崎投掷两颗刚研制成的原子弹，造成25万人伤亡。这对爱因斯坦是意外的沈重打击。由於他是原子能基本原理（E = mc2）的发现者和制造原子弹的创议者，被人称为“原子弹之父”，更使他感到痛苦和懊丧。从此，防止毁灭人类的核战争，推进世界持久和平就成为他战后的首要任务。

    为了唤起科学家的社会责任感，开展保卫世界和平运动，他於1946年发起组织“原子科学家非常委员会”，发刊《原子科学家公报》。他又给1945年成立的联合国写公开信，建议把联合国改组成“世界政府”，被苏联科学界首领指责为支援“和平与国际合作的最凶恶的敌人的阴谋和野心”。可是爱因斯坦不为所动，依然坚持不懈地宣扬他的和平信念。在逝世前7天还签署了由英国哲学家罗素（Russell）起草的《罗素-爱因斯坦宣言》，呼籲世界各国政府“寻求和平办法解决它们之间的一切争端”。

    第二次世界大战结束，战时形成的反法西斯联盟随之瓦解，世界分成分别以苏联和美国为首的东、西方两大阵营，双方开始了彼此敌意的对峙但又避免直接军事冲突的所谓“冷战”。在苏联，变本加厉地恢复了官方意识形态对一切事物的严密控制。在美国，出现了恐苏、恐共歇斯底里，大批知识份子被怀疑对美国不“忠诚”而受到迫害。这股反民主逆流，经政治扒手、共和党参议员麦卡锡（McCarthy）的疯狂作祟，气势十分倡狂。1953年5月纽约一位教师弗劳恩格拉斯（Frauenglass）写信给爱因斯坦，说自己受到美国众议院“非美活动委员会”传讯（要问他的政治信仰、所参加的秘密的和政治性的组织），请教他该怎样应对。爱因斯坦於2月16日写了一封正气凛然的回信：“我国知识份子所面临的问题是非常严重的。反动政客在公众面前虚晃着一种外来的危险，借此来引起他们怀疑一切理智的努力。到目前为止，这夥人得逞了，现在开始来禁止教学自由，对一切不肯证明自己是顺从的人，就剥夺他们的职位，也就是说要饿死他们。

    “为了反对这种罪恶，只居少数的知识份子应当怎么办？老实说，我看只有照甘地所主张的那种不合作的革命办法去办。每一个受到委员会传讯的知识份子都应当拒绝作证，也就是说，他必须准备坐牢和准备经济破产，总之，他必须准备为他的祖国的文明幸福的利益而牺牲他的个人幸福。

    ……

    “如果有足够多的人下决心採取这种严肃的步骤，他们就会得到胜利。否则，我国知识份子所应当得到的，决不会比那个为他们准备着的奴役好多少。

    “附言：此信没有必要被认为是‘机密’的。”

    这封气壮山河的信在报上公开发表后，在美国引发了一场保卫人权、保卫《宪法》的运动。一年后，政治小丑麦卡锡遭到参议院弹劾，成了历史垃圾。

    1953年冬，芝加哥律师“十诫会”通知他，要授予他人权奖，他於1953年12月5日写了回信。这封信於1954年2月20日在这个组织的集会上宣读，信中坦诚地表明瞭自己的心迹：“在长期生活中，我把我的全部精力都用在追求对物理实在的结构稍微深入一点的瞭解。我从来没有做过系统努力去改善人类的命运，去同不义和暴政作斗争，或者去改进人类关系的传统形式。我所做的仅仅是：在长时期内，我对社会上那些我认为是非常恶劣的和不幸的情况公开发表了意见，对它们保持沈默，就会使我觉得是在犯同谋罪。”

    一个正直而有社会责任感的人，如果对暴政和政治迫害事件默不作声，会感到内疚和自责；爱因斯坦不仅如此，还会觉得自己成了帮凶，犯了同谋罪。在社会正义问题上，对自己要求如此之高，在科学家中未有第二人，即使在人类历史中也是罕见的。

    爱因斯坦一生不仅在科学上创造了史无前例的奇迹，在人类社会生活中也充满传奇色彩。但他并不把自己看作是高人一等的领军人物，而认为自己不过是人类社会中的普通一员。他信守自己的信念：“我的政治理想是民主。让每一个人都作为个人而受到尊重，而不让任何人成为崇拜的偶像。”1955年4月18日走完他的一生前，留下遗嘱，死后不举行任何葬礼，不做坟墓，不立纪念碑或任何纪念性标志。骨灰由几个亲友秘密撒向天空，随风四处飘扬，为的是不让人间留下任何可供朝拜的“圣地”。他在普林斯顿住了20多年的房子，辗转易手，现归一位经济学教授所有，住着他一家，房子内外并无任何爱因斯坦故居的标志。

    终生以探索大自然为己任的爱因斯坦，终於彻底回归了大自然，但他的那颗明亮的心，那个高尚的灵魂和博大的胸怀，仍将永远留在人间，成为全人类一份珍贵的精神财产。

    2005年2月24日◆