愛因斯坦奇跡年

馮八飛，對外經(jīng)貿(mào)大學(xué)外語學(xué)院德語系教授、北京外國語大學(xué)博士、柏林洪堡大學(xué)博士后、洪堡大學(xué)語言與語言學(xué)系博導(dǎo)、德國語言研究院國際科學(xué)家委員會(huì)委員、中國認(rèn)知語言學(xué)會(huì)常務(wù)理事，曾出版《沉浮萊茵河》《永遠(yuǎn)的白玫瑰》《大師的小樣》等作品。

愛因斯坦傳奇前奏這么長，終于說到1905年。

在愛因斯坦傳奇中，1905、1919和1922是最重要的三個(gè)年份。

先說1905年。

陽春三月，26歲的愛因斯坦走在伯爾尼了無人跡的街道。天空照例陰霾，街道照例寧靜，四周山野也照例濕潤青綠。

愛因斯坦輕快地走著，悄無聲息，兩眼發(fā)直，目中無路。

滿眼的好高騖遠(yuǎn)！

后來，他一輩子走路都兩眼發(fā)直，目中無路，且目中無人。因?yàn)椋恢弊咴谖覀兏究床坏降挠钪嫔钐帯?/p>

愛因斯坦出門是去給德國哈勒的《物理學(xué)刊》投稿。他把論文寄給這本歐洲權(quán)威物理學(xué)雜志，覺得他們才有資格判斷他說得是否正確。這時(shí)他已不是發(fā)表論文的新手，他這一年的五篇科學(xué)論文，都是以打印稿的形式提交給《物理學(xué)刊》的。

愛因斯坦投出的稿件變成了物理學(xué)史上波瀾最為壯闊的革命。投稿可以變成革命，這件事情是從愛因斯坦開始的。

這篇論文完成于1905年3月17日，標(biāo)題是“關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個(gè)啟發(fā)性觀點(diǎn)”。1905年6月9日，《物理學(xué)刊》發(fā)表了這篇論文。

當(dāng)時(shí)愛因斯坦連大學(xué)老師都不是，是個(gè)如假包換的物理青年，《物理學(xué)刊》發(fā)表這篇文章，算是給愛因斯坦一個(gè)天大的面子。

今天，這篇文章是《物理學(xué)刊》發(fā)刊以來最成功的文章之一，因?yàn)樗哑绽士?900年提出的“量子”概念推廣到光的傳播上，提出了“光量子”（即“光子”）假說，完滿解釋困擾物理學(xué)家20多年的光電效應(yīng)現(xiàn)象，而這正是量子力學(xué)的基礎(chǔ)。論文提出的光電效應(yīng)成為眾多現(xiàn)代技術(shù)的理論基礎(chǔ)，包括我們今天普遍運(yùn)用的激光。其實(shí)普朗克已經(jīng)差不多發(fā)現(xiàn)“光量子”了，但他不愿打倒牛頓力學(xué)，最終未能完成這一偉大的事業(yè)。愛因斯坦目無牛頓，所以，最后發(fā)現(xiàn)光量子的是愛因斯坦，而不是普朗克。

光量子假說在物理學(xué)上有劃時(shí)代的意義，是物理學(xué)進(jìn)一步發(fā)展的基礎(chǔ)，它第一次證明光既是微粒又是波，一統(tǒng)惠更斯與牛頓彼此對立的光學(xué)理論。即使沒有相對論，單憑這個(gè)理論，愛因斯坦仍然可稱歷史上最偉大的物理學(xué)家之一。

10年后，“光量子”假設(shè)被美國物理學(xué)家密立根實(shí)驗(yàn)證實(shí)。

16年后，愛因斯坦因這個(gè)理論獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。

第一篇論文發(fā)表前，愛因斯坦已于1905年4月30日寫完第二篇論文“分子大小的新測定”。他寫這篇論文不是想成為人類歷史上最偉大的物理學(xué)家，而是想當(dāng)博士。7月20日愛因斯坦將這篇17頁的論文作為博士論文提交給蘇黎世大學(xué)。其實(shí)他首先提交的是奠定相對論理論基礎(chǔ)的奇跡年第四篇論文“論運(yùn)動(dòng)物體的電動(dòng)力學(xué)”，但被蘇黎世大學(xué)拒絕，因?yàn)閷?dǎo)師們都看不懂，所以他才再次提交了第二篇論文“分子大小的新測定”。

這個(gè)蘇黎世大學(xué)不是槍斃愛因斯坦第一次提交博士論文的那個(gè)蘇黎世ETH大學(xué)，它比ETH寬容得多。愛因斯坦這里也把博士論文導(dǎo)師換成了克萊納教授。在女兒莉色兒出生之后，愛因斯坦曾突然要求撤回論文，因?yàn)樗谡撐闹信u了統(tǒng)計(jì)力學(xué)創(chuàng)始人之一路德維格·波爾茲曼的理論，克萊納對此略有保留。但此時(shí)克萊納改變態(tài)度，允許愛因斯坦不修改論文，愛因斯坦也得以脫身前往伯爾尼。愛因斯坦對克萊納教授的突然開恩很高興，他對朋友說：“教授沒有我想得那么愚蠢”。

導(dǎo)師委員會(huì)對17頁的“分子大小的新測定”評價(jià)很高，認(rèn)為它見解很深刻，但卻再次退貨，不是因?yàn)橘|(zhì)量，而是因?yàn)檎撐母袷接姓`，還有一些筆誤。最主要的原因非常搞笑，他們認(rèn)為17頁作為博士論文太短了，實(shí)在說不過去。

不過，這個(gè)意見并非雞蛋里頭挑骨頭。看官須知，無論中國還是德國，現(xiàn)在博士論文動(dòng)輒就是幾百頁。于是， 作為妥協(xié)，愛因斯坦又勉強(qiáng)加了幾頁廢話，最后這篇21頁的論文于7月底被蘇黎世大學(xué)接受，8月15日愛因斯坦將這篇文章寄給《物理學(xué)刊》，并最終發(fā)表在該刊1906年第4期上。論文發(fā)表之前，1906年1月15日，愛因斯坦憑這21頁在蘇黎世大學(xué)獲得博士學(xué)位。

當(dāng)時(shí)而言，這要算蘇黎世大學(xué)給愛因斯坦一個(gè)天大面子。

現(xiàn)在而言，這要算愛因斯坦給蘇黎世大學(xué)一個(gè)天大面子。

看官須知，進(jìn)入21世紀(jì)，我們這些教授的業(yè)績怎么計(jì)算呢？

第一個(gè)看你發(fā)表了多少篇科研論文。

第二個(gè)看你發(fā)表在什么等級的學(xué)術(shù)雜志上。

第三個(gè)看你的論文發(fā)表后有多少人引用。

這里面最關(guān)鍵的是引用率。如果你發(fā)在很爛的學(xué)術(shù)雜志上，卻被引用很多，正證明論文的水平更高，更有科學(xué)價(jià)值。

愛因斯坦這篇論文發(fā)表于當(dāng)時(shí)最高的物理學(xué)雜志，至今仍為全世界物理學(xué)論文引用率冠軍，比他的狹義相對論和廣義相對論還高出四倍，比他的光量子論文高出八倍！

順便說一句，這篇世界物理學(xué)論文引用率冠軍論文，愛因斯坦是題獻(xiàn)給在考試和找工作時(shí)都幫助了他的好友格羅斯曼。

目中無人的猶太物理青年愛因斯坦并不知道他已經(jīng)發(fā)表了世界物理學(xué)引用率冠軍，他繼續(xù)靜靜在伯爾尼街道上走著，他手中的稿件不斷寄向遠(yuǎn)方的《物理學(xué)刊》。1905年5月11日寄出的是第三篇文章，這篇文章的靈感來自他5月與意大利好友貝索的一次茶聚。

貝索工程師是愛因斯坦一生的朋友，倆人1903年在蘇黎世ETH大學(xué)朋友的家庭音樂會(huì)上相識，一見如故，后來貝索也參加過奧林匹亞科學(xué)院的討論。愛因斯坦不僅贊賞貝索的知識廣博，而且非常喜歡貝索這個(gè)人，以至于后來把自己初戀女友瑪麗·溫特勒的姐姐安娜·溫特勒都介紹給貝索，結(jié)果非常成功，不久后他倆成婚。更重要的是，愛因斯坦唯一的妹妹瑪雅也嫁給了溫特勒老師的兒子，所以，通過溫特勒一家，愛因斯坦跟貝索變成了親戚。

愛因斯坦很對得起這個(gè)親戚。1904年9月他在瑞士專利局試用期滿，由三級技術(shù)專家晉升為二級技術(shù)專家，成為正式公務(wù)員。此時(shí)專利局有個(gè)職位出缺，位置和薪水都比二級技術(shù)專家高很多，愛因斯坦自己沒去爭取，卻通知貝索來應(yīng)聘，結(jié)果貝索果然從13個(gè)競爭者中脫穎而出，之后舉家遷往蘇黎世。而且他太太瑪麗跟愛因斯坦太太馬蜜娃十分要好，讓他們的友誼鐵上加鋼。

對于愛因斯坦在人生關(guān)鍵時(shí)刻鼎力相助，貝索終生難忘。投桃報(bào)李，在物理討論中，貝索也給了愛因斯坦巨額回報(bào)，被愛因斯坦贊為歐洲第一的“新思想共振器”。狹義相對論也有貝索一份功勞，因此在奇跡年第四篇論文“論運(yùn)動(dòng)物體的電動(dòng)力學(xué)”的結(jié)尾愛因斯坦專門注明：“最后聲明，在這個(gè)研究中我得到了好友與同事貝索的熱情幫助，我要特別感謝他那些價(jià)值連城的建議。”

貝索后來成為相對論最熱心的宣傳者之一。

第三篇論文“關(guān)于熱的分子運(yùn)動(dòng)論所要求的靜止液體中懸浮小粒子的運(yùn)動(dòng)” 7月18日發(fā)表在《物理學(xué)刊》，被公認(rèn)為第二篇“對世界產(chǎn)生革命性影響”的科學(xué)論文。

為什么說它影響了世界呢？

因?yàn)樗屖澜绯姓J(rèn)了原子。看官須知，咱們現(xiàn)在都知道世界萬物由原子構(gòu)成，但實(shí)際上直到20世紀(jì)初，絕大多數(shù)科學(xué)家根本不承認(rèn)世界存在原子。你一說原子，他們就會(huì)問，原子在哪兒？有多少個(gè)？正是在這篇論文中，愛因斯坦通過實(shí)驗(yàn)中獲取的蔗糖溶液的黏滯性與擴(kuò)散率進(jìn)行計(jì)算，最后算出一克物體中原子數(shù)大約為2■1023個(gè)，這個(gè)數(shù)值就是今天常用的阿伏伽德羅常數(shù)NA。

愛因斯坦通過計(jì)算原子的移動(dòng)算出了原子的數(shù)量。

原子還能移動(dòng)？

確實(shí)，原子會(huì)移動(dòng)。問題是，原子動(dòng)了跟沒動(dòng)差不多。

此話怎講？

舉個(gè)例子，我們向上扔硬幣，硬幣掉地上，正面朝下您就向左一步，正面朝上您就向右一步。正常情況下，無論怎么扔，您向左和向右的次數(shù)差不多，也就是說，扔過一定次數(shù)之后，您通常還站在原地附近。原子的移動(dòng)很像扔硬幣，無論原子怎么移動(dòng)，平均而言，它基本上待在原地沒動(dòng)。

但是，原子雖然沒動(dòng)，但世界卻被愛因斯坦推動(dòng)了。因?yàn)樗倪@篇論文創(chuàng)立了支配“布朗運(yùn)動(dòng)”的數(shù)學(xué)定律。

啥子是“布朗運(yùn)動(dòng)”？

19世紀(jì)初蘇格蘭植物學(xué)家布朗在實(shí)驗(yàn)中將花粉撒進(jìn)水里，然后用顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)花粉總是不斷沿“之”字形在水中不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象就是“布朗運(yùn)動(dòng)”?；ǚ墼叫?，水的溫度越高，運(yùn)動(dòng)就越劇烈，越不規(guī)則。當(dāng)時(shí)科學(xué)家對這個(gè)現(xiàn)象百思不得其解，有些生物學(xué)家只好宣布這些花粉是有生命的，后來又有人認(rèn)為這是電流作用的結(jié)果。

其實(shí)都不是。

正確答案是愛因斯坦提供的：是隨機(jī)移動(dòng)的水分子撞擊了花粉分子，所以花粉的運(yùn)動(dòng)也是隨機(jī)的，無規(guī)則的。愛因斯坦通過觀測分子運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的花粉無規(guī)則運(yùn)動(dòng)測定了分子的大小，從而證明原子確實(shí)存在，一錘定音解決了50多年科學(xué)界和哲學(xué)界關(guān)于原子是否存在的爭論。三年后，法國物理學(xué)家佩蘭在實(shí)驗(yàn)中使用比花粉還小的東南亞樹脂“藤黃膠脂”和乳香黃連木樹脂“乳香”粉末放入離心機(jī)，分離出大小相近的更小微粒，然后連續(xù)幾小時(shí)在顯微鏡下觀察它們在水中的運(yùn)動(dòng)，最后再度證實(shí)愛因斯坦的答案，并因此在愛因斯坦獲諾貝爾獎(jiǎng)后五年（1926）也獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。

佩蘭的實(shí)驗(yàn)最后讓堅(jiān)決否認(rèn)原子存在的德國化學(xué)家奧斯特瓦爾德1908年不得不承認(rèn)“原子假說已成為一種基礎(chǔ)牢固的科學(xué)理論”?？垂倜麒b，這個(gè)奧斯特瓦爾德就是當(dāng)年收到愛因斯坦父親求情信卻沒有伸手幫愛因斯坦找工作的那位教授。

愛因斯坦這個(gè)成果是對現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)力學(xué)的重大貢獻(xiàn)，它與第一篇論文一起讓愛因斯坦成為統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的奠基人，其方法直到今天還用于模擬空氣污染物的飄動(dòng)或股票市場漲落走勢。

如果咱們的PM2.5觀測用了這個(gè)方法，也許會(huì)更準(zhǔn)確。

愛因斯坦于1905年6月30日完成的奇跡年第四篇論文名字非常物理學(xué)：“論運(yùn)動(dòng)物體的電動(dòng)力學(xué)”，其靈感是愛因斯坦5月的一天早晨醒來躺在床上時(shí)突然出現(xiàn)在腦海中的，但其醞釀?dòng)昧瞬畈欢?0年。該文于9月26日在《物理學(xué)刊》發(fā)表。

每一個(gè)了解物理學(xué)歷史的人都知道，這是一篇真正翻天覆地的雄文。

因?yàn)?，它?biāo)志著狹義相對論的誕生。

據(jù)說地球上只有12個(gè)人真正懂相對論。這12個(gè)里面肯定不包括我這個(gè)搞語言學(xué)的。但講愛因斯坦躲不過相對論，所以我這個(gè)業(yè)余愛因斯坦愛好者就麻起膽子來給講一下我理解的科普版加簡化版相對論。

先得從19世紀(jì)的物理學(xué)發(fā)展說起。

1864年，英國理論物理學(xué)家麥克斯韋用電磁理論完美地統(tǒng)一了電與磁，并用四個(gè)電磁公式論證“光是一種恒速運(yùn)動(dòng)的電磁波”。

麥克斯韋這個(gè)正確的預(yù)測，讓物理學(xué)頓時(shí)陷入一片大混亂。

麥克斯韋的論證，有什么問題么？

舉個(gè)例子來說明。你坐在每小時(shí)30公里前進(jìn)的汽車上，另一輛汽車以每小時(shí)55公里的速度趕過你。對于你而言，后面這輛車是以每小時(shí)25公里的相對速度超過你的車。這事兒在牛頓那兒很好解釋，牛頓認(rèn)為相對速度是兩個(gè)速度之差，即：55-30=25。

這個(gè)不是問題。問題在下面。

如果那天正好有霧霾，后面這輛車看不見道兒，打開了車燈，問題就來了。假定光速相對于坐在前面車上的你來說為C，那么，按照牛頓的運(yùn)動(dòng)定律，后面那輛車射出的燈光，其速度應(yīng)為55+C-30=C+25。

可是，在這種情況下，只有當(dāng)光速是無限時(shí)，光速C才可能等于C+25。

也就是說，麥克斯韋說“光是恒速運(yùn)動(dòng)的電磁波”，不對！

麥克斯韋和牛頓，他倆只能有一個(gè)是對的，而實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明麥克斯韋確實(shí)對。

可人家牛頓已經(jīng)對了250多年啦。

因此，絕大部分物理學(xué)家都選擇站在牛頓那邊兒。

與眾不同的是，愛因斯坦認(rèn)為麥克斯韋是對的。

就是說，他認(rèn)為光速是恒定的。錯(cuò)的是牛頓。

那時(shí)，在物理界說牛頓不對，相當(dāng)于林肯在1863年元旦頒布《解放黑奴宣言》一樣。翻天覆地！

這就是為什么我們前面說，他寄出的稿件造成了革命。

麥克斯韋造成的問題，核心是光的速度到底是多少。

看官須知，測量光速這事兒不是從麥克斯韋或愛因斯坦開始的。已經(jīng)開始好幾百年了。此前科學(xué)家已經(jīng)知道音波的速度可以計(jì)算。我們走到深山，沖著山峰大罵仇人，聲音會(huì)反彈回來，這就是回聲。如果我們知道所站的地方到山峰的直線距離，再加上喊出聲音到聽到回聲的時(shí)間，我們就能算出音波的速度是多少。

測量光速的道理跟這個(gè)相似。

1638年意大利科學(xué)家伽利略出版了《兩門新科學(xué)的對話》，其中提到了當(dāng)時(shí)測量光速的實(shí)驗(yàn)：兩個(gè)人遠(yuǎn)遠(yuǎn)地對面站著，每人拿著布遮起來的燈籠，一個(gè)人先拿開燈籠上的布，對面的人看見光之后也拿開燈籠上的布。與測量回聲的道理一樣，這樣就能算出光的速度。

遺憾的是，伽利略在書中只是提到了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，并沒有記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

第一個(gè)真正從科學(xué)上測量光速的是丹麥科學(xué)家羅默。他1675年觀測木星各個(gè)衛(wèi)星的運(yùn)行周期，幾個(gè)月后再次測量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩次測量的結(jié)果不同，上次測出木衛(wèi)1的周期是42.5小時(shí)，六個(gè)月后地球處于另外一個(gè)位置，木衛(wèi)蝕發(fā)生的時(shí)間向后推遲了一千秒。

對于這個(gè)誤差，羅默能想到的唯一解釋就是：木衛(wèi)蝕推遲的一千秒，正好等于木星衛(wèi)星的光穿過地球軌道直徑這段多出來的距離時(shí)所用的時(shí)間。但17世紀(jì)時(shí)地球軌道的直徑被認(rèn)為是2.76億公里（正確值是3億公里），按此數(shù)值，羅默得出的光速只有每秒27.6萬公里，明顯偏小。但這畢竟是人類第一次科學(xué)地計(jì)算光的速度。

1669年，法國天文學(xué)家讓·皮卡德通過對地球經(jīng)度的測量算出正確的地球直徑。

之后不久法國主導(dǎo)的圭亞那探測幫助天文學(xué)家算出地球與太陽之間的距離。

有了這三個(gè)數(shù)值，終于可以客觀地計(jì)算光速了。1690年，荷蘭科學(xué)家克里斯蒂安·惠更斯在其專著《論光線》中算出光速約為每秒鐘130000英里（約20萬公里）。這個(gè)數(shù)值的偏差比羅默算出的還大。然而這卻是向正確的方向邁出的一步。

1728年，英國天文學(xué)家詹姆斯·布萊德利使用望遠(yuǎn)鏡法按照“光行差”重新算出光速。這個(gè)方法很專業(yè)，大致說起來相當(dāng)于馮教授在雨中奔跑，雨點(diǎn)打中馮教授腦袋的角度取決于馮教授跑的速度和雨點(diǎn)的下落速度。布萊德利根據(jù)這個(gè)原理算出光速為每秒31.29萬公里。這個(gè)數(shù)值雖然同樣不精確，但它有一點(diǎn)很精確：它證實(shí)光速不是無限的。

1849年，法國物理學(xué)家菲佐首次用齒輪法算出光速。他將發(fā)出的光射到8公里外的鏡子上再返回，當(dāng)光走完這段往返路程（16公里）時(shí)，利用一個(gè)齒輪，就可以計(jì)算出光速。菲佐得出的光速是每秒313111公里，超過正確值約5%。

真正測定光速的人，是出生于普魯士波茲南省小鎮(zhèn)施澤諾，現(xiàn)屬波蘭的邁克爾森。他1881年在柏林波茨坦拿過德國的亥姆霍茨獎(jiǎng)學(xué)金，后來入籍美國。

邁克爾森1878年改進(jìn)?？?850年使用的旋轉(zhuǎn)鏡法。這個(gè)方法在原理上類似菲佐的齒輪法，使用一個(gè)裝有數(shù)個(gè)反射鏡的滾筒將光切成不連續(xù)的光速，然后傳到35公里之外的鏡子，然后光返回，滾筒上一個(gè)鏡子換為另一個(gè)鏡子所用的時(shí)間就等于光往返35公里（總共70公里）所用的時(shí)間。

這次測量因?yàn)閮x器不精密，結(jié)果受到很多人的質(zhì)疑。1924—1926年，已經(jīng)入籍美國的邁克爾森在加利福尼亞山間進(jìn)行了更精確的測量。他把8個(gè)面、12個(gè)面和16個(gè)面的旋轉(zhuǎn)鏡安裝在威爾遜山上，遠(yuǎn)處的反射鏡則安排在35公里之外的圣安東尼奧山上。為保證測量精度，美國海岸與國土測量局專門為邁克爾森測量了這段距離，其誤差小于5厘米，因此這次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果誤差不超過1%。

邁克爾森這個(gè)精益求精的科學(xué)家為測量光速整整花了半個(gè)世紀(jì)，耗盡心血，在最后一次測試時(shí)中風(fēng)去世，以生命踐行了死而后已這個(gè)口號。他測定的光速是每秒299796（±4）公里。此即我們現(xiàn)在通用的光速。

因此，我們總說光速每秒30萬公里，其實(shí)這只是一個(gè)大約數(shù)，并不精確，還差著200來公里呢。

光速的計(jì)算，跟尋找以太的努力有關(guān)。邁克爾森這個(gè)實(shí)驗(yàn)，也是判定以太生死的實(shí)驗(yàn)。

“以太”英語寫成“aether”或者“ether”，在希臘文中是“青天”或“最上層大氣”的意思。是古希臘哲學(xué)家亞里士多德設(shè)想的構(gòu)成世界的五大元素之一。17世紀(jì)時(shí)法國哲學(xué)家笛卡兒把這個(gè)概念引入科學(xué)，說它是物體相互傳遞作用力的介質(zhì)。兩百年后，19世紀(jì)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)光其實(shí)也是一種波。可是，波在傳播時(shí)都要借助一種別的東西，物理學(xué)稱為“介質(zhì)”，例如聲波傳播的介質(zhì)是空氣，水波傳播的介質(zhì)是水。也就是說，如果沒有空氣，聲波無法傳播，咱們看電影就都是默片。

這么一來，問題就產(chǎn)生了：我們能看見幾億光年外的星星發(fā)出的光，但宇宙是真空，既無空氣也無水，這星光在宇宙中傳播，介質(zhì)是啥子呢？

惠更斯認(rèn)為傳遞光波的介質(zhì)就是以太。他說以太沒有質(zhì)量（就是莫得重量），絕對靜止，因此我們看不見以太，也感覺不到以太，但宇宙其實(shí)就是充滿以太的大海，地球和太陽這些星球相當(dāng)于“泡”在以太大海中的船。而宇宙中的光就依靠以太傳播。

后來，英國實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁場。接著，英國物理學(xué)家麥克斯韋建立了電磁學(xué)基本方程組，證明電場與磁場互相激發(fā)就形成連續(xù)的電磁振蕩，這就是電磁波。麥克斯韋還證明電磁波在真空中傳播的速度是每秒30萬公里，最后，他證明光波就是電磁波的一種。

于是，以太不僅應(yīng)當(dāng)是光波傳遞的介質(zhì)，也應(yīng)當(dāng)是電磁波傳遞的介質(zhì)。

經(jīng)過惠更斯與法拉第的研究，到19世紀(jì)末，以太理論盛極一時(shí)，全世界公論宇宙中充滿以太。

論斷斬釘截鐵，證據(jù)呢？

大家費(fèi)了半天勁兒，到19世紀(jì)末，仍然沒有任何一個(gè)物理學(xué)家找到過以太存在的證據(jù)?？垂夙氈?，地球以每秒30公里的速度在宇宙中飛馳，如果地球周圍都是“以太”，那我們肯定能感到“以太”掠過形成的風(fēng)，就像開車時(shí)打開車窗就會(huì)感到風(fēng)刮在臉上一樣。因此，當(dāng)時(shí)大家都在瘋狂尋找“以太風(fēng)”。

最后為“以太”蓋棺論定的就是邁克爾森。1881年，他在柏林洪堡大學(xué)的亥姆霍茨實(shí)驗(yàn)室工作，制成了高精度的邁克爾森干涉儀，進(jìn)行了物理學(xué)史上著名的“以太漂移實(shí)驗(yàn)”，因?yàn)閮x器精度仍然不夠，實(shí)驗(yàn)沒成功。1884年，他與化學(xué)家莫雷合作，大力提高精度，卻仍然沒有測到“以太風(fēng)”。1887年，他們改進(jìn)儀器，光路增加到11米，能夠測出理論值最小的“以太風(fēng)”，但花了整整五天，這次在美國克利夫蘭進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)仍然沒有找到“以太”。

“邁克爾森—莫雷實(shí)驗(yàn)”是物理學(xué)史上最著名的實(shí)驗(yàn)之一，也是證實(shí)相對論的基本實(shí)驗(yàn)，它徹底否定了“以太”的存在。

有意思的是，邁克爾森的名字也叫“阿爾伯特”。對這個(gè)同名人，愛因斯坦相當(dāng)推崇。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)也讓全世界物理大腕兒接近崩潰：他們必須相信地球是完全靜止的；否則，就必須承認(rèn)“以太”并不存在。

顯然，地球并不是靜止的。

“邁克爾森—莫雷實(shí)驗(yàn)”的結(jié)果與熱輻射中的“紫外空難”讓全世界物理學(xué)大腕兒如坐針氈：這倆問題不解決，物理學(xué)就有全面崩潰的危險(xiǎn)，因此，他們把這兩個(gè)問題稱為“科學(xué)史上兩朵小小的烏云”。

很快，烏云在愛因斯坦的領(lǐng)導(dǎo)下變成了旭日：

全新的物理學(xué)誕生了。

愛因斯坦之所以被稱為人類至今為止最偉大的物理學(xué)家，就是因?yàn)樗鉀Q了這倆問題。他證明光速是恒定的每秒30萬公里，不需通過任何介質(zhì)，也就是說，愛因斯坦的這個(gè)新理論是“無以太物理學(xué)”。

在當(dāng)時(shí)的物理學(xué)界，這是驚天動(dòng)地的大革命。否定“以太”，是愛因斯坦天才性的破壞，也是物理學(xué)中最具建設(shè)性的破壞。愛因斯坦當(dāng)時(shí)興高采烈地寫信告訴貝索：“我已徹底解決了這個(gè)問題，方法是分析時(shí)間概念。時(shí)間是無法絕對定義的，它與光信號速度之間存在不可分割的聯(lián)系。”

其實(shí)，愛因斯坦本來想解決的問題，是他從中學(xué)開始思考的問題：如果馮教授騎著一道光線去追前面的一道光線，他會(huì)看見什么呢？按麥克斯韋理論，光速不變，就是說馮教授看到前面還是一道以光速前進(jìn)的光線?？筛鶕?jù)牛頓力學(xué)的速度合成定理，不同慣性系光速不同，馮教授看見的應(yīng)當(dāng)是停在原處來回跳的電磁波。在這篇論文中愛因斯坦沒指明他汲取了哪位先驅(qū)的理論。1921年愛因斯坦訪問美國時(shí)說道：“伽利略、牛頓、麥克斯韋和洛倫茲四個(gè)人奠定了我所構(gòu)建的相對論的物理學(xué)基礎(chǔ)。”

那么，到底馮教授應(yīng)當(dāng)看見什么呢？

這就跟邁克爾森用生命換來的光速有關(guān)系了。

舉個(gè)現(xiàn)代例子：對站在鐵道旁的人來說，以每秒20米速度前進(jìn)的火車發(fā)出的燈光和以光速飛行的宇宙飛船發(fā)出的燈光，其速度是一樣的，都是每秒30萬公里，就是說，火車發(fā)出的燈光不是30萬公里加20米。

再舉個(gè)例子：如果一架透明飛機(jī)從我們眼前飛過，站在地球上的我們會(huì)先看見機(jī)頭的空姐打了一個(gè)非禮她的教授一耳光，然后才看見機(jī)尾的老板滿意地喝了口紅酒?？赡绻栵w機(jī)上的乘客，他們都會(huì)說，空姐打耳光的“同時(shí)”老板喝了口紅酒。

要解決“以太”的問題，就先得解決光速的問題。在這第四篇論文中，愛因斯坦對此有兩個(gè)答案：第一，我們無法確定相對靜止的物體到底是靜止的還是在勻速運(yùn)動(dòng)，因此，并不存在絕對靜止的空間。一切靜止都是相對的。第二，光在真空中的速度永遠(yuǎn)不變而且不可超越，它與光源的速度無關(guān)。

世界物理學(xué)被愛因斯坦這兩句話徹底搞亂了，“光速不變”定律徹底摧毀了牛頓的絕對時(shí)空觀。愛因斯坦這兩個(gè)假設(shè)告訴我們，我們?nèi)祟悎?jiān)信了幾千年的“同時(shí)”，其實(shí)并不是“絕對的”，而是“相對的”！

當(dāng)時(shí)這個(gè)問題是世界物理學(xué)界的熱點(diǎn)，大家都在思考，并不是只有愛因斯坦一個(gè)人關(guān)心。實(shí)際上法國數(shù)學(xué)家彭加勒（Jules Henri Poincaré 1854—1912）早于1897年寫出《空間的相對性》。但顯然他們互相都沒有注意到對方，都埋頭致力于自己的研究。愛因斯坦后來說，假如他在1905年沒能完成狹義相對論，其他人也會(huì)很快發(fā)現(xiàn)它，他指的很可能就是彭加勒。

看官須知，相對性的研究不是從愛因斯坦開始的，它是從伽利略開始的。但伽利略只討論了相對性，并沒有把它應(yīng)用于對時(shí)間和空間的研究。牛頓力學(xué)也包括相對性原理，即所有運(yùn)動(dòng)中的事物都是相對的。可牛頓卻根據(jù)這個(gè)原理發(fā)展出了絕對時(shí)間和絕對空間。

愛因斯坦大大擴(kuò)展了這個(gè)理論，他把相對性運(yùn)用于時(shí)間和空間，結(jié)果就是翻天覆地的物理學(xué)革命：原來，時(shí)間、空間和物體運(yùn)動(dòng)的速度是密不可分的。

時(shí)間不是絕對的，猛一說可能不太好接受。難道地球上的一秒，不等于宇宙中的一秒嗎？

有時(shí)候真不等于。

舉個(gè)例子：對于北京人來說，北京的白天和黑夜是不是絕對的？

是。

地球上的白天和黑夜是不是絕對的？

很容易跟著回答“是”。

其實(shí)不是?；卮疬@個(gè)問題得先明確地點(diǎn)。當(dāng)北京是白天時(shí)，紐約正是黑夜。因此，地球的白天和黑夜是“相對的”，北京的白天跟紐約的白天不是一回事兒，至少肯定不是同時(shí)的。

也就是說，不確定具體地點(diǎn)，我們根本無法回答這個(gè)問題。

也就是說，地球的時(shí)間跟月球的時(shí)間不是一回事，太陽系的時(shí)間跟銀河系的時(shí)間不是一回事，放大到整個(gè)宇宙，每個(gè)角落里的時(shí)間肯定都是相對的。

再舉個(gè)例子：“上”和“下”是不是絕對的？

17世紀(jì)之前人類認(rèn)為地球是扁平的。那時(shí)候全人類的“上”和“下”都是絕對的。

1622年葡萄牙航海家麥哲侖領(lǐng)導(dǎo)環(huán)球航行，雖然麥哲倫同學(xué)在菲律賓被當(dāng)?shù)厝擞脧澋犊乘懒?，但他的船?duì)最后回到了出發(fā)的港口——西班牙塞維利亞。用腳后跟兒想也能明白：這證明地球是圓的。

在圓的地球上，“上”和“下”就變成相對的了，因?yàn)楸本┑摹跋隆保赡苷檬羌~約的“上”。

因此，空間也是相對的。

愛因斯坦奇跡年的這篇論文還提出了著名的“尺縮效應(yīng)”“鐘緩效應(yīng)”和“質(zhì)增效應(yīng)”。

“尺縮效應(yīng)”源于荷蘭著名物理學(xué)家洛倫茲和愛爾蘭物理學(xué)家菲茨杰拉德，他倆1889年提出“物體收縮假設(shè)”，認(rèn)為在以太中運(yùn)動(dòng)的物體可能受到以太風(fēng)壓縮而變短，從而抵消以太風(fēng)產(chǎn)生的效應(yīng)。物體高速運(yùn)動(dòng)時(shí)不僅物體在收縮，測量物體的尺子也會(huì)收縮，因此我們測不出物體在收縮。

這就是后來愛因斯坦在奇跡年第四篇論文提出的“尺縮效應(yīng)”的基礎(chǔ)。其實(shí)洛倫茲已經(jīng)無限接近狹義相對論了，但因?yàn)槁鍌惼澥冀K想證明以太確實(shí)存在，所以他的方向有問題，自然與狹義相對論漸行漸遠(yuǎn)。

按照愛因斯坦在這篇論文中的思想，如果光速不變，你靜止不動(dòng)，這時(shí)你會(huì)看見坐在高速宇宙飛船中的朋友手中拿的尺子變短了。

更奇怪的是，你朋友根本不認(rèn)為他在高速前進(jìn)，也不認(rèn)為他手中的尺子變短了，相反，他認(rèn)為他是靜止的，高速前進(jìn)的是你！而你手中的尺子倒是變短了！

這就是光速世界中的“尺縮效應(yīng)”及其相對性。

同樣道理，高速運(yùn)動(dòng)中也會(huì)產(chǎn)生“鐘緩效應(yīng)”。你靜止不動(dòng)，就會(huì)看見高速飛行的宇宙飛船中你朋友手中的表走得比你手中的表慢了。而同時(shí)，你朋友卻覺得他沒動(dòng)，你倒在動(dòng)，而且你手中的表比他手中的表慢了。

這就是“鐘緩效應(yīng)”及其相對性。鐘緩效應(yīng)意味著時(shí)間膨脹。

尺縮效應(yīng)與鐘緩效應(yīng)已經(jīng)被當(dāng)代高科技實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。

按照相對論，世界上沒有比光速更快的速度，而時(shí)間和空間也會(huì)隨著速度的加快而變動(dòng)。速度越快，時(shí)間越慢，空間越窄，當(dāng)速度達(dá)到光速，時(shí)間就會(huì)停止，而空間則被壓縮成一條線。

舉個(gè)例子，當(dāng)你跪在搓板兒上時(shí)，你太太帶著一把尺子和一只表以光速從你身邊掠過飛回娘家，這時(shí)你會(huì)看到太太手中的尺子長度為零，表也不走了，因?yàn)?，光速是速度的極限，也是時(shí)間和空間的極限。

于是，那個(gè)困擾愛因斯坦10年的問題有了答案：當(dāng)馮教授以光速騎著一道光線追趕前面的另一道光線，他看到的還是以每秒30萬公里前進(jìn)的一道光線。如果他迎著另一道光線跑，看到的也不是以每秒60萬公里向他飛過來的光線，而仍然是一道以每秒30萬公里向他飛來的光線。因?yàn)樵诠馑傧拢瑫r(shí)間停止，空間變成一條線，如果再上升，時(shí)間和空間就會(huì)變成負(fù)數(shù)，而這顯然是荒謬的。

這篇論文中提及的問題，最不可思議的是“質(zhì)增效應(yīng)”，它說高速運(yùn)動(dòng)中的物體，其質(zhì)量（就是重量）會(huì)增加。例如高速飛行的宇宙飛船上的一筐三斤雞蛋，如果我們地面上的人來稱，會(huì)變成30斤。

所以，賣雞蛋的人坐航天飛機(jī)賣給地球上的人，就發(fā)大了。

當(dāng)然，你先得買一張航天飛機(jī)的機(jī)票。

那個(gè)得賣不少的雞蛋才行。

第五篇論文是第四篇論文的續(xù)篇，1905年11月21日發(fā)表在《物理學(xué)刊》，題目是：“物體慣性是否決定其包含的能量？”這篇文章證明質(zhì)量和能量可以互換，因此愛因斯坦提出“物體質(zhì)量是其內(nèi)含能量的尺度”。這篇論文只有區(qū)區(qū)三頁，然而，它與第四篇論文一起成為狹義相對論、廣義相對論、原子彈和那個(gè)人類歷史上最著名的公式“E=MC2”的基礎(chǔ)。此是后話，這里先按下不表。

這五篇論文不僅掀開了物理學(xué)歷史的嶄新篇章，而且掀開了物理學(xué)歷史至今為止最耀眼奪目的篇章。

看官須知，世界物理學(xué)至今為止革命多如牛毛，但真正的大革命其實(shí)只有兩次，第一次革命是牛頓力學(xué)，它讓哥白尼、伽利略和開普勒成為歷史。

第二次革命就是相對論，它讓牛頓成為歷史。愛因斯坦證明牛頓的理論只適用于低速運(yùn)動(dòng)的地球，放到高速運(yùn)動(dòng)的宇宙就完全失效。不過，狹義相對論并沒有推翻牛頓力學(xué)，它只是擴(kuò)展了牛頓力學(xué)。當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)速度小于光速時(shí)，狹義相對論就簡化為牛頓力學(xué)了。

五篇論文橫空出世，物理學(xué)史從此稱1905年為“奇跡年”。

這個(gè)“奇跡年”的來歷，大大的有故事。

英語的“奇跡”是“miracle”，拉丁文中寫成“miraculum”，指科學(xué)無法解釋的超自然現(xiàn)象或事件，如基督教所稱的耶穌的誕生和復(fù)活。相應(yīng)的，“奇跡年”的拉丁文是“annus mirabilis”。

看官須知，西方科學(xué)史上至今只有三個(gè)“奇跡年”。

第一個(gè)奇跡年是1543 年。這一年波蘭天文學(xué)家哥白尼的《天體運(yùn)行論》和比利時(shí)醫(yī)生、現(xiàn)代解剖學(xué)創(chuàng)始人維薩留斯的《人體構(gòu)造》雙雙出版，標(biāo)志著西方科學(xué)掙脫神學(xué)束縛，走向朝外探索宇宙，朝內(nèi)探索人體的偉大歷程，并就此拉開西方輝煌科學(xué)革命的大幕。

第二個(gè)奇跡年指的是1666年。

1665年英國艦隊(duì)在洛夫斯托夫特之戰(zhàn)中大勝占絕對優(yōu)勢的荷蘭艦隊(duì)，拯救英國；1666年9月倫敦城歷五天大火而未毀，英國人認(rèn)為這兩次都是上帝顯靈保佑英格蘭。1667年，英國詩人德萊頓寫長詩《奇跡年1666》來歌頌這兩件事。后來這個(gè)詞被用來特指牛頓，因?yàn)樗?666年從劍橋回家鄉(xiāng)沃爾索普躲避鼠疫，實(shí)在閑得沒事兒干，研究數(shù)學(xué)解悶兒，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了微積分、萬有引力和光譜理論（即太陽光由七種顏色組成）。

看官須知，物理學(xué)史上的奇跡年不是并列的，而是后者取代前者，因?yàn)楹笳叨甲C明前者錯(cuò)誤，或不完整。

從此，在物理中只要說到“奇跡年“，指的不再是哥白尼的1543年，也不再是牛頓的1666年，而是愛因斯坦的1905年。這一年除了這五篇奇跡論文，他還發(fā)表了23篇學(xué)術(shù)評論，都是在專利局工作的業(yè)余時(shí)間完成的。

很多年之后愛因斯坦回憶說，發(fā)現(xiàn)狹義相對論，就像上帝微笑著引導(dǎo)我逐步前行，盡頭就是狹義相對論。

他這個(gè)回憶相當(dāng)搞笑，因?yàn)樗静恍派系邸?/p>

但他相信上帝引導(dǎo)他發(fā)現(xiàn)了狹義相對論。

觀察歐洲歷史就會(huì)發(fā)現(xiàn)，歐洲天才最密集的時(shí)期是17、18世紀(jì)，在那個(gè)光榮偉大正確的年代，天才像彗星雨一樣密集降落歐洲，一直延續(xù)到20世紀(jì)初，歐洲因此而一躍稱雄世界。

現(xiàn)代企業(yè)管理搞了半天才明白人力資源是最大的資本。其實(shí)這算啥新發(fā)現(xiàn)？古今中外，人力一直都是最大的資本，否則燕昭王怎么會(huì)千金買馬骨？我們中國之所以落后了一百年，就是那些皇帝美女玩兒多了腦袋變傻，忘了人力才是資本。鄧小平一搞改革開放，中國人民就想起這事兒來了，中國經(jīng)濟(jì)一下就上去了。而且中國人力世界第一，上去了之后，一時(shí)半會(huì)兒還落不下來。

事實(shí)上1905年不僅是革命之年，而且還是奇跡之年。這一年，世界上發(fā)生了諸多非常事件，而很多非常事件都與愛因斯坦有關(guān)。

1905年，維也納一個(gè)默默無聞的青年醫(yī)生出版了一本驚世駭俗的流氓書《夢的解析》，召到科學(xué)家、政治家、道德家以及所有其他家的口誅筆伐，差點(diǎn)兒被口水淹死。后來該醫(yī)生向愛因斯坦抱怨：“當(dāng)你發(fā)表自己的學(xué)說時(shí)，大家都承認(rèn)看不懂，卻贊成你的意見；當(dāng)我發(fā)表自己的學(xué)說時(shí)，大家都不懂裝懂，而且還七嘴八舌地批評我?！?/p>

該醫(yī)生是精神分析學(xué)說開山祖師西格蒙德·弗洛伊德。也是個(gè)猶太人。

據(jù)說卓別林也向愛因斯坦發(fā)出過類似的抱怨。他說：“我贏得了如潮喝彩，因?yàn)槊總€(gè)人都明白我的意思；而您也贏得了如潮喝彩，卻是因?yàn)檎l都不明白您的意思！”

卓別林，也是猶太人。

還是1905年，一個(gè)奧地利青年滿懷熱情地在維也納林茨的里爾中學(xué)求學(xué)。他堅(jiān)信自己是偉大的藝術(shù)家，定會(huì)在歷史上揚(yáng)名立萬。后來他果然走入世界歷史。愛因斯坦因?yàn)樗x開德國，弗洛伊德因?yàn)樗x開奧地利。

他殺死了600萬猶太人，是當(dāng)時(shí)世界上所有猶太人的40%。最后他自殺了。

希特勒。那個(gè)遺臭萬年的獨(dú)裁者。

希特勒是奧地利人，但奧地利人都說他是德國人，因?yàn)樗堑聡偫怼?/p>

與希特勒一同在這所中學(xué)學(xué)習(xí)的，是赫然有“哲學(xué)史上百年一現(xiàn)的天才”之稱的維特根斯坦。在一張新發(fā)現(xiàn)的照片上，高富帥維特根斯坦站在前排，矮窮丑希特勒在后排，兩人僅相距一臂之遙。希特勒搞“啤酒館政變”失敗后被關(guān)在慕尼黑監(jiān)獄寫自傳《我的奮斗》，其中明言他對猶太人的仇恨起源于維也納的一個(gè)猶太人。有研究者推測，這個(gè)猶太人就是當(dāng)時(shí)他班上的高富帥同學(xué)維特根斯坦。

還是1905年，在遙遠(yuǎn)的新大陸美洲，一個(gè)年輕人步履輕快地走出哈佛大學(xué)校門。那時(shí)他根本不知道自己16年后會(huì)因?yàn)樾郝楸园Y而被迫坐在輪椅上。更重要的是，他那時(shí)根本不知道世界上有個(gè)猶太人名叫愛因斯坦。

34年后他收到了愛因斯坦一封信，而這封信決定30多萬日本人必須死。

這個(gè)人叫富蘭克林·羅斯福，美國歷史上唯一一位當(dāng)了四任總統(tǒng)的人。

也是在1905年，愛因斯坦的好友哈比希特與索洛文雙雙離開伯爾尼，索洛文移居法國當(dāng)了翻譯，奧林匹亞科學(xué)院無形解散。這兩位朋友是從愛因斯坦的信中得知這五篇文章的，但他們同樣沒想到這些文章會(huì)成為人類最大的科學(xué)奇跡。

但是，我們知道，這五篇論文每一篇都足以讓愛因斯坦走入物理學(xué)歷史。

那么，愛因斯坦是否一夜成名了呢？

欲知后事如何，且聽下回分解。

（2013年10月21日3稿畢于北京天堂書房）

責(zé)任編輯 洪清波