中外科学家发明家丛书:爱因斯坦-第3章

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这样彻底地研究过同时性，并且得出这样深刻的结论。马赫要求，把物理学　

中无法由经验验证的荒唐的因素全部加以取缔。马赫的这一要求，导致爱因　

斯坦产生了取缔牛顿“绝对时间”概念的想法。　

　　　　　由于时间和运动是彼此密切相连的，像马克思就说过，时间是“运动在　

量值方面的表现”。所以时间概念的相对论化，使“绝对运动”概念也失去　

了立足之地。一个物体或一参考系的运动，只有在与另一物体或参考系相比　

较而存在，并在其对比中数值也是适宜的。不存在“绝对运动”。爱因斯坦　

的“狭义相对论”认为，在相互作直线——非加速运动的所有参考系中，自　

然规律是同样有效。在它们之间，时间和空间值可以用“洛仑兹变换”这一　

特别的等式进行换算。　

　　　　　1905年，爱因斯坦提出了相对论，他把作为光波载体的以太，从物理学　

世界中清除出去了。以后，他曾写道，光以太原本只是物理学界的一个“幽　


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灵”。爱因斯坦把独立的物理实体——电磁场请出来，坐在以太的位置上。　

这也是崭新的、勇敢的行动。尽管法国物理学家庞加莱在他之前就曾提过应　

该抛弃以太假说，但是他没能把这种提议变成新的自然观的基底。“无以太　

物理学”乃是爱因斯坦思想的成果。　

　　　　　爱因斯坦在光的学说中引起的革命性进展，这种物理学中不存在光以太　

的观点，即使当时著名的物理学家也长时间接受不了。就连洛仑兹，这位在　

狭义相对论酝酿阶段起过重要作用的科学家，直到他晚年时还表示对光学现　

象没有以太作载体不完全理解。　

　　　　　爱因斯坦的狭义相对论宣判了机械自然观的死刑，这是自然科学史上的　

一次大变革，也是辩证法在物理学基础中的胜利。它把牛顿经典运动定律中　

所说的那种关于时间和运动的形而上学的机械观点“提升”到辩证法的高度。　

牛顿定律是速度远远小于光速的极限定律。牛顿的形而上学观点方法，尽管　

是当时所公认的定律，但是由于物理学的发展，碰到了无法逾越的鸿沟。爱　

因斯坦运用辩证思维的冲击力量摧毁这些障碍，并为物理学的进一步发展开　

辟了道路。在爱因斯坦以前，虽然有其他一些研究家确实已经采用形式数学　

的方法解决了运动物体的电动力学问题，然而爱因斯坦的功绩仍是不可低估　

的。　

　　　　　只有个别物理学家能够当即把爱因斯坦的理论看作是一个伟大的发现。　

当时著名的理论家中，普朗克首先称赞爱因斯坦的《论动体的电动力学》一　

文具有划时代意义。普朗克在一次演讲中讲道，爱因斯坦的时空观“勇敢精　

神的确超乎自然科学研究和哲学认识论上至今所取得的一切大胆成果。”确　

实有不少著名的学者，在很长一段时间里，对爱因斯坦的学说抱怀疑态度，　

其中尤其以物理实验家居多。　

　　　　　由狭义相对论得出的两个重要结论，涉及质量和运动、质量和能量的相　

互关系。显然，目的就是阐述这些问题的辩证关系。爱因斯坦对这些问题的　

解决，其意义远远超出狭窄的学术专业范围。　

　　　　在爱因斯坦之前，惯性质量，即物体对运动的惯性阻抗被认为是一个不　

可改变的量。这符合牛顿形而上学的机械自然观。1895年，奥斯瓦尔德在吕　

贝克自然科学家大会的报告中还提出质量不变的经典观点。时过不久，1901　

年实验物理学家在进行高速运动电子的实验时，发现电子的质量随着速度的　

增加而变大。爱因斯坦在他的相对论中也论证了这一事实。　

　　　　　只要是运动物体的速度远低于光速，由于运动所引起的质量增加就不明　

显。因为在经典力学中，物体很大而运动速度很小，质量的增加往往被忽略。　

相反，在相对论力学中质量的增加起着重要作用。在其后的时期中，原子物　

理学家们在大型实验设备上，加速了基本粒子。这些实践证明爱因斯坦的学　

说是正确的。　

　　　　　第二个结论的重要意义更为深远，其影响大大超出力学和物理学的范　

围，对于人类的命运和未来都十分重要。　

　　　　　　《论动体的电动力学》一文发表后不久，爱因斯坦在给他的朋友哈比希　

特的信中写道：“我还在琢磨有关电动力学研究的结论。根据相对论原理连　

同麦克斯韦的方程要求，就可以用质量直接度量物体所含的能量；光可以转　

化成质量。铀元素中必然会产生质量显著减少的现象。这个想法既有趣又富　

于吸引力。但是我还无法知晓，上帝对它感到高兴呢，还是在故意捉弄我？”　

　　　　这个“既有趣又富于吸引力”的想法，被爱因斯坦写进前面提过的有关　


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物体惯性同它所含的能量的关系的论文里。这篇仅三页的论文是世界自然科　

学史上最精悍而又成果辉煌的著作。它奠定了质量与能量“等价”原理的基　

础。　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2　

　　　　　爱因斯坦定律的教学公式是举世闻名的：E=mC在今天几乎变为成语。它　

表明能量（E）的转换与相应的质量（m）的转换分不开；而光速（C）的平方　

是比例系数，表示质量可以转换为能量。这样所谓“质量亏损”也被解释清　

楚了。在力学、化学、热学和电学过程中，质量亏损太小，一直未被发现。　

但在原子物理学中它却十分重要，因为原子核的各种组元的质量总是大于由　

这些组元构成的原子核的质量。有人认为，欠缺的质量转化成能量，这就是　

将核组元拉在一起所需的“结合能”。原子力是转换成能量的质量。在人工　

核反应中，这种巨大的能量便被释放出来。　

　　　　　爱因斯坦关于质量和能量等价性的发现，简化了物理守恒定律的内容。　

长期以来，彼此分立的质量守恒和能量守恒定律，现在可以合并为一条定律；　

对于一个闭合物质系来说，质量和能量的总合在所有过程中不变。　

　　　　　所有这些发现的时机的确已经成熟了，无须再要什么重要准备，也无须　

再获取什么局部成果。在已有的准备工作和成果中，有俄国列别捷夫有关光　

对固体的压力研究，还有奥地利物理学家哈瑟诺尔的重要探索。然而，爱因　

斯坦迈出的这一步对这方面的研究则具有决定性作用。　

　　　　　从爱因斯坦整个研究事业来看，他敢于思考，完全摆脱了学术权威们对　

当时自然科学界思想的教条主义垄断和专横。　

　　　　　爱因斯坦从不隐讳自己的观点，他认为自然科学理论研究既艰难，又要　

担风险，其结果也无法完全预料。在他看来，物理学是一种“认识的冒险”。　

在一篇论述相对论研究中的文章里，他写道：“借助于已经获得的认识，显　

然能看到幸运地达到的目标，这一点连聪明的大学生也能轻易地理解到。但　

是，那种遐想连翩与怀着热切的奢望、信心与失望长年交织在一起的心情，　

以及最后向真理冲刺时的感情，所有这一切，唯有设身处地的人才能体会　

到。”　

　　　　　爱因斯坦发表的具有首创精神的著作，虽然也引起个别科学家的重视。　

但是，要人们真正认识他的科学研究成就，还需要较长时间。　


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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　四、学者生涯　



　　　　相对论在为数不多的最杰出的物理学家中间掀起了波涛。可是，爱因斯　

坦依旧每天早晨9点准时到达专利局，去上8小时的班。下班以后，他领着　

小儿子到阿勒河的河滨散步。看着河水静静地流去。　

　　　　　1906年4月1日，爱因斯坦升了级，工资也长到每年4500法朗。局长　

在打给上司的报告里，表扬爱因斯坦忠于职守，工作成绩优异。局长也提到　

他学识上的进步，说他得了博士学位。然而对于《物理学纪事》上的那三篇　

论文，局长只字未提。　

　　　　在大学里的那些人，手拿着那一卷《物理学纪事》，打听爱因斯坦是何　

许人也。相对论给普朗克的助手劳厄留下了深刻的印象。后来人家告诉他说，　

爱因斯坦不是什么教授，而是专利局里的公务员。劳厄听了惊讶万分。于是　

劳厄去了伯尔尼，一下火车就直奔专利局。他在走廊里看见一个年轻人来回　

踱步。那人只穿一件格子衬衫，领子有点竖起，头发乱得像团草，好像那人　

正在思考什么问题。劳厄上前向他打听，爱因斯坦博士在几号房间办公？那　

双梦游人一般的大眼睛突然醒了，放出一片柔和的光。他笑着说，很对不起，　

本人就是。劳厄惊讶地看着他，也笑了。过了几分钟，这两个同岁的年轻人　

已经坐在一家小餐馆的桌旁，开始了他们终身的友谊。　

　　　　维恩教授的学生劳布也来到了伯尔尼。他的学位论文里用到相对论。教　

授不同意他的观点，叫他去找相对论的著者请教。碰巧爱因斯坦一个人在家，　

他正跪在地上生炉子。见到来客，爱因斯坦扔下捅火棒，伸出了两只乌黑的　

手。客人稍稍迟疑了一下，爱因斯坦也没有察觉。爱因斯坦用手背擦了一下　

被煤染黑了的额头，笑着说：“你看，我和人谈辐射，可是这个倒霉炉子，　

就怎么也辐射不出热来。”　

　　　　伯尔尼对物理学家们产生了吸引力。普朗克教授也打算到伯尔尼来。1907　

年　7月6日，他写信给爱因斯坦：明年我可能到瑞士度假。虽然还很遥远，　

可是想到能和你会面，心里很高兴。　

　　　　终于，在1908年10月23日，一份印有伯尔尼州徽的公文送到了专利局，　

通知爱因斯坦博士，从本学期，聘请他担任兼职“编外讲师”。也就是说，　

他有权在伯尔尼大学里选讲自己的课程。至于报酬，则由听课的学生直接付　

给讲师。可惜，爱因斯坦所讲的课程“辐射的基本理论”，讨论的都是物理　

学上阴云未散的问题，很少有大学生对它感兴趣。　

　　　　　1909年7月，日内瓦大学向他发出请柬，请他参加350周年校庆纪念活　

动。同年9月，他又到萨尔斯堡参加“德国自然科学家和医生协会”第81　

届年会。这是他第一次应邀做学术报告。这是他第一次和物理学界的同行们　

相会。大家把他列入巨人们之中，他在巨人中寻找普朗克。他把双手向普朗　

克伸去，创立量子论和创立相对论的两双手紧紧地握在一起了。　

　　　　专利局的四壁已经太窄，容不下爱因斯坦了。从萨尔斯堡回来后，他辞　

去了专利局的工作。苏黎世联邦工业大学已经聘请他为副教授。　

　　　　　爱因斯坦在苏黎世大学仅仅授课三个学期。尔后，他接受了布拉格德意　

志大学的聘请，荣任理论物理学正教授。　

　　　　按照规定，在宣布委任之前，需要有被推荐人的推荐书。他们请德国最　

著名的理论物理学家普朗克做推荐人。普朗克在推荐书中写道：“要对爱因　

斯坦的理论作出中肯评价的话，那么可以把他比作20世纪的哥白尼，这也正　


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是我所期望的评价。”　

　　　　　爱因斯坦在布拉格首次讲课的情景，有一份报道作了如下介绍：“爱因　

斯坦极为朴实地出现在众人面前，从而使在场的人都为之倾倒。他讲起话来　

生动而开朗，从不矫揉造作，十分自然，有时还来点使人振奋的幽默。相对　

论原来是如此简单，这使不少听众为之惊叹！”　

　　　　　1911年，爱因斯坦在《物理学纪事》上发表了题为《关于引力对光线传　

播的影响》的论文。这是他在布拉格期间最重要的成就，该文阐述了相对性　

引力理论的基本原理。结论的创新之处在于，由星体发射出来的光束在太阳　

附近掠过时必然会弯曲，这是由于光也有惯性，因而受到太阳引力场的巨大　

的引力作用。爱因斯坦建议，在下一次日全食时，通过天文观测来验证这个　

理论预见。1911年秋天，爱因斯坦离开布拉格，去布鲁塞尔参加国际科学会　

议。这一会议是比利时化学工业家索尔未根据柏林物理化学家能斯特倡议召　

开的，目的是讨论原子理论问题。在会议上，爱因斯坦第一次与玛丽·居里、　

庞加莱、郎之万、卢瑟福和佩兰以及其他重要的物理学家结识。　

　　　　　1912年夏天，他回到苏黎世，就任高等工业学院教授。当时，他在为他　

开设的数学物理教研室担任正教授。十年前，正是这同一个学校，曾使他热　

望谋求一个助教职位。　

　　　　　当时，苏黎世的学术空气十分活跃，特别表现在物理和数学方面。继爱　

因斯坦荣任苏黎世大学理论物理教授的是劳厄。他在慕尼黑发现了意义重大　

的伦琴射线干涉现象，因而不久就获得诺贝尔奖金。在数学方面，除了后来　

参与广义相对论公式表述工作的威尔之外，还有数学家格罗斯曼，他曾是爱　

因斯坦的学友，也曾经促使爱因斯坦相信，要进一步推广相对论的研究成果，　

需要一种特殊的数学方法。格罗斯曼帮助他找到了这种方法，并加以运用，　

而且还亲自参加相对论的数学推演。爱因斯坦和格罗斯曼的一个合作成果就　

是《广义相对论和引力理论纲要》。其中物理部分和数学部分就是由他们分　

别撰写的。这篇论文标志着爱因斯坦在广义相对论的征途上迈出的第二个重　

要脚印。1915年，爱因斯坦在柏林才最后总结成广义相对论。　

　　　　　1913年7月10日，在普鲁士皇家科学院学部全会上，爱因斯坦荣膺为　

正式院士。1914年4月，爱因斯坦来到柏林，但4个月后，爆发了第一次世　

界大战。　

　　　　　1914年10月，受到大资产阶级“爱国主义”和民族仇恨的盲目煽动，　

93位德国人文科学家的宣言出笼了。“文化界”的这个宣言使德国科学家和　

艺术家丢尽了体面。它妄图为德国总参谋部破坏比利时中立，践踏国际法的　

行径作辩护，还为德军在占领区的罪恶勾当，进行掩盖或粉饰，把手舞屠刀　

的德国皇帝吹捧成“世界和平的卫士”，德国军国主义反倒被说成是德意志　

文化的救星。　

　　　　　在宣言上签名的德国科学家有：能斯特、哈伯、伦琴、瑞纳德、海克尔、　

奥斯瓦尔德、普朗克等。就是，其中没有爱因斯坦。　

　　　　　爱因斯坦从幼年开始就憎恶战争。1911年，由于德国军国主义的挑衅，　

引起了摩洛哥危机，他在同索末菲的交谈中，表露出对德国军国主义者的蔑　

视。为了同93人的宣言分庭抗礼，他与柏林哲学家尼古拉共同起草《告欧洲　

人民书》。他呼吁欧洲的科学家应该竭尽全力，尽快结束这场人类大屠杀，　

认清自己的道德责任，同心协力把战争这一政治手段从世界人民的生活中清　

除掉。欧洲不应重遭希腊的命运！至今，学者们却反其道而行之，这样会把　


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发展文化的重要职责丧失殆尽。由于技术和交通事业的飞速发展，地球变得　

小了，各国人民离得