爱因斯坦奇迹年———八飞说老爱之三

冯八飞

爱因斯坦奇迹年
———八飞说老爱之三

冯八飞

冯八飞，对外经贸大学外语学院德语系教授、北京外国语大学博士、柏林洪堡大学博士后、洪堡大学语言与语言学系博导、德国语言研究院国际科学家委员会委员、中国认知语言学会常务理事，曾出版《沉浮莱茵河》《永远的白玫瑰》《大师的小样》等作品。

爱因斯坦传奇前奏这么长，终于说到1905年。

在爱因斯坦传奇中，1905、1919和1922是最重要的三个年份。

先说1905年。

阳春三月，26岁的爱因斯坦走在伯尔尼了无人迹的街道。天空照例阴霾，街道照例宁静，四周山野也照例湿润青绿。

爱因斯坦轻快地走着，悄无声息，两眼发直，目中无路。

满眼的好高骛远！

后来，他一辈子走路都两眼发直，目中无路，且目中无人。因为，他一直走在我们根本看不到的宇宙深处。

爱因斯坦出门是去给德国哈勒的 《物理学刊》投稿。他把论文寄给这本欧洲权威物理学杂志，觉得他们才有资格判断他说得是否正确。这时他已不是发表论文的新手，他这一年的五篇科学论文，都是以打印稿的形式提交给《物理学刊》的。

爱因斯坦投出的稿件变成了物理学史上波澜最为壮阔的革命。投稿可以变成革命，这件事情是从爱因斯坦开始的。

这篇论文完成于1905年3月17日，标题是“关于光的产生和转化的一个启发性观点”。1905年6月9日，《物理学刊》发表了这篇论文。

当时爱因斯坦连大学老师都不是，是个如假包换的物理青年，《物理学刊》发表这篇文章，算是给爱因斯坦一个天大的面子。

今天，这篇文章是《物理学刊》发刊以来最成功的文章之一，因为它把普朗克1900年提出的“量子”概念推广到光的传播上，提出了“光量子”（即“光子”）假说，完满解释困扰物理学家20多年的光电效应现象，而这正是量子力学的基础。论文提出的光电效应成为众多现代技术的理论基础，包括我们今天普遍运用的激光。其实普朗克已经差不多发现“光量子”了，但他不愿打倒牛顿力学，最终未能完成这一伟大的事业。爱因斯坦目无牛顿，所以，最后发现光量子的是爱因斯坦，而不是普朗克。

光量子假说在物理学上有划时代的意义，是物理学进一步发展的基础，它第一次证明光既是微粒又是波，一统惠更斯与牛顿彼此对立的光学理论。即使没有相对论，单凭这个理论，爱因斯坦仍然可称历史上最伟大的物理学家之一。

10年后，“光量子”假设被美国物理学家密立根实验证实。

16年后，爱因斯坦因这个理论获诺贝尔物理奖。

第一篇论文发表前，爱因斯坦已于1905年4月30日写完第二篇论文 “分子大小的新测定”。他写这篇论文不是想成为人类历史上最伟大的物理学家，而是想当博士。7月20日爱因斯坦将这篇17页的论文作为博士论文提交给苏黎世大学。其实他首先提交的是奠定相对论理论基础的奇迹年第四篇论文 “论运动物体的电动力学”，但被苏黎世大学拒绝，因为导师们都看不懂，所以他才再次提交了第二篇论文“分子大小的新测定”。

这个苏黎世大学不是枪毙爱因斯坦第一次提交博士论文的那个苏黎世ETH大学，它比ETH宽容得多。爱因斯坦这里也把博士论文导师换成了克莱纳教授。在女儿莉色儿出生之后，爱因斯坦曾突然要求撤回论文，因为他在论文中批评了统计力学创始人之一路德维格·波尔兹曼的理论，克莱纳对此略有保留。但此时克莱纳改变态度，允许爱因斯坦不修改论文，爱因斯坦也得以脱身前往伯尔尼。爱因斯坦对克莱纳教授的突然开恩很高兴，他对朋友说：“教授没有我想得那么愚蠢”。

导师委员会对17页的 “分子大小的新测定”评价很高，认为它见解很深刻，但却再次退货，不是因为质量，而是因为论文格式有误，还有一些笔误。最主要的原因非常搞笑，他们认为17页作为博士论文太短了，实在说不过去。

不过，这个意见并非鸡蛋里头挑骨头。看官须知，无论中国还是德国，现在博士论文动辄就是几百页。于是，作为妥协，爱因斯坦又勉强加了几页废话，最后这篇21页的论文于7月底被苏黎世大学接受，8月15日爱因斯坦将这篇文章寄给《物理学刊》，并最终发表在该刊1906年第4期上。论文发表之前，1906年1月15日，爱因斯坦凭这21页在苏黎世大学获得博士学位。

当时而言，这要算苏黎世大学给爱因斯坦一个天大面子。

现在而言，这要算爱因斯坦给苏黎世大学一个天大面子。

看官须知，进入21世纪，我们这些教授的业绩怎么计算呢？

第一个看你发表了多少篇科研论文。

第二个看你发表在什么等级的学术杂志上。

第三个看你的论文发表后有多少人引用。

这里面最关键的是引用率。如果你发在很烂的学术杂志上，却被引用很多，正证明论文的水平更高，更有科学价值。

爱因斯坦这篇论文发表于当时最高的物理学杂志，至今仍为全世界物理学论文引用率冠军，比他的狭义相对论和广义相对论还高出四倍，比他的光量子论文高出八倍！

顺便说一句，这篇世界物理学论文引用率冠军论文，爱因斯坦是题献给在考试和找工作时都帮助了他的好友格罗斯曼。

目中无人的犹太物理青年爱因斯坦并不知道他已经发表了世界物理学引用率冠军，他继续静静在伯尔尼街道上走着，他手中的稿件不断寄向远方的《物理学刊》。1905年5月11日寄出的是第三篇文章，这篇文章的灵感来自他5月与意大利好友贝索的一次茶聚。

贝索工程师是爱因斯坦一生的朋友，俩人1903年在苏黎世ETH大学朋友的家庭音乐会上相识，一见如故，后来贝索也参加过奥林匹亚科学院的讨论。爱因斯坦不仅赞赏贝索的知识广博，而且非常喜欢贝索这个人，以至于后来把自己初恋女友玛丽·温特勒的姐姐安娜·温特勒都介绍给贝索，结果非常成功，不久后他俩成婚。更重要的是，爱因斯坦唯一的妹妹玛雅也嫁给了温特勒老师的儿子，所以，通过温特勒一家，爱因斯坦跟贝索变成了亲戚。

爱因斯坦很对得起这个亲戚。1904年9月他在瑞士专利局试用期满，由三级技术专家晋升为二级技术专家，成为正式公务员。此时专利局有个职位出缺，位置和薪水都比二级技术专家高很多，爱因斯坦自己没去争取，却通知贝索来应聘，结果贝索果然从13个竞争者中脱颖而出，之后举家迁往苏黎世。而且他太太玛丽跟爱因斯坦太太马蜜娃十分要好，让他们的友谊铁上加钢。

对于爱因斯坦在人生关键时刻鼎力相助，贝索终生难忘。投桃报李，在物理讨论中，贝索也给了爱因斯坦巨额回报，被爱因斯坦赞为欧洲第一的“新思想共振器”。狭义相对论也有贝索一份功劳，因此在奇迹年第四篇论文“论运动物体的电动力学”的结尾爱因斯坦专门注明：“最后声明，在这个研究中我得到了好友与同事贝索的热情帮助，我要特别感谢他那些价值连城的建议。”

贝索后来成为相对论最热心的宣传者之一。

第三篇论文 “关于热的分子运动论所要求的静止液体中悬浮小粒子的运动”7月18日发表在《物理学刊》，被公认为第二篇“对世界产生革命性影响”的科学论文。

为什么说它影响了世界呢？

因为它让世界承认了原子。看官须知，咱们现在都知道世界万物由原子构成，但实际上直到20世纪初，绝大多数科学家根本不承认世界存在原子。你一说原子，他们就会问，原子在哪儿？有多少个？正是在这篇论文中，爱因斯坦通过实验中获取的蔗糖溶液的黏滞性与扩散率进行计算，最后算出一克物体中原子数大约为21023个，这个数值就是今天常用的阿伏伽德罗常数NA。

爱因斯坦通过计算原子的移动算出了原子的数量。

原子还能移动？

确实，原子会移动。问题是，原子动了跟没动差不多。

此话怎讲？

举个例子，我们向上扔硬币，硬币掉地上，正面朝下您就向左一步，正面朝上您就向右一步。正常情况下，无论怎么扔，您向左和向右的次数差不多，也就是说，扔过一定次数之后，您通常还站在原地附近。原子的移动很像扔硬币，无论原子怎么移动，平均而言，它基本上待在原地没动。

但是，原子虽然没动，但世界却被爱因斯坦推动了。因为他的这篇论文创立了支配“布朗运动”的数学定律。

啥子是“布朗运动”？

19世纪初苏格兰植物学家布朗在实验中将花粉撒进水里，然后用显微镜观察，发现花粉总是不断沿“之”字形在水中不规则运动，这种现象就是“布朗运动”。花粉越小，水的温度越高，运动就越剧烈，越不规则。当时科学家对这个现象百思不得其解，有些生物学家只好宣布这些花粉是有生命的，后来又有人认为这是电流作用的结果。

其实都不是。

正确答案是爱因斯坦提供的：是随机移动的水分子撞击了花粉分子，所以花粉的运动也是随机的，无规则的。爱因斯坦通过观测分子运动导致的花粉无规则运动测定了分子的大小，从而证明原子确实存在，一锤定音解决了50多年科学界和哲学界关于原子是否存在的争论。三年后，法国物理学家佩兰在实验中使用比花粉还小的东南亚树脂“藤黄胶脂”和乳香黄连木树脂“乳香”粉末放入离心机，分离出大小相近的更小微粒，然后连续几小时在显微镜下观察它们在水中的运动，最后再度证实爱因斯坦的答案，并因此在爱因斯坦获诺贝尔奖后五年（1926）也获得诺贝尔物理奖。

佩兰的实验最后让坚决否认原子存在的德国化学家奥斯特瓦尔德1908年不得不承认“原子假说已成为一种基础牢固的科学理论”。看官明鉴，这个奥斯特瓦尔德就是当年收到爱因斯坦父亲求情信却没有伸手帮爱因斯坦找工作的那位教授。

爱因斯坦这个成果是对现代统计力学的重大贡献，它与第一篇论文一起让爱因斯坦成为统计物理学的奠基人，其方法直到今天还用于模拟空气污染物的飘动或股票市场涨落走势。

如果咱们的PM2.5观测用了这个方法，也许会更准确。

爱因斯坦于1905年6月30日完成的奇迹年第四篇论文名字非常物理学：“论运动物体的电动力学”，其灵感是爱因斯坦5月的一天早晨醒来躺在床上时突然出现在脑海中的，但其酝酿用了差不多10年。该文于9月26日在《物理学刊》发表。

每一个了解物理学历史的人都知道，这是一篇真正翻天覆地的雄文。

因为，它标志着狭义相对论的诞生。

据说地球上只有12个人真正懂相对论。这12个里面肯定不包括我这个搞语言学的。但讲爱因斯坦躲不过相对论，所以我这个业余爱因斯坦爱好者就麻起胆子来给讲一下我理解的科普版加简化版相对论。

先得从19世纪的物理学发展说起。

1864年，英国理论物理学家麦克斯韦用电磁理论完美地统一了电与磁，并用四个电磁公式论证“光是一种恒速运动的电磁波”。

麦克斯韦这个正确的预测，让物理学顿时陷入一片大混乱。

麦克斯韦的论证，有什么问题么？

举个例子来说明。你坐在每小时30公里前进的汽车上，另一辆汽车以每小时55公里的速度赶过你。对于你而言，后面这辆车是以每小时25公里的相对速度超过你的车。这事儿在牛顿那儿很好解释，牛顿认为相对速度是两个速度之差，即：55－30＝25。

这个不是问题。问题在下面。

如果那天正好有雾霾，后面这辆车看不见道儿，打开了车灯，问题就来了。假定光速相对于坐在前面车上的你来说为C，那么，按照牛顿的运动定律，后面那辆车射出的灯光，其速度应为55＋C－30＝C＋25。

可是，在这种情况下，只有当光速是无限时，光速C才可能等于C＋25。

也就是说，麦克斯韦说“光是恒速运动的电磁波”，不对！

麦克斯韦和牛顿，他俩只能有一个是对的，而实验已经证明麦克斯韦确实对。

可人家牛顿已经对了250多年啦。

因此，绝大部分物理学家都选择站在牛顿那边儿。

与众不同的是，爱因斯坦认为麦克斯韦是对的。

就是说，他认为光速是恒定的。错的是牛顿。

那时，在物理界说牛顿不对，相当于林肯在1863年元旦颁布《解放黑奴宣言》一样。翻天覆地！

这就是为什么我们前面说，他寄出的稿件造成了革命。

麦克斯韦造成的问题，核心是光的速度到底是多少。

看官须知，测量光速这事儿不是从麦克斯韦或爱因斯坦开始的。已经开始好几百年了。此前科学家已经知道音波的速度可以计算。我们走到深山，冲着山峰大骂仇人，声音会反弹回来，这就是回声。如果我们知道所站的地方到山峰的直线距离，再加上喊出声音到听到回声的时间，我们就能算出音波的速度是多少。

测量光速的道理跟这个相似。

1638年意大利科学家伽利略出版了 《两门新科学的对话》，其中提到了当时测量光速的实验：两个人远远地对面站着，每人拿着布遮起来的灯笼，一个人先拿开灯笼上的布，对面的人看见光之后也拿开灯笼上的布。与测量回声的道理一样，这样就能算出光的速度。

遗憾的是，伽利略在书中只是提到了这个实验，并没有记录实验结果。

第一个真正从科学上测量光速的是丹麦科学家罗默。他1675年观测木星各个卫星的运行周期，几个月后再次测量，结果发现两次测量的结果不同，上次测出木卫1的周期是42.5小时，六个月后地球处于另外一个位置，木卫蚀发生的时间向后推迟了一千秒。

对于这个误差，罗默能想到的唯一解释就是：木卫蚀推迟的一千秒，正好等于木星卫星的光穿过地球轨道直径这段多出来的距离时所用的时间。但17世纪时地球轨道的直径被认为是2.76亿公里（正确值是3亿公里），按此数值，罗默得出的光速只有每秒27.6万公里，明显偏小。但这毕竟是人类第一次科学地计算光的速度。

1669年，法国天文学家让·皮卡德通过对地球经度的测量算出正确的地球直径。

之后不久法国主导的圭亚那探测帮助天文学家算出地球与太阳之间的距离。

有了这三个数值，终于可以客观地计算光速了。1690年，荷兰科学家克里斯蒂安·惠更斯在其专著 《论光线》中算出光速约为每秒钟130000英里（约20万公里）。这个数值的偏差比罗默算出的还大。然而这却是向正确的方向迈出的一步。

1728年，英国天文学家詹姆斯·布莱德利使用望远镜法按照“光行差”重新算出光速。这个方法很专业，大致说起来相当于冯教授在雨中奔跑，雨点打中冯教授脑袋的角度取决于冯教授跑的速度和雨点的下落速度。布莱德利根据这个原理算出光速为每秒31.29万公里。这个数值虽然同样不精确，但它有一点很精确：它证实光速不是无限的。

1849年，法国物理学家菲佐首次用齿轮法算出光速。他将发出的光射到8公里外的镜子上再返回，当光走完这段往返路程（16公里）时，利用一个齿轮，就可以计算出光速。菲佐得出的光速是每秒313111公里，超过正确值约5%。

真正测定光速的人，是出生于普鲁士波兹南省小镇施泽诺，现属波兰的迈克尔森。他1881年在柏林波茨坦拿过德国的亥姆霍茨奖学金，后来入籍美国。

迈克尔森1878年改进福科1850年使用的旋转镜法。这个方法在原理上类似菲佐的齿轮法，使用一个装有数个反射镜的滚筒将光切成不连续的光速，然后传到35公里之外的镜子，然后光返回，滚筒上一个镜子换为另一个镜子所用的时间就等于光往返35公里 （总共70公里）所用的时间。

这次测量因为仪器不精密，结果受到很多人的质疑。1924—1926年，已经入籍美国的迈克尔森在加利福尼亚山间进行了更精确的测量。他把8个面、12个面和16个面的旋转镜安装在威尔逊山上，远处的反射镜则安排在35公里之外的圣安东尼奥山上。为保证测量精度，美国海岸与国土测量局专门为迈克尔森测量了这段距离，其误差小于5厘米，因此这次实验的结果误差不超过1%。

迈克尔森这个精益求精的科学家为测量光速整整花了半个世纪，耗尽心血，在最后一次测试时中风去世，以生命践行了死而后已这个口号。他测定的光速是每秒299796(±4)公里。此即我们现在通用的光速。

因此，我们总说光速每秒30万公里，其实这只是一个大约数，并不精确，还差着200来公里呢。

光速的计算，跟寻找以太的努力有关。迈克尔森这个实验，也是判定以太生死的实验。

“以太”英语写成“aether”或者“ether”，在希腊文中是“青天”或“最上层大气”的意思。是古希腊哲学家亚里士多德设想的构成世界的五大元素之一。17世纪时法国哲学家笛卡儿把这个概念引入科学，说它是物体相互传递作用力的介质。两百年后，19世纪的科学家发现光其实也是一种波。可是，波在传播时都要借助一种别的东西，物理学称为“介质”，例如声波传播的介质是空气，水波传播的介质是水。也就是说，如果没有空气，声波无法传播，咱们看电影就都是默片。

这么一来，问题就产生了：我们能看见几亿光年外的星星发出的光，但宇宙是真空，既无空气也无水，这星光在宇宙中传播，介质是啥子呢？

惠更斯认为传递光波的介质就是以太。他说以太没有质量（就是莫得重量），绝对静止，因此我们看不见以太，也感觉不到以太，但宇宙其实就是充满以太的大海，地球和太阳这些星球相当于“泡”在以太大海中的船。而宇宙中的光就依靠以太传播。

后来，英国实验物理学家法拉第发现了电磁场。接着，英国物理学家麦克斯韦建立了电磁学基本方程组，证明电场与磁场互相激发就形成连续的电磁振荡，这就是电磁波。麦克斯韦还证明电磁波在真空中传播的速度是每秒30万公里，最后，他证明光波就是电磁波的一种。

于是，以太不仅应当是光波传递的介质，也应当是电磁波传递的介质。

经过惠更斯与法拉第的研究，到19世纪末，以太理论盛极一时，全世界公论宇宙中充满以太。

论断斩钉截铁，证据呢？

大家费了半天劲儿，到19世纪末，仍然没有任何一个物理学家找到过以太存在的证据。看官须知，地球以每秒30公里的速度在宇宙中飞驰，如果地球周围都是“以太”，那我们肯定能感到“以太”掠过形成的风，就像开车时打开车窗就会感到风刮在脸上一样。因此，当时大家都在疯狂寻找“以太风”。

最后为“以太”盖棺论定的就是迈克尔森。1881年，他在柏林洪堡大学的亥姆霍茨实验室工作，制成了高精度的迈克尔森干涉仪，进行了物理学史上著名的“以太漂移实验”，因为仪器精度仍然不够，实验没成功。1884年，他与化学家莫雷合作,大力提高精度，却仍然没有测到“以太风”。1887年，他们改进仪器，光路增加到11米，能够测出理论值最小的“以太风”，但花了整整五天，这次在美国克利夫兰进行的实验仍然没有找到“以太”。

“迈克尔森—莫雷实验”是物理学史上最著名的实验之一，也是证实相对论的基本实验，它彻底否定了“以太”的存在。

有意思的是，迈克尔森的名字也叫“阿尔伯特”。对这个同名人，爱因斯坦相当推崇。

这个实验也让全世界物理大腕儿接近崩溃：他们必须相信地球是完全静止的；否则，就必须承认“以太”并不存在。

显然，地球并不是静止的。

“迈克尔森—莫雷实验”的结果与热辐射中的 “紫外空难”让全世界物理学大腕儿如坐针毡：这俩问题不解决，物理学就有全面崩溃的危险，因此，他们把这两个问题称为“科学史上两朵小小的乌云”。

很快，乌云在爱因斯坦的领导下变成了旭日：

全新的物理学诞生了。

爱因斯坦之所以被称为人类至今为止最伟大的物理学家，就是因为他解决了这俩问题。他证明光速是恒定的每秒30万公里，不需通过任何介质，也就是说，爱因斯坦的这个新理论是“无以太物理学”。

在当时的物理学界，这是惊天动地的大革命。否定“以太”，是爱因斯坦天才性的破坏，也是物理学中最具建设性的破坏。爱因斯坦当时兴高采烈地写信告诉贝索：“我已彻底解决了这个问题，方法是分析时间概念。时间是无法绝对定义的，它与光信号速度之间存在不可分割的联系。 ”

其实，爱因斯坦本来想解决的问题，是他从中学开始思考的问题：如果冯教授骑着一道光线去追前面的一道光线，他会看见什么呢？按麦克斯韦理论，光速不变，就是说冯教授看到前面还是一道以光速前进的光线。可根据牛顿力学的速度合成定理，不同惯性系光速不同，冯教授看见的应当是停在原处来回跳的电磁波。在这篇论文中爱因斯坦没指明他汲取了哪位先驱的理论。1921年爱因斯坦访问美国时说道：“伽利略、牛顿、麦克斯韦和洛伦兹四个人奠定了我所构建的相对论的物理学基础。”

那么，到底冯教授应当看见什么呢？

这就跟迈克尔森用生命换来的光速有关系了。

举个现代例子：对站在铁道旁的人来说，以每秒20米速度前进的火车发出的灯光和以光速飞行的宇宙飞船发出的灯光，其速度是一样的，都是每秒30万公里，就是说，火车发出的灯光不是30万公里加20米。

再举个例子：如果一架透明飞机从我们眼前飞过，站在地球上的我们会先看见机头的空姐打了一个非礼她的教授一耳光，然后才看见机尾的老板满意地喝了口红酒。可您如果去问飞机上的乘客，他们都会说，空姐打耳光的“同时”老板喝了口红酒。

要解决“以太”的问题，就先得解决光速的问题。在这第四篇论文中，爱因斯坦对此有两个答案：第一，我们无法确定相对静止的物体到底是静止的还是在匀速运动，因此，并不存在绝对静止的空间。一切静止都是相对的。第二，光在真空中的速度永远不变而且不可超越，它与光源的速度无关。

世界物理学被爱因斯坦这两句话彻底搞乱了，“光速不变”定律彻底摧毁了牛顿的绝对时空观。爱因斯坦这两个假设告诉我们，我们人类坚信了几千年的“同时”，其实并不是“绝对的”，而是“相对的”！

当时这个问题是世界物理学界的热点，大家都在思考，并不是只有爱因斯坦一个人关心。实际上法国数学家彭加勒 （Jules Henri Poincaré 1854—1912）早于1897年写出 《空间的相对性》。但显然他们互相都没有注意到对方，都埋头致力于自己的研究。爱因斯坦后来说，假如他在1905年没能完成狭义相对论，其他人也会很快发现它，他指的很可能就是彭加勒。

看官须知，相对性的研究不是从爱因斯坦开始的，它是从伽利略开始的。但伽利略只讨论了相对性，并没有把它应用于对时间和空间的研究。牛顿力学也包括相对性原理，即所有运动中的事物都是相对的。可牛顿却根据这个原理发展出了绝对时间和绝对空间。

爱因斯坦大大扩展了这个理论，他把相对性运用于时间和空间，结果就是翻天覆地的物理学革命：原来，时间、空间和物体运动的速度是密不可分的。

时间不是绝对的，猛一说可能不太好接受。难道地球上的一秒，不等于宇宙中的一秒吗？

有时候真不等于。

举个例子：对于北京人来说，北京的白天和黑夜是不是绝对的？

是。

地球上的白天和黑夜是不是绝对的？

很容易跟着回答“是”。

其实不是。回答这个问题得先明确地点。当北京是白天时，纽约正是黑夜。因此，地球的白天和黑夜是“相对的”，北京的白天跟纽约的白天不是一回事儿，至少肯定不是同时的。

也就是说，不确定具体地点，我们根本无法回答这个问题。

也就是说，地球的时间跟月球的时间不是一回事，太阳系的时间跟银河系的时间不是一回事，放大到整个宇宙，每个角落里的时间肯定都是相对的。

再举个例子：“上”和“下”是不是绝对的？

17世纪之前人类认为地球是扁平的。那时候全人类的“上”和“下”都是绝对的。

1622年葡萄牙航海家麦哲仑领导环球航行，虽然麦哲伦同学在菲律宾被当地人用弯刀砍死了，但他的船队最后回到了出发的港口——西班牙塞维利亚。用脚后跟儿想也能明白：这证明地球是圆的。

在圆的地球上，“上”和“下”就变成相对的了，因为北京的“下”，可能正好是纽约的“上”。

因此，空间也是相对的。

爱因斯坦奇迹年的这篇论文还提出了著名的“尺缩效应”“钟缓效应”和“质增效应”。

“尺缩效应”源于荷兰著名物理学家洛伦兹和爱尔兰物理学家菲茨杰拉德，他俩1889年提出“物体收缩假设”，认为在以太中运动的物体可能受到以太风压缩而变短，从而抵消以太风产生的效应。物体高速运动时不仅物体在收缩，测量物体的尺子也会收缩，因此我们测不出物体在收缩。

这就是后来爱因斯坦在奇迹年第四篇论文提出的“尺缩效应”的基础。其实洛伦兹已经无限接近狭义相对论了，但因为洛伦兹始终想证明以太确实存在，所以他的方向有问题，自然与狭义相对论渐行渐远。

按照爱因斯坦在这篇论文中的思想，如果光速不变，你静止不动，这时你会看见坐在高速宇宙飞船中的朋友手中拿的尺子变短了。

更奇怪的是，你朋友根本不认为他在高速前进，也不认为他手中的尺子变短了，相反，他认为他是静止的，高速前进的是你！而你手中的尺子倒是变短了！

这就是光速世界中的“尺缩效应”及其相对性。

同样道理，高速运动中也会产生 “钟缓效应”。你静止不动，就会看见高速飞行的宇宙飞船中你朋友手中的表走得比你手中的表慢了。而同时，你朋友却觉得他没动，你倒在动，而且你手中的表比他手中的表慢了。

这就是“钟缓效应”及其相对性。钟缓效应意味着时间膨胀。

尺缩效应与钟缓效应已经被当代高科技实验所证实。

按照相对论，世界上没有比光速更快的速度，而时间和空间也会随着速度的加快而变动。速度越快，时间越慢，空间越窄，当速度达到光速，时间就会停止，而空间则被压缩成一条线。

举个例子，当你跪在搓板儿上时，你太太带着一把尺子和一只表以光速从你身边掠过飞回娘家，这时你会看到太太手中的尺子长度为零，表也不走了，因为，光速是速度的极限，也是时间和空间的极限。

于是，那个困扰爱因斯坦10年的问题有了答案：当冯教授以光速骑着一道光线追赶前面的另一道光线，他看到的还是以每秒30万公里前进的一道光线。如果他迎着另一道光线跑，看到的也不是以每秒60万公里向他飞过来的光线，而仍然是一道以每秒30万公里向他飞来的光线。因为在光速下，时间停止，空间变成一条线，如果再上升，时间和空间就会变成负数，而这显然是荒谬的。

这篇论文中提及的问题，最不可思议的是“质增效应”，它说高速运动中的物体，其质量（就是重量）会增加。例如高速飞行的宇宙飞船上的一筐三斤鸡蛋，如果我们地面上的人来称，会变成30斤。

所以，卖鸡蛋的人坐航天飞机卖给地球上的人，就发大了。

当然，你先得买一张航天飞机的机票。

那个得卖不少的鸡蛋才行。

第五篇论文是第四篇论文的续篇，1905年11月21日发表在《物理学刊》，题目是：“物体惯性是否决定其包含的能量？”这篇文章证明质量和能量可以互换，因此爱因斯坦提出“物体质量是其内含能量的尺度”。这篇论文只有区区三页，然而，它与第四篇论文一起成为狭义相对论、广义相对论、原子弹和那个人类历史上最著名的公式“E=MC2”的基础。此是后话，这里先按下不表。

这五篇论文不仅掀开了物理学历史的崭新篇章，而且掀开了物理学历史至今为止最耀眼夺目的篇章。

看官须知，世界物理学至今为止革命多如牛毛，但真正的大革命其实只有两次，第一次革命是牛顿力学，它让哥白尼、伽利略和开普勒成为历史。

第二次革命就是相对论，它让牛顿成为历史。爱因斯坦证明牛顿的理论只适用于低速运动的地球，放到高速运动的宇宙就完全失效。不过，狭义相对论并没有推翻牛顿力学，它只是扩展了牛顿力学。当物体运动速度小于光速时，狭义相对论就简化为牛顿力学了。

五篇论文横空出世，物理学史从此称1905年为“奇迹年”。

这个“奇迹年”的来历，大大的有故事。

英语的“奇迹”是“miracle”，拉丁文中写成“miraculum”，指科学无法解释的超自然现象或事件，如基督教所称的耶稣的诞生和复活。相应的，“奇迹年”的拉丁文是“annus mirabilis”。

看官须知，西方科学史上至今只有三个“奇迹年”。

第一个奇迹年是1543年。这一年波兰天文学家哥白尼的《天体运行论》和比利时医生、现代解剖学创始人维萨留斯的《人体构造》双双出版，标志着西方科学挣脱神学束缚，走向朝外探索宇宙，朝内探索人体的伟大历程，并就此拉开西方辉煌科学革命的大幕。

第二个奇迹年指的是1666年。

1665年英国舰队在洛夫斯托夫特之战中大胜占绝对优势的荷兰舰队，拯救英国；1666年9月伦敦城历五天大火而未毁，英国人认为这两次都是上帝显灵保佑英格兰。1667年，英国诗人德莱顿写长诗《奇迹年1666》来歌颂这两件事。后来这个词被用来特指牛顿，因为他1666年从剑桥回家乡沃尔索普躲避鼠疫，实在闲得没事儿干，研究数学解闷儿，结果发现了微积分、万有引力和光谱理论（即太阳光由七种颜色组成）。

看官须知，物理学史上的奇迹年不是并列的，而是后者取代前者，因为后者都证明前者错误，或不完整。

从此，在物理中只要说到“奇迹年“，指的不再是哥白尼的1543年，也不再是牛顿的1666年，而是爱因斯坦的1905年。这一年除了这五篇奇迹论文，他还发表了23篇学术评论，都是在专利局工作的业余时间完成的。

很多年之后爱因斯坦回忆说，发现狭义相对论，就像上帝微笑着引导我逐步前行，尽头就是狭义相对论。

他这个回忆相当搞笑，因为他根本不信上帝。

但他相信上帝引导他发现了狭义相对论。

观察欧洲历史就会发现，欧洲天才最密集的时期是17、18世纪，在那个光荣伟大正确的年代，天才像彗星雨一样密集降落欧洲，一直延续到20世纪初，欧洲因此而一跃称雄世界。

现代企业管理搞了半天才明白人力资源是最大的资本。其实这算啥新发现？古今中外，人力一直都是最大的资本，否则燕昭王怎么会千金买马骨？我们中国之所以落后了一百年，就是那些皇帝美女玩儿多了脑袋变傻，忘了人力才是资本。邓小平一搞改革开放，中国人民就想起这事儿来了，中国经济一下就上去了。而且中国人力世界第一，上去了之后，一时半会儿还落不下来。

事实上1905年不仅是革命之年，而且还是奇迹之年。这一年，世界上发生了诸多非常事件，而很多非常事件都与爱因斯坦有关。

1905年，维也纳一个默默无闻的青年医生出版了一本惊世骇俗的流氓书《梦的解析》，召到科学家、政治家、道德家以及所有其他家的口诛笔伐，差点儿被口水淹死。后来该医生向爱因斯坦抱怨：“当你发表自己的学说时，大家都承认看不懂，却赞成你的意见；当我发表自己的学说时，大家都不懂装懂，而且还七嘴八舌地批评我。”

该医生是精神分析学说开山祖师西格蒙德·弗洛伊德。也是个犹太人。

据说卓别林也向爱因斯坦发出过类似的抱怨。他说：“我赢得了如潮喝彩，因为每个人都明白我的意思；而您也赢得了如潮喝彩，却是因为谁都不明白您的意思！”

卓别林，也是犹太人。

还是1905年，一个奥地利青年满怀热情地在维也纳林茨的里尔中学求学。他坚信自己是伟大的艺术家，定会在历史上扬名立万。后来他果然走入世界历史。爱因斯坦因为他离开德国，弗洛伊德因为他离开奥地利。

他杀死了600万犹太人，是当时世界上所有犹太人的40%。最后他自杀了。

希特勒。那个遗臭万年的独裁者。

希特勒是奥地利人，但奥地利人都说他是德国人，因为他是德国总理。

与希特勒一同在这所中学学习的，是赫然有“哲学史上百年一现的天才”之称的维特根斯坦。在一张新发现的照片上，高富帅维特根斯坦站在前排，矮穷丑希特勒在后排，两人仅相距一臂之遥。希特勒搞“啤酒馆政变”失败后被关在慕尼黑监狱写自传《我的奋斗》，其中明言他对犹太人的仇恨起源于维也纳的一个犹太人。有研究者推测，这个犹太人就是当时他班上的高富帅同学维特根斯坦。

还是1905年，在遥远的新大陆美洲，一个年轻人步履轻快地走出哈佛大学校门。那时他根本不知道自己16年后会因为小儿麻痹症而被迫坐在轮椅上。更重要的是，他那时根本不知道世界上有个犹太人名叫爱因斯坦。

34年后他收到了爱因斯坦一封信，而这封信决定30多万日本人必须死。

这个人叫富兰克林·罗斯福，美国历史上唯一一位当了四任总统的人。

也是在1905年，爱因斯坦的好友哈比希特与索洛文双双离开伯尔尼，索洛文移居法国当了翻译，奥林匹亚科学院无形解散。这两位朋友是从爱因斯坦的信中得知这五篇文章的，但他们同样没想到这些文章会成为人类最大的科学奇迹。

但是，我们知道，这五篇论文每一篇都足以让爱因斯坦走入物理学历史。

那么，爱因斯坦是否一夜成名了呢？

欲知后事如何，且听下回分解。

（2013年10月21日3稿毕于北京天堂书房）

责任编辑 洪清波