换一句话说，宇宙正在扩展，任何两个星系之间的距离正在随着时间的推移而稳定地增加。爱因斯坦后来称“宇宙常量”的提出是他一生中最严重的错误。
　　“广义相对论”彻底改变了人们对宇宙的起源及归宿的讨论方向。静止的宇宙可能会永久存在，或者说，在过去的某个时间，当这一静止的宇宙产生时，它就已经是现在的形态了。从另一方面来说，如果现在星系们正在彼此远离，它们在过去的时间里应该是彼此之间更为接近的。在大约150亿年前，它们甚至可能彼此接触，相互重叠，而且它们的密度可能是无穷大。根据“广义相对论”，宇宙大爆炸标志着宇宙的起源，时间的开始。从这个意义上说，爱因斯坦不仅仅是过去 100年中最伟大的人物，他应该获得人们更长久的尊重。
　　在黑洞中，空间与时间是如此的弯曲，以至于黑洞吸收了所有的光线，没有一丝光线可以逃逸。“广义相对论”因此预言时间应终止于黑洞中。但是，广义相对论方程并不适用于时间的开始与终结这两种极端情形。因而这一理论并不能揭示从大爆炸中究竟产生了什么。一些人认为这是上帝万能的一种象征，上帝可以以他想要的方式来开创宇宙。
　　但是另一些人（包括我自己）认为宇宙的起源应该服从于一种任何时候都成立的普适原理。在朝这一方向的努力中，我们已取得了一些进展，但距完全理解宇宙的起源还相差甚远。广义相对论不能适用于大爆炸的原因在于，它与20世纪初另一伟大的概念性的突破——— 量子理论并不相容。量子理论的最初提出是在1900年，当时在柏林工作的麦克斯·普朗发现，从红热物体上发出的辐射可以解释为光线是以有特定大小的能量单元发出的，普朗克把这种能量单元称为量子。打一个比方，辐射像是一包包的白糖，在超级市场里，并不是你想要多少的量都行，你只能买每袋一磅的包装。1905年，爱因斯坦在他撰写的一篇论文中，提到普朗克的量子假设可能可以解释光电效应，即某些金属在收到光照时会释放电子的现象。这一效应是现代光探测器和电视照相得以应用的基础，爱因斯坦也因此获得了1921年的诺贝尔奖。
　　爱因斯坦对量子构想的研究直至20年代，当时哥本哈根的华纳· 海森堡、剑桥的保尔·狄拉克以及苏黎士的埃文·薛定谔提出了量子机制，从而展示了描述现实的新画卷。根据他们的理论，小粒子不再具有确定的位置和速度，相反，小粒子的位置测得越精确，它的速度测量就愈不准确。反之亦然。
　　对于这种基本定律中的任意性和不可预知性，爱因斯坦惶惑不已，他最终未能接受量子机制。他的著名的“上帝并未在掷骰子”的格言就表达出了这一感受。虽然如此，大多数科学家都接受了全新的量子机制定律，并对其适用性加以承认，因为这些定律不但与实验结果吻合极好，而且可以解释许多先前无法解释的现象。这些定律成了当代化学、分子生物学以及电子学得以发展的基础，也是在过去半个世纪内改变整个世界的科技基石。
　　1933年，纳粹统治了德国，爱因斯坦离开了这个国家，也放弃了他的德国国籍。他在新泽西州普林斯顿的尖端科学研究所度过了他生命最后22年的时光。纳粹发起了一场反对“犹太科学”及犹太科学家的运动（犹太科学家被驱逐是德国未能建成原子弹的原因之一），而爱因斯坦及他的相对论是这场运动的主要目标。当被告知一本名为《反对爱因斯坦的100位科学家》的书得以出版时，爱因斯坦回答，为什么要100位？一位就足以证明我错了，如果我真的错了的话。
　　二战后，他敦促盟军设立一个全球机构以控制核武器。1952年，他被刚成立的以色列授予总统职位，但他拒绝了。“政治是暂时的，” 他写道，“而方程式是永恒的。”广义相对论方程是他最好的墓志铭和纪念碑。它们与宇宙一起永不腐朽。
　　在过去的100年中，世界经历了前所未有的变化。其原因并不在于政治，也不在于经济，而在于科学技术——直接源于先进的基础科学研究的科学技术。没有科学家能比爱因斯坦更代表这种科学的先进性。（本文略有删节）
　　【注1】爱因斯坦早在1919年与他的苏黎士专门学院同学、塞尔维亚族妻子米列娃·玛莉科离婚时，就已经答应将诺贝尔奖给予她。当时爱因斯坦已经确信自己将可以得到诺贝尔奖，只是没有想到获奖是由于他对光电效应的贡献。
　　【注2】星际旅行，“Star Trek”是全美正在上映的热门电视剧。
　　【注3】米列娃·玛莉科初陪爱因斯坦到柏林，旋即离开，携他们的两个儿子回瑞士，三年后离婚。后爱因斯坦与有一个女儿的当时离异的表妹爱尔莎结合，爱尔莎给予了爱因斯坦无微不至的关怀，伴他度过探索“广义相对论”的岁月。玛莉科对爱因斯坦创立“狭义相对论”有所贡献，但她从未提起，离婚后她从事数学和物理教学。

相对论和量子论
科恩著　
　　无论是对非科学家还是对科学家来说，相对论简直就是本世纪科学革命的同义语，而对于那些知情者来说，量子论（尤其是它的发展形式量子力学）是一次更为伟大的革命。我们将看到爱因斯坦作为科学家的伟大之处，他对这两场革命都做出了根本性的贡献。
　　谈到相对论，我们必须记住有两种不同的相对论理论：一是狭义相对论（1905），它研究时间，空间和同时性问题，由此推导出著名的质能关系式E＝mc2。二是广义相对论（1915），它研究引力问题。尽管两种相对论都是革命性的，但对相对论革命的探讨主要集中在狭义相对论的结果上。然而，真正促成全世界对狭义相对论引起重视的事件是1919年广义相对论的一个预言——星光经过太阳附近时，会因太阳引力场的作用而发生偏转——获得了证实。这次验证是在一次日蚀时进行的天文观测完成的，这一事件立即使相对论风靡全世界，而爱因斯坦也一夜之间成了家喻户晓的人物。
　　狭义相对论
　　爱因斯坦于1905年首次提出狭义相对论原理，论文发表在《物理学年鉴》上，同年，他对狭义相对论作了重要补充，并为辐射问题建立了最初形式的质能关系式。1907年，爱因斯坦完成了一篇的相对论的综述文章，其中包含一般形式的质能关系式E＝m2。他的卓越论文建立了全新的质量，时间和空间概念，并向明显简单的同时性观念提出了挑战。最初，爱因斯坦提出了“相对性原理”，并引进了“另一个假设”：“在任何给定的惯性系统中，无论发光物体是处于静止状态还是在作匀速运动，光在真空中的传播速度都是一个确定值C”。相对论的伟大意义在于，它抛弃了“绝对”时空观以及空间充满了以太的思想；而在当时，以太被视为是光和其它形态电磁波的传播媒介。
　　现在看来，1905年6月爱因斯坦关于相对论的开创性论文在《物理学年鉴》上发表，是理论革命阶段的典型例子。我们在第2章中已经看到，M．玻思1905－1906年间在哥廷根研究“运动物体的电动力学和光学”时，竟然从未听说过爱因斯坦和他的工作。1906-1907年间，英国剑桥大学的情况亦是如此。根据爱因斯坦妹妹的回忆（佩斯1982，150-151），爱因斯坦当时“想象在有名的，拥有众多读者的杂志上发表论文，便会立即引起注意”。当然，他期望“强烈的反对和最严厉的批评”，但缺少反响和“冷处理”反而使他“非常失望”。不久，他收到M．普朗克的一封信，就论文中几处疑点提出问题，这使爱因斯坦感到“异乎寻常的高兴”，因为普朗克是“当时最伟大的物理学家之一”。相对论后来迅速变成了物理学家感兴趣的议论和研究课题。这种戏剧性转变主要是由于普朗克较早且较深入地介入了相对论研究所引起的。爱因斯坦论文发表的第二年，普朗克就开始在柏林讲授相对论理论，但他当时讲演的基础不是爱因斯坦的工作而是洛伦兹的电子论。1907年，普朗克的助手冯·劳厄（后来的诺贝尔奖金获得者）发表了一篇关于相对论的专论。
　　1906年9月，普朗克在德国物理学会上发表了关于相对论的演讲（同年刊登在杂志上）；1907年，在普朗克的指导下，K．V．莫森格尔完成了第一篇专论相对论的博士论文（佩斯1982，150-151）。佩斯指出，早期介入这一领域的人实在是太少了。乌尔茨堡的Y．劳布和布莱斯劳（乌罗斯劳）的L．拉登伯格是为数不多的几个例外。劳厄曾经来到伯尔尼拜访爱因斯坦，他发现难以置信的是，这个‘年轻人”竟然是“相对论之父”。几年后，冯·劳厄撰写了一篇非常出色的介绍相对论的学术论文。冯·劳厄在1917年3月24日写给爱因斯坦的信中，表达了对自己的物理学革命性工作的兴奋之情：“终于实现了！我的关于波动光学的革命观点发表了”。他接着写道：在“这一紧要关头”，它们“无疑会激起每一个保守的物理学家最强烈的憎恨”；但“我仍然要坚持这些备受谴责的观点”。
　　除了队玻恩自己介绍了他是怎样每一次听说相对论的之外，我们还从L．英费尔德那里了解到当时的一些情形。英费尔德（1950，44）曾谈到他的朋友S．洛里亚教授告诉他的一件事，洛里亚的老师“克拉克大学的维特科夫斯基教授（他是一位非常伟大的教师）”读了爱因斯坦1905年关于相对论的论文后，冲着洛里亚兴奋地喊道：“读读爱因斯坦的论文吧，又一个哥白尼诞生了！”又过了一段时间（玻恩说是1907年）洛里亚在一次物理学会议上遇到了玻恩，他向被恩谈起爱因斯坦，并问他是否读过那篇相对论论文。结果，“不光是玻恩，在场的每一位都从未听说过爱因斯坦”。英费尔德的故事说，他们立即“跑到图书馆，从书架上取出《物理学年鉴》第17卷，开始读起爱因斯坦的论文”。英费尔德说，M．玻恩立即认识到相对论的伟大，同时感到有必要对它进行数学形式化。英费尔德认为，玻思后来对相对论的研究工作，“是早期对这一科学领域做出的重要贡献”。
　　最初，表示愿意接受爱因斯坦狭义相对论的物理学家很少，因此不足以在世界范围内引发一场科学革命。但德国理论物理学家中却有一部分拥护者。1907年7月，普朗克在致爱因斯坦的信中说：“相对论原理的倡导者仅仅形成了一个不大的圈子”，由此他坚信，他们之间“取得意见一致尤显重要”（佩斯1982，151）。“相对论原理”既体现了普朗克个人偏爱的洛伦兹理论，也体现了爱因斯坦的相对论，然而，爱因斯坦的声望在持续增长，尽管仍然缓慢，1907年秋，J．斯塔克（《放射性和电学年鉴》的编辑）写信给爱因斯坦，要求他写一篇相对论的评述文章。1906年普朗克曾使用过相对性理论的术语（米勒1981，88），但1907年爱因斯坦采用了今天人们更熟悉的名称——相对论。第一篇引用爱因斯坦相对论论文的文章是W．考夫曼1905年撰写的。他认为爱因斯坦的“研究……与洛伦兹的研究在形式上是相同的”，只不过后者有益于推广。考夫曼最后说，他自己的实验数据驳倒了爱因斯坦和洛伦兹的电子理论，我们将稍后再来研究这个问题。
　　lop年，B．爱伦菲斯特写了一篇以爱因斯坦理论为主题的论文。第二年（1908），H．闵科夫斯基发表文章，把爱因斯坦理论从根本上转化为数学形式，“大大简化了狭义相对论”。经过这样几个步骤，理论革命才变成了真正的科学革命。佩斯（1983，152）指出，从1908年开始，爱因斯坦的名声及影响迅速提高。
　　爱因斯坦的学术生涯开始坦荡起来了。1909年春，他从伯尔尼瑞士专利局一个地位低微的审查员，一跃而成为苏黎士大学理论物理学助理教授，这很明显是由于他在固体量子论方面所做的工作。爱因斯坦的推荐人之一写道：爱因斯坦“当属最伟大的理论物理学家之列”（佩斯1982，185）。“由于相对论原理方面的工作，他正受到极其广泛的重视”。lop年7月8日，爱因斯坦获得了日内瓦大学的荣誉学位，同时获得这项荣誉的还有化学家W．奥斯特瓦尔德和M．居里夫人，他在这个职位上只呆了两年，1911年3月他来到了布拉格，晋升为德国卡尔·费迪南大学正教授。在那里工作了16个月后，F．弗兰克接替了这个职位。爱因斯坦又返回苏黎士，担任综合技术学院的物理学教授。
　　当然，影响接受狭义相对论的困难主要是观念上的，但也的确存在实验上的障碍。在1905年开创性的论文的结尾，爱因斯坦推导出一个电子横质量公式。这个公式与洛伦兹理论中的公式极其相似，其中的差异很快就被消除了。于是，这两种理论能给出相同的结果。但是，考夫曼在分别发表于1902和1903年的论文中指出，他的实验结果与洛伦兹理论（同样适用于爱因斯坦理论）的预言有很大差异，爱因斯坦对这些结果无动于衷（见米勒1981，81－92；333—334）。1906年，考夫曼在《物理学年鉴》（一年前爱因斯坦发表相对论论文的同一杂志）发表了一篇文章，详细归纳了爱因斯坦的时空观（米勒1981，343），并探讨了洛伦兹-爱因斯坦电子理论。他总结道，他自己的测量结果于洛伦兹-爱因斯坦理论的“基本假设是不相容的”（见霍尔顿1973，189－190；234-235）。洛伦兹因此写了一封信给彭加勒（米勒1981，334-3371982，20-21），说他自己的“心智已经枯竭”。他对彭加勒说，“不幸的是”，他的假说“与考夫曼的新实验矛盾”，他认为“不得不放弃它”。但爱因斯坦却坚信：实验数据与理论间“系统误差”的存在说明有“未被注意的误差源”；新的更精确的实验一定会证实相对性理论。爱因斯坦的话得到了证实，1908年，A．H．布歇尔发表了新的实验结果，完全符合洛伦兹和爱因斯坦的预言。1910年，E．胡普卡的实验对此再次予以确证。而决定性的结果是1914-1916年间获得的。从那以后，各种表明相对论正确性的论据不断出现，且极为丰富。
　　随着实验证据的出现，相对论本身进行了根本性的重构。这项工作是哥廷根大学数学教授H．闵科夫斯基完成的。有趣的是，几年前，阅科夫斯基在苏黎世大学教过爱因斯坦数学。1908年，闵科夫斯基发表论文，引进四维“时空”概念，取代了孤立的三维空间与外加一维时间的不相容概念，他还把相对论转化为现代张量形式（这要求物理学家们进一步学习由里奇和列维-西维塔建立的新的数学理论），在相对论中引进专业术语，并明确指出：由相对论观点看，传统的牛顿引力理论已经不够用了（佩斯1982，152）。很明显，爱因斯坦开始并没有理解闵科夫斯基工作的意义，甚至认为把他的理论写成张量形式是“多余的技巧”（同上）。但到了1912年，爱因斯坦终于转变过来了；1916年，他以感激的心情承认闵科夫斯基使他大大地简化了从狭义相对论向广义相对论的过渡。爱因斯坦（1961，56-57）后来着重强调了闵科夫斯基的贡献，他说，如果没有他，“广义相对论……也许还在襁褓中”。英译本经常采用的语句是“no furthr than its longcloths”。尽管“windel”在德文中最普遍的意思是“尿布”，但这里的含义显然是：如果没有闵科夫斯基，广义相对论一定还在孕育之中。
　　闵科夫斯基的时空观首次公开发表于1907年11月5日的一次演讲中，演讲的标题是“相对论原理”。但这篇演讲直至闵科夫斯基去世后六年的1915年才出版。不过借助在1908年和1909年发表的另外两篇论文，闵科夫斯基的时空观已经流传开了（加里森1979，89）。闵科夫斯基充分认识到了他的贡献的重要性。在1907年演讲时，他开宗明义地说：“先生们，我想向诸位讲述的时空观念……从根本上是全新的，……由此，孤立的空间和时间观念本身将注定要消失在阴影之中”。