爱因斯坦(3)

三

　　关于“第二朵乌云”，开耳芬在文章中简单回顾了能量均分学说产生的过程，分析了该理论所遇到的困难，特别指出了一些理论计算值与实际观测值之间的偏离。他说：“事实上，玻耳兹曼—麦克斯韦学说的偏差比我们列举的还要大。”并断言：“与观察的明显偏离绝对足以否证玻耳兹曼—麦克斯韦学说。”

　　经典物理学遭遇到了一场深重的危机，而危机正是科学革命的前夜。尽管开耳芬勋爵只提到了两朵乌云，实际上19世纪物理学的上空几乎已是乌云密布了。然而这位在物理学史上素以保守著称的英国爵士，似乎以超人的洞察力揭示的两个难题，竟与此后物理学上两个伟大的理论革命有着密切的联系。

　　大放光彩的一年

　　1905年作为物理学史上光辉灿烂的一年，永久载入了科学史册。在这一年，爱因斯坦完成了6篇使科学领域发生巨变的划时代论文，其中3篇发表在德国莱比锡出版的《物理学杂志》的同一卷上。1905年的第一篇论文，他是在26岁生日（3月14日）之后的第3天完成的。它证明光是由不连续的微小颗粒或者叫做光量子的微粒所组成的。今天，量子原理几乎影响了所有的物理学分支，它阐明了自然界中连续体所具有的基本的微粒状态。在3篇论文中，爱因斯坦提出了一种测量分子大小的新方法，并证实布朗运动显示原子是存在的，大大推动了原子理论和统计力学的发展。而其余两篇论文，爱因斯坦创立了狭义相对论，引起了物理学思想和观念的革命，开创了物理学的新纪元。他几乎同时在相对论、光量子理论和分子运动论这三个不同领域里齐头并进，并取得具有重大意义的成果。自从23岁的伊萨克·牛顿在1665年到1666年由于鼠疫流行而避居乡间期间，发明微积分并发展了引力理论以后，科学界一直没有取得过如此丰硕的创造性成果。

　　1905年快过去100年了，我们即将跨越一个新的世纪之交。我们回首这要过去的一个世纪，物理学取得了惊人的进展，这些进展是与一个伟大的名字爱因斯坦分不开的。1949年获得诺贝尔奖的法国物理学家戴布劳格利说过一段话：“20世纪上半叶取得了物理学上最惊人的突破，这成为科学史上辉煌的一章。就在这短短的几十年中，物理学中耸立起两座丰碑，它们在今后几个世纪中将一直巍然屹立着，这就是相对论和量子理论。相对论是阿尔伯特·爱因斯坦富有创造力的思想的成果。量子理论的首块基石由普朗克奠定，但量子理论中的最重要的进展也应归功于爱因斯坦。”而爱因斯坦在这两个伟大理论中的贡献，正是发端于他在1905年所写的论文。

　　在1905年短短的几个月中，爱因斯坦创造了如此丰富的科学研究成果，确实是科学史上的奇迹。更令人钦佩的是，所有这些贡献竟是一个在学术机构大门以外默默无闻工作于伯尔尼专利局的年轻小职员做的。他在完成本职工作的前提下，完全靠利用业余时间自己摸索，没有任何的学术联系，甚至和这一行的前辈也基本上没有接触，更没有名师指导。

　　若干年以后，他在与自己的学生利奥波特·英费尔德谈起自己的科学经历时说，一直到30岁左右，他还从来没有见到过一位真正的理论物理学家。英费尔德曾风趣地补充说：“除非是在镜子里。”然而爱因斯坦成功了。这需要多么大的毅力！他付出了多么大的代价！正如爱因斯坦自己在1933年所写的那样：“一旦这种想法的正确性得到了承认，最后成果就水到渠成了。任何聪明的大学生理解这些成果都不会有什么困难。但是，在一个人茅塞顿开、恍然大悟之前，在黑暗中探索他能感受到但又表达不出的真理的那些年代里，那种强烈的求知欲望，那种时而有信心时而又产生疑虑的心理变化，只有亲身经历的人才能知道是什么滋味。”

　　2.科学道路上的新起步

　　分子存在吗

　　爱因斯坦最初发表的几篇论文，都是关于分子运动论和热力学方面的。1902年的《热平衡的运动和热力学第二定律》和1903年的《热力学基础理论》两篇论文，他是在不知道玻尔兹曼和吉布斯已经发表而且事实上已经把问题彻底解决了的早期研究工作的情况下，独立地搞出了统计力学这门学科。他还以玻尔兹曼和吉布斯都做不到的方式认真地对待这门学科，把它作为最终证明物质的原子本性的理论基础。他研究统计理论有一个明确的目的，就是要用来测定分子的实际大小，并尽可能地确证有确定的大小的原子的存在，以解决当时科学思想战线上争论最激烈的问题：原子和分子究竟是否存在？

　　1827年的一天，英国植物学家布朗坐在显微镜前，观察撒在水里的花粉。他注意到，飘浮在水中的植物花粉一刻也不静止，而是像跳一种

　　“塔兰台拉”舞那样无规则地跳来跳去，仿佛被某种看不见的力量踢来踢去似的。他当即在实验报告中记下了这个奇怪的现象，他无法进行解释，所以一直没有发表。布朗去世后，人们才在他的文件堆里找到这份躺了近40年的实验报告。后来，人们以发现者的名字把这种微粒的无规则行为称作布朗运动。

　　在这之后好多年，科学家一直都不能解释微粒的这种极度紧张的行为。无数学者为解释这种现象的奥秘，作了种种徒劳的努力。到了19世纪80年代，法国物理学家古伊提出了一种看法。他认为，花粉粒子或其他物质的粒子是受到周围分子的撞击而作这种不规则的布朗运动的。看不见的分子运动引起了看得见的花粉运动。

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