1905年,爱因斯坦发表了四篇论⽂,彻底颠覆了物理学的核⼼原理。他的论⽂对世界运⾏⽅式进⾏了全新的解释,在此基础上催⽣出的现代科技改变了我们的⽇常⽣活,也加深了我们对探索宇宙的渴望。尽管爱因斯坦做出了巨⼤的贡献,但根据他⾃述中对⾃⼰思维⽅式的深⼊剖析可以证明,他所⽤的都是为⼈所熟知的⽅法,并没有那么的神秘莫测。爱因斯坦提出了最⼤胆、最“放肆”的问题,但他运⽤正常的创新⼯具回答了这些问题。
爱因斯坦不在乎他的问题有没有答案,以及有没有办法回答。他只关⼼它们是不是⾜够宏⼤和有助于从根本上去理解宇宙的本质。电磁和光的本质是什么?原⼦存在吗?它们是如何运动的?⽜顿断⾔运动是相对的,但当我们知道真空中的光速总是恒定的时候,我们⼜怎么能继续执着地相信他呢?除了能提出⼤胆的问题之外,爱因斯坦还有⼀种天赋,就是他能通过搜集⼀堆杂乱的、不⼀致的证据并剖析其共同本质来回答这些问题。
也就是说,他可以将以前观点中最好的那部分重新排列组合为⼀个新的合适替代⽅案。尽管这样说似乎有些亵渎的味道,但这些重新排列所参考的许多基本思想和所有的实验数据确实不是都来源于爱因斯坦。在爱因斯坦发表论⽂最多的⼀年,他取得的突破催⽣出了物理学中三个不同的新领域,这⼀年通常被称作他的“奇迹年”。他从理论上解释说明了光电效应,即光既是粒⼦(从技术上讲是量⼦)⼜是波,从⽽推动了量⼦⼒学这⼀新领域的发展。
就像⼀⾸⼉歌⾥唱的那样:“髋⻣连接着⼤腿⻣,⼤腿⻣连接着膝盖⻣……”量⼦⼒学⼜催⽣出半导体;半导体是晶体管的组成部分;晶体管构成了计算机;计算机创造了互联⽹;⽽由此产⽣的应⽤程序,从⾕歌到脸书,已经重塑了社会。爱因斯坦在他的“奇迹年”中发表的另⼀篇论⽂⾥,从统计学⻆度论证了分⼦(或原⼦)的存在。物理学家和化学家曾经认为原⼦只是⼀个理论的或虚拟的概念,⽽他的这篇论⽂将其转变为有实际⼤⼩的实体。
此篇论⽂既开创了统计物理学领域,⼜为探索和计算原⼦提供了⼀种切实可⾏的实验⽅法。也许与普通⼈更相关的是,爱因斯坦的⻅解(在物理学家开始对原⼦的概念丧失兴趣的时候提出的)将科学带进了原⼦时代。随着科学新时代的到来,太空旅⾏、核能等应运⽽⽣,当然其中也包括核武器。爱因斯坦在第三篇论⽂中提出了他最著名的⽅程:E = mc2,描述了物质和能量的等效性。
最后,在第四篇论⽂中,他提出了狭义相对论(为E = mc2提供了理论基础)。这也许是最令⼈难以置信的突破,却不是他获得1921年诺⻉尔奖的原因,他是因为发现了光电效应才获奖。不过,狭义相对论确实是物理学上的⼀次重⼤变⾰,它指出,在光速限制下,距离和空间都会被压缩,这预示着时空中有⼀个新的维度,同时它也预测了宇宙时空是弯曲的,这些对其他⼈来说都是难以想象的。
爱因斯坦的这些理论既给我们带来了有⽤的东⻄(如GPS),也带来了令⼈困惑的东⻄(如⿊洞)。(图源:veer)