前言 重新審視愛因斯坦的遺產(chǎn)

　　天才。心不在焉的教授。相對(duì)論之父。蝕刻在我們心目中的阿爾伯特·愛因斯坦的形象，總是一頭爆炸的頭發(fā)，不穿襪子，上身是特大號(hào)的毛衣，嘴里叼個(gè)煙斗，對(duì)周圍世界好像并不注意。傳記作家丹尼斯·布萊恩曾這樣描述他：“與埃爾維斯·普雷斯利和瑪麗蓮·夢(mèng)露齊名的流行偶像。他那神秘莫測(cè)的形象經(jīng)常出現(xiàn)在明信片、雜志封面、T恤衫和比真人還要大的招貼畫上。好萊塢有個(gè)經(jīng)紀(jì)行專門經(jīng)營(yíng)他的形象圖片，供電視廣告使用。他要是見了這些可能都會(huì)生氣�！�

　　愛因斯坦是有史以來(lái)最偉大的科學(xué)家之一，其貢獻(xiàn)堪與艾薩克·牛頓比肩。因此，《時(shí)代》周刊選他作世紀(jì)人物毫不奇怪。許多歷史學(xué)家將他列入過(guò)去的千年里一百位最有影響力的人物之一。

　　考慮到愛因斯坦在歷史上的地位，有多個(gè)原因值得我們重新審視他的一生。首先，他的理論極為深刻，其在幾十年前作出的預(yù)言至今仍占據(jù)著報(bào)紙頭條的位置，因此我們極有必要嘗試去理解這些理論的本源。隨著新一代儀器的出現(xiàn)（其中包括衛(wèi)星、激光、納米技術(shù)、超級(jí)計(jì)算機(jī)、引力波探測(cè)器等），這些在1920年代都是不可想像的，人們可以探索宇宙外圍以及原子內(nèi)部，愛因斯坦當(dāng)年的預(yù)言不斷為科學(xué)家贏得諾貝爾獎(jiǎng)。即便是愛因斯坦餐桌上的面包渣都會(huì)為科學(xué)開辟新的前景。例如，1993年的諾貝爾獎(jiǎng)就授予了兩位證實(shí)引力波存在的物理學(xué)家。而引力波是愛因斯坦在1916年分析雙中子星運(yùn)動(dòng)時(shí)所預(yù)言的。2001年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)則由三位物理學(xué)家共享，他們證實(shí)了玻色-愛因斯坦凝聚的存在。這種物質(zhì)在接近絕對(duì)零度時(shí)的新的狀態(tài)是愛因斯坦在1924年預(yù)見到的。

　　他的其他預(yù)言現(xiàn)在也正被一一證實(shí)。黑洞曾被看作愛因斯坦的理論所推論出的一個(gè)奇怪的東西，而現(xiàn)在哈勃太空望遠(yuǎn)鏡和甚大陣射電望遠(yuǎn)鏡都已找到了黑洞。愛因斯坦環(huán)和愛因斯坦透鏡現(xiàn)在不僅已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，而且業(yè)已成為天文學(xué)家觀測(cè)外太空不可見對(duì)象的關(guān)鍵工具。

　　即使是愛因斯坦的“錯(cuò)誤”現(xiàn)在都被認(rèn)為是對(duì)宇宙認(rèn)識(shí)的意義深遠(yuǎn)的貢獻(xiàn)。2001年，天文學(xué)家找到了令人信服的證據(jù)，證明“宇宙常數(shù)”這個(gè)一度被看作愛因斯坦最大的失誤，實(shí)際上包含有宇宙中最大的能量，而且它將決定宇宙最終的命運(yùn)。因此，從實(shí)驗(yàn)的角度來(lái)看，隨著越來(lái)越多的證明累積起來(lái)，驗(yàn)證他當(dāng)年的預(yù)言，對(duì)于愛因斯坦的遺產(chǎn)的認(rèn)識(shí)問(wèn)題，出現(xiàn)了“復(fù)興”。第二，物理學(xué)家正重新評(píng)價(jià)愛因斯坦的遺產(chǎn)，尤其是他的思維過(guò)程的價(jià)值。近年來(lái)，為他作傳的傳記作家不厭其詳?shù)匮芯苛怂�的私人生活，以尋求其理論的本源。但是物理學(xué)家卻越來(lái)越清醒地認(rèn)識(shí)到，愛因斯坦的理論與其說(shuō)是建立在神秘的數(shù)學(xué)之上,（更不要說(shuō)他的愛情生活了�。┑共蝗缯f(shuō)更多的是建立在簡(jiǎn)單而優(yōu)雅的物理圖景之上。愛因斯坦經(jīng)常評(píng)論說(shuō)，某個(gè)新的理論，若不是建立在連兒童都能理解的物理圖景之上，那么它極有可能毫無(wú)價(jià)值。

　　因此，本書就以這些圖景，即愛因斯坦的科學(xué)想像力所帶來(lái)的成果為主線，并圍繞這些圖景描述其思維的過(guò)程和最偉大的成就。

　　第一部敘述的是愛因斯坦第一次在十六歲時(shí)所想到的圖景：如果追隨一束光運(yùn)動(dòng)，光會(huì)是什么樣子。另外，這幅圖景很可能是受到他小時(shí)候讀的兒童書籍的啟發(fā)產(chǎn)生的。通過(guò)想像和光束賽跑可能發(fā)生的情形，愛因斯坦將當(dāng)時(shí)最偉大的兩個(gè)理論——即牛頓力學(xué)和麥克斯韋的理論——的矛盾之處找了出來(lái)。通過(guò)思考解決這一對(duì)矛盾，他知道這兩者之中必有一方是錯(cuò)誤的。事實(shí)證明牛頓學(xué)說(shuō)出了問(wèn)題。從某種意義上說(shuō)，整個(gè)狹義相對(duì)論（這一理論后來(lái)揭示了恒星和核能的奧秘）就蘊(yùn)含在這一圖景中。

　　在第二部，我們領(lǐng)略的是另一幅圖景：愛因斯坦想像，行星就像是玻璃彈球，沿著以太陽(yáng)為中心的彎曲的平面滾動(dòng)。引力是時(shí)空彎曲造成的。通過(guò)將牛頓所說(shuō)的萬(wàn)有引力替換成平滑表面的曲率，愛因斯坦使我們對(duì)引力有了全新的、革命性的認(rèn)識(shí)。在這一新的思維框架中，牛頓所說(shuō)的“萬(wàn)有引力”其實(shí)是空間彎曲所造成的假象。這一簡(jiǎn)單的圖景所帶來(lái)的結(jié)果，包括黑洞、大爆炸以及宇宙最終的命運(yùn)。

　　第三部沒(méi)有相應(yīng)的圖景。這一部分其實(shí)敘述的是愛因斯坦在探索統(tǒng)一場(chǎng)論中，由于缺乏圖景的指引所遭受的挫折。假如有了這樣的圖景，愛因斯坦也許能夠找到正確的路，摘取人類二千年來(lái)在探尋物質(zhì)和能量的法則中的最高榮譽(yù)。到了這個(gè)階段，愛因斯坦的直覺幫不上多少忙了，因?yàn)楫?dāng)時(shí)對(duì)于原子核和亞原子粒子的力，人們幾乎一無(wú)所知。

　　未完成的統(tǒng)一場(chǎng)論，和他生命中最后三十年對(duì)“萬(wàn)物至理”的探索絕不是一個(gè)失敗——雖然這一點(diǎn)只是最近才為世人所認(rèn)識(shí)。當(dāng)年他的同時(shí)代人把這看作愚蠢的行為。比如，物理學(xué)家兼愛因斯坦的傳記作家亞伯拉罕·派斯就抱怨說(shuō)：“在他生命的后三十年中，他一直勤于研究。但是假如他放下工作，釣魚去也，其聲名，即使不會(huì)比現(xiàn)在更高，至少也不會(huì)絲毫受損�！睋Q言之，如果他在1925年就離開物理學(xué)，而不是1955年，他所留下的遺產(chǎn)可能更偉大。

　　不過(guò)，最近十年來(lái)，隨著“超弦理論”、“M理論”的提出，物理學(xué)家開始重新評(píng)價(jià)愛因斯坦后期的研究工作及其遺產(chǎn)。全世界物理學(xué)的研究中心，又回到了統(tǒng)一場(chǎng)論之上。萬(wàn)物至理的研究，成了新一代有抱負(fù)的科學(xué)家的最高目標(biāo)。曾幾何時(shí)，統(tǒng)一場(chǎng)論被視作老邁的物理學(xué)家學(xué)術(shù)生涯的墳?zāi)�，現(xiàn)在，它已然是理論物理學(xué)壓倒一切的主題。

　　我希望通過(guò)本書提供一個(gè)關(guān)于愛因斯坦的開創(chuàng)性工作的全新的視角。從簡(jiǎn)單的物理學(xué)圖景出發(fā)審視他的恒久遺產(chǎn)，有可能會(huì)得到更為精確的圖像。他的遠(yuǎn)見卓識(shí)為當(dāng)前在外太空和高級(jí)物理實(shí)驗(yàn)室里正在進(jìn)行的變革性的實(shí)驗(yàn)提供了養(yǎng)分，同時(shí)也在促使當(dāng)代人加緊研究，實(shí)現(xiàn)他生前癡癡追尋的夢(mèng)想：萬(wàn)物至理。我覺得，從這一角度來(lái)解讀他的生活和工作，應(yīng)該是他最喜歡的。