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，上身是特大號的毛衣，嘴里叼個煙斗，對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·夢露齊名的流行偶像。他那神秘莫測的形象經(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。好萊塢有個經(jīng)紀行專門經(jīng)營他的形象圖片，供電視廣告使用。他要是見了這些可能都會生氣。”

　　愛因斯坦是有史以來最偉大的科學家之一，其貢獻堪與艾薩克·牛頓比肩。因此，《時代》周刊選他作世紀人物毫不奇怪。許多歷史學家將他列入過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)、超級計算機、引力波探測器等），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，愛因斯坦當年的預(yù)言不斷為科學家贏得諾貝爾獎。即便是愛因斯坦餐桌上的面包渣都會為科學開辟新的前景。例如，1993年的諾貝爾獎就授予了兩位證實引力波存在的物理學家。而引力波是愛因斯坦在1916年分析雙中子星運動時所預(yù)言的。2001年的諾貝爾物理學獎則由三位物理學家共享，他們證實了玻色-愛因斯坦凝聚的存在。這種物質(zhì)在接近絕對零度時的新的狀態(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。黑洞曾被看作愛因斯坦的理論所推論出的一個奇怪的東西，而現(xiàn)在哈勃太空望遠鏡和甚大陣射電望遠鏡都已找到了黑洞。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)已成為天文學家觀測外太空不可見對象的關(guān)鍵工具。

　　即使是愛因斯坦的“錯誤”現(xiàn)在都被認為是對宇宙認識的意義深遠的貢獻。2001年，天文學家找到了令人信服的證據(jù)，證明“宇宙常數(shù)”這個一度被看作愛因斯坦最大的失誤，實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。因此，從實驗的角度來看，隨著越來越多的證明累積起來，驗證他當年的預(yù)言，對于愛因斯坦的遺產(chǎn)的認識問題，出現(xiàn)了“復(fù)興”。第二，物理學家正重新評價愛因斯坦的遺產(chǎn)，尤其是他的思維過程的價值。近年來，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。但是物理學家卻越來越清醒地認識到，愛因斯坦的理論與其說是建立在神秘的數(shù)學之上,（更不要說他的愛情生活了�。┑共蝗缯f更多的是建立在簡單而優(yōu)雅的物理圖景之上。愛因斯坦經(jīng)常評論說，某個新的理論，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價值。

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

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

　　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，沿著以太陽為中心的彎曲的平面滾動。引力是時空彎曲造成的。通過將牛頓所說的萬有引力替換成平滑表面的曲率，愛因斯坦使我們對引力有了全新的、革命性的認識。在這一新的思維框架中，牛頓所說的“萬有引力”其實是空間彎曲所造成的假象。這一簡單的圖景所帶來的結(jié)果，包括黑洞、大爆炸以及宇宙最終的命運。

　　第三部沒有相應(yīng)的圖景。這一部分其實敘述的是愛因斯坦在探索統(tǒng)一場論中，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，摘取人類二千年來在探尋物質(zhì)和能量的法則中的最高榮譽。到了這個階段，愛因斯坦的直覺幫不上多少忙了，因為當時對于原子核和亞原子粒子的力，人們幾乎一無所知。

　　未完成的統(tǒng)一場論，和他生命中最后三十年對“萬物至理”的探索絕不是一個失敗——雖然這一點只是最近才為世人所認識。當年他的同時代人把這看作愚蠢的行為。比如，物理學家兼愛因斯坦的傳記作家亞伯拉罕·派斯就抱怨說：“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，即使不會比現(xiàn)在更高，至少也不會絲毫受損�！睋Q言之，如果他在1925年就離開物理學，而不是1955年，他所留下的遺產(chǎn)可能更偉大。

　　不過，最近十年來，隨著“超弦理論”、“M理論”的提出，物理學家開始重新評價愛因斯坦后期的研究工作及其遺產(chǎn)。全世界物理學的研究中心，又回到了統(tǒng)一場論之上。萬物至理的研究，成了新一代有抱負的科學家的最高目標。曾幾何時，統(tǒng)一場論被視作老邁的物理學家學術(shù)生涯的墳?zāi)�，現(xiàn)在，它已然是理論物理學壓倒一切的主題。

　　我希望通過本書提供一個關(guān)于愛因斯坦的開創(chuàng)性工作的全新的視角。從簡單的物理學圖景出發(fā)審視他的恒久遺產(chǎn)，有可能會得到更為精確的圖像。他的遠見卓識為當前在外太空和高級物理實驗室里正在進行的變革性的實驗提供了養(yǎng)分，同時也在促使當代人加緊研究，實現(xiàn)他生前癡癡追尋的夢想：萬物至理。我覺得，從這一角度來解讀他的生活和工作，應(yīng)該是他最喜歡的。