作者：孙一鸣
3月14日是爱因斯坦一百四十周年诞辰，为了表达一下我的崇拜之情（顺带稍蹭一下热度），我也来说一说关于我所知道的爱因斯坦，等等，首先声明一下，我对爱因斯坦真正有了解是从大学才开始的，所以我只讲他在科学上的贡献，关于小时候读的有关爱因斯坦的名人成才故事，我个人认为多半是出版社杜撰的，所以不做讨论，至于他的私生活和风流往事，我既不知道也不想说，好了好了，正文开始……
阿尔伯特·爱因斯坦，二十世纪最伟大的科学家（没有之一），人类历史上最伟大的科学家之一（不好意思，这个还真有之一），我不知道该用什么来称呼他，天才？大神？这些似乎都不够，科学家中能够和爱因斯坦比肩的估计也只有牛顿了，不过朗道认为牛顿略胜一筹，原因是爱因斯坦在建立相对论时所使用的黎曼几何是别人发明的，而牛顿不同，牛顿不仅建立了经典力学，还发明了研究经典力学问题时所需要用到的微积分，数学物理两开花，好了好了，不说这个了……
1879年，电磁理论的创立者麦克斯韦去世，这一年，爱因斯坦诞生，这仿佛是两个时代的连接，不错，这的确连接了两个时代，我认为爱因斯坦最精彩的一页是从麦克斯韦这里开始的。当我们第一次看到错综复杂的电磁问题能总结为四个简洁的方程式时，学渣估计已经被其中的数学符号搞得晕头转向了，学霸努力一下大致能搞清楚这其中的意思，大神能优雅地欣赏这其中的物理之美，而爱因斯坦都不是，他看到这个理论不完善的一面……把麦克斯韦方程组使用伽利略变换代入到另一个参考系下时，麦克斯韦方程组将变得极其复杂繁琐，爱因斯坦认为所有的物理规律都应该是简洁优雅的，这显然不符合他的认知，难道是麦克斯韦错了？不会的，爱因斯坦认为麦克斯韦没有错，既然麦克斯韦没有错，那错的只能是伽利略了，这样的话麦克斯韦方程组可以不用动，只需将伽利略变换稍作修改就可以了，于是爱因斯坦在假设光速恒为不变的前提下将伽利略变换修改为了洛伦兹变换，麦克斯韦方程组在洛伦兹变换下保持形式不变性，这样麦克斯韦理论就完备了，可是麦克斯韦这边刚安顿好，牛顿那边又出事了，牛顿运动定律不满足洛伦兹变换，还是那句话，洛伦兹没有错，错的是牛顿，于是爱因斯坦又将牛顿的理论稍作修改使其满足洛伦兹变换，就是在这个修改的过程中，爱因斯坦提出了著名的质能方程，既E＝mc∧2，这个方程为今天的核能和原子弹提供了理论基础，但这其实只是爱因斯坦所有工作中的一部分（很小的一部分）。上述这些理论在1905年被爱因斯坦发表在一篇名为《论动体的电动力学》的论文中，说这个名字你可能有些不熟悉，不过它还有另外一个名字——狭义相对论。
爱因斯坦在建立狭义相对论时是在前人理论的基础上做修改完成的，像麦克斯韦理论这样的，不用修改就可以直接放入到狭义相对论的框架中的，我们称之为一等公民，像牛顿运动定律这样的，虽然不能直接满足狭义相对论，但只要稍作修改我们也可以将其纳入到狭义相对论的框架中去，我们称之为二等公民，但有个产品例外，死活就是放不进来，我们称之为贱民，这个贱民就引力，没错，就是牛顿发现的万有引力，既然是贱民，那就不能和公民生活在一个圈子里，但毕竟这个东西是牛顿提出来的，扔了有点过分，爱因斯坦为了安顿好这个贱民，专门给它自己一个人建立了一门理论，这个理论就是广义相对论。广义相对论是专门用于描述物质间引力相互作用的理论，但由于爱因斯坦的思想过于超前，当时的人们并不能理解，加上那时的科研条件有限，所以广义相对论中的许多东西直到今天才被验证，如引力波是爱因斯坦早在一百年多前就预言到的东西，直到2016年才被探测到，而且次年探测到引力波的三位科学家就获得了诺奖，也就是说，爱因斯坦的思想比同时代其他物理学家提前了一个世纪，我于是想到了周星驰的电影《美人鱼》中的一句歌词“无敌是多么，多么寂寞”。
爱因斯坦在科学上给人留下的最深刻的印象就是他敢于对传统的观念提出挑战。1900年，普朗克在研究黑体辐射问题时提出了量子这一概念，而且能量是量子化的，这与传统的物理观念不符，传统的物理观念认为一切事物都是连续的，能量也不例外，在面对传统的一片质疑声中，就连普朗克也只好说:“量子只是一个数学假设”，可是爱因斯坦并不这样认为，他坚定地认为量子不是数学假设，而是物理实质，而且还坚持继承和发展了量子这一概念，并由此提出了光子这一概念，并用光子成功地解释了人们当时无法解释的光电效应，值得注意的是，爱因斯坦因对光电效应的解释获得了1921年的诺贝尔物理学奖，对，没错，爱因斯坦获诺奖不是因为相对论，而是因为光电效应，如果说相对论是爱因斯坦成就中的一流成就的话，那光电效应只能算作他的三流成就，多少科学家是凭借自己的一流成就甚至是最伟大的成就才获得的诺奖（如探测到引力波的那三位），但有些科学家仅凭自己的三流成就就足矣（如爱因斯坦），我只想说这样的科学家不是因为他们获得了诺奖而感到骄傲，而是诺奖能够颁给这样的科学家才显得光辉，顺便说一句，这样的物理学家还有朗道和杨振宁……
同样作为人类历史上最伟大的科学家，人们总喜欢拿爱因斯坦和牛顿做比较，但牛顿在人格方面似乎有些不足，为了争夺微积分的发现权，牛顿处处排挤莱布尼茨，几乎将莱布尼茨逼入到了快要崩溃的境地，同样是作为科学家的爱因斯坦却与之大大相反。1924年印度物理学家玻色提出了一种新的全同粒子统计观点，使得每个光子的能量满足爱因斯坦的光量子假设，也满足玻尔兹曼分布（这里看不懂无所谓），这样的光子气体观点可以彻底解决普朗克黑体辐射问题，但是玻色的论文遭遇到了退稿的命运，人们认为玻色的观点是一个错误，于是沮丧的玻色就把论文寄给了爱因斯坦，爱因斯坦收到论文后修改了论文中出现错误的地方并将论文进行了重新的整理计算（整理后的论文中大部分是爱因斯坦自己计算出的结果），最后爱因斯坦又写了一篇支持玻色观点的论文，并将这两篇递交给了《德国物理学刊》（因为之前玻色的论文在其他的地方发表被拒绝了），要求这两篇论文要发表在一起，并且是以玻色的名义发表，这时候玻色的观点才被人们接受，这段往事也成为了科学史上的一段佳话，爱因斯坦作为科学家光辉的人格魅力与牛顿形成了鲜明的对比。值得一提的是，这两篇论文中的成果后来发展成了统计物理学中一类新的统计规律——玻色-爱因斯坦统计，爱因斯坦还在论文中提出，服从这种统计规律的原子在温度足够低的情况下，几乎全部原子都会突然聚集在一种尽可能低的能量状态，形成一种宏观的量子状态，这种现象我们称之为玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）。
也许正是由于爱因斯坦异于常人，在解决问题的时候，他总是能提出别人意想不到的观点和看法，比如他最早将量子的谐振子应用到了解决固体热容的问题当中去，得到了与实验相符的固体热容理论，这是当时其物理学家所没有想到的，再比如创新性地提出了激光的受激辐射原理，为现代光学技术的发展提供了重要理论依据……这每一个理论的提出都是既strange而又suitable，出人意料而又在情理之中，说它是出于灵感却也又是思想的结晶，我们只能称之为神来之笔。也许正是由于这样，其他物理学家才能在他的启发下提出新的观点，比如德布罗意在爱因斯坦光子具有波粒二象性的启发下提出了任何实物粒子也具有波粒二象性，玻恩也曾说过自己在量子力学中的许多成就也都是在爱因斯坦的启发下完成的。这样一位科学家，他或因为他而对科学作出的贡献是如此之大、如此之多，我们很难再找出一位这样的科学家了，无论是在自己建立的相对论中，还是在众星云集的量子力学、统计物理学、固体物理学中都能找到他的名字了，难怪杨振宁先生说:“20世纪物理学的三大贡献（狭义相对论、广义相对论、量子力学）中，两个半都是爱因斯坦的”。
然而爱因斯坦也不是所有事情都是尽善尽美的，比如在量子力学的建立过程中，爱因斯坦就不认同哥本哈根学派提出的微观世界按几率分布的统计诠释，与以往不同，这次爱因斯坦仿佛是站在了新思想的对立面，充当了“传统”这一角色，多次与哥本哈根学派的创立者产生争执（不过争执归争执，爱因斯坦却从此与玻尔结下了深厚的友谊），但直到最后爱因斯坦也没有得到对量子力学更合理的解释，事实证明哥本哈根学派的观点是正确的。作为当时最伟大的科学家，爱因斯坦对量子力学的思考比相对论要多得多，即便如此，爱因斯坦晚年也只好承认:“整整50有意识的的思考，并没有使我更接近‘光量子是什么’这个问题的答案”。还有也许是麦克斯韦对于电、磁与光的统一太过完美了，爱因斯坦认为自然界中四中基本的相互作用也用一个统一的理论去解释，既大统一理论，这个理论几乎耗尽了爱因斯坦后半生所有的精力，直到1955年爱因斯坦去世为止，大统一理论都没有实现，爱因斯坦为此而深感遗憾。不过现在这四中基本相互除了引力相互作用之外（没错，又是这个贱民），其他三种基本相互作用都已经统一在了规范场论的框架下了，其中贡献最大就是杨振宁的杨-米尔斯理论，对，没错，就是杨振宁！
无论是狭义相对论、广义相对论还是光电效应、玻色-爱因斯坦凝聚和固体热容理论，爱因斯坦都是在他最风华正茂的时候建立的，而且每一个理论的建立也都如李白斗酒诗三千那样一挥而就，使人感到畅快淋漓，唯独与李白的不同就是一个沉醉而一个无酒，一个写的是尘世的繁华，一个写的是自然的符号。像牛顿、麦克斯韦和爱因斯坦这样顶级的科学家，他们的努力似乎并没有别的什么目的，只是为了更接近上帝，他们似乎总希望窥探一角而看到上帝的全部，并为此而不懈努力。当你看到这些理论的架构时，你不仅会感叹，除了上帝谁还能书写出如此优雅的公式，谁还能创造出如此奇妙的大千世界，直到今天都常常为而此感到惊叹，所以就写下这些内容以示纪念。
作者：孙一鸣 物理学大学生 痴迷物理学
