作者：程鶚

1901年5月，22歲的阿爾伯特.愛因斯坦（Albert Einstein）與他的大學同學、戀人瑪麗奇（Mileva Maric）相約，到意大利和瑞士邊境阿爾卑斯山中的休假勝地科莫湖度過了幾天難忘的浪漫時光。

不久，愛因斯坦收到瑪麗奇來信，她懷孕了。他立即回信表達了喜悅，并告訴瑪麗奇：“我剛剛讀到了萊納德的一篇用紫外光照射產(chǎn)生陰極射線的非常棒的論文。受這篇漂亮文章影響，我欣喜若狂，一定要與你分享。”

其實，愛因斯坦這時的處境相當糟糕。他大學畢業(yè)已經(jīng)一年了還沒找到工作，只是靠在中學任臨時代課老師和課外輔導掙點小錢。瑪麗奇的來信讓他更加感受到生活的壓力，他不得不還要屈尊去賣保險。

瑪麗奇的狀況更為殘酷。大學時，她是班上唯一的女生，志高氣傲，一心要在物理學這個男人的領地中闖出一條生路。然而事與愿違，她在畢業(yè)考試中栽了跟斗，是唯一的落榜者。她計劃復習一年重考，挽救自己的夢想。意外的懷孕顯然來得很不是時候。

在剛剛進入20世紀的歐洲，未婚先孕、私生子屬于大丑聞，甚至會影響到愛因斯坦謀求公職的機會?，旣惼嬷缓霉陋毜仉[居在旅館里。后來她自己回老家，在父母的庇護下悄悄地完成了分娩（是個女孩，取名莉瑟.不過，這樁隱秘直到愛因斯坦逝世30多年后的1986年才進入公眾視野，而他們的女兒莉瑟下落不明.史學家在做了大量調(diào)查之后猜測，最大可能是她出生后便被送給親友領養(yǎng)，不久因病夭折.）。

雖然愛因斯坦在信中對這個從沒見過面的女兒表示了滿腔熱忱，但實際上他并沒有太上心，因為他心目中有更重要的事情，其中就包括他讀到的那篇比瑪麗奇懷孕更能讓他欣喜若狂的論文。

這篇論文的作者萊納德（Philipp Lenard）是匈牙利的年輕物理學家，他曾經(jīng)在赫茲（Heinrich Hertz）指導下研究電磁波和紫外線傳播。1887年，20歲的赫茲率先發(fā)現(xiàn)電磁波的無線傳播，證實了麥克斯韋（James Clerk Maxwell）20多年前提出的電磁學理論。在這個過程中，他還意外地發(fā)現(xiàn)某些電磁波——尤其是高頻率紫外線，當照射到金屬表面時，會導致金屬中發(fā)射出與陰極射線管（cathode ray tube）中類似的射線（陰極射線管是早期電視機、計算機終端、示波器等顯像裝置的關鍵器件）。

陰極射線管及其產(chǎn)生的神秘射線在19世紀末是物理學家們的研究熱門。1897年，英國的湯姆森爵士（Sir Joseph John Thomson）確認這種射線是由非常微小的帶負電的粒子組成的，亦即“電子”。那時，化學家們已經(jīng)有了“原子”、“分子”等作為物質(zhì)基本組成的概念，而物理學家們則對原子的存在還相當?shù)囊苫?。湯姆森發(fā)現(xiàn)電子要比原子小1000多倍，說明電子應該是原子的組成部分。這一發(fā)現(xiàn)令人震驚，標志著人類開始進入微觀世界認識理解基本粒子。

赫茲并沒有看到湯姆森的研究結果，他于1894年因病去世，年僅36歲。赫茲所發(fā)現(xiàn)的紫外線導致金屬中電子外溢現(xiàn)象被稱作“光電效應”（photoelectric effect）。萊納德繼承導師的衣缽繼續(xù)研究，他對陰極射線管的設計進行關鍵性改進，并做了大量的系統(tǒng)測量，很快發(fā)現(xiàn)了一些令人不解的現(xiàn)象。

本來，光電效應視乎很容易理解，因為金屬既然能夠?qū)щ姡涂梢韵胂笃渲袝须娮釉谶\動。陰極射線管是通過加熱等手段，使得作為陰極的金屬中的一些電子獲得足夠的動能，從而逃逸形成射線。電磁波同樣攜帶有能量，當它照射到金屬表面時，可以想象其中會有一些電子因為電磁波作用而發(fā)生振蕩，也就是會有電子獲得足夠動能而溢出。

然而，當萊納德將越來越強的光照射到金屬表面時，他沒能看到逃出電子的速度加快。如果按照麥克斯韋的電磁理論，電磁波攜帶的能量是由其強度所決定的，光的照射強度越大，金屬表面的電子就應該獲得更大動能，亦即速度應該更快一些。但是萊納德發(fā)現(xiàn)，無論光強增加到多大，出來的電子速度都很一致，只不過是被打出的電子數(shù)目會隨著光強增加而增加。

相反，他再把光強降到非常微弱，憑經(jīng)驗應該是不具備打出電子所需的能量，可是他依然能測量到逃逸的電子，只是數(shù)目上寥寥無幾而已。更奇怪的是，雖然相當弱的紫外光能引發(fā)光電效應，但對于其它頻率的可見光，即使將光照強度增加到非常之大也難以測量到電子逃逸。

在麥克斯韋電磁理論中，電磁波被理解是如同水波、聲波一樣的波動，其頻率（或波長）是波動的一個重要特征，它可以描述波被吸收的過程。比如人眼只能看到可見光，不能看到紅外線、紫外線等電磁波；人的耳朵只能聽到一定頻率范圍的聲音，而對超聲波、次聲波等沒有反應。也就是說，我們的眼睛、耳朵只對一定頻率范圍的波發(fā)生共振，而對其它頻率的波視而不見、聽而不覺。

金屬中的電子可以與任何頻率的電磁波發(fā)生共振，它應該不具備象人眼、人耳那樣的選擇性。萊納德卻發(fā)現(xiàn)，每種金屬都有著一個特定的頻率，如果入射光的頻率低于這個頻率，無論光強多高也不會有光電效應發(fā)生。而任何高于這個頻率的光照射金屬，即使光強非常弱也能看到電子出現(xiàn)。

萊納德發(fā)現(xiàn)的這些奇怪現(xiàn)象與麥克斯韋電磁理論不相容，當然也就無法作出解釋。然而，這正是愛因斯坦欣喜若狂之所在。那時，他正在潛心研究普朗克（Max Planck）剛提出不久的一個新理論。他已經(jīng)看出，普朗克理論與麥克斯韋電磁理論大相徑庭，預感麥克斯韋的經(jīng)典理論應該會遭遇更多的挑戰(zhàn)，而萊納德的論文正是一個新的佐證。

生活的變故還是讓愛因斯坦意識到自己的責任。他沒有食言，立即加快了找工作的步伐。在向歐洲幾乎所有物理學家投寄求職信而得不到回音之后，他轉(zhuǎn)向更為“實際”的途徑。他的大學同學、最好的朋友格羅斯曼（Marcel Grossman）的父親在瑞士開工廠，與伯爾尼的專利局局長是好朋友。愛因斯坦便一直催促格羅斯曼讓他父親走后門，幫他在專利局謀取一個職位。幾個月后，專利局終于發(fā)出一份招工廣告，其中對雇員的要求明顯是為愛因斯坦量身定制。

1902年1月，愛因斯坦急匆匆地搬家到伯爾尼開始他的新生活。在那里，他又等了半年才被聘任為“三級技術專家”——專利局中最低級別的入門崗位。但對于愛因斯坦來說，這已經(jīng)足夠了：不僅是一個有保障的公務員職務，而且其微薄的薪金要比他夢寐以求的大學助教位置略高一些。況且，這好歹也是一個技術性的體面工作，相比被迫去賣保險簡直不可同日而語。

那年年底，愛因斯坦的父親因病去世，臨終前終于首肯了他與瑪麗奇的婚事。1903年1月，愛因斯坦與瑪麗奇在他們所謂“奧林匹亞科學院”好友面前舉行了一個簡單的婚禮，雙方都沒有親屬出席。一年多以后，他們有了第一個兒子，開始了他們清貧但溫馨的小家庭生活。

1903年1月，新婚的瑪麗奇（左）和愛因斯坦

1905年3月，愛因斯坦正式寄出了他已經(jīng)思考、斟酌四年之久、關于萊納德光電效應解釋的論文，于6月9日發(fā)表在《物理年鑒》上。

隨后幾個月，他又連續(xù)發(fā)表了有關“布朗運動（Brownian motion）”、“狹義相對論（special relativity）”、“質(zhì)量能量等價（mass–energy equivalence）”三篇論文，完成了他的第一個“奇跡年（Annus Mirabilis）”。這是出自專利局低級職員之手的四篇論文，卻幾乎都是帶有劃時代突破意義的論文，從而奠定了愛因斯坦在科學發(fā)展史中的地位。

愛因斯坦出生于德國西南部，以前是施瓦本公國。那里的人一般都口音重、語言很難聽懂，不怎么被其它地區(qū)的德國人看重。但是，在與瑪麗奇的情書中，愛因斯坦喜歡稱自己是“英勇的施瓦本人（Valiant Swabian）”。

他大學畢業(yè)后之所以謀職困難，相當程度上與他作為施瓦本人的倔犟和固執(zhí)有關。他讀大學正是19世紀末，物理學進入到一個登峰造極的境界：麥克斯韋通過一組漂亮的數(shù)學方程統(tǒng)一了電和磁相互作用；麥克斯韋、玻爾茲曼（Ludwig Boltzmann）等人創(chuàng)立了統(tǒng)計力學，為熱力學提供了堅實的數(shù)學基礎。從大學三年級開始，愛因斯坦開始接觸這些物理學的前沿。他發(fā)現(xiàn)課堂上講的只是重復過去的經(jīng)典，而對激動人心的新進展、新發(fā)現(xiàn)只字不提。因此，他經(jīng)常曠課，自己到咖啡館閱讀麥克斯韋、玻爾茲曼等人的書籍論文，只是在考試時依靠惡補格羅斯曼詳盡的課堂筆記蒙混過關。他的行為和態(tài)度得罪了教過他的所有物理、數(shù)學教授，使得他在畢業(yè)后不僅不能謀到想做教授助手的職位，而且都不愿意為他提供職業(yè)推薦——他是教授們眼中的一個不會在學術界有任何前途的“懶狗”（“懶狗”是閔可夫斯基（Hermann Minkowski）當初對愛因斯坦作為學生的評價，后來他幫助愛因斯坦完善了狹義相對論四維時空理論的數(shù)學建模）。

但愛因斯坦不灰心喪氣，或者說他頻繁以英勇的施瓦本人形象自居是在自嘲自激。他要與瑪麗奇一起獨自向整個歐洲物理學界挑戰(zhàn)。在得到專利局的穩(wěn)定工作之后，他在上班之余還每天花一小時做家教，掙點錢貼補家用。其余時間除了與他“奧林匹亞科學院”同僚海闊天空，便都用在鉆研物理問題上。

奇跡年過去一年之后，依然在專利局安居樂業(yè)的愛因斯坦給他“奧林匹亞科學院”朋友寫信，聊他那四篇論文。他興奮、自豪，刻意強調(diào)其中的“光電效應”論文才確實具有“非常革命性”（“very revolutionary”）。他不可能料到十多年后正是因為這篇論文使他獲諾貝爾獎。直到今天，更為人所知曉的則是他那第三、四篇論文——狹義相對論和揭示質(zhì)量與能量等價的質(zhì)能轉(zhuǎn)化關系。如同牛頓力學、麥克斯韋電磁學一樣，相對論成為了愛因斯坦物理成就的代名詞。

愛因斯坦在他的光電效應論文中，他石破天驚地提出光并不是麥克斯韋方程所描述的電磁波，而是由微小、分立的“光量子（light quantum）”組成。唯有如此，才能理解普朗克的新理論，才能簡單、完美地解釋萊納德發(fā)現(xiàn)的那些與麥克斯韋理論不符的現(xiàn)象。不過，光量子到底是什么，遵循的是什么物理定律，他還沒有切實的概念。

事實上，愛因斯坦的這篇論文起初很快就遭到最先引入“量子（quantum）”概念的普朗克的強烈反對。在之后的幾十年中，他不僅面對了老一代物理學家的詰問，還與同輩玻爾（Niels Bohr）展開漫長的爭辯，并領受新生一代物理學家的責難。他早已不是專利局小職員，而是赫赫有名的物理學者，但他仍然發(fā)現(xiàn)自己幾乎總是一個人孤獨而固執(zhí)地挑戰(zhàn)著一個又一個既定或正在確立的物理體制。

英勇的施瓦本人無所畏懼，伴隨著愛因斯坦的坎坷，人類進入了量子力學新時代。