這年春天，德國權威期刊《物理年鑑》收到一份來自伯爾尼的投稿，題為《關於光的產生和轉化的一個啟發性觀點》，文章作者只有一人，署名為“A·Einstein”。工作人員將這篇既非權威機構亦非知名學者的投稿交給了雜誌副主編——馬克斯·普朗克，這也許是物理學史上最重要的巧合之一：誕生光量子理論的文章被交到了量子理論之父的手中，兩位主角的人生軌跡開始彼此交互。儘管普朗克在1905年時依然相信自己提出的能量量子化假設只適用於黑體輻射，好維持他關於經典物理的信仰，但作為一名學術作風嚴謹優良的德意志物理學家，普朗克很快意識到這名年輕人的新穎觀點有理有據，能很好地解釋光電效應實驗的謎題。於是，《物理年鑑》在3個月後正式刊登了這篇文章。
當年《物理年鑑》的期刊封面與副主編普朗克（圖片摘自《愛因斯坦——思考的樂趣》）
接下來，期刊社又陸續收到此人的多篇投稿：5月——《論分子熱動力學理論對靜止液體中懸浮顆粒運動的要求》；6月——《論動體的電動力學》；8月——《分子尺寸的新測定》；9月——《物體的慣性是否取決於它的能量大小》（《論動體的電動力學》之後記）。半年時間，4篇論文，1篇後記，全都出自這位單一作者。普朗克對這一反常的事件頗感震驚，但更令他驚訝的是，這些文章中的結論都極具價值，比如發表於5月的論文，用熱力學與統計物理的方法研究懸浮顆粒的布朗運動，最終給出了原子數量的分佈。要知道，當時“原子論”仍然受到“唯能論”的強大挑戰，許多科學家不承認原子的存在，因為在這之前沒有人能夠準確說出原子的大小、數量和分佈，而這篇文章徹底讓原子的存在有了實際依據。若是玻爾茲曼能夠及時看到它，或許就能避免因陷入與“唯能論”者的長期爭議而造成的深度抑鬱，來年秋天的那起慘案也就不會發生。
而在這5篇里程碑式的論文中，仍有一篇光芒足以蓋過其他，那便是《論動體的電動力學》。文章推翻了麥克斯韋關於“光以太”的假說，建立起一套新的理論去解釋光速不變和其他關於物體運動現象的本質，後來人們將這一理論稱之為“狹義相對論”。
《論動體的電動力學》
在進一步理解狹義相對論是如何解決“第二朵烏雲”之前，我們有必要理清前人在這一問題上遇到的困境。第一篇文章中我們已經提到麥克斯韋方程組可以推導出電磁波方程，而且它的傳播速度為一常數，這就促使麥克斯韋構建了“光以太”這個概念（最早的以太思想起源其實很古老），認為空間中存在一種光的傳播介質，它絕對靜止，所以光速也是一個常量。如果光以太絕對靜止，那麼地球相對於它的運動勢必會造成光速測量的變化，並且服從伽利略變換（參考系之間簡單的矢量疊加，就如兩臺車以v的速度相向而行那麼他們的相對速度是2v）。但邁克爾遜-莫雷實驗已經否定了這一結果，光速在相對地球不同運動方向上的測量都沒有差異。那麼絕對靜止的以太還存在嗎？又該如何解釋光速不變的現象？
愛因斯坦在文章的開頭便寫道：“將以太引入電磁學是錯誤的想法”。能如此果斷地否定以太的存在，與他腦中關於光量子的概念有很大關聯，因為如果光是以粒子的形態進行傳播，那麼根本就不需要什麼介質。愛因斯坦在狹義相對論中建立了兩個基本假設。一是光速不變原理：光總是以速度c傳播，無論光源與觀測者的相對運動如何，這一結果都不發生改變；第二個是相對性原理：物理定律在任何慣性系（不具有加速度的參考系）中具有相同的形式。如此一來，在摒棄以太學說之後，愛因斯坦保留了經典物理的相對性原則，但對其原有的伽利略變換做了修正，這也成為狹義相對論中的核心內容：洛倫茲變換。
《論動體的電動力學》中使用的洛倫茲變換
這一方法由荷蘭物理學家洛倫茲在前一年提出，為的是調和光速不變現象與經典物理之間的矛盾：要在兩個具有相對速度u的參考系中觀測到同樣的光速，就只能改變參考系的空間與時間尺度，這是洛倫茲變換的主要思路。它在數學形式上可謂是相當成功，以至於愛因斯坦一年後發表狹義相對論時可以直接套用洛倫茲變換的公式，但他們在物理內核上有很大區別：洛倫茲旨在於解決光速不變現象對參考系相對運動的變換要求，他甚至都沒有否定以太的存在，而這種偏向於數學技巧的處理使得其與經典物理之間充滿了矛盾；但愛因斯坦使用洛倫茲變換時，則推翻了牛頓的絕對時空觀，認為不同速度的參考系其空間與時間是各異的。這也成為了相對論最偉大之處，從此時間與空間不再是永恆不變的基礎，運動成為物質更本源的屬性。
愛因斯坦與洛倫茲
愛因斯坦多年以後回憶起狹義相對論的創造過程時，提到在1904年的一天，他正與大學好友，同在伯爾尼專利局工作的貝索討論物理問題，這種討論自他們在蘇黎世的大都會咖啡館開始便從未間斷，亦將持續到彼此生命的盡頭。當時愛因斯坦苦惱於無法解決光速不變現象與相對性原理間的矛盾，而貝索提起奧地利哲學家恩斯特·馬赫對牛頓絕對時空觀的批判，愛因斯坦聽完後獲得了巨大的啟發，很快便告訴貝索：“我知道如何解決了。”五週之後，狹義相對論橫空出世。後來，愛因斯坦尊稱馬赫為相對論思想的先驅，但很多人也許並不記得，當年“逼死”玻爾茲曼的唯能論正是馬赫主導提出的，而這一理論恰巧在愛因斯坦1905年5月的論文中宣告破滅。
愛因斯坦與貝索
奧地利哲學家恩斯特·馬赫
至此，物理學家們終於明白，黑體輻射和光速不變現象再也無法通過對經典物理的“修修補補”來解釋，晴朗天空中的兩朵烏雲已化成疾風暴雨，沖刷著科學大地，並孕育出兩棵參天大樹，支撐起物理學嶄新的天空。
“奇蹟之年”的論文得到學者們的認可，這些重要的理論成為20世紀物理學研究必不可少的基礎。普朗克提出的常數h開始被大量引用，它在論文中出現的頻率好似圓周率π一樣頻繁，愛因斯坦也用固體比熱模型的事例徹底說服了這名量子力學之父，接受他的“孩子”成為物理大家庭最重要的一員；而當人們研究光與其他高速運動的物體時，相對論效應也成為必須被考慮的重要因素。
大量學者投入的研究，很快豐富和完善了量子力學與相對論的內涵。
當年愛因斯坦在蘇黎世聯邦理工學院的數學老師閔可夫斯基，看到了這名曾經習慣逃課的學生髮表的論文後驚歎不已，他決定對其進行數學上的提純與昇華，在1907年發表了“閔可夫斯基空間”的理論，將相對論中互相關聯的時間與座標統一在一個“3+1”維的空間之中，這成為廣義相對論發展的重要基礎。
閔可夫斯基與其開創的四維空間系
愛因斯坦於同年開始著手將狹義相對論中的“慣性系”條件推廣至更一般的“非慣性系”，使相對論能夠滿足更普遍的要求。1908年他離開伯爾尼專利局，開始在大學任教，並於1912年回到了蘇黎世的母校，成為那裡的教授。在這裡，他重遇十年前幫自己找到專利局工作的高斯曼，向這名已是數學教授的同窗請教在廣義相對論中遇到的數學問題。高斯曼為愛因斯坦提供了一個重要的數學指引——黎曼幾何，這與張量共同成為廣義相對論的數學基礎。
幫助愛因斯坦介紹專利局工作的老同學格羅斯曼，在10年後再次提供了重要幫助
1913年，普朗克邀請愛因斯坦來到普魯士科學院工作。在與數學家希爾伯特、物理學家索末菲、同學高斯曼和貝索以及普朗克本人等眾多學者的長期交流與合作中，愛因斯坦逐漸完成了廣義相對論的全部內容，並於1916年正式發表。在廣義相對論中，引力被理解為帶質量物體對周圍空間造成的扭曲。這一理論成功地解釋了水星近日點進動數據的偏差，但令它名揚四海的驗證，還要數1919年取得的天文觀測成果。當時英國天體物理學家愛丁頓帶隊，前往非洲的普林西比島觀測一顆星體在日全食前後的位置影像，通過對比發現其產生了微小的偏差，從而證明了廣義相對論中強引力場使光線彎曲的預言。
愛丁頓在非洲觀測到了日全食前後的星體位置影響變化
接下來的100年間，無數的實驗和觀測都證明了相對論的正確性，最近的一次是在2016年，LIGO成功觀測到引力波的存在。愛因斯坦也成為人們公認與牛頓比肩的最偉大的物理學家。
而量子力學領域則湧現出一批大師，成為其璀璨天空中耀眼的星辰。
1913年，丹麥物理學家尼爾斯·玻爾提出了玻爾氫原子模型，用軌道量子化的假設完美解釋了氫原子光譜的分立譜線，使量子理論進入實體粒子的研究範疇。很快，玻爾帶領的哥本哈根學派在量子力學的發展中大展拳腳，取得豐碩的成果：海森堡的不確定原理與矩陣力學，泡利的不相容原理，以及他們提出的“態疊加原理”，都成為量子力學最重要的理論基礎。而與哥本哈根學派針鋒相對的，是愛因斯坦陣營，代表人物是薛定諤與德布羅意，他們反對玻爾等人作出的量子力學概率詮釋（又稱哥本哈根詮釋），用愛因斯坦的話說就是“上帝不玩骰子”。薛定諤在德布羅意物質波理論的啟發下，於1926年提出了波動力學（薛定諤方程），成為與矩陣力學等價的量子力學最重要的形式······
量子力學領域湧現了一批極其出色的青年物理學家
愛因斯坦一直留在普魯士科學院與普朗克共事，兩人維持了很好的關係，直到1932年為躲避納粹對猶太人的迫害，愛因斯坦才前往美國定居，再未回到德意志的懷抱。而普朗克作為威廉皇帝學會主席，為了能讓科學家繼續從事科研工作，他沒有制止納粹迫害猶太同事的行為，雖然他已竭盡努力保護他們，並最終為爭取科研的純粹性和學者的個人自由而離開學會，但這些也未能讓普朗克獲取愛因斯坦當下的原諒。
愛因斯坦與普朗克
1947年10月4日，這位量子力學的開創者，馬克斯·普朗克在哥廷根逝世，享年89歲。
普朗克喜愛彈奏鋼琴
為紀念普朗克對人類科學的傑出貢獻，1946年威廉皇帝學會被正式更名為“馬克斯·普朗克學會”。今天，該學會已成為世界最頂尖的學術機構。
今天的馬克斯·普朗克學會（圖片來自馬克斯·普朗克學會官網）
愛因斯坦移居美國後積極進行反納粹的遊說活動，並提議美國政府開始研製原子彈，防止希特勒搶先製成。在他的建議下，美國開啟曼哈頓計劃，並於1945年8月在廣島投下了人類的第一顆原子彈，結束了第二次世界大戰。晚年，愛因斯坦對研製核武的建議懊悔不已，他開始到處進行原子能和平利用的演說，同時不忘他對個人自由主義的宣揚。
愛因斯塔在接受訪問
1955年4月18日，人類最偉大的物理學家，埃爾伯特·愛因斯坦在美國普林斯頓逝世，享年76歲。
在德國國會大廈的牆壁上懸掛著愛因斯坦的一句名言：“人不為國家而生，但國家為人而存在”。
愛因斯坦喜歡拉奏小提琴
今天，距離那場蕩氣迴腸的物理學革命已過去一百多年，科學家在試圖統一相對論與量子力學的過程中遇到了巨大的困難，完成物理學的終極目標舉步維艱。而此時人類社會在面對自然災害時竟又表現出巨大的分歧與爭端，彷彿回到了一個世紀前“國際無政府主義”的尷尬境地······
科學，人文，能否再次幫助人類走出困境？我們又將如何主宰自己的命運？
······
參考資料：
《愛因斯坦——思考的樂趣》，Fran coise Balibar ，翻譯 陳開基
《開爾文勳爵的兩朵烏雲》，李醒民
《普朗克內插法的詳細過程》，吳思遠 王笑君
《Zur Elektrodynamik bewegter Körper》， A. Einstein
諾貝爾獎官方網站資料 ，網址：www.nobelprize.org
百度百科等網上相關資料
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