第二章
年轻的物理学家

16 岁写了第一篇物理研究论文

短暂的中学学习生涯，是爱因斯坦从事物理学研究的开端。

因为对自然科学的兴趣和爱好，爱因斯坦一边在自学物理，一边在思考这样一个问题：“假如一个人以光速跟着光波跑，那将出现什么现象呢？”正是他的这种不断的思考，为狭义相对论的提出打下了基础。

此时，16 岁的爱因斯坦写了第一篇物理学研究论文《关于磁场的以太状态的研究》，题目颇有点惊人，但内容却有点幼稚。但这是相对论创立者独立迈出的探索第一步。

“不守规矩”的学生

1896 年 10 月底，爱因斯坦依依不舍地告别父亲的朋友一家来到苏黎世。他进入苏黎世联邦工业大学，从此，爱因斯坦开始了难忘的大学生涯。大学期间，他广泛涉猎各门学科，积极参加各种学术讨论活动，为他天才的积累和发展奠定坚实的基础。

苏黎世联邦工业大学拥有良好的教学、科研环境和强大的师资力量，是欧洲乃至世界最好的科学和工程大学之一，吸引了许多国家的精英学子到此求学。然而，年轻的爱因斯坦并没有成为苏黎世联邦工业大学的模范学生。

因为这位年轻的物理学家在大学时代显得缺乏耐性，还有些自负，常常尖刻地批评他认为愚蠢的人和事；

他还经常从自认毫无价值的科目逃课去自学感兴趣的科目，或宁可整天泡在物理实验室——他认为自己能够通过实验直接感知物理学中最重要的问题；

他注册了至少 9 门数学专业的课，但并没有全部上完，他常常满不在乎地从认真听课的同学那里借来课堂笔记一抄了事。

爱因斯坦对科学研究的理解在守旧的教授们那儿，被视为离经叛道、胡思乱想。在他们眼里，爱因斯坦是个糟糕的、叫人头疼的学生，能否毕业都成问题呢！

有一次上实验课，教授照例发给每个学生一张纸条，上面把操作步骤写得一清二楚。但爱因斯坦却照例把纸条捏做一团，放进裤子口袋。过了一会儿，他又把那张纸条扔进了废纸篓里。

原来他有自己的一套操作步骤。爱因斯坦正低头看着玻璃管里跳动的火花，头脑却进入了遥远的抽象思维的世界，突然，轰的一声，把他震回到现实世界中来。爱因斯坦觉得右手火辣辣的，鲜血直往外涌，同学、助教、教授都围了上来。

教授问明情况，就愤愤地走了。他向系里报告，坚决要求处分这个胆大包天、完全“不守规矩”的学生。前不久，因为爱因斯坦不去上他的课，他已经要求系里警告爱因斯坦。未来的物理学大师果真受到了处分。

一个不听老师话的学生能成材吗？

十几天以后，爱因斯坦看到教授迎面走来，想躲已经来不及了。教授走到爱因斯坦面前，目光很自然地落到他那只包着绷带的右手上，教授叹了口气，对爱因斯坦说：“你为什么非要学物理呢？你为什么不去学医学、法律或语言学呢？”

爱因斯坦并未意识到教授的话中话，教授认定，一个不循规蹈矩的人是进不了物理学殿堂的。

诚实的爱因斯坦老老实实地回答：“我热爱物理学，我也自以为具有研究物理学的才能。”

教授迷惑了。一个不守规矩的学生还加上一份固执，他摇了摇头，再次叹了口气，说：“唉！算了，听不听由你，我是为你好！”

历史得感谢爱因斯坦的“不守规矩”和固执。假如当初爱因斯坦真听了这位教授先生的“忠告”，物理学真不知要蒙受多大的损失呢！幸好，固执的爱因斯坦是自信的，他继续走自己的路，继续刻苦攻读物理学大师的著作，不为守旧教授们的态度而退缩。

收获爱情与友谊

在苏黎世联邦工业大学，爱因斯坦收获了爱情和友谊。

在爱因斯坦的同学中，有一位名叫米列娃·玛利奇的塞尔维亚姑娘，她是来自国外的侨民。米列娃的才貌并不出众，生性沉默寡言，也是学物理学的，虽在学识上没有出众的才华，但对一些物理学著作很感兴趣。她可以面对爱因斯坦坐上很长时间，一言不发地听着爱因斯坦滔滔不绝地讲述他的物理学观点。

当时还未出名也还没有成熟的爱因斯坦太需要一个消极的听众，内在情感一直孤独的爱因斯坦很自然地对米列娃产生了感情，以致双方不久就坠入爱河。

另外，在大学斯间，爱因斯坦交到了很多亲密的朋友，其中数学系的马赛尔·格罗斯曼则成了他一生的朋友。

由于要应付考试，爱因斯坦经常要借同学的笔记来复习，就是在抄笔记的过程中，他结识了马赛尔·格罗斯曼。格罗斯曼当时是数学专业的学生，他总是慷慨地和爱因斯坦共享听课笔记。后来，他们俩成为终生十分要好的朋友，在学术上也保持亲密合作。当爱因斯坦忙于广义相对论的研究时，就是格罗斯曼帮助他完成了该理论的复杂数学处理，将广义相对论的理论用数学语言表述出来。

大学期间，爱因斯坦和格罗斯曼等朋友经常去一个名叫“都会”的咖啡馆。他们边喝咖啡边交谈，从科学到哲学，从艺术到人生，年轻人所看到的、感兴趣的一切，无所不谈。当然，谈得最多的是物理学。就在“都会”咖啡馆里，爱因斯坦的意大利同学贝索，一位马赫的信徒，极力推荐爱因斯坦读马赫的著作。

贝索手里拿着马赫的《力学》，激动地说：“牛顿在他的《自然哲学的数学原理》中说，时间是绝对的，空间也是绝对的。绝对的意思就是和一切事物都没有关系。既然空间、时间和任何事物都没有关系，你又怎么知道空间和时间的存在呢？”

就是从这时起，年方 20 岁的爱因斯坦，握住马赫这把批判的剑，准备向有两百多年历史的牛顿力学挑战了。

知识点：马赫

奥地利物理学家、生物学家、心理学家、哲学家。马赫一生主要致力于实验物理学和哲学的研究。他是一位具有批判精神的理论物理学家，他在 1883年发表的《力学及其发展的批判历史概论》（简称《力学史评》），对物理学的发展产生了深刻的影响。他在书中对牛顿的绝对时间、绝对空间的批判以及对惯性的理解，对爱因斯坦建立广义相对论起到了积极的作用。

知识点：爱因斯坦是如何向牛顿力学挑战的？

牛顿是经典力学的创始人，他建立了经典力学理论，创立了绝对时空观。绝对时空观认为，时间与空间都是绝对的，两者之间也绝无关系。时间和空间是两个独立的量，都按各自存在的方式确定不变。

但爱因斯坦却发现，马赫的观点与牛顿的观点矛盾：牛顿说，物体的惯性是对绝对空间讲的；马赫说，物体的惯性是对遥远的星系讲的。到底谁对呢？

因此，爱因斯坦对这个疑问进行了认真、深入的思考和研究，提出了新的时空观——相对时空观。他的相对时空观认为，时间与空间是相互关联、相互依存的，时间、空间又与物质分布相互关联。

求职的艰辛

1900 年秋，爱因斯坦通过了毕业考试，拿到了文凭。虽然他的分数是好的，又有优秀研究者的名声，但他未被留在苏黎世联邦工业大学。因为教授对他屡屡缺课深表不满。

从此，爱因斯坦步入了漫长的求职道路。在这期间，爱因斯坦尝试过计算工作、临时代课老师等多种工作，但爱因斯坦一直以乐观的精神面对这一切。他自嘲地对一个朋友说：“上帝创造了驴子，给了他一张厚皮，这使驴子的处境比我有利。”

当家人、朋友都在为他的工作而烦恼时，他却把痛苦咽到肚子里，化做微笑和玩笑，去安慰亲朋好友。他常爱说：“我最后还有一条出路呢，我可以拿起小提琴挨家挨户去演奏，这总能挣几个钱吧！”

贫困、屈辱并未使爱因斯坦放弃对物理学的热爱。他一次又一次向对他紧闭的科学殿堂发起了冲击。

在做代课老师时，爱因斯坦写信给一位朋友说：“上午教完 5～6 小时的课之后，我依然神清气爽，下午或是去图书馆进一步自修，或是在家研究些有趣的问题……我已经放弃去大学工作的野心，因为我认识到，在目前这种环境中，我还可以保存将来在科学上下工夫的精力和意愿。”

虽然爱因斯坦的求职路是坎坷的，但在这期间，爱因斯坦也取得了令自己满意的成绩。1900 年 12 月，爱因斯坦完成了第一篇科学论文，题为《由毛细血管现象所得到的推论》。尽管后来爱因斯坦对这篇论文的评价是“毫无价值”的，但在当时，“阿尔伯特·爱因斯坦”这几个字第一次端端正正地印在一家权威的物理学杂志上，这给爱因斯坦带来了许多温暖与希望。

奥林比亚科学院

在瑞士，爱因斯坦得到了一份固定工作，这同样是在大学时的好朋友马塞尔·格罗斯曼的帮助下得到的。

爱因斯坦在《自述片断》中是这样记述这件事的：

格罗斯曼作为我的朋友给我最大的帮助是这样一件事：在我毕业后大约 1 年左右，他通过他的父亲把我介绍给瑞士专利局局长……我感谢马塞尔·格罗斯曼给我找到这么幸运的职位。

于是，爱因斯坦搬到了伯尔尼，也就是在这里，未来物理学大师终于走到了辉煌的起点。

与专利局局长会面之后，局长告诉他，专利局一有空缺，他就可以正式上班了。同时建议他，在待职期间，他可以去做家庭老师，以此来糊口。于是，爱因斯坦便在报纸上登了这样一则小广告：

阿尔伯特·爱因斯坦，联邦工业大学毕业。讲授物理课，每小时 3 法郎，愿者请洽。

就是因为这则广告，爱因斯坦又结识了一位新朋友，他就是莫里斯·索洛文。索洛文是罗马尼亚人，当时他正在苏黎世上大学，在与爱因斯坦的不断接触中，他们建立了终身的友谊。

索洛文对物理学很感兴趣，当他按广告上的地址找到爱因斯坦时，他们的第一次交谈就表明了他们的观点和兴趣是一致的。后来的日子，会晤接连不断，他们以长时间的讨论代替了上课。

这样，私人授课变成了聚会、读书、讨论、探索和研究。几个星期后，爱因斯坦在大学时认识的朋友哈比希特也来参加他们的讨论，他来到伯尔尼是为了完成自己的大学学业。

在接下来的日子里，爱因斯坦、索洛文，还有哈比希特三个人经常在一起聚会、座谈和大量阅读。当然，这些阅读就不仅仅是限于物理学了，他们广泛涉猎数学、文学等方面的著作。他们经常就某一页、某一句话展开争论，争论持续到深夜甚至一连几天。

在爱因斯坦的妻子米列娃搬来之前的日子里，他们三个人是在一起吃饭的，虽然三个人的生活都过得很艰苦，但他们感觉自己是幸福的。至少在精神上得到了巨大的愉悦和满足。

团结、友爱、共同的兴趣、思想，使三个人建立了浓厚的友谊，他们干脆为这个三人世界起了个名字：奥林比亚科学院。

在奥林比亚科学院，发生了很多有意思的小故事：

在伯尔尼，常有一些大音乐家来巡回演出，奥林比亚科学院的朋友们经常出席他们的音乐会。有一次，捷克交响乐队要来伯尔尼举行音乐会。音乐会前夕，索洛文提议大家去听音乐会，但恰好这些天他们正在津津有味地阅读图书。遵照爱因斯坦的建议，他们决定放弃音乐会，代之以到索洛文那儿继续读书。可是第二天，索洛文弄到一张票，他预备好他的伙伴们爱吃的煮鸡蛋做晚饭，并留下一张便条：

“亲爱的朋友们——请吃鸡蛋，并致敬意与歉意！”

按时来到索洛文家的爱因斯坦和哈比希特读了便条后，用完晚饭，在房间里抽够烟才走，走时也留下一张便条：

“亲爱的朋友——请尝浓烟，并致敬意与歉意！”

第二天见面时，爱因斯坦故意紧皱双眉，气愤地责骂：“坏蛋！你竟敢为了什么音乐会就忽视了科学院会议！再有这种狂妄行为，你就要被开除了！”

爱因斯坦的幽默引起了朋友们的哈哈大笑，在笑过之后，他们又一起坐下来研读图书，直到午夜之后才分手。

不知疲惫地研读和思考，是爱因斯坦取得如此巨大成绩的基础。而正是因为对物理学的巨大兴趣和爱好，才促使着他不知疲惫地去研究和思考。

“心不在焉”的人

每当爱因斯坦思考问题时，他的整个身心都会沉浸在深深的思考中，每当这时，他都会对周围的一切视而不见。

对此，他的好朋友索洛文曾回忆过这样一件有趣的事情：

在爱因斯坦生日的那一天，索洛文和哈比希特打算去他家吃晚饭，所以带去了他从未品尝过的鱼子酱，这也是爱因斯坦早就想品尝的东西。吃饭之前，大家一直谈着惯性原理的话题。朋友们入席后，爱因斯坦仍滔滔不绝地讲着惯性问题。他把鱼子酱送到口里，仍在继续评论：“牛顿说，物体的惯性是对绝对空间讲的。马赫说，物体的惯性是对遥远的星系讲的；到底谁对呢？”

鱼子酱吃完了，演讲的人停下来，用手在桌上划了一个大问号。

朋友们问他：“请问爱因斯坦先生，你知道你刚才吃的是什么吗？”

“不知道，是什么东西？”爱因斯坦反问道。

“是鱼—子—酱”，朋友们齐声告诉爱因斯坦。

“怎么？哎哟，是鱼子酱呀！”爱因斯坦惋惜地叫了起来。

沉默片刻后，他又说：“不必请我这样的家伙尝什么山珍海味，我反正也不知道它的价值。”

朋友们大笑起来。

工作认真的专利审查员

爱因斯坦是在 1902 年 6 月 16 日正式得到伯尔尼专利局的正式任命的，他被聘为三级专家，实际上就是技术审查员。

每天，爱因斯坦步行到专利局，走上四楼，坐在他那间狭长的办公室里，工作 8 个小时。当时，专利局里使用的是一种长腿坐椅，那些审查专利的工程师和专家们养成了一个习惯：把坐椅往后一仰，双腿翘到桌上，悠闲地审查图纸。

爱因斯坦却不习惯这样，他一直在紧张、聚精会神地伏案工作。有一天，他从家里带来一把锯子，一声不响地把椅腿锯掉了一截。这样，他又可按自己的习惯，整个身子都埋在桌子上的图纸中了。

在这里，爱因斯坦很快就赢得了大家的喜爱。

一次一个同事问他：“怎样才能做一个好公务员？”

爱因斯坦微笑着看了这位同事一眼，慢吞吞地说：“这有一个公式：A＝X＋Y＋Z。在这个公式中，A是成功，X是干活，Y是游戏，Z是沉默。”

有一次，一位喜欢和别人吵架的同事在和人吵架后，来找爱因斯坦评理。爱因斯坦听他说话的火药味儿还浓得很，大有一触即发之势，便笑呵呵地拿起心爱的小提琴，说：“来，来，我们还是来拉拉韩德尔吧！”

这位同事忍不住笑了。因为作为德国古典作曲家的韩德尔的名字，在德语中也有“吵架”的意思。

喜欢幽默、诙谐的爱因斯坦，就坐在四楼的一间办公室里，审查着一份份专利申请。他必须像局长所严格要求的那样，提出一针见血的意见，并且写出精确的鉴定书。

当时正是人类发明欲望极为强烈的时代，专业和业余发明家，工人、农民和大学生，大家都在开动脑筋搞发明，都想取得专利权。呈报上来的新发明，大部分是一些细微末节的小东西，还有不少是永动机之类的无聊玩意儿。

爱因斯坦带着怀疑的眼光审视这些五花八门的新发明。敏锐的直觉，使他很快就从复杂的图纸中抓到了本质的东西。错误的、荒唐的、异想天开的，往边上一扔；有价值和新颖有趣的新发明、新创造，分别写出鉴定书，归档。一天的工作，往往不到半天就做完了。

这时，他就可以拿出小纸片来，做自己的物理学研究了。原来，这就是他那个成功公式中的游戏Y呢！一行行数字，一个个公式，很快就写满了一张；一张张纸片，很快变成了一叠。他眼睛盯在纸上，耳朵听着门外，一有脚步声，就赶紧把纸片藏到抽屉里去。因为局长规定，上班时间不准做私事。他“偷”上班的时间做私事。不，他是在发现自然的规律，这应该算是人类最大的公事。

8小时之后，爱因斯坦回到家里，又继续他那发现自然规律的工作，至于到什么时候结束，那谁也不知道了。上班是有钟点的，下班以后，时钟上的那两根指针对于爱因斯坦来说，其实已没有任何作用。

我不过喜欢寻根刨底地追究问题罢了

在伯尔尼的岁月里，爱因斯坦在科学上取得丰硕的成果，第一批研究结果的问世，就像闪电划破了时代的夜空一般。1905 年，对于 26 岁的爱因斯坦来说，是硕果累累的一年，对物理学史来说，则是革命的一年：相对论诞生了！

在这一年，来比锡出版的《物理学纪事》杂志上发表了三篇论文，作者是同一个人——阿尔伯特·爱因斯坦。

一篇用最有力的证据证明了分子的存在，它的作者在物理学史上占有光荣的一页；

一篇是发展普朗克的量子论，提出了光量子假设，它的作者将因此获得科学界的最高奖赏——诺贝尔奖金；

第三篇就是《论动体的电动力学》。这是相对论的第一篇论文。

这三篇论文开创了物理学的新纪元，它的作者爱因斯坦的名字从此可以和牛顿并列了。

一个 26 岁的青年，伯尔尼专利局里默默无闻的小职员，利用业余时间进行科学研究，在物理学三个未知领域里齐头并进，同时取得巨大成果，这在科学史上，不能不说是一个奇迹。

“天才，相对论的提出者是一个真正的天才！”人们都在这样说。

然而，爱因斯坦却不这样认为。

他对别人说：“我没有什么特别的才能，不过喜欢寻根刨底地追究问题罢了。”

他也对一位物理学界的同行说过：“空间、时间是什么，别人在很小的时候就已经搞清楚了；我智力发育迟，长大了还没有搞清楚，于是一直在揣摩这个问题，结果也就比别人钻研得深一些。”

不管他自己怎么说，爱因斯坦是物理学史上当之无愧的革命者。牛顿继承哥白尼、伽俐略和开普勒，完成了物理学的第一次革命，创立了牛顿力学。法拉第等人完成了物理学的第二次革命，创立了电磁场理论。以爱因斯坦为代表的新一代物理学家，则进行了物理学的第三次革命，创立了相对论和量子力学。

狭义相对论

这里的相对论是指狭义相对论。

爱因斯坦的狭义相对论认为，如果物质运行速度接近光速，那么时间就会缩短，也就是说有时我们感觉过了一个小时，而实际上有可能只过了半个小时。爱因斯坦用通俗的比喻解释他的该项理论说，就像一个男人与漂亮的年轻女子约会，总嫌时间短，即感觉上时光如流水一般；与年老的太太约会时，却是正好相反的，总觉得时间过得很缓慢。