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诺贝尔物理学奖得主，粒子物理学家｜ 利昂·莱德曼（Leon Lederman）
美国费米国家加速器实验室荣誉退休主任，他主持设计了超导超级对撞机建造计划，长期从事教育工作，曾任美国科学促进会理事会主席。他在粒子物理实验领域取得了令人瞩目的成果，并因“中微子束方法及通过发现μ中微子验证轻子的二重态结构”而荣获1988年诺贝尔物理学奖。1993年，时任美国总统克林顿授予他费米奖。
代表作有《对称与美丽的宇宙》（ Symmetry and the Beautiful Universe ）、《上帝粒子》（ The God Particle ）。
爱因斯坦问马丁：“你在研究什么呢？”“量子理论。”马丁答道。“啊，浪费时间！”
——利昂·莱德曼
即使是对最看重科学的非专业读者，我们也很难表达清楚一位科学家对另一位取得惊人成就的科学家的敬仰之情有多深。如果审视一下物理学家的正态分布，从刚获得博士学位到被誉为天才，那么我们对爱因斯坦所取得的成就的赞誉只会更多，直到将他推向可能不存在的“超级明星”的高度。现在或在未来几十年里，这位超级明星将会发现自己在广义相对论中犯下的“最大的错误”。
爱因斯坦可能是特别的。由于他在不同领域的著作如此广为人知，“传奇”一词可能不太适合形容他。在这里，我想讲一个故事，并发表一个关于爱因斯坦的声明。讲故事可是我经常在做的事情，毕竟我教授了30多年的物理学。
20世纪50年代，普林斯顿大学的一个数学家朋友问我想不想见爱因斯坦。那时，我还是哥伦比亚大学尼维斯实验室的研究生，正在研究最新的同步回旋加速器。这台设备是当时世界上最强大的粒子加速器，能够将质子加速到不可思议的400MeV。如今费米实验室的同类设备能够达到2TeV。于是，我和高中最好的朋友、麻省理工学院的理论物理学研究生马丁·克莱因（Martin Klein）一起来到普林斯顿大学，坐在一张长凳上等着这位大师，以及他的助手——安排这场巧遇的恩斯特·施特劳斯（Ernst Strauss）从此处经过。我这超过50年的记忆可能并不牢靠，无法作为任何“呈堂证供”，但这就是我所记得的。
果然，他们走过来了。我看到爱因斯坦着日常装束——长袖运动衫、宽松的裤子、凉鞋。他们停在我们面前，恩斯特问爱因斯坦是否介意见几名物理学研究生。他答道：“不介意，乐意之至。”
我们站起来，爱因斯坦问马丁：“你在研究什么呢？”
“量子理论。”马丁答道。
“啊，浪费时间！”
接着爱因斯坦转向我，我赶紧说自己正在做一些实验，研究介子的性质。几年前，我们已经在宇宙射线中发现了这些亚核粒子。人们认为就是它们产生了强大的力量，使原子核能够结合在一起，而且尼维斯加速器也制造出了大量介子。
爱因斯坦点了点头，又摇了摇头，表达了一些自己的感想，大概意思是， 既然无法解释电子的存在，为什么还要浪费这么多精力在这些新粒子上呢？ 然后他愉快地道别，只跟我们短暂相处了30秒，还给了我们以暴击。尽管如此，我们仍然仿佛身处云端！我们见到了爱因斯坦，并且还跟他谈了物理学！这种激动无以言表，至于他说了些什么则无关紧要。在那之后，马丁成为物理学界的领先学者和爱因斯坦论文的联合编辑，而我也发现了更多无用的基本粒子，例如中微子和夸克。
为什么爱因斯坦的话没有令我感到沮丧呢？
这个问题涉及物理学家如何评价重大的物理成就，这和一般人与科学爱好者的评价方式完全不同。如果我们考虑一项特定的发现或创新，比如广义相对论，那么对这一开创性成就的理解仍会受到历史和个人两方面因素的影响。物理学家意识到广义相对论只是爱因斯坦的，他在这上面努力了十几年，而且目的并不是解释实验结果，而是表述自然的美与简约，他曾将自然称为“老家伙”。实验研究当然是有意义的，1916年，也就是在论文发表了十几年后，精准的实验研究证实了相对论可能是正确的引力理论。
那么，他那孤独的思维受到影响了吗？是的，被恩斯特·马赫、詹姆斯·麦克斯韦和数学助手影响了。然而在对空间、时间和引力本质更深刻的简单性的探索中，他仍旧非常孤独。
我将自己置于物理学家钟形曲线的某一点，比如中点，来试着描述物理学家如何评价爱因斯坦和其他少数实现重大突破的物理学家：牛顿、麦克斯韦、玻尔、薛定谔、海森堡、狄拉克。每个人都有这样一份清单，我猜测以上这些名字出现的次数可能是最多的。对于我来说，牛顿和爱因斯坦是圣诞树上真正发光的部分，时不时地闪烁。他们在科学探索的道路上都是孤独的。虽然他们也有同伴，爱因斯坦有亨利·庞加莱（Henri Poincaré）、洛伦兹和马赫，牛顿有罗伯特·胡克（Robert Hooke）和莱布尼茨（Leibniz）。但这两位的研究与其他人相比仍遥遥领先，仍是孤身一人。
我对爱因斯坦的偏见源自16岁时阅读的一本书——《物理学的演进》（ The Evolution of Physics ），这是一本适合非专业人士的普及读物，是由爱因斯坦和波兰物理学家利奥波德·因费尔德（Leopold Infeld）合著的。这本书不仅介绍了相对论，还提供了一种关于爱因斯坦思想体系的洞见。我记得最清楚的是开篇的一个比喻：作者将科学比作侦探小说。犯罪现场有一辆白色福特车、一条吠叫的狗、一只沾满血的手套，还有一两具尸体。侦探（科学家）将这些线索记录下来并寻找其他线索，最后通过所有线索确定了犯罪嫌疑人，侦破了案件，从而解释了所有线索。
这里我应该谈谈自己对其他重大物理学突破的主观印象。在高中时（1939年前），我读过玻尔在氢原子结构中应用量子能级的概念。玻尔结合了经典物理学和他对原子结构离散性的特别又令人震惊的介绍。他也采纳了普朗克-爱因斯坦关于光子的概念——光能包。在列了几行初等代数之后，紧接着的是氢原子的许多谱线的精确波长（颜色）。令十几岁的我激动不已的，是在列举光谱的术语前的符号集合。那些符号代表着人们发现的光速、电荷、普朗克常量，以及各种平方和圆周率。
这些源于不同背景的常量怎么能组合到一起来描述氢原子，并且还准确地推导出了闪烁的氢气的光谱线？我记得我当时放下这本书，在家里走来走去，对无人可以跟我分享这一神奇的发现感到沮丧。我学到了一个不可思议的深刻物理概念：用数学音符表达想法，能够精准地描绘复杂但美丽的自然现象。
另一个具有创造性想象力且能够证明自然对数学的深刻尊重的生动例子，是保罗·狄拉克描述电子的著名方程。狄拉克着迷于方程之美，他的电子方程不仅美，而且还富有成效。4的平方根既可以是两个2，也可以是两个-2，从这个意义上来讲，电子方程预示了两种电子粒子：负电子（狄拉克的目标）和正电子。狄拉克对优雅和美的追求取得了一项革命性的物理学发现：反物质的存在。对每一个粒子来说，比如电子、光子、中子、夸克，必然存在一个反粒子。狄拉克的顿悟所表明的正是20世纪物理学中“对称性”这一概念的深刻影响。当时这一概念在数学、艺术、建筑和音乐领域蓬勃发展，它对物理学的影响不但点燃了理论科学的革命，而且与人文科学建立了统一的联系。
接下来就到了爱因斯坦的奇迹年。
多方证据显示，1905年奇迹年的前几年，爱因斯坦的职业生涯充满挫败感：先是博士学位的整个审查过程，接着，他的论文迟迟不被接受，再之后就是找工作接连碰壁。1905年，作为伯尔尼专利局的一名职员，26岁的爱因斯坦突然火了起来，5篇绝妙的论文全部在这一年发表，在这些论文中，他解决了当时物理学界最重要的3个问题：原子和分子的存在及其实在性、光的量子性，以及经过全新修正的惯性定律（300年前由伽利略第一次提出）。由于惯性定律与相对论是两个紧密相连的概念，所以这一全新的定律现在被称为爱因斯坦的狭义相对论。
我那时在读大学，爱因斯坦的名气如此之大，以至于影响了我对他的狭义相对论深度的判断。在学生时代，我一直在想这些问题： 爱因斯坦是从哪里得到这些想法的？为什么是他？这样一个简单的概念表述或定律怎么会有如此深刻的含义？
白天的时候，爱因斯坦忙于审查专利，所以他大概在晚上和周末研究物理学。为什么？驱动他的并非实验突破（即使有越来越多的实验动摇了牛顿的物理学理论），而是美和深刻的物理意义上的对称与自然的一致性。由于对称性与“美和简洁”紧密相关，所以我们很容易相信爱因斯坦关于自然界如何运作的观点。
对于“不变性”这个关键词，我们更应该在高中科学课上就学习，而非放到研究生阶段。当从不同的观测点观察物理系统时，或者当系统遭遇了只有物理学家才能想象得到的故障时，人们会非常感兴趣地观察什么发生了改变、什么不会变。系统的一部分会发生改变吗？整体能量呢？整个系统呢？如果都没有发生变化，那么这个系统就具有不变性。这就是最简单的自然界。这个系统的物理定律并不关心观测者乔伊是不是在静止状态下（即以相同的速度）研究系统，或者莫伊是否以极快的相对速度飞驰而过。细致的物理学家莫伊看到了乔伊，当乔伊经过时，莫伊从自己的角度看到了乔伊的所有实验，莫伊也会看到同样的定律——爱因斯坦认为，这是真的，不管相对速度如何。以教科书的形式表述就是：对于所有以恒定速度移动的观测者来说，物理定律都是相同的。
这并没有偏离牛顿的科学理论，不过，爱因斯坦还在研究电学与磁学现象。麦克斯韦已经在1860年出色地总结出了这些实验规律。基于相关实验的总结，麦克斯韦发现光是一种电磁现象。它兼备电力和磁力，从线圈中震荡并逸出，拥有每秒299 792千米的速度。爱因斯坦认为，光的速度是一种物理定律，对所有观察者来说都是一样的。只有这样，牛顿系统和麦克斯韦系统的不变性才能成立。这种解说虽然听起来很简单，但意义深远。这些主张合在一起构成了狭义相对论，它使我们对空间、时间和能量的概念产生了革命性的理解。
那些经典物理学实验带来的困惑和绝望的努力都被相对论一扫而空。谁会不爱这位推翻了“发光的以太”假设的反传统者呢？新世纪的伟大科学家，比如庞加莱、洛伦兹——他们中的哪一位提出了这一观点？如果你想找点乐子，就去学院的教师俱乐部，在物理学家坐着的那一桌附近提出这一问题，然后注意避开桌子破裂时崩出的碎片，以及那些耸人听闻的话语。
狭义相对论结合了两种观点：光速对所有观测者都是一样的（不变性），物理定律对所有以匀速行进的观测者都是一样的（不变性）。电磁学的对称性与优雅性因此得以保全。然而，当这些想法应用于牛顿力学时，世界就变了。这就是爱因斯坦的狭义相对论，即便它的表述如此简单，但在经济、技术和科学界产生了巨大影响。
狭义相对论的惊人之处还在于其在工程上的应用。虽然核能量本身并非相对论的结果，但有大量设备利用了其中一项重大预测：当粒子以接近光速的速度移动时，它的质量将会增加。基于这一预测设计的设备有大型射频放大器（速调管）、用来治疗癌症的电子加速器、电子显微镜、高压显像管；用于灭菌和控制制造流程的工业加速器，比如厚度测量仪。还有最引人注目的高能粒子加速器，这一设备提高了我们对物质和能量结构的认知。高能电子束也是基于相对论设计出来的，这种设备会产生“同步加速器光”，一种强烈的X射线源，可以用来刻蚀微电子学中用到的硅元素，为化学家和生物学家刻画新材料和化学物的三维分子结构的图形照片，提供脱氧核糖核酸（DNA）和其他生物结构的数据。所有这些都来自一位有态度的专利员。
虽然这些设备对国民生产总值的累积贡献要以千亿计，但与爱因斯坦在概念上获得的突破及其带来的革命性影响相比，就黯然失色了。相对论的大部分内容是关于时间全新的主观解释，而对于这部分内容，大部分普通教授和诺贝尔奖获得者都自愧不如，剩下的只有惊叹和感激。
相对于乔伊，高速行驶的莫伊记录乔伊正在记录的相同现象时，结果当然会有所不同。假设乔伊在这个坐标上定位一个电子（他正在研究的系统的一个部件）： x =6.2， y =9.6， z =27.3（都采用合适的单位，假设是米）。他设定电子沿 x 轴运动的速度为 v =9.6×10 8 m/s。然而当莫伊看到同一个电子时，会得出不同的数值，因为他观测到的电子的坐标完全不同，即 x 、 y 、 z 的数值与乔伊的不同，因此莫伊在实验室测得的电子的速度完全不同。假设乔伊观测到的位置坐标为 x 、 y 、 z ，而速度为 v （沿 x 轴运动），以及 t （进行测量时的时间），即乔伊的电子所处的坐标为 x 、 y 、 z 、 v 和 t 。而在莫伊的实验室中，我们将他的测量结果称为 x’ 、 t’ 、 z’ 、 v’ 、 t’ 。
物理定律不应依赖于系统或观测者，因为我们没法得知是乔伊还是莫伊在移动，抑或两者都在移动，只知道他们相对于系统的运动速度。不过通过代数知识，我们能够找到这两组坐标系的关系。到此，牛顿和他的追随者都会很开心。然而，根据牛顿的理论，我们将会得出 t’ = t ，这表示，乔伊和莫伊的实验室里的钟必须有着相同的时间间隔。但在狭义相对论中，计时速度可能并不相同，随着相对速度接近光速，差异也会变大。对于时间的理解，一个新颖又离奇的方面是爱因斯坦方程的错误，它扭曲了时间，并将时间嵌入了空间里，这让学习相对论的本科生感到绝望。
自狭义相对论发表上百年以来，这种预测已经得到证实，即当乔伊和莫伊都相对静止时，时间是同步的，而当莫伊加速实验室并加速离开时，时间将以不同的速率运行。
1950年，我进行了博士论文实验（当时的参与者现在几乎都已离世），利用了一个自然时钟和一种叫作渺子的放射性粒子。加速器在非常快的速度下制造出了渺子，不过，我们也能找到处于静止状态的渺子。在静止状态，我仔细地测量了它们典型的寿命，即渺子从诞生到衰老所需的时间。然而，当渺子以约98%光速的速度移动时，寿命延长了5倍。如果莫伊以这个速度移动，他的寿命可以达到400年！
有趣的是，莫伊在看到伙伴乔伊之前意识不到时间的延长，他以为只过了10年，而乔伊此时已经老了50岁。相对于莫伊的时间，乔伊的时间快了5倍。这就是说，相对于乔伊，莫伊的时间变慢了，如果按照乔伊的时钟来计时，他足可以活到400岁。这真是令乔伊嫉妒！
时间本质的这种深刻变化，只是爱因斯坦揭示的空间和时间这两个现实世界的支柱所蕴含的深刻哲学含义的一个例子。 对于我来说，这个穿着运动衫的家伙、完全不欣赏我们两个如此有前途又英俊的研究生的人，竟然拥有如此深邃透彻的思想，能够通过观察发现和创造出这么多简洁且美丽的理论，简直无法想象。