第一章中写下了这段名言，“绝对空间，其自身特性与一切外在事物无
关，处处均匀，永不移动。”
然而即使是牛顿，似乎也对无法直接观察这些概念感到不满。牛顿
承认：“绝对时间并非知觉的对象。”他依靠神的在场来帮助他走出这个
困境。“神的延续从永恒达于永恒，神的在场从无限达于无限，他构成
了延续和空间。”[320]
马赫的著作曾经影响过爱因斯坦及其奥林匹亚科学院同伴。他批评
牛顿的绝对时间概念是一个“无用的形而上学概念”，“无法在经验中产
生”。他指责说，牛顿“违背心意行事，只是为了研究实际事实” 。[321]
庞加莱在其《科学与假设》一书（也是奥林匹亚科学院最欣赏的著
作之一）中，也曾指出过牛顿绝对时间概念的缺陷。他写道：“我们不
仅无法直接观察到两个时间的相等，而且无法直接观察到在两个不同位
置发生的事件的同时性。”[322]
于是，马赫和庞加莱似乎为爱因斯坦的伟大突破提供了一些基本思
想。但爱因斯坦后来说，他更感谢从苏格兰哲学家休谟那里学到的关于
心灵构造（区别于纯粹的事实观察）的怀疑论。
由于他在论文中多次使用思想实验，比如运动的火车和处于不同位
置的钟表，因此我们会很自然地猜想，经过伯尔尼钟塔的火车以及站台
上一排排已经校准的钟表有助于他展开想象和澄清思想。的确，据说他
在与朋友们讨论他的新理论时，曾经用手指向（或至少是提到）伯尔尼
已经校准的钟表以及附近的穆尼（Muni）村中遥遥可见的尖塔上未被校
准的钟表。[323]
在《爱因斯坦的钟表，庞加莱的地图》（ Einstein’s
Clocks，
poincaré’s Maps）一书中，彼得·伽里森对当时的技术潮流进行了引人深
思的考察。调节钟表在当时是一种风气。1890年，伯尔尼建立了一个由
电信号校准的钟表所组成的城市时间网络。10年后，当爱因斯坦来到这
里的时候，许多瑞士人都在研究如何使这些钟表走得更准，并且与其他
城市的钟表同步。
此外，爱因斯坦在专利局的主要职责就是对电力设备做出评估，这
其中包括用电信号来校准钟表的大量申请。伽里森指出，从1901年到
1904年，伯尔尼就有28项这样的专利获得批准。
例如，其中有一个专利申请名为“安装中央钟表以同时指示不同地
点的时间”。就在爱因斯坦与贝索进行那次重要谈话之前仅仅三周的4月
25日，有一个类似的申请被送到了专利局，它涉及用电信号来校准两个
带有电磁摆的钟表。这些申请的共同之处在于都使用了以光速传播的信
号。[324]
然而，我们不应过分强调专利局的技术背景所扮演的角色。尽管钟
表是其理论描述的一部分，但爱因斯坦关注的却是相对运动的观察者在
用光信号校准钟表时所遇到的困难，而这并不是专利申请者们所考虑的
问题。[325]
不过，很有意思的是，爱因斯坦相对论论文的前两部分几乎都是在
如数家珍地（与洛伦兹和麦克斯韦等人的风格极为不同）讨论他最熟悉
的两项实用技术。他谈到了由线圈和磁体“同等的相对运动”所产生
的“等量电流”，还谈到了用“光信号”来确保“两个钟表同步”。
正如爱因斯坦所说，他在专利局的日子“促使我认识到了理论概念
的物理意义”。[326]莫什科夫斯基在1921年根据与爱因斯坦的谈话写的一
本书中指出，爱因斯坦相信“在专利局获得的知识与理论结果之间存在
着一种确定的联系” 。[327]
《论动体的电动力学》
现在让我们看看在1905年6月30日那期《物理学纪事》的著名论文
中，爱因斯坦是如何来澄清所有这一切的。这篇极为重要的论文或许是
科学史上最有勇气、最赏心悦目的论文之一。它的主要思想都是通过语
词和生动的思想实验来表达的，而不是凭借复杂的方程。虽然它的确涉
及一些数学，但其主要内容一个优秀的高中生就能掌握。“这篇论文表
明，震撼人心的深刻思想通过简洁的语言就可以表达出来。”科学作家
奥弗比如是说。[328]
这篇论文开篇讲了一种“非对称”现象，即磁体和线圈产生感生电流
仅仅基于它们之间的相对运动，但是在法拉第之后，对于感生电流却有
两种不同的理论解释，它们分别对应于磁体运动和线圈运动。[329]“在这
里，可观察的现象只同导体和磁体的相对运动有关，可是按照通常的看
法，这两个物体之中，究竟是这个在运动，还是那个在运动，却是截然
不同的两回事” 。[330]
这两者之间的区分乃是基于大多数科学家仍然秉持的一个信念，即
存在着一种相对于以太的“静止”状态。但是磁体-线圈的例子以及任何
对光的观测都暗示，“在力学和电动力学现象中并没有什么性质对应于
绝对静止概念”。这促使爱因斯坦把相对性原理提升至“基本假设的地
位”，认为在所有以恒定速度做相对运动的参照系中，力学定律和电动
力学定律是一样的。
接着，爱因斯坦又提出了作为理论前提的另一个基本假设：
光速不会发生改变，“不论发射体的运动状态如何”。然后他笔尖一
抖，随着看似漫不经心的“多余”一词跃然纸上，这位叛逆的专利审查员
否定了通过两代人积累形成的科学教条：“引入‘光以太’将被证明是多余
的，因为按照这里所要阐述的观点，并不需要一个‘绝对静止的空间’。”
运用这两条基本假设，爱因斯坦说明了他在同贝索谈话时所产生的
概念飞跃。“在一个坐标系看来是同时的两个事件，在另一个相对于它
运动的坐标系看来，就不再是同时的事件了。”换句话说，所谓的绝对
同时性根本不存在。
爱因斯坦简明扼要地指出，时间本身只能通过同时发生的事件来定
义，比如当火车到达时表针指向7。于是便会得出一个令人惊讶的结
论：并不存在所谓的绝对同时性和绝对时间。正如他后来所指出
的：“世界各地都不存在什么可以当作时间的嘀塔声。”[331]
不仅如此，这种认识还推翻了牛顿在《自然哲学的数学原理》开篇
所做出的另一个假设。爱因斯坦表明，如果时间是相对的，那么空间和
距离也是相对的。“如果车厢里的人在单位时间内走过距离 w（从火车测
量），那么这个距离（从站台测量）并不必然等于 w。”[332]
爱因斯坦是这样解释的。设想一根相对于观察者静止不动的量杆。
现在想象量杆运动起来，那么它的长度是多少呢？
要想确定这一点，一个办法是以同样的速度沿着量杆运动，并把尺
子置于其上。然而那些不随它运动的人怎样来测量呢？
在这种情况下，可以通过两个已经校准的静止的钟表来测量运动量
杆的长度，即确定量杆两端在某一特定时刻的精确位置，再用静止的尺
子测量这两点之间的距离。爱因斯坦表明，这些方法将会产生不同结
果。
为什么会这样？原因在于，两个静止的钟表已经由一个静止的观察
者校准了，但与量杆运动得一样快的观察者却会以不同的方式校准它
们，因为他对同时性有不同的理解。正如爱因斯坦所说：“与运动量杆
一同运动的观察者会发现，两个钟表并不同步，而在静止系统中的观察
者却会说，这两个钟表是同步的。”
狭义相对论的另一个推论是，站在站台上的人会发现，在一列高速
行驶的火车上，时间流逝得更慢。想象火车上有这样一个“钟表”，它由
车厢地板的镜子、天花板上的镜子以及在其间来回反射的光束所组成。
在火车上的女士看来，光自始至终都在直上直下地运动。但在站台上的
先生看来，从地板发出的光却是首先斜向上发射到天花板的镜子（它已
经往前移动了一点）上，然后斜向下反射到地板的镜子（它也已经往前
移动了一点）上。由于在两个观察者看来，光速是一样的（这是爱因斯
坦的前提假设），所以在站台上的先生看来，光走过的距离要比火车上
的女士看到的长一些。于是，站台上的先生会认为时间在运动的火车上
流逝得较慢。[333]
我们还可以用伽利略的船来解释这一点。想象一束光从桅杆顶部射
向甲板。在船上的观察者看来，光束运动的距离精确等于桅杆长度。但
陆地上的观察者却会认为，光束运动的距离是桅杆长度与船在这段时间
（即光从桅杆顶端运动到桅杆底部的时间）内向前走过的距离（这是一
条快船）的叠加。在两个观察者看来，光速都是一样的。陆地上的观察
者发现，光在到达甲板之前又往前运动了。换句话说，同样的事件（从
桅杆顶部发出的光束抵达甲板）从陆地上看要比从船上看花费更多的时
间。[334]
这一现象被称为时间延缓，由它会引出所谓的双生子佯谬。如果一
个人站在站台上，而他的孪生妹妹乘坐宇宙飞船以接近光速的速度旅行
很长一段距离，那么当她返回地球时，她将比哥哥年轻几岁。但是由于
运动是相对的，这似乎提出了一个悖论：在宇宙飞船上的妹妹也许会认
为，是地球上的哥哥在做飞速旅行，所以重逢时她会期待着看到哥哥年
轻一些。
他们可能在重逢时分别比对方年轻么？当然不能。这个现象不可能
同时出现于双方。因为宇宙飞船不是以恒定速度运行的，而是必须掉头
才能回来。老得更慢的将是宇宙飞船上的人，而不是地球上的人。
时间延缓的现象已经得到实验证实，甚至用飞机上的特制钟表就可
以验证。但是在我们的日常生活中，它不会造成什么影响，因为我们相
对于其他观察者的速度从来也不可能接近光速。事实上，即使你整个一
生都待在飞机上，你回来时也只能比你在地球上的孪生子年轻大概
0.00005秒，而你在飞机上随便吃点东西，就已经抵消了这一效应。[335]
狭义相对论还有许多奇怪的结果。我们再来看看火车上的光钟。当
火车以近乎光速的速度驶向站台上的观察者会怎么样？如果是这样，那
么在站台上的观察者看来，火车上的一束光要从运动的地板反射到天花
板，再从天花板反射到运动的地板，几乎需要花费无限长的时间。于是
站台上的观察者会认为火车上的时间几乎趋于停止。
随着物体的速度接近光速，它的质量也会增加。虽然牛顿定律，即
力等于质量乘以加速度仍然成立，但是随着质量的增加，越来越大的力
将会产生越来越小的加速度。即使是一块小石头，我们也没有足够的力
能够推动它超过光速。根据爱因斯坦的理论，这是宇宙最终的速度极
限，没有什么粒子或信息能够运动得比光还快。
既然距离和时间都取决于观察者的运动，因而是相对的，那么也许
有人会问，哪个观察者是“正确的”？谁的表显示了“实际的”时间？量杆
的哪一个长度是“真实的”？谁的同时性概念是“正确的”？
根据狭义相对论，所有惯性参照系都是等效的。这不是一个关于量
杆实际收缩或时间实际变慢的问题；我们只知道，观察者的运动状态不
同，对事物的测量也将有所不同。既然我们已经抛弃了以太，认为它
是“多余的”，因此也就没有什么特定的“静止”参照系优越于其他参照
系。
爱因斯坦对相对论的最清晰解释见于他给奥林匹亚科学院的同事索
洛文的一封信：
相对论用短短几句话就可以概括。尽管自古以来人们就认识
到，运动只有作为相对运动才能被理解，但与此事实相违背，物理
学却以绝对运动的概念为基础。对光波的研究假设，有一种运动状
态，即承载着光的以太的运动状态，区别于所有其他运动状态。物
体的所有运动都被认为是相对于这种光以太进行的，它是绝对静止
的化身。但是在试图发现这种具有优越运动状态的假想以太的所有
实验努力均告失败之后，这个问题似乎应当重新加以表述。这就是
相对论所要做的事情。它认为不存在优先的物理运动状态，并且追
问由此可以推出什么结论。
正如爱因斯坦向索洛文解释的，他的洞见在于，我们必须抛弃那
些“与经验没有关联”的概念，比如“绝对同时性”和“绝对速度” 。[336]
然而需要注意的是，相对论并不意味着“任何事物都是相对的”，也
不意味着一切事物都是主观的。
相对论的意思是说，对时间（包括延续和同时性）的测量是相对
的，它取决于观察者的运动，因此对空间（比如距离和长度）的测量也
是相对的。然而两者之间的一种联合，即所谓的“空-时”，却在任何惯
性系中都保持不变。类似地，像光速这样的东西也保持不变。
事实上，爱因斯坦曾经想把这种理论称为“不变性理论”，但这个名
字从未被使用过。1906年，普朗克使用了“相对的理论”（Relativ
theorie）一词。到了1907年，爱因斯坦在与朋友埃伦菲斯特通信时，称
之为“相对性理论”（Relativikts the orie）[337]。
为了理解爱因斯坦谈论的是不变性，而不是宣称一切事物都是相对
的，我们不妨考虑一下光在给定时间内所走的距离。当然，这一距离就
是光速乘以逝去的时间。如果我们在站台上看到的这一切发生在一列飞
驰的火车上，那么在我们看来，逝去的时间会显得更短（因为时间在火
车上似乎流逝得更慢），距离也会显得更短（因为火车上的尺子似乎收
缩了）。但是无论参照系如何选取，这两个量之间——对空间和时间的
测量之间——却有一种关系保持不变。[338]
要想理解这种不变性，还可以采取另一种办法，那就是爱因斯坦在
苏黎世联邦工学院时的数学老师闵可夫斯基所使用的方法，不过这要更
复杂一些。闵可夫斯基对爱因斯坦的工作大为惊叹，这种惊叹是每一个
处于逆境中的学生都梦想能从高高在上的教授那里得到的。“这真是令
人惊讶，因为爱因斯坦在学生时代曾经是一条懒狗，”闵可夫斯基对物
理学家玻恩说，“他对数学从来都不在乎。” [339]
闵可夫斯基给这一理论赋予了一种形式化的数学结构。他的方案与
H.G.韦尔斯1895年的著名小说《时间机器》（ The Time Machine）开篇
那位时间旅行者说的话如出一辙：“实际上存在着四个维度，其中三维
是空间的三个平面，第四维则是时间。”闵可夫斯基把所有事件都变成
了四维的数学坐标，其中第四维便是时间。这虽然使变换成为可能，但
事件之间的数学关系依然保持不变。
1908年，闵可夫斯基在一次讲演中戏剧性地宣布了这一新的数学方
法。“我想向诸位展示的时空观源于实验科学的土壤，其力量就在于
此，”闵可夫斯基说，“这种时空观是根本性的。从此以后，空间本身和
时间本身都注定要蜕变为纯粹的幻影，只有对两者的某种联合才能保持
独立的实在性。”[340]
爱因斯坦当时尚未迷恋数学，他曾经用“花拳绣腿”（super-fluous
learnedness）来形容闵可夫斯基的工作，并且开玩笑说：“自从数学家涉
足相对论之后，我就再也不理解它了。”但事实上，他渐渐开始赏识闵
可夫斯基的工作，并且在1916年的相对论科普书中为此专辟了一节。
这本可以是一场多么美妙的合作啊！但是到了1908年年底，闵可夫
斯基却因患腹膜炎而住进了医院。据说他曾发出过这样的悲叹：“在相
对论发展的关键时期，我却接到了死神的邀请，真是太遗憾了！” [341]
我们又一次感到好奇，为什么发现新理论的是爱因斯坦，而不是其
他某个同时代人？洛伦兹和庞加莱都曾经提出过爱因斯坦理论的许多成
分。庞加莱甚至还对时间的绝对性提出过质疑。
但是，无论是洛伦兹还是庞加莱都没有将事情做彻底。也就是说，
没有必要假设以太的存在，没有所谓的绝对静止，空间和时间都是相对
的，都要基于观察者的运动。物理学家基普·索恩说，这两个人“都在朝
着爱因斯坦的时空观念进行摸索，但牛顿物理学所强加的错误理解却使
他们在一片迷雾中步履维艰，。
而爱因斯坦却可以抛弃牛顿的错误。“他深信宇宙偏爱美和简单
性，希望能够被这种信念所指引，即使牛顿物理学的基础遭到摧毁也在
所不惜，再加上其他人难以匹敌的清晰思想，这一切都使他最终对空间
和时间做出了新的描述。”[342]
庞加莱从未将同时的相对性与时间的相对性关联起来，一旦接近他
的局域时间思想的实质性结果，他就会退缩不前。为什么庞加莱会犹豫
不决？他虽然不乏洞见，但在物理学上过于因循守旧，无法展示出这位
不知名的专利审查员所固有的那种叛逆。[343]“每到关键时刻，他就会精
神紧张，败下阵来，转而固守于那些旧有的思想习惯和熟知的时空观
念，”霍夫曼这样谈庞加莱，“如果这似乎有些奇怪，那是因为我们低估
了爱因斯坦在把相对性原理当成公理，从而改变了我们的时空观念时需
要多么大的勇气。” [344]
爱因斯坦的一位继任者，普林斯顿高等研究院的理论物理学家戴森
清晰地解释了庞加莱的局限和爱因斯坦的勇气：
庞加莱与爱因斯坦之间的本质区别在于，庞加莱天性保守，爱
因斯坦则富于革命性。庞加莱在寻找一种新的电磁理论时，总想尽
可能多地保留已有的东西。他对以太情有独钟，甚至当他的理论表
明以太无法观测时也对它坚信不疑。他的相对论版本就像一床拼缀
起来的被子。依赖于观察者运动的局域时间的新观念，被补缀到由
刚性的静止以太所定义的旧有的绝对时空框架上。而爱因斯坦则乐
于抛弃这一框架，认为它会惹来麻烦，也无甚必要。爱因斯坦的理
论版本更为简洁和优雅。不存在绝对空间和绝对时间，也不存在以
太。所有那些将电磁力解释成以太中的弹性应力的复杂解释，都被
扫入了历史的垃圾堆，同被历史遗弃的还有那些仍然相信这些观点
的大牌教授。[345]
虽然庞加莱所提出的相对性原理与爱因斯坦的有些类似，但实际上
却有着本质区别。庞加莱仍然保留了以太。在他看来，只有当观察者相
对于这个假想的以太参照系静止时，光速才是恒定的。[346]
更为令人惊讶和深思的是，即使在读了爱因斯坦的论文之后，洛伦
兹和庞加莱也没能迈出爱因斯坦的一步。洛伦兹仍然坚持以太及其“静
止”参照系存在着。在1913年的一次讲演中[重印他1920年的著作《相对
性原理》（ The Relativity Principle）]，洛伦兹说_“根据爱因斯坦的看
法，谈论相对于以太的运动是毫无意义的。类似地，他也否定了绝对同
时性的存在。而我则对旧有的解释感到满意，根据这种解释，以太至少
拥有某种实在性，空间和时间可以截然分开，同时性无须进一步说明就
可以被谈论。” [347]
庞加莱则似乎从来也没有完全理解爱因斯坦的突破。甚至到了1909
年，他仍然认为，相对论需要有第三条基本假设，即“运动物体将会沿
位移方向遭受形变”。事实上，正如爱因斯坦所表明的，量杆收缩并不
是某种涉及真实形变的独立假说，而是接受爱因斯坦相对论的必然推
论。
直到1912年去世，庞加莱也没有完全放弃以太概念和绝对静止概
念，而是仍然坚持“洛伦兹的相对性原理”。他从未完全理解或接受爱因
斯坦的理论基础。“庞加莱坚持认为，在知觉世界里存在着一种绝对的
同时性。”科学史家米勒指出。[348]
他的同伴
“当我们俩一起最终完成关于相对运动的工作时，我会多么幸福和
骄傲啊！”爱因斯坦曾在1901年给他的恋人米列娃写信说。[349]现在工作
终于完成了，爱因斯坦在6月写成了一篇草稿，感到精疲力竭。“他的身
体累垮了，躺在床上休息了两个星期”，而米列娃则“一遍遍地检查着文
章。[350]
接着他们做了一件不同寻常的事情，即共同庆祝胜利。爱因斯坦一
写完在信中向哈比希特保证的四篇论文，就给这位奥林匹亚科学院的老
同事寄了另一封信，这次是一张明信片，上面还有他妻子的签名。它是
这样写的：“唉，我俩都倒在桌下，烂醉如泥了。”[351]
所有这些都提出了一个问题，它比洛伦兹和庞加莱的影响更加微妙
和富有争议，那就是：米列娃在其中到底扮演了什么角色？
那年8月，他们一起到塞尔维亚度假，看她的朋友和家人。当时米
列娃很自豪，也乐于承认自己的功劳。根据后来的记录，她曾对父亲
说：“我们不久前完成了一项非常重要的工作，它将使我的丈夫名扬世
界。”他们的关系似乎暂时恢复了，爱因斯坦对妻子的帮助念念不
忘。“我需要我的妻子，”他对米列娃在塞尔维亚的朋友说，“她帮我解
决了所有数学问题。”[352]
有些人认为，米列娃作为合作者是完全合格的，甚至有报道说（后
来发现不足为凭）[353]，爱因斯坦的一份早期相对论草稿上也有米列娃
的名字。1990年，在新奥尔良举行的一次会议上，美国科学促进会曾经
专门讨论了这一问题。马里兰大学的物理学家，同时也是癌症研究者的
埃文·沃克，与“爱因斯坦文稿计划”的负责人约翰·斯塔契尔进行了争
论。沃克展示了一些提及“我们的工作”的书信，斯塔契尔回答说，这些
话显然是浪漫的谦虚，“没有任何证据表明她贡献过自己的思想”。
可以想见，科学家和媒体对这场争论都很感兴趣。专栏作家古德曼
在《波士顿环球报》上写了一篇不实的评论，同时审慎地给出了证据。
《经济学家》杂志则发表了一篇题为《爱因斯坦夫人的相对重要性》的
报道。接着，另一次会议于1994年在诺维萨德大学举行。会议的组织者
拉斯托卡·马格里奇教授认为，到了“强调米列娃的价值，使其获得科学
史上应有位置”的时候了。公众讨论的高潮是美国公共广播公司2003年
拍摄的一部纪录片《爱因斯坦的妻子》（ Einste's Wife），尽管它毫无根
据地相信了米列娃的名字曾经出现在原始手稿上的报道，但总体而言还
是比较公允的。[354]
由现存的所有证据来看，米列娃是一个意见征询者，尽管并不像贝
索那样重要。她也帮助检查了爱因斯坦的数学，尽管没有证据表明她提
出过什么数学概念。此外，她还不断地鼓励他和容忍他，有时后者是更
难做到的。
如果可以更进一步，那么我们或许可以编织一个美妙的故事，同时
唤起潜在的情感共鸣。但是，我们必须遵照现有的证据行事，而不能为
了吸引人而妄下结论。在他们的许多书信中，不论是彼此之间的还是写
给朋友的，没有一封提到过米列娃关于相对论的任何思想或创造性的概
念。
米列娃也从未声称对爱因斯坦的理论做出过任何实质性的贡献，甚
至在后来痛苦的离婚期间也没有向她的家人和密友提起过。儿子汉斯·
阿尔伯特一直很爱她，在她与爱因斯坦离婚期间一直与她待在一起。汉
斯·阿尔伯特的说法见于米歇尔莫尔的一本书中，它似乎反映了米列娃
对儿子说的话：“米列娃帮助他解决了一些数学问题，但在那些创造性
的工作和思想方面，其他人爱莫能助。”[355]
事实上，我们没有必要夸大米列娃的贡献，把她当成一个先驱者来
赞扬、夸耀或同情。科学史家霍尔顿说，要给她赋予超出她曾经承认的
功劳，“这只会贬低她在历史中实际具有的重要位置，也会淡化她早年
的希望和抱负未能实现所透出的悲剧色彩”。
爱因斯坦欣赏这位富有进取心的女物理学家的勇气。在她的国家，
女性一般不允许进入物理学领域。今天，这样的事情依然并不鲜见。米
列娃能够进入由男性统治的物理和数学世界，并且在其中奋力拼争，她
所表现出来的这种勇气，已经足以使她在科学史上占有令人钦佩的一席
之地。这一点她当之无愧，而不用夸大她在合作狭义相对论方面的重要
性。[356]
尾声： E= mc2，1905年9月
爱因斯坦给哈比希特的信揭开了奇迹年的帷幕，而醉酒以后写给他
的那张只包含一句话的明信片则代表着奇迹年的顶点。到了9月，他又
给哈比希特写了一封信，这一次是劝说他来专利局工作。爱因斯坦作为
孤独狼的名声看来要打些折扣了。“（专利局局长）也许会偷偷把你安
排在专利局当苦力，”他说，“你也许还是会感到相当快活的。你真的愿
意并准备来么？考虑考虑吧，除了八小时的工作外，每天还有八小时的
闲暇时间，而且还有星期天。我希望你能来这里。”
继六个月前的那封信之后，爱因斯坦又一次相当偶然地揭示了一项
重大的科学突破，它将表示为科学史上最著名的一个方程：
我还想到了这篇电动力学论文的另一个推论，即相对性原理与
麦克斯韦方程相结合时，要求质量成为一个物体所含能量的直接量
度。光携带着质量。就镭而言，其质量大概会有可觉察的减小。这
种考虑很有趣也很诱人；但谁知道呢，也许善良的上帝在嘲笑这整
件事，而且也许一直就在牵着我的鼻子走。[357]
爱因斯坦优美而简洁地提出了这一思想。《物理学纪事》1905年9
月27日收到了他这篇名为《物体的惯性依赖于它所包含的能量吗？》的
论文，它仅有三页，而且只包含三步。在谈到狭义相对论时，爱因斯坦
宣称：“最近我在本刊发表的一项电动力学研究所得出的结果引出了一
个非常有趣的结论，这里要把它推演出来。”[358]
这一次他又是从原理和基本假设出发推出一个理论，而不是要解释
研究阴极射线的实验物理学家收集起来的描述质量与粒子速度关系的实
验数据。他依然由一个思想实验开始，并且将麦克斯韦的理论与相对论
结合在一起。他计算了由一个静止物体沿相反方向发出的两个光脉冲的
性质，然后计算了在一个运动的参照系中观察到的这些光脉冲的性质。
由此他得出了描述速度与质量之间关系的方程。
最终的结论十分优雅：质量与能量是同一物体的不同表现。两者从
根本上说是可以互换的。正如爱因斯坦在论文中所说：“物体的质量是
它所含能量的量度。”
用来描述这一关系的公式惊人的简洁：“如果一个物体以辐射的形
式发出能量 L，那么它的质量就要减少 L/V2。”或者用另一种方式来表
示： L= m V2。在1912年之前，爱因斯坦一直用字母 L来表示能量，后来
他才在手稿上将 L画去，换成了更常用的 E。他还用V来表示光速，后来
换成了更常用的 c。于是，用后来成为标准的字母写出来，爱因斯坦那
让人过目不忘的方程就表示为：
E= mc2
即能量等于质量乘以光速的平方。当然，光速是巨大的。光速的平
方就更是大得难以想象。这就是为什么一丁点物质如果完全转化成能量
就能产生巨大的效力。1千克物质可以转化成大约250亿千瓦时的电能。
用更加形象的话来说：一颗葡萄干所包含的能量几乎可以满足纽约一天
的能量需求。[359]
和往常一样，爱因斯坦最后提出了实验建议来验证他的理论。他写
道：“也许可以用那些所含能量极易变化的物质（比如用镭盐）来验证
这个理论。”
