增加了第五节,概述了他的新思想。“到目前为止,我们只把相对性原
理运用……到了非加速的参照系,”他在文章开头说,“是否可以设想,
相对性原理也适用于彼此做加速运动的参照系呢?”
他说,想象加速和静止于引力场这两种情形[384],我们无法通过任
何物理实验对它们加以区分。“所以我们在下面的讨论中将假设,引力
场和参照系相应的加速在物理上完全等价。”
通过对加速系统做各种数学计算,爱因斯坦进而表明,如果他的观
点是正确的,那么在较强的引力场中,时钟将会变慢。他还提出了许多
预言以供检验,比如光线会在引力作用下发生偏折,从太阳这样的大质
量光源发出的光的波长会稍有增加,即所谓的引力红移现象。“经过某
种虽然大胆但确实有所收获的思考,我得出了这样的见解,即引力势差
也许是谱线红移的原因,”他向一位同事解释说,“通过这些论证还可以
得出以下结论:引力场会使光线发生偏折。”[385]
爱因斯坦又花了8年时间,即到了1915年11月,才完成了这一理论
的基础,找到了表达它的数学。而他最生动的预言,即光在多大程度上
被引力所弯曲,又将经过4年才被戏剧性地证实。但现在,至少爱因斯
坦有了一个洞见,使他踏上了通往物理学史上最优雅、最震撼人心的成
就之一——广义相对论的征途。
升任教授
到了1908年年初,就连普朗克和维恩这样的学界名流都在试图了解
爱因斯坦思想洞见的时候,他却不像以前那样强烈渴望成为大学教授
了。信不信由你,他想到一所高中当老师。他对帮他找到专利局工作的
格罗斯曼说:“这种想法仅仅是出于一种强烈的愿望,即能够在更宽松
的条件下继续我个人的科学工作。”
他甚至渴望回到曾经短期代人授课的温特图尔的技术学校。“这样
做怎么样?”他问格罗斯曼,“我也许应该找个什么人亲自证明我作为教
师和公民的极好品质很有价值?我会不会给他留下什么不好的印象呢
(比如不是瑞士籍德国人,长着一副犹太人的面孔等)?”他写的几篇
论文正在改变物理学的面貌,但他不知道这是否帮得上忙。“此时强调
一下我的科学论文是否有意义呢?”[386]
在看到苏黎世一所高中招聘“数学和画法几何学教师”的广告之后,
他也递交了申请,并声明:“我也可以教物理。”他提交了包括那篇狭义
相对论论文在内的迄今完成的所有论文。申请者共有21位,爱因斯坦甚
至没有入围决赛。[387]
最终,爱因斯坦收敛了傲气,决定写一篇论文来应聘伯尔尼大学的
无俸讲师。他对那里一位曾经资助过他的赞助人说:“与您在市图书馆
的谈话以及几位朋友的劝告,已经使我再次改变了自己的决定,我将尝
试去申请伯尔尼大学的教职。”[388]
他提交的论文很快被接受了,这篇论文拓展了他关于光量子的革命
性工作。1908年2月底,他成为无俸讲师。他终于爬上了学术界的墙
壁,至少是外墙。但他的职位挣不来多少钱,也没有重要到使他放弃专
利局的工作。于是,他在伯尔尼大学的授课成了一件额外的事情。
1908年夏天,每到周四和周六早上7点钟,他就会讲授热理论。这
门课程最初只有三个人参加——贝索和其他两位在邮政大楼工作的同
事。到了冬季学期,他开始讲授辐射理论,这时又来了一位名为马克斯
·斯特恩的学生。而到了1909年夏天,只有斯特恩还坚持听课,于是爱
因斯坦取消了授课。此时,他已开始了教授的打扮,发型和衣着有悖于
他喜欢随意的本性。[389]
克莱纳是苏黎世大学的物理教授,曾帮助爱因斯坦获得博士学位,
也曾鼓励他申请无俸讲师一职。[390]他还做过长时间的努力(1908年获
得了成功),劝说苏黎世主管部门设立新的理论物理学职位以提高大学
的声望。这并不是一个正教授职位,而是一个由莱纳掌控的副教授职
位。
对爱因斯坦来说,这个职位的意义是不言而喻的,但有一个障碍。
克莱纳还想到了另一个候选人:他的助手阿德勒,一个面色苍白、充满
激情的政治活动家,他和爱因斯坦在联邦工学院时就是朋友。阿德勒的
父亲是奥地利社会民主党的领导人,阿德勒更喜欢政治哲学而不是理论
物理学。所以1908年6月的一天早上,他去见了克莱纳。两人的结论
是,爱因斯坦比阿德勒更适合这一职位。
在给父亲的一封信中,阿德勒记述了这次谈话,说爱因斯坦“不懂
得如何与人相处”,曾经“遭到联邦工学院教授们的冷遇”。但阿德勒
说,他是天才,理应获得这一职位,而且很有希望获得。“他们为自己
以前对待爱因斯坦的方式感到内疚。无论在这里还是在德国,都有人恶
意诽谤,说这样一个人只能在专利局坐班。”[391]
阿德勒要让苏黎世主管部门以及所有人都知道,自己正急流勇退给
朋友让路。“如果我们的大学能够得到像爱因斯坦这样的人,任命我就
是荒谬的。”他写道。当时主管教育的政务会委员是一个社会民主党
员,对他而言,这番话化解了政治矛盾。“斯特恩本来可能会喜欢阿德
勒,因为他是党员,”爱因斯坦向贝索解释说,“但阿德勒关于他自己和
我的说法使这成为不可能。” [392]
于是,1908年6月底,克莱纳专程从苏黎世到伯尔尼听爱因斯坦讲
课。正如爱因斯坦所说,“讲得很蹩脚”。可惜,这次亮相并不出
彩。“那次我讲得的确不太好,”爱因斯坦遗憾地对一位朋友说,“一方
面我准备得不充分,一方面处于被考查的状态使我感到有些紧张。”克
莱纳坐在那里,眉头紧锁地听着,下课之后他告诉爱因斯坦,他的讲课
风格不足以使他升任教授。爱因斯坦平静地说,他认为这个职位“可有
可无” 。[393]
克莱纳回到苏黎世,说爱因斯坦“只顾唱独角戏”,“距离一名教师
还有很长的路要走”。他的机会似乎已经渺茫。正像阿德勒对父亲说的
那样,“情况就这样发生了变化,爱因斯坦前景不妙”。爱因斯坦只能强
作笑脸。“教授职位一事已成泡影,不过我没事,”他给一位朋友写信
说,“即使没有我,那里的教师也足够了。” [394]
事实上,爱因斯坦的情绪十分低落,当他听说克莱纳对其授课技巧
的批评已经在德国广为流传之后就更是沮丧。于是他写信给克莱纳,严
厉谴责他“散布对我很不利的谣言”。他发现要找到一个正规的学术职位
已很困难,而克莱纳雪上加霜的评价会使这一切更加成为泡影。
克莱纳的批评并非毫无道理。事实上,爱因斯坦从来也不是富有启
发力的教师。一般认为,他的授课比较散乱。只是在名扬天下之后,他
上课时的每一次支吾和磕绊才成为美谈。然而,克莱纳发了慈悲。他说
如果爱因斯坦能够表现出“一定的教学能力”,他将乐于帮助其获得苏黎
世的工作。
爱因斯坦在回信中表示,他将到苏黎世为当地的物理学会做一次正
式的(大概也是做了充分准备的)讲演。1909年2月,他做了这次讲
演。“我很幸运,”这之后不久爱因斯坦说,“与往常不同,那次我讲得
很好。”[395]当他后来拜访克莱纳时,教授明确表示他很快会获得这份工
作。
爱因斯坦回到伯尔尼之后没几天,克莱纳就向苏黎世大学的全体教
员提交了他的正式推荐信。“爱因斯坦当属最重要的理论物理学家之
一,自从他关于相对性原理的工作发表之后就已得到公认。”他写道。
至于爱因斯坦的教学能力,他尽可能客气地说,改进的时机已经成
熟:“爱因斯坦博士也能证明他作为教师的价值。他才智出众,认真负
责,在必要时不会不听取建议。” [396]
有些教员认为,爱因斯坦的犹太人身份是一个潜在的问题,但克莱
纳使他们确信,爱因斯坦不会表现出那些与犹太人联系在一起的“令人
不快的性格特征”。他们的结论是当时愈演愈烈的反犹主义的生动写
照:
不论是对于委员会还是所有教员,我们的同事克莱纳基于数年
私人接触所做的表述都颇具价值,因为爱因斯坦博士是一个犹太
人,而学者们有一种根深蒂固的看法认为,犹太人有各种令人不快
的性格特征,比如胡搅蛮缠、莽撞无礼、如店老板一般对自己的学
术职位精打细算和谋取私利等,在许多情况下确实如此。但另一方
面,或许有些犹太人的品性并没有那么糟糕。因此,仅仅因为一个
人是犹太人就剥夺他的资格并不妥当。事实上,我们偶尔也能发现
一些非犹太学者,在用他们的学术职位牟利方面表现出了通常被认
为是犹太人的典型特征。因此,无论是委员会还是所有教员都认
为,把反犹主义当作考核标准与其尊严并不相符。[397]
秘密投票于1909年3月底进行,结果是十票赞成,一票弃权。在使
物理学发生革命5年之后,爱因斯坦终于第一次升任教授。不幸的是,
他的薪水要低于专利局,所以他拒绝了。最后,苏黎世主管部门提高了
薪水,爱因斯坦接受了,随即从专利局辞职。“现在,我也成了出卖才
能者行会的一名正式成员了。”他对一位同事兴高采烈地说。[398]
爱因斯坦被任命的消息上了报纸。这则消息被一名女士看到了,她
叫安娜·迈尔-施密特,是巴塞尔的一个家庭主妇。十年前,当她还是一
个17岁的小女孩时,她曾与爱因斯坦见过面,那时爱因斯坦和妈妈正在
天堂旅馆(Hotel Paradies)度假。在爱因斯坦眼里,大多数客人都显得
那么俗气和缺乏教养,但他却对安娜另眼相看。他甚至还在她的签名簿
上题了一首小诗:“我给你题写什么好/我会想起许多事情/其中也有/在
可爱的小嘴上亲一亲/若你因此而生气/可不要马上就哭闹/最好的惩罚是
——/还给我一个亲吻。”署名是“你调皮捣蛋的朋友” 。[399]
安娜寄给爱因斯坦一张明信片表示祝贺,爱因斯坦做了礼节性的但
又稍具暗示的回复。“在天堂旅馆,我在您身边度过了几个星期美好的
时光,对这段时间我所珍藏的记忆甚至可能比您还多,”他写道,“是
的,我现在已经成了一个出名的教书匠了,甚至报纸都会提到我的名
字。不过我仍然是个单纯的家伙。”他说他已经娶了大学时的朋友米列
娃,但他给了安娜他的办公地址。“如果您碰巧来苏黎世并且有时间,
请到那里来看我,我会非常高兴。”[400]
不论爱因斯坦写这封回复希望表达的是天真还是暗示,安娜显然做
了后一种理解。她写了一封回信,但被米列娃截获了。米列娃醋意大
发,随即给安娜的丈夫写了封信,声称(更多是盼望而非真实)爱因斯
坦对安娜“不妥的书信”和企图明目张胆地重新激起一种暧昧关系大为光
火。
爱因斯坦最后不得不给安娜的丈夫写了封信来息事宁人。“非常抱
歉,由于我做事大大咧咧,给您带来了痛苦,”他写道,“您的夫人在我
获得任命之际给我寄来了贺卡,而我的回信用词过分亲密了,从而唤起
了我们之间的旧情。不过,我的信并未掺杂任何非分之想。我对您的夫
人极为尊敬,她的行为是非常得体的。错的是我的妻子,她的这种做法
只是出于极端的嫉妒,这也情有可原,但她这样做我并不知晓。”
虽然这场风波就此平息,但它标志着爱因斯坦与米列娃关系的一个
转折。在爱因斯坦看来,那股浓浓的嫉妒之情正在使米列娃变得愈发阴
郁。数十年之后,他仍然对米列娃的行为心怀怨恨,他给安娜的女儿写
信,恶狠狠地说,他妻子的嫉妒是一个“丑八婆”所特有的病态缺
陷。[401]
米列娃的确有点嫉妒。她不仅怨恨丈夫与其他女人调情,而且对他
与男同事们长时间在一起也心存不满。现在爱因斯坦已俨然成为教授,
她产生了一种职业上的妒羨。由于她本人的科学事业于中途受挫,这是
可以理解的。“他如今声名大噪,已经没有多少时间陪伴妻子了,”她对
朋友萨维奇说,“你写道,我一定很妒羨科学。但你能怎么做呢?一个
人得到了珍珠,另一个人只得到了珍珠匣子。”
米列娃尤其担心丈夫的名气会使他变得更加冷漠和自我。“对于他
的成功,我很高兴,因为这是他实际应得的,”她在另一封信中说,“我
只希望,名气不会损害他人性的一面。”[402]
从某种意义上说,米列娃的顾虑是没有根据的。甚至在名望与日俱
增之时,爱因斯坦也一直保持着朴素的人格和自然真挚的性情,至少在
外表上是温和谦恭的。但是从另一个参照系来看,他的人性一面的确有
所转变。1909年前后,他开始疏远妻子。对约束和牵绊的抗拒越来越使
他躲进自己的工作中,而对他所谓的“纯个人”领域则采取一种漠然置之
的态度。
爱因斯坦快要离开专利局时曾经收到过一个大信封,里面有一张优
雅的信笺纸,上面涂满了像是拉丁语书法之类的文字。由于看起来很古
怪而且笔调冷漠,他随手将信丢进了废纸篓。事实上,这是寄给他的众
多邀请函中的一封,希望在1909年7月举行的日内瓦大学建校典礼上授
予他荣誉博士学位。爱因斯坦的一个朋友最终说服他参加了典礼。爱因
斯坦头戴草帽,身穿便服,扮相相当奇怪。无论是在游行中,还是在当
晚奢华的正式晚宴中,他都非常惹人注目。爱因斯坦觉得整个场面很好
笑,他转向坐在身旁的绅士,谈起当年筹建日内瓦大学的那位伟大的新
教改革领袖。“你知道如果加尔文在这里会怎么做么?”那位绅士一脸迷
惑地摇了摇头。爱因斯坦回答说,“他会竖起一根巨大的火刑柱,因我
们罪恶的奢侈而把我们都烧死。“爱因斯坦后来回忆说:“那个人再也没
有跟我说一个字。” [403]
光可以既是波又是粒子
同样是在1909年夏末,爱因斯坦应邀出席在萨尔茨堡召开的自然研
究者( Natur forsche)年会,这是德语区科学家最重要的会议。会议组
织者将相对论和光的量子性都列入了议程,他们本来期望爱因斯坦能够
就相对论发表看法。但爱因斯坦却认为另一个问题更迫切,即如何解释
量子,并把它与麦克斯韦所表述的优雅的光的波动理论相协调。
1907年年底,爱因斯坦产生了“最幸福的思想”,即通过引力与加速
的等效来推广相对论。此后,他将这一问题搁置起来,转而研究他所谓
的“辐射问题即量子理论)。他越是思考那种“启发式的”思想,即光由
量子构成,或由不可见的能量包构成,就越是担心他和普朗克已经发动
了一场摧毁整个经典物理学基础(特别是麦克斯韦方程)的革命。“我
之所以得出这个悲观的看法,主要是因为用一种直观的方法来解释……
普朗克常量的各种努力是没有止境的和徒劳无益的,”他1908年年初给
一位物理学同事写信说,“我甚至极为怀疑,坚持麦克斯韦方程的普遍
有效性是否可能。” [404]后来的事实表明,他并没有错爱麦克斯韦方程。
麦克斯韦方程属于极少数没有被爱因斯坦直接创立的相对论和间接发动
的量子革命所改变的理论物理学要素。
那时爱因斯坦仍然没有正式升任教授。当他1909年9月出席萨尔茨
堡会议时,他终于见到了普朗克以及其他仅有书信来往的巨头们。第三
天下午,他当着上百位著名科学家的面发表了讲演,量子力学的先驱沃
尔夫冈·泡利后来称这是“理论物理学发展史上的一座里程碑”。
爱因斯坦一开场就解释了光的波动说如何不再完备。他说,与牛顿
的假设类似,光(或辐射)也可以被看成一束能量粒子或能量包。“光
具有某些基本属性,要解释这些属性,牛顿的光的发射论观点要比光的
波动说好得多,”他宣称,“因此我认为,理论物理学的下一个发展阶段
将给我们带来这样一种光学理论,它可以认为是光的波动说和发射论的
某种融合。”
他警告说,将微粒说与波动说结合起来将会引起“一场深刻的变
革”。他担心这不是好事,因为它将破坏经典物理学内在的性论。
爱因斯坦曾一度认为,如果接受普朗克对量子的更为狭义的诠释,
那么这样一种命运或许可以避免。普朗克认为,量子只是关于辐射如何
被发射和被表面吸收的特征,而不是关于实际的光波在空间传播的特
征。他问:“至少保留关于辐射传播的方程,而只对发射和吸收的过程
做不同理解,这是否可能呢?”但在将光的行为与气体分子的行为进行
比较之后(就像他在1905年光量子论文中所做的那样),爱因斯坦不得
不下结论说,这是不可能的。
结果,爱因斯坦说,必须认为光既像振动的波,又像粒子束。他在
演讲的最后宣布:“辐射同时表现出来的这两种结构特性,不应当认为
是彼此不相容的。” [405]
就这样,经过深思熟虑,爱因斯坦第一次宣布了光的波粒二象性,
这与他早年的理论突破具有同样深刻的内涵。“有可能将能量子与辐射
的波动原理结合起来吗?”他愉快地给一个物理学家朋友写信说,“现象
与此不合,但万能的上帝(似乎)自有办法。” [406]
爱因斯坦的演讲结束后,普朗克亲自主持了讨论,气氛十分热烈。
普朗克仍然不愿接受隐藏在他九年前发明的数学常量背后的物理实在,
也不愿接受爱因斯坦所预想的革命性结论,他现在成了旧秩序的维护
者。他承认,辐射包含着离散的“量子,它被认为是作用的原子”。但他
认为这些量子只是作为辐射被发射或吸收过程的一部分而存在。“现在
的问题是到哪里去寻找这些量子,”他说,“根据爱因斯坦先生的说法,
必须设想真空中的自由辐射,也即光波本身是由原子般的量子构成的,
从而迫使我们放弃麦克斯韦方程。在我看来,这一步似乎还没有必
要。” [407]
不出20年,爱因斯坦也会扮演类似的角色去维护旧的秩序。事实
上,他已经在想方设法解决由量子理论所引发的奇特难题了。“我非常
希望我能解决辐射问题,我将在不假设光量子的情况下做这件事。”他
给一位共事的年轻物理学家写信说。[408]
至少在当时,这实在太神秘了。随着他升任欧洲德语区大学的教
授,他又把注意力转回到相对论这一专属于他的主题,从而暂时逃离量
子奇境。他曾向一位朋友悲叹道:“量子理论越是成功,就越显得愚
蠢。” [409]