佯謬對它的折磨。
狄拉克把狹義相對論和量子力學相結合,得到了極富成果的量子場論。量子場論是描述一切微觀粒子的理論框架。從狄拉克方程可以推匯出反粒子的概念。量子電動力學可能描述電子、光子、正電子的湮滅、創生和相互轉變。人們由此進而發展出當代粒子物理學。
愛因斯坦說過,如果他不發表狹義相對論,則在五年之內必有他人發表。其實當時洛倫茲和彭加萊已經非常接近這個結果了。可惜洛倫茲無法掙脫舊的時空觀,而彭加萊又主要是一位傑出的數學家,因此只有眼光敏銳、思維深邃的愛因斯坦擔任這項歷史任務。值得提到的是,當時洛倫茲已是世界聞名的物理學家,彭加萊是法國首位數學家,而愛因斯坦大學畢業後,連中學教員的職務都找不到,藉助朋友介紹才在伯爾尼專利局任一名職員。
他接著說,如果他不在1915年發表廣義相對論,則人們至少得等待五十年。這個估計是非常合情理的。廣義相對論是狹義相對論和引力論相結合的成果。它的一個實驗基礎是伽利略在比薩斜塔進行的自由落體實驗,即引力質量和慣性質量的等效性。但是為了充分闡釋其物理含義,人們等待了三百年之久,也就是等待到廣義相對論的發現。所以若不是愛因斯坦,再等待五十年是很有可能的。
我們在瀏覽愛因斯坦文集第六卷時,就可以看到他所進行的多次不成功嘗試,這是人類理智的蹣跚學步。他認為引力場和其他物質場不同,它是以時空的曲率來體現的,物質使時空彎曲,而時空又是物質的載體,脫離物質的時空曲率即是引力波。所謂廣義相對論原理即是,物理定律對任何座標變換都採用相同的形式,而狹義相對論原理是,物理定律只對任何洛倫茲線性變換都採取相同的形式。引力場由所謂的愛因斯坦方程所制約。它是非線性的,有別於以往所有的場方程。所以物質的運動方程被愛因斯坦方程所隱含。引力場方程是二階的,以時空為自變數,以度規為因變數的帶有橢圓型約束的雙曲型偏微分方程。其複雜而美妙對任何曾與之打交道的人都留下深刻的印象。在廣義相對論的框架內,愛因斯坦進行了引力紅移、水星近日點進動以及光線受引力場折射等計算。而他關於光線在太陽引力場附近受到折射的預言在1919年西非日食的觀測中得到證實。他的方程如此難解,以至於他在這些計算中,使用的只是一個近似解,所依賴的主要是他的無比的物理洞察力。而球面對稱的準確解——史瓦茲解是在此之後才找到的。
他首次用引力場方程來研究宇宙的整體,開創了理論宇宙學的新學科。可惜由於穩態宇宙的觀念是如此根深蒂固,使他拒絕了演化宇宙的解,他還為此在場方程中引進一項宇宙常數,從而人類失去了一項重大的科學預言機遇!1929年哈勃觀察到星系光譜紅移和距離的線性關係,即所謂哈勃定律。人們把紅移歸結於宇宙的膨脹,並斷言宇宙是由於一百多億年前的一次大爆炸產生的,這就是所謂的標準的大爆炸宇宙學。
他的場方程還得出緊緻物體的引力坍縮的解,即史瓦茲解及其推廣,這就是描述黑洞的解。但是愛因斯坦認為物質不可能如此緊緻,並著文認為這是荒謬的。但是歷史證明,黑洞是天體物理中最重要的物體,近年天文觀測,使人們普遍認為在星系中心存在巨大質量的黑洞。事實上,宇宙本身和黑洞正是理論物理學最美妙的研究物件。如果撇開宇宙和黑洞,則物理學的光彩將會大為遜色!
愛因斯坦在布朗運動、作為鐳射機制的基礎的輻射理論、玻色——愛因斯坦統計及其凝聚現象都有關鍵性貢獻。他和玻爾有關量子力學的論爭是科學史上曠日持久的影響深遠的事件。他堅信自然界中的一切相互作用都可統一成一種作用。統一場論是科學皇冠上的鑽石!當代的超對稱、超引力、超弦理論都是統一場論路途上的種種嘗試。
相對論在近四十年來有了長足的進展,尤其經典相對論已成為成熟的學科。相對論在近世的進步,主要歸功於彭羅斯和霍金。彭羅斯利用全域性分析以及拓撲工具,賦予高深的相對論計算以鮮明的物理意義,以他命名的彭羅斯圖對於時空猶如費因曼圖對於粒子物理那樣重要。霍金和彭羅斯一道證明了奇勝定理。他單獨證明了黑洞面積定理以及黑洞視介面積代表黑洞的熵。他的黑洞蒸發理論把量子場論、廣義相對論以及統計物理統一起來,其理論的瑰麗,猶如一道佛光,令人目眩神搖。而他的量子宇宙學的無邊界假說,是研究宇宙創生的科學理論。
筆者認為,引導愛因斯坦以及後代科學家生涯的最大動機,不是