按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！
根据爱因斯坦提出的测定分子体积方法，加上关于布朗运动的公式，能
够数出分子的数目。过去，物理学一直依赖奥地利物理学家格施米德发明的
近似方法，而现在可以根据爱因斯坦的理论，用精确的数学方法进行计算了。
… Page 8…
爱因斯坦对于热运动的研究，除了对专业学科十分重要以外，还在认识
论上具有重大意义。它说明，某些自然科学家否定和怀疑原子论是没有道理
的，爱因斯坦对分子观念的证明是令人信服的，以至连马赫和另一位原子论
的坚决反对者奥斯瓦尔德也声明“改信原子学说”了。爱因斯坦对原子论的
胜利作了决定性的贡献，这也是他在科学上最伟大的贡献之一。他不愧为是
古代伟大唯物主义者德漠克利特、伊壁鸠鲁和卢克莱茨的天才继承人。
爱因斯坦对于布朗运动的理论研究，成功地继承了过去分子物理学的工
作，并使它获得完满结果。他在光学理论方面的研究工作是同已经取得的发
现分不开的。不过，这一研究工作，一开始就具有革命性：它意味着是科学
发展上的一次飞跃。
1905年，爱因斯坦的第一篇著作《有关光的产生和转化的一个试探性观
点》问世了。在以后的几年中，他还发表了几篇有关量子物理学的论文。
在光的新理论里，爱因斯坦以普朗克1900年提出的假设为基础，认为在
热辐射过程中能量的放出和吸收都是以不连续方式进行；能量的最小数值叫
量子，它的数值取决于基本作用量h——普朗克常数。每次放出和吸收的辐
射能都是这个数值的整数倍。
普朗克的这一发现与当时普遍认为正确的光的波动理论是毫不相容的。
光的波动说认为光是以波动状态连续传播的。19世纪初，这一学说战胜了牛
顿的微粒说。后来，麦克斯韦和赫兹还在实验和理论上证实了这个学说。
普朗克希望通过分析热辐射，能够解开热学和电磁学之间联系的奥秘。
他想通过自己的研究，将物理学中这两个领域统一起来。突然，他当时面临
一个事实，发现某些辐射过程具有不连续的量子特性，这一点无法纳入经典
物理学世界观中去。由于在学术上，普朗克的基本态度是保守的，因此普朗
克坚持不懈地企图寻求某种方法和途径把他获得的认识与经典假设调和起
来。不过，事实证明是行不通的。
爱因斯坦在思想方法上没有任何保守性，他很少顾及权威和因袭的教
条，因而进一步发展了普朗克的思想，迈出了勇敢的第一步。他认识到，正
确运用普朗克假设之后，光的学说便焕然一新：虽然光是在空间连续传播的
一种波动现象，但光能只集中于特定地点，产生物理作用。因此，光具有不
连续的颗粒特性，它可以是一束光量子，即“光子”。
爱因斯坦的光量子学说，以最简练的方式阐明了“光电效应”，这种效
应的基础是光与电子之间进行能量交换。这样便解释了光束打到金属上时，
能把电子从其表面拉出来。这些电子在脱离金属表面之后的动能，与光源的
强度无关，而完全取决于其颜色，在紫外光的情况下，电子的功能最大。
1886年，赫兹发现了这个现象，尽管许多物理学家对此作过进一步的深
入研究，但是运用光的波动学说无论如何也解释不清。然而，借助爱因斯坦
的光量子理论却可以把光电效应阐述得清楚。紫外光是由能量高的光子，亦
即冲击力大的光粒子构成，而红光是由能量较低的光量子构成，所以紫外光
打出的电子比红光打出的电子的功能要大。
十年之后，美国实验物理学家密立根的研究证明，爱因斯坦对于光电效
应的解释是正确的。“康普顿效应”是以发现者的名字命名的一种散射现象，
这是波长极短的X射线跟原子中结合得很松散的电子发生作用时产生的一种
现象。1923年，这一效应证实了光子的实在性，给人的印象极为深刻，从此
以后光量子学说成为现代物理学的当然组成部分。
… Page 9…
光量子假说在学术上具有划时代的意义，是整个原子物理学进一步发展
的基础。不论是1913年玻尔提出的赫赫有名的原子模型，还是20年代初期
法国物理学家德布洛依天才的“物质波”假说，没有光量子假说都是难于设
想的。
爱因斯坦关于光的新理论，在哲学上从两个方面说来是重要的：其一，
证明普朗克在热辐射问题上发现的量子现象并非是辐射现象所特有，而在一
般物理过程中都有表现。这样，由于普朗克的发现而动摇了的旧的形而上学
观念，即大自然不作飞跃的观点彻底垮台了。其二，爱因斯坦的研究结果，
揭示了光的两重性。光既是微粒，又是波动。于是，光的辩证矛盾得以证实。
爱因斯坦的发现使惠更斯和牛顿彼此对立的光学理论统一起来，在更高一级
上成为天才的假说。它是自然界中辩证法的光辉范例。相对论无疑是爱因斯
坦最重要的成就。与他其它的研究工作相比，相对论对自然科学思想体系产
生了更深远的影响，它的作用远远超出哲学思想的范畴。它引起了一场最激
烈的争论。也正是它点燃了爱因斯坦誉满天下的火炬。
1905年，爱因斯坦在《物理学纪事》上发表了长达30页的论文《论动
体的电动力学》。这篇文章宣告了相对论的创生。
对于爱因斯坦在相对论中研究的问题，当时物理界的看法如何呢？
19世纪，先是光学的机械理论居于统治地位。这种理论认为，光是一种
称为光以太或简称以太的弹性介质的波动。以太能穿透一切物体，而又不影
响物体的运动。但是，事实上，光学研究的新成果愈来愈难以符合机械以太
假说。于是，物理学家断言，可以把光看作是以太的一种特殊“状态”。这
种状态被看成是电磁力场，法拉第把它抽象地引进自然科学领域，而后又被
麦克斯韦用抽象得出奇的数学公式进行概括。
光以太学说与牛顿力学所引出的“绝对空间”理论紧密相连。牛顿认为：
“绝对空间由于它的本性以及它同外界事物无关，它永远是同一的和不动
的。”被认为是不动的光以太仿佛就是“绝对空间”的化身。于是，可以把
以太看作是绝对参考体系，它决定了世界上一切运动的绝对状态。
牛顿进而认为，存在着“绝对时间”。他说：“绝对的、真正的数学时
间自身在流逝着，它的本性是均匀的。它的流逝同任何外界事物无关。”
这种观点认为，时间在均匀地流逝，并且想像在宇宙中有一种“标准钟”，
人们可以从放在任意地方的这种时钟上读出“绝对时间”。后来，牛顿又谈
到了“绝对运动”，这是由“绝对空间”和“绝对时间”联想到的。他给“绝
对运动”下的定义，亦即“物体从一绝对地点转移到另一绝对地点。”
200年来，对于牛顿的时空和运动的绝对学说，除了只有莱布尼茨提出
过怀疑，别无争议。没有一位物理学家认真思考过这个问题或是敢于提出疑
问。
第一个对牛顿学说进行批判的是马赫。他在1883年发表的《力学》一书
中，从整体上抨击了牛顿的绝对时空和绝对运动学说，并且试图推翻这个学
说。在批判牛顿的教条时，马赫遵循的基本原则是，在自然科学中不能被感
知的表象是没有意义的，也是没有依据的。要求只有观察到的量，才应纳入
自然科学的研究之中；要求物理学的基本原理不能乱用，这种要求对于年轻
的爱因斯坦创立相对论产生了启发作用。
此外，实验物理学也使人们对牛顿关于时空和运动的教条产生极大的怀
疑。地球以每秒30公里的速度在其轨道上绕着太阳转动。我们的太阳系以每
… Page 10…
秒20公里的速度在宇宙中飞驰。最后是我们的银河系，它与其它遥远的银河
系相比，以相当高的速度不停地在运动。那么，要是光以太是静止存在于“绝
对空间”之中，并且天体穿过它运行，这种运动的结果对于光以太来说必然
是显著的，而且使用精密的光学仪器也一定能够验证“以太风”。
美国物理学家迈克尔逊做了第一个实验。他出生于波兰，1881年曾在柏
林和波斯坦作过赫尔姆霍兹的奖学金研究生。他的实验由于实验装置不够齐
全，结果说服力不够强。六年以后，迈克尔逊在美国使用亲自设计的高精度
镜式干涉仪，同默雷合作重复了他以前的实验。这台新式测试仪非常精确，
以致于仪器本身受“以太风”的影响都能清晰地显示出来。但是这次实验以
及以后的多次反复实验，都没有看到那种现象。证明光速完全是恒定的、与
光源和观察者的运动无关。“迈克尔逊实验”是物理学史上最著名的实验之
一，也是相对论的基本实验。爱因斯坦也十分钦佩迈克尔逊的实验技巧。
迈克尔逊实验得到的结果，否定了光以太的存在。一开始，人们还想使
虚构的以太假说与光速恒定的事实一致起来，从而“拯救”以太。1895年，
荷兰物理学家洛仑兹假定，快速运动物体在运动方向上会产生机械收缩——
“洛仑兹收缩”，为的是用这种方法在机械世界观范畴内把迈克尔逊实验结
果跟光以太和绝对空间捏合起来。这种设想尽管