愛因斯坦的貢獻：
物質(zhì)不滅定律，說的是物質(zhì)的質(zhì)量不滅；
能量守恒定律，說的是物質(zhì)的能量守恒。
雖然這兩條偉大的定律相繼被人們發(fā)現(xiàn)了，但是人們以為這是兩個風馬牛不相關(guān)的定律，各自說明了不同的自然規(guī)律。甚至有人以為，物質(zhì)不滅定律是一條化學定律，能量守恒定律是一條物理定律，它們分屬于不同的科學范疇。
愛因斯坦認為，物質(zhì)的質(zhì)量是慣性的量度，能量是運動的量度；能量與質(zhì)量并不是彼此孤立的，而是互相聯(lián)系的，不可分割的。物體質(zhì)量的改變，會使能量發(fā)生相應的改變；而物體能量的改變，也會使質(zhì)量發(fā)生相應的改變。
在狹義相對論中，愛因斯坦提出了著名的質(zhì)能公式：E＝mc^2
（這里的E代表物體的能量，m代表物體的質(zhì)量，c代表光的速度，即每秒30萬公里。）
按照愛因斯坦的理論，如果把
愛因斯坦的理論，最初受到許多人的反對，就連當時一些著名物理學家也對這位年青人的論文表示懷疑。然而，隨著科學的發(fā)展，大量的科學實驗證明愛因斯坦的理論是正確的，愛因斯坦才一躍而成為世界著名的科學家，成為20世紀世界最偉大的科學家之一。
愛因斯坦的質(zhì)能關(guān)系公式，正確地解釋了各種原子核反應：就拿氦4來說，它的原子核是由2個質(zhì)子和2個中子組成的。照理，氦4原子核的質(zhì)量就等于2個質(zhì)子和2個中子質(zhì)量之和。實際上，這樣的算術(shù)并不成立，氦核的質(zhì)量比2個質(zhì)子、2個中子質(zhì)量之和少了0.0302原子質(zhì)量單位[57]！這是為什么呢？因為當2個氘[dao]核（每個氘核都含有1個質(zhì)子、1個中子）聚合成1個氦4原子核時，釋放出大量的原子能。生成
這個例子生動地說明：在2個氘原子核聚合成1個氦4原子核時，似乎質(zhì)量并不守恒，也就是氦4原子核的質(zhì)量并不等于2個氘核質(zhì)量之和。然而，用質(zhì)能關(guān)系公式計算，氦4原子核失去的質(zhì)量，恰巧等于因反應時釋放出原子能而減少的質(zhì)量！
這樣一來，愛因斯坦就從更新的高度，闡明了物質(zhì)不滅定律和能量守恒定律的實質(zhì)，指出了這兩條定律之間的密切關(guān)系，使人類對大自然的認識又深化了一步。
沒有什么大自然的奧秘，是人類所不能認識的；但是，大自然的奧秘又是無窮無盡的。人類永遠沒有一天完全認識得了大自然，沒有一天可以完全知道它的奧秘。只有永不知足，才能不斷前進。
物質(zhì)不滅定律和能量守恒定律，是自然界的偉大定律。它來自客觀實際，又在客觀實際中久經(jīng)考驗。多少年來，這兩條定律經(jīng)受了千萬次考驗，象經(jīng)得起風吹雨打的寶石一樣，閃耀著奪目的光芒。
物質(zhì)不滅定律和能量守恒定律，已經(jīng)成為現(xiàn)代自然科學的基石，同時，它也從根本上給宗教的唯心主義觀點以致命的打擊，因為物質(zhì)是不能憑空創(chuàng)造的，也不能憑空消滅，所以誰也不再相信什么上帝創(chuàng)造萬物，上帝創(chuàng)造世界的反科學的謬論了。另外，它還雄辯地說明，世界上永遠不會有“永動機”。想不花費勞動就從大自然中獲取能源，是不可能的。
定律是客觀存在著的。人，雖然不能去“創(chuàng)造”定律，“改造”定律，但是，人可以去發(fā)現(xiàn)定律，掌握定律，利用定律。現(xiàn)在，物質(zhì)不滅宣告和能量守恒守律已經(jīng)被千百萬人所掌握。人們正在利用物質(zhì)不滅定律和能量守恒定律，去征服自然，改造自然，揭開大自然的秘密！
【著作】
《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個啟發(fā)性觀點》
《分子大小的新測定方法》
《熱的分子運動論所要求的靜液體中懸浮粒子的運動》
《論動體的電動力學》
《物體的慣性同它所含的能量有關(guān)系嗎？》
《狹義相對論》
《廣義相對論》
牛頓的成就：
1.力學方面的貢獻
牛頓在伽利略等人工作的基礎(chǔ)上進行深入研究，總結(jié)出了物體運動的三個基本定律（牛頓三定律）：①任何物體在不受外力或所受外力的合力為零時，保持原有的運動狀態(tài)不變，即原來靜止的繼續(xù)靜止，原來運動的繼續(xù)作勻速直線運動。②任何物體在外力作用下，運動狀態(tài)發(fā)生改變，其動量隨時間的變化率與所受的合外力成正比。通?？杀硎鰹椋何矬w的加速度與所受的合外力成正比，與物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向與合外力的方向一致。③當物體甲給物體乙一個作用力時，物體乙必然同時給物體甲一個反作用力，作用力和反作用力大小相等，方向相反，而且在同一直線上。這三個非常簡單的物體運動定律，為力學奠定了堅實的基礎(chǔ)，并對其他學科的發(fā)展產(chǎn)生了巨大影響。第一定律的內(nèi)容伽利略曾提出過，后來R.笛卡兒作過形式上的改進，伽利略也曾非正式地提到第二定律的內(nèi)容。第三定律的內(nèi)容則是牛頓在總結(jié)C·雷恩、J·沃利斯和C·惠更斯等人的結(jié)果之后得出的。
牛頓是萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)者。他在1665～1666年開始考慮這個問題。1679年，R·胡克在寫給他的信中提出，引力應與距離平方成反比，地球高處拋體的軌道為橢圓，假設地球有縫，拋體將回到原處，而不是像牛頓所設想的軌道是趨向地心的螺旋線。牛頓沒有回信，但采用了胡克的見解。在開普勒行星運動定律以及其他人的研究成果上，他用數(shù)學方法導出了萬有引力定律。
牛頓把地球上物體的力學和天體力學統(tǒng)一到一個基本的力學體系中，創(chuàng)立了經(jīng)典力學理論體系。正確地反映了宏觀物體低速運動的宏觀運動規(guī)律，實現(xiàn)了自然科學的第一次大統(tǒng)一。這是人類對自然界認識的一次飛躍。
牛頓指出流體粘性阻力與剪切率成正比。他說：流體部分之間由于缺乏潤滑性而引起的阻力，如果其他都相同，與流體部分之間分離速度成比例?，F(xiàn)在把符合這一規(guī)律的流體稱為牛頓流體，其中包括最常見的水和空氣，不符合這一規(guī)律的稱為非牛頓流體。
在給出平板在氣流中所受阻力時，牛頓對氣體采用粒子模型，得到阻力與攻角正弦平方成正比的結(jié)論。這個結(jié)論一般地說并不正確，但由于牛頓的權(quán)威地位，后人曾長期奉為信條。20世紀，T·卡門在總結(jié)空氣動力學的發(fā)展時曾風趣地說，牛頓使飛機晚一個世紀上天。
關(guān)于聲的速度，牛頓正確地指出，聲速與大氣壓力平方根成正比，與密度平方根成反比。但由于他把聲傳播當作等溫過程，結(jié)果與實際不符，后來P.-S.拉普拉斯從絕熱過程考慮，修正了牛頓的聲速公式。
2.數(shù)學方面的貢獻：
17世紀以來，原有的幾何和代數(shù)已難以解決當時生產(chǎn)和自然科學所提出的許多新問題，例如：如何求出物體的瞬時速度與加速度？如何求曲線的切線及曲線長度（行星路程）、矢徑掃過的面積、極大極小值（如近日點、遠日點、最大射程等）、體積、重心、引力等等；盡管牛頓以前已有對數(shù)、解析幾何、無窮級數(shù)等成就，但還不能圓滿或普遍地解決這些問題。當時笛卡兒的《幾何學》和瓦里斯的《無窮算術(shù)》對牛頓的影響最大。牛頓將古希臘以來求解無窮小問題的種種特殊方法統(tǒng)一為兩類算法：正流數(shù)術(shù)（微分）和反流數(shù)術(shù)（積分），反映在1669年的《運用無限多項方程》、1671年的《流數(shù)術(shù)與無窮級數(shù)》、1676年的《曲線求積術(shù)》三篇論文和《原理》一書中，以及被保存下來的1666年10月他寫的在朋友們中間傳閱的一篇手稿《論流數(shù)》中。所謂“流量”就是隨時間而變化的自變量如x、y、s、u等，“流數(shù)”就是流量的改變速度即變化率，寫作等。他說的“差率”“變率”就是微分。與此同時，他還在1676年首次公布了他發(fā)明的二項式展開定理。牛頓利用它還發(fā)現(xiàn)了其他無窮級數(shù)，并用來計算面積、積分、解方程等等。1684年萊布尼茲從對曲線的切線研究中引入了和拉長的S作為微積分符號，從此牛頓創(chuàng)立的微積分學在大陸各國迅速推廣。
微積分的出現(xiàn)，成了數(shù)學發(fā)展中除幾何與代數(shù)以外的另一重要分支——數(shù)學分析（牛頓稱之為“借助于無限多項方程的分析”），并進一步進進發(fā)展為微分幾何、微分方程、變分法等等，這些又反過來促進了理論物理學的發(fā)展。例如瑞士J.伯努利曾征求最速降落曲線的解答，這是變分法的最初始問題，半年內(nèi)全歐數(shù)學家無人能解答。1697年，一天牛頓偶然聽說此事，當天晚上一舉解出，并匿名刊登在《哲學學報》上。伯努利驚異地說：“從這鋒利的爪中我認出了雄獅”。
牛頓在前人工作的基礎(chǔ)上，提出“流數(shù)(fluxion)法”，建立了二項式定理，并和G.W.萊布尼茨幾乎同時創(chuàng)立了微積分學，得出了導數(shù)、積分的概念和運算法則，闡明了求導數(shù)和求積分是互逆的兩種運算，為數(shù)學的發(fā)展開辟了一個新紀元。
3.光學方面的貢獻：
牛頓曾致力于顏色的現(xiàn)象和光的本性的研究。1666年，他用三棱鏡研究日光，得出結(jié)論：白光是由不同顏色(即不同波長)的光混合而成的，不同波長的光有不同的折射率。在可見光中，紅光波長最長，折射率最小；紫光波長最短，折射率最大。牛頓的這一重要發(fā)現(xiàn)成為光譜分析的基礎(chǔ)，揭示了光色的秘密。牛頓還曾把一個磨得很精、曲率半徑較大的凸透鏡的凸面，壓在一個十分光潔的平面玻璃上，在白光照射下可看到，中心的接觸點是一個暗點，周圍則是明暗相間的同心圓圈。后人把這一現(xiàn)象稱為“牛頓環(huán)”。他創(chuàng)立了光的“微粒說”，從一個側(cè)面反映了光的運動性質(zhì)，但牛頓對光的“波動說”并不持反對態(tài)度。1704年，他出版了《光學》一書，系統(tǒng)闡述他在光學方面的研究成果。
4.熱學方面的貢獻：
牛頓確定了冷卻定律，即當物體表面與周圍有溫差時，單位時間內(nèi)從單位面積上散失的熱量與這一溫差成正比。
5.天文學方面的貢獻 ：
牛頓1672年創(chuàng)制了反射望遠鏡。他用質(zhì)點間的萬有引力證明，密度呈球?qū)ΨQ的球體對外的引力都可以用同質(zhì)量的質(zhì)點放在中心的位置來代替。他還用萬有引力原理說明潮汐的各種現(xiàn)象，指出潮汐的大小不但同月球的位相有關(guān)，而且同太陽的方位有關(guān)。牛頓預言地球不是正球體。歲差就是由于太陽對赤道突出部分的攝動造成的。
6.哲學方面的貢獻：
牛頓的哲學思想基本屬于自發(fā)的唯物主義，他承認時間、空間的客觀存在。如同歷史上一切偉大人物一樣，牛頓雖然對人類作出了巨大的貢獻，但他也不能不受時代的限制。例如，他把時間、空間看作是同運動著的物質(zhì)相脫離的東西，提出了所謂絕對時間和絕對空間的概念；他對那些暫時無法解釋的自然現(xiàn)象歸結(jié)為上帝的安排，提出一切行星都是在某種外來的“第一推動力”作用下才開始運動的說法。
《自然哲學的數(shù)學原理》牛頓最重要的著作，1687年出版。該書總結(jié)了他一生中許多重要發(fā)現(xiàn)和研究成果，其中包括上述關(guān)于物體運動的定律。他說，該書“所研究的主要是關(guān)于重、輕流體抵抗力及其他吸引運動的力的狀況，所以我們研究的是自然哲學的數(shù)學原理。”該書傳入中國后，中國數(shù)學家李善蘭曾譯出一部分，但未出版，譯稿也遺失了?，F(xiàn)有的中譯本是數(shù)學家鄭太樸翻譯的，書名為《自然哲學之數(shù)學原理》，1931年商務印書館初版，1957、1958年兩次重印。
7.牛頓對自然的興趣：
由于牛頓在劍橋受到數(shù)學和自然科學的熏陶和培養(yǎng)，對探索自然現(xiàn)象產(chǎn)生極為濃厚的興趣。就在1665～1666年這兩年之內(nèi)，他在自然科學領(lǐng)域內(nèi)思潮奔騰，才華迸發(fā)，思考前人從未思考過的問題，踏進前人沒有涉及的領(lǐng)域，創(chuàng)建前所未有的驚人業(yè)績。1665年初他創(chuàng)立級數(shù)近似法以及把任何冪的二項式化為一個級數(shù)的規(guī)則。同年11月，創(chuàng)立正流數(shù)法（微分）；次年1月，研究顏色理論；5月，開始研究反流數(shù)法（積分）。這一年內(nèi)，牛頓還開始想到研究重力問題，并想把重力理論推廣到月球的運行軌道上去。他還從開普勒定律中推導出使行星保持在它們軌道上的力必定與它們到旋轉(zhuǎn)中心的距離平方成反比。牛頓見蘋果落地而悟出地球引力的傳說，說的也是在此時發(fā)生的軼事?？傊?，在家鄉(xiāng)居住的這兩年中，牛頓以比此后任何時候更為旺盛的精力從事科學創(chuàng)造，并關(guān)心自然哲學問題。由此可見，牛頓一生的重大科學思想是在他青春年華、思想敏銳短短兩年期間孕育、萌發(fā)和形成的。
1667年牛頓重返劍橋大學，
《光學》和反射式望遠鏡的發(fā)明，光學和力學一樣，在古希臘時代就受到注意。用于天文觀測的需要，光學儀器的制作很早就得到了發(fā)展，光的反射定律早在歐幾里得時代已經(jīng)聞名，但折射定律直到牛頓出生之前不久才為荷蘭科學家W.斯涅耳所發(fā)現(xiàn)。玻璃的制作早已從阿拉伯輾轉(zhuǎn)傳入西歐。16世紀荷蘭磨制透鏡的手工業(yè)大興。把透鏡適當組合成一個系統(tǒng)就可成為顯微鏡或望遠鏡。這兩種儀器的發(fā)明對科學發(fā)展起了重大作用。在牛頓之前，伽利略首先把他所制作的望遠鏡用在天象觀測上。枷利略式的望遠鏡是以一片會聚透鏡為目鏡、一片發(fā)散透鏡為物鏡的望遠鏡。還有當時盛行的由兩片會聚透鏡組成的開普勒望遠鏡。兩種望遠鏡都無法消除物鏡的色散。牛頓發(fā)明以金屬磨成的反射鏡代替會聚透鏡作為物鏡，這樣就避免了物鏡的色散。當時牛頓制成的望遠鏡長6英寸，直徑1英寸，放大率為30～40倍。經(jīng)過改進，1671年他制作了第二架更大的反射式望遠鏡，并送到皇家學會評審。這臺望遠鏡被皇家學會作為珍貴科學文物收藏起來。為了制造反射式望遠鏡，牛頓親自冶煉合金和研磨鏡面。牛頓自幼愛好動手制模型，做試驗，這對他在光學實驗上的成功有極大幫助。光的顏色問題早在公元前就有人在作猜測，把虹的光色和玻璃片的邊緣形成的顏色聯(lián)系起來。從亞里士多德以來到笛卡兒都認為白光是純潔的、均勻的，是光的本質(zhì)，而色光只是光的變種。他們都沒像牛頓那樣認真做過實驗。
因此，平心而論，我認為牛頓對物理學的發(fā)展貢獻更大，盡管我更喜歡愛因斯坦。
愛因斯坦的相對論和量子論（1）
無論是對非科學家還是對科學家來說，相對論簡直就是本世紀科學革命的同義語，而對于那些知情者來說，量子論（尤其是它的發(fā)展形式量子力學）是一次更為偉大的革命。我們將看到愛因斯坦作為科學家的偉大之處，他對這兩場革命都做出了根本性的貢獻。
談到相對論，我們必須記住有兩種不同的相對論理論：一是狹義相對論（1905），它研究時間，空間和同時性問題，由此推導出著名的質(zhì)能關(guān)系式E＝mc2。二是廣義相對論（1915），它研究引力問題。盡管兩種相對論都是革命性的，但對相對論革命的探討主要集中在狹義相對論的結(jié)果上。然而，真正促成全世界對狹義相對論引起重視的事件是1919年廣義相對論的一個預言——星光經(jīng)過太陽附近時，會因太陽引力場的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)——獲得了證實。這次驗證是在一次日蝕時進行的天文觀測完成的，這一事件立即使相對論風靡全世界，而愛因斯坦也一夜之間成了家喻戶曉的人物。
狹義相對論
愛因斯坦于1905年首次提出狹義相對論原理，論文發(fā)表在《物理學年鑒》上，同年，他對狹義相對論作了重要補充，并為輻射問題建立了最初形式的質(zhì)能關(guān)系式。1907年，愛因斯坦完成了一篇的相對論的綜述文章，其中包含一般形式的質(zhì)能關(guān)系式E＝m2。他的卓越論文建立了全新的質(zhì)量，時間和空間概念，并向明顯簡單的同時性觀念提出了挑戰(zhàn)。最初，愛因斯坦提出了"相對性原理"，并引進了"另一個假設"："在任何給定的慣性系統(tǒng)中，無論發(fā)光物體是處于靜止狀態(tài)還是在作勻速運動，光在真空中的傳播速度都是一個確定值C"。相對論的偉大意義在于，它拋棄了"絕對"時空觀以及空間充滿了以太的思想；而在當時，以太被視為是光和其它形態(tài)電磁波的傳播媒介。
現(xiàn)在看來，1905年6月愛因斯坦關(guān)于相對論的開創(chuàng)性論文在《物理學年鑒》上發(fā)表，是理論革命階段的典型例子。我們在第2章中已經(jīng)看到，M．玻思1905－1906年間在哥廷根研究"運動物體的電動力學和光學"時，竟然從未聽說過愛因斯坦和他的工作。1906-1907年間，英國劍橋大學的情況亦是如此。根據(jù)愛因斯坦妹妹的回憶（佩斯1982，150-151），愛因斯坦當時"想象在有名的，擁有眾多讀者的雜志上發(fā)表論文，便會立即引起注意"。當然，他期望"強烈的反對和最嚴厲的批評"，但缺少反響和"冷處理"反而使他"非常失望"。不久，他收到M．普朗克的一封信，就論文中幾處疑點提出問題，這使愛因斯坦感到"異乎尋常的高興"，因為普朗克是"當時最偉大的物理學家之一"。相對論后來迅速變成了物理學家感興趣的議論和研究課題。這種戲劇性轉(zhuǎn)變主要是由于普朗克較早且較深入地介入了相對論研究所引起的。愛因斯坦論文發(fā)表的第二年，普朗克就開始在柏林講授相對論理論，但他當時講演的基礎(chǔ)不是愛因斯坦的工作而是洛倫茲的電子論。1907年，普朗克的助手馮·勞厄（后來的諾貝爾獎金獲得者）發(fā)表了一篇關(guān)于相對論的專論。
1906年9月，普朗克在德國物理學會上發(fā)表了關(guān)于相對論的演講（同年刊登在雜志上）；1907年，在普朗克的指導下，K．V．莫森格爾完成了第一篇專論相對論的博士論文（佩斯1982，150-151）。佩斯指出，早期介入這一領(lǐng)域的人實在是太少了。烏爾茨堡的Y．勞布和布萊斯勞（烏羅斯勞）的L．拉登伯格是為數(shù)不多的幾個例外。勞厄曾經(jīng)來到伯爾尼拜訪愛因斯坦，他發(fā)現(xiàn)難以置信的是，這個'年輕人"竟然是"相對論之父"。幾年后，馮·勞厄撰寫了一篇非常出色的介紹相對論的學術(shù)論文。馮·勞厄在1917年3月24日寫給愛因斯坦的信中，表達了對自己的物理學革命性工作的興奮之情："終于實現(xiàn)了！我的關(guān)于波動光學的革命觀點發(fā)表了"。他接著寫道：在"這一緊要關(guān)頭"，它們"無疑會激起每一個保守的物理學家最強烈的憎恨"；但"我仍然要堅持這些備受譴責的觀點"。
除了隊玻恩自己介紹了他是怎樣每一次聽說相對論的之外，我們還從L．英費爾德那里了解到當時的一些情形。英費爾德（1950，44）曾談到他的朋友S．洛里亞教授告訴他的一件事，洛里亞的老師"克拉克大學的維特科夫斯基教授（他是一位非常偉大的教師）"讀了愛因斯坦1905年關(guān)于相對論的論文后，沖著洛里亞興奮地喊道："讀讀愛因斯坦的論文吧，又一個哥白尼誕生了！"又過了一段時間（玻恩說是1907年）洛里亞在一次物理學會議上遇到了玻恩，他向被恩談起愛因斯坦，并問他是否讀過那篇相對論論文。結(jié)果，"不光是玻恩，在場的每一位都從未聽說過愛因斯坦"。英費爾德的故事說，他們立即"跑到圖書館，從書架上取出《物理學年鑒》第17卷，開始讀起愛因斯坦的論文"。英費爾德說，M．玻恩立即認識到相對論的偉大，同時感到有必要對它進行數(shù)學形式化。英費爾德認為，玻思后來對相對論的研究工作，"是早期對這一科學領(lǐng)域做出的重要貢獻"。
最初，表示愿意接受愛因斯坦狹義相對論的物理學家很少，因此不足以在世界范圍內(nèi)引發(fā)一場科學革命。但德國理論物理學家中卻有一部分擁護者。1907年7月，普朗克在致愛因斯坦的信中說："相對論原理的倡導者僅僅形成了一個不大的圈子"，由此他堅信，他們之間"取得意見一致尤顯重要"（佩斯1982，151）。"相對論原理"既體現(xiàn)了普朗克個人偏愛的洛倫茲理論，也體現(xiàn)了愛因斯坦的相對論，然而，愛因斯坦的聲望在持續(xù)增長，盡管仍然緩慢，1907年秋，J．斯塔克（《放射性和電學年鑒》的編輯）寫信給愛因斯坦，要求他寫一篇相對論的評述文章。1906年普朗克曾使用過相對性理論的術(shù)語（米勒1981，88），但1907年愛因斯坦采用了今天人們更熟悉的名稱——相對論。第一篇引用愛因斯坦相對論論文的文章是W．考夫曼1905年撰寫的。他認為愛因斯坦的"研究……與洛倫茲的研究在形式上是相同的"，只不過后者有益于推廣?？挤蚵詈笳f，他自己的實驗數(shù)據(jù)駁倒了愛因斯坦和洛倫茲的電子理論，我們將稍后再來研究這個問題。
lop年，B．愛倫菲斯特寫了一篇以愛因斯坦理論為主題的論文。第二年（1908），H．閔科夫斯基發(fā)表文章，把愛因斯坦理論從根本上轉(zhuǎn)化為數(shù)學形式，"大大簡化了狹義相對論"。經(jīng)過這樣幾個步驟，理論革命才變成了真正的科學革命。佩斯（1983，152）指出，從1908年開始，愛因斯坦的名聲及影響迅速提高。
愛因斯坦的學術(shù)生涯開始坦蕩起來了。1909年春，他從伯爾尼瑞士專利局一個地位低微的審查員，一躍而成為蘇黎士大學理論物理學助理教授，這很明顯是由于他在固體量子論方面所做的工作。愛因斯坦的推薦人之一寫道：愛因斯坦"當屬最偉大的理論物理學家之列"（佩斯1982，185）。"由于相對論原理方面的工作，他正受到極其廣泛的重視"。lop年7月8日，愛因斯坦獲得了日內(nèi)瓦大學的榮譽學位，同時獲得這項榮譽的還有化學家W．奧斯特瓦爾德和M．
當然，影響接受狹義相對論的困難主要是觀念上的，但也的確存在實驗上的障礙。在1905年開創(chuàng)性的論文的結(jié)尾，愛因斯坦推導出一個電子橫質(zhì)量公式。這個公式與洛倫茲理論中的公式極其相似，其中的差異很快就被消除了。于是，這兩種理論能給出相同的結(jié)果。但是，考夫曼在分別發(fā)表于1902和1903年的論文中指出，他的實驗結(jié)果與洛倫茲理論（同樣適用于愛因斯坦理論）的預言有很大差異，愛因斯坦對這些結(jié)果無動于衷（見米勒1981，81－92；333-334）。1906年，考夫曼在《物理學年鑒》（一年前愛因斯坦發(fā)表相對論論文的同一雜志）發(fā)表了一篇文章，詳細歸納了愛因斯坦的時空觀（米勒1981，343），并探討了洛倫茲-愛因斯坦電子理論。他總結(jié)道，他自己的測量結(jié)果于洛倫茲-愛因斯坦理論的"基本假設是不相容的"（見霍爾頓1973，189－190；234-235）。洛倫茲因此寫了一封信給彭加勒（米勒1981，334-3371982，20-21），說他自己的"心智已經(jīng)枯竭"。他對彭加勒說，"不幸的是"，他的假說"與考夫曼的新實驗矛盾"，他認為"不得不放棄它"。但愛因斯坦卻堅信：實驗數(shù)據(jù)與理論間"系統(tǒng)誤差"的存在說明有"未被注意的誤差源"；新的更精確的實驗一定會證實相對性理論。愛因斯坦的話得到了證實，1908年，A．H．布歇爾發(fā)表了新的實驗結(jié)果，完全符合洛倫茲和愛因斯坦的預言。1910年，E．胡普卡的實驗對此再次予以確證。而決定性的結(jié)果是1914-1916年間獲得的。從那以后，各種表明相對論正確性的論據(jù)不斷出現(xiàn)，且極為豐富。
隨著實驗證據(jù)的出現(xiàn)，相對論本身進行了根本性的重構(gòu)。這項工作是哥廷根大學數(shù)學教授H．閔科夫斯基完成的。有趣的是，幾年前，閱科夫斯基在蘇黎世大學教過愛因斯坦數(shù)學。1908年，閔科夫斯基發(fā)表論文，引進四維"時空"概念，取代了孤立的三維空間與外加一維時間的不相容概念，他還把相對論轉(zhuǎn)化為現(xiàn)代張量形式（這要求物理學家們進一步學習由里奇和列維-西維塔建立的新的數(shù)學理論），在相對論中引進專業(yè)術(shù)語，并明確指出：由相對論觀點看，傳統(tǒng)的牛頓引力理論已經(jīng)不夠用了（佩斯1982，152）。很明顯，愛因斯坦開始并沒有理解閔科夫斯基工作的意義，甚至認為把他的理論寫成張量形式是"多余的技巧"（同上）。但到了1912年，愛因斯坦終于轉(zhuǎn)變過來了；1916年，他以感激的心情承認閔科夫斯基使他大大地簡化了從狹義相對論向廣義相對論的過渡。愛因斯坦（1961，56-57）后來著重強調(diào)了閔科夫斯基的貢獻，他說，如果沒有他，"廣義相對論……也許還在襁褓中"。英譯本經(jīng)常采用的語句是"no furthr than its longcloths"。盡管"windel"在德文中最普遍的意思是"尿布"，但這里的含義顯然是：如果沒有閔科夫斯基，廣義相對論一定還在孕育之中。
閔科夫斯基的時空觀首次公開發(fā)表于1907年11月5日的一次演講中，演講的標題是"相對論原理"。但這篇演講直至閔科夫斯基去世后六年的1915年才出版。不過借助在1908年和1909年發(fā)表的另外兩篇論文，閔科夫斯基的時空觀已經(jīng)流傳開了（加里森1979，89）。閔科夫斯基充分認識到了他的貢獻的重要性。在1907年演講時，他開宗明義地說："先生們，我想向諸位講述的時空觀念……從根本上是全新的，……由此，孤立的空間和時間觀念本身將注定要消失在陰影之中"。事實上，閔科夫斯基在這篇演講的初稿上，把他的新時空觀的"特征"說成是"革命的"，而且是"極端革命的"（同上，98）?？墒牵谥v演稿最后付印時，"革命的"這類詞語被刪除了。
M．玻恩向我們講述他最初閱讀愛因斯坦論文時的經(jīng)過，這讓我們了解到愛因斯坦的概念是多么深奧難懂，甚至對于那些沒有數(shù)學問題的人也是如此。1907年，當洛里亞向他介紹愛因斯坦論文時，玻恩正是H．閔科夫斯基大學研究班的成員，因此，"對相對性思想和洛倫茲變換很熟悉"。他回憶說，即便如此，在閱讀愛因斯坦論文時，"愛因斯坦的推理超出我的意料之外"。玻恩發(fā)現(xiàn)，"愛因斯坦的理論是全新的和革命性的"，是天才的創(chuàng)造。愛因斯坦的觀點"向I．牛頓建立的自然哲學以及傳統(tǒng)時空觀大膽提出了挑戰(zhàn)"?，F(xiàn)在看來，玻恩確實認識到了愛因斯坦思想革命和理論革命的威力，但也清醒地看到了真正的科學革命尚未到來。新的觀念和新的思維方式仍在研究之中，要科學家們接受、應用并作為他們共同的思想基礎(chǔ)還須假以時日。玻恩后來明確指出，事實上，愛因斯坦理論是如此激進，如此新奇和革命，以至必須"做出相當努力才能很好地消化和吸收"。而且他還提醒我們，"并不是每個人都能夠或愿意這么做"，看來他本人當初是做到了。愛因斯坦革命要求人們普遍接受關(guān)于物質(zhì)世界的全新的思考方式。
1909年美國科學家G．劉易斯和R．托爾曼發(fā)表的文章，清楚地說明了接受愛因斯坦假說的實際困難。他們承認愛因斯坦的相對性原理"綜合了大量實驗事實，沒有出現(xiàn)矛盾的反例"，其中他們列舉布歇爾的實驗作為支持這一理論的重要依據(jù)。然而，他們在感到相對論基本"原理"這一方面無可挑剔時，也感到另一方面暴露出的問題。例如，"絕對運動無法觀察到"這一普遍原理表示理解時，他們覺得相對于任何獨立觀察者光速不變的原理令人難以接受（米勒1981，251－252）。他們認為，后一原理將導致長度和時間相對性的"奇異結(jié)論"，這可能是"基于某種感官心理學上的科學幻想"。
時間一年年地過去，越來越多的物理學家終于轉(zhuǎn)變了過來。然而，他們當中有許多人只接受愛因斯坦公式，承認"收縮性"是光速不變性引起的空間問題的基礎(chǔ)。但是，他們?nèi)匀粓猿纸^對時間和同時性的信仰（包括洛倫茲在內(nèi)，見米勒1981，259）。1911年4月，法國物理學家B．朗之萬在波隆那哲學家大會上發(fā)表演說，為相對論增添了更為轟動性的色彩。朗之萬是一位卓越的科學家，愛因斯坦曾經(jīng)說過，如果他沒有發(fā)現(xiàn)狹義相對論，朗之萬將會發(fā)現(xiàn)它。在討論時間相對性或鐘慢問題時，朗之萬沒有采用愛因斯坦那種利用運動時鐘和靜止時鐘解釋時間效應的費解的作法，而是用所謂的"孿生子悖論"取代了愛因斯坦的"時鐘悖論"，并立即成為眾所皆知的由相對論引出的怪物。相對論的時間問題是這樣產(chǎn)生的：如果一對孿生兄弟一個留在地球上，另一個去星際空間旅行，那么當旅行的兄弟返回地球時，竟會發(fā)現(xiàn)與留在地球上的兄弟的年齡已經(jīng)不同了。朗之萬列舉的另一個例子是，旅行者沿直線飛向一顆恒星，繞其一周后原路返回。如果旅行的速度足夠大（當然比光速?。?，最后旅行者將發(fā)現(xiàn)，在他兩年的旅行中，地球已經(jīng)度過了漫長的兩個世紀。哲學家H．相格森后來承認，正是朗之萬19if年4月的演講，"第一次喚起了我對愛因斯坦觀念的注意"。
時鐘（或?qū)\生子）悖論很快成為（在某種程度上今天仍然是）相對論使人困惑甚至招來敵意的原因。V．勞厄曾談到那些反對相對論的"思想內(nèi)容"、基本公式或數(shù)學結(jié)果的人。1911年他寫信給愛因斯坦，反對相對論的共同理由"主要是時間相對性和由此產(chǎn)生的悖論"。勞厄在1912年寫的第一部相對論教科書中指出：這些悖論和其它有關(guān)時間相對性的問題具有"偉大的哲學意義"，正是由于這一原因，"只能用哲學方法"對待這些問題。我們還注意到，愛因斯坦在1911年討論這一見解時，使用了理想實驗的方法。他假設把裝有"小生物的盒子"送向"遙遠的飛行旅程"，結(jié)果在它返回地球時，"盒子的內(nèi)部情況幾乎沒有變化"，而留在地球上的生物已"繁衍生息許多代了"。
盡管許多人不愿輕易接受愛因斯坦對物理學基本思想進行徹底重構(gòu)，但他們卻已在應用愛因斯坦的數(shù)學結(jié)果了。勞厄（和另一些人）曾指出，這些數(shù)學結(jié)果在形式上和洛倫茲理論的結(jié)果是一致的，但它們的'物理本質(zhì)'御有差異。勞厄甚至宣稱（1911），兩種理論的"實質(zhì)差別是不可言喻的"。但人們很快就認識到愛因斯坦的理論更加優(yōu)越，特別是在廣義相對論建立之后，狹義相對論的重要性尤其顯露出來。
大約到了1911年，愛因斯坦的狹義相對論已經(jīng)有了數(shù)量足夠多的擁護者，一場科學革命發(fā)生了。同一年，A．索末菲宣布，相對論理論已經(jīng)"完整地建立起來了，它不再是物理學的前沿了"（米勒1981，257）。1912年初，剛剛獲得1911年度諾貝爾物理學獎的W．維恩建議，授予愛因斯坦和洛倫茲這項最高獎賞。他在推薦書上寫道：從"邏輯的觀點看"，相對論原理"應當被看作理論物理學最重要的成就之一"（佩斯1982，153）。他說，目前已有"實驗明確證實了這一理論"。他總結(jié)說，"洛倫茲是發(fā)現(xiàn)相對論原理數(shù)學內(nèi)容"的第一人，而愛因斯坦則"成功地將相對論簡化為一個簡單的原理"。
當然，并不是所有物理學家都接受這一革命性的新觀念。范德瓦爾斯在1912年說，至今還不能解釋為什么質(zhì)量和長度隨著速度的變化而變化（米勒1981，258）。除了時間相對性引起悻論外，在否定絕對長度、時間和質(zhì)量方面還引起了更根本性的反對意見，而"同時性的相對性"也是很難令人接受的。然而更加困難的是拋棄以太概念。如果沒有介質(zhì)支承，光和其它電磁波如何在空間存在呢？反對意見和聲勢如此強烈，也可看作是新理論革命性質(zhì)的一個標志。
在眾多的反相對論的觀點中，普林斯頓大學的W．F．
馬吉還宣稱，"應當問問相對論發(fā)展中新思想的創(chuàng)造者，他們是否認識到這一理論的用途是多么有限，是否認識到它用可理解的術(shù)語描述宇宙是多么的無能為力"。他準備"警告他們最好先收起他們的輝煌理論，除非能夠通過簡化，利用普通物理學概念圓滿解釋相對論原理"。
L．T．莫爾1912年在《自然》雜志（1912，94：370－371）上發(fā)表評述文章，總結(jié)歸納了馬吉演說中的觀點，并就科學革命作出了以下論述：
愛因斯坦教授的相對論和普朗克教授的量子論已被喋喋不休地宣布為自牛頓時代以來科學方法上最偉大的一場革命。他們用數(shù)學符號作為科學的基礎(chǔ)，拒絕承認數(shù)學符號背后潛在的堅實的實驗基礎(chǔ)，因而用主觀宇宙取代客觀宇宙。從這一角度來看，他們的做法無疑是革命的。問題是，他們這樣做是前進還是倒退，是走向光明還是陷入黑暗？一般認為，伽利略和牛頓開創(chuàng)的革命依靠科學家們的實驗方法取代了學院派的形而上學方法，這顯然是正確的。而現(xiàn)在，所謂的新方法似乎恰恰相反，因此，如果這里包含什么思想革命的話，那事實上不過是返回到中世紀的繁瑣哲學的方法中去。
大約在20年后，L．T．莫爾（現(xiàn)任辛辛那提大學研究生院院長）在他撰寫的牛頓傳記（1933，333）中，仍然表達了他對"愛因斯坦教授廣義的相對論"的厭惡，他指責這是"通向唯心主義哲學的最大膽的企圖；這樣的哲學只是靈活思維的邏輯游戲，完全無視客觀世界的事實；它或許是有趣的，但卻深深陷入了經(jīng)院哲學"。他總結(jié)道，如果堅持相對論物理學（及其哲學），"將導致科學頹廢變質(zhì)成為中世紀經(jīng)院哲學和宗教神學"。讀者對于莫爾污蔑數(shù)學和符號邏輯學的偉大發(fā)展也許不會感到奇怪，他寫道（同上，332），"值得注意的事實是，兩部偉大的著作，兩部或許是科學頭腦所能做出的最天才的創(chuàng)造，現(xiàn)在正受到攻擊：《新工具》受到現(xiàn)代符號邏輯學家的攻擊；《原理》受到相對論物理學的攻擊"。他最后的結(jié)論是："當現(xiàn)代派被長期遺忘之后，亞里士多德和牛頓將會重新受到尊重；他們的學說將重新獲得應用"（同上），從這些事例中我們可以發(fā)現(xiàn)，一場科學革命的深度與保守主義的猖狂進攻的猛烈程度以及它給科學思想所帶來的根本變化的程度是成正比的。
廣義相對論
愛因斯坦曾經(jīng)說過，即使他沒來到這個世界上，狹義相對論也會出現(xiàn)，因為"時機已經(jīng)成熟"（英費爾德1950，46），但廣義相對論則不然。他懷疑，如果他未建立廣義相對論，"它是否會為人所知"。廣義相對論被稱作"第二次愛因斯坦革命"（同上）。這是一次極大的飛躍，正當許多物理學家開始接受狹義相對論時，它再一次把他們拋在后面。普朗克曾以極大的熱情歡迎狹義相對論并成為最早的支持者之一，他曾對愛因斯坦說："現(xiàn)在一切都要解決了，你為什么還要招惹其它另一些事呢？"愛因斯坦之所以這么做是因為他是一位天才，遠遠走在了同時代人的前面。他懂得狹義相對論是不完滿的，未能解決加速度和引力問題。他后來談到導致他思想豁然開朗的主要思想（他曾將其稱為"一生中最令自己興奮的思想"，見佩斯1982，178引用的愛因斯坦的回憶。）是1907年11月在伯爾尼專利局工作時產(chǎn)生的。這個思想是："一個人在自由下落時，將感覺不到自己的重量。"他說，這一"最簡單的思想"促使他天。始研究引力理論，但直到1915年，他才發(fā)表了比較完整的廣義相對論理論，第二年他又發(fā)表了被一位傳記作家稱為"欽定版本"的廣義相對論，這個理論的建立主要基于英費爾德所說的"三個主題"：引力，等效原理，幾何學與物理學的關(guān)系。理論的核心則是新的引力場定律和引力場方程，有人說，麥克斯韋在電磁場上做過什么工作，愛因斯坦在引力場也做過什么工作。廣義相對論引人注目的特征之一是將牛頓力學中的引力簡化為四維時空中的彎曲。J．H一吉恩斯在《不列顛百科全書》1922年第12版的相對論條目中寫道："宇宙圖景"的新情景不再是"三維空間中一片以太海洋的受迫振動"，而是"四維空間世界線上的一個紐結(jié)"。
廣義相對論提出了三個可檢驗的預言。第一個是水星的近日點的攝動，該現(xiàn)象指出，軌道上運動的行星在繞太陽運行時，每完成一個周期并非精確返回到空間的原來位置，而是稍稍有些前移。這一事實早在19世紀中葉就已發(fā)現(xiàn)，但經(jīng)典的牛頓天體力學無法對攝動現(xiàn)象做出滿意的解釋。第二個預言是，光線在引力場中將發(fā)生偏轉(zhuǎn)。按照這個說法，星光在經(jīng)過太陽附近時，將受到太陽引力的影響而偏折。結(jié)果是恒星的機位會有一個變化。觀測這一現(xiàn)象只有發(fā)生日全蝕時才能進行，否則太陽的強烈光線使地面上根本觀測不到太陽附近的恒星光線（瑞士天文學家M．施瓦茲柴爾德對這個現(xiàn)象做了詳細的定量描述）。第二個預言通常被稱為譜線"紅移"，即恒星輻射總是背離我們而去。這就是廣義相對論提出的三項檢驗方法。但我們知道當時正是1915年，第一次世界大戰(zhàn)的硝煙籠罩在各科學發(fā)達國家的上空。愛因斯坦正在柏林，不可能進行任何日蝕觀測。
但愛因斯坦沒有停止工作，1917年，他在《普魯士科學院院刊》上發(fā)表論文，題為《廣義相對論宇宙觀》。盡管其中的結(jié)論已被拋棄，但這篇論文開辟了理論物理學的一個新領(lǐng)域。愛因斯坦指出，"義相對論能為我們的宇宙結(jié)構(gòu)……問題帶來希望之光"?？茖W的宇宙學研究由此創(chuàng)立，它把宇宙從形而上學的一個分支轉(zhuǎn)變?yōu)槲锢韺W和天文物理學的一部分（英費爾德1950，72；"論愛因斯坦和宇宙學"，見佩斯1982，&15）。
英國無文學家A．愛丁頓在戰(zhàn)時研究了愛因斯坦的著作（見第25章），并很快成為愛因斯坦思想的忠實信徒和熱情宣傳者。他后來寫了大量著作，包括權(quán)威性的《引力相對論理論報告》（1918），學術(shù)著作《相對論的數(shù)學理論》（1923），兩部通俗著作《空間，時間和引力》（1920）以及《物質(zhì)世界的本質(zhì)》（1928），此外還有大量的演講，文章和小冊子。P．A．M．狄拉克回憶說，他在布里斯托爾大學讀書時，就是通過愛丁頓的著作才最初接觸到相對論的。更為重要的是，第一次世界大戰(zhàn)剛一結(jié)束，愛丁頓立即在1919年組織了一支英國日蝕觀測隊，去檢測星光經(jīng)過日全蝕太陽時將發(fā)生偏轉(zhuǎn)的預言。與預言相符觀測結(jié)果立即震撼了全世界的科學家和公眾。
今天很難想像1919年世界科學界的無限興奮之情。兩支觀測隊分別出發(fā)，一個派往巴西的索布拉爾，另一個由愛丁頓率領(lǐng)來到西班牙所屬圭那亞海岸附近的普林西比島。1919年秋，觀測數(shù)據(jù)進行了整理和分析后，在11月6日召開的英國皇家天文學學會和皇家學會的聯(lián)席會議上天文學家們宣布："星光確實按照愛因斯坦引力理論的預言發(fā)生了偏折。"皇家天文學會的側(cè)察部雜志和《皇家學會會刊》都對歷史性的會議作了充分報道。著名科學家J．J．湯姆森是會議主席，他宣稱：這是"自牛頓以來引力理論的一項最重要的成果"，是"人類思想的最偉大的成就"。第二天，1919年11月7日，歷來嚴謹?shù)挠短┪钍繄蟆泛杖怀霈F(xiàn)了醒目的標題："科學中的革命"，兩個副標題是"宇宙新理論"，"牛頓觀念被推翻"。11月8日，《泰晤士報》又發(fā)表了另一篇論述革命的文章，標題為"科學革命"，"愛因斯坦挑戰(zhàn)牛頓"，"杰出物理學家的觀點"。文章告訴讀者，"這件事成了下議院熱烈討論的話題"；卓越的物理學家，皇家學會會員，劍橋大學J．拉
A．佩斯（1982，309）曾核查了自1919年11月9日開始《紐約時報》索引中有關(guān)愛因斯坦和相對論的文章標題或傳奇故事。"愛因斯坦理論的勝利"與"十二智者書"連接在一起（其中談到愛因斯坦警告出版商的話"全世界不會有再多的人懂得它"）。該報不僅刊登傳奇故事，而且還發(fā)表了社論，相關(guān)文章持續(xù)見報，直至當年12月佩斯發(fā)現(xiàn)，從那以后直到愛因斯坦去世，《紐約時報》沒有一年不刊登有關(guān)愛因斯坦的文章，愛因斯坦成了一位傳奇人物。當愛因斯坦1921年去倫敦時，霍爾丹勛爵在皇家科學院的一次演講中，把愛因斯坦引見給了大家。愛因斯坦住在霍爾丹的別墅里，當愛因斯坦來到他家時，霍爾丹的女兒見到這位著名的客人后，竟"激動得昏了過去"（佩斯1982，312）?；魻柕ぴ诨始铱茖W院介紹愛因斯坦時，談到在這次演講之前，愛因斯坦"已經(jīng)到西敏寺大教堂瞻仰了牛頓的墓地"。
自那時起直至現(xiàn)在，科學家和非科學家，歷史學家和哲學家撰寫的著作都把（廣義和狹義）相對論與"革命"緊緊地聯(lián)系在一起了。1912年，霍爾丹在他的著作《相對論時代》（第4章）中談到這個問題時寫道："愛因斯坦開創(chuàng)了我們關(guān)于物理學觀念的革命"。對于哲學家K．波普爾（惠特羅1967，25）來說，愛因斯坦使"物理學革命化"。物理學家M．玻恩（1962，2）和S．伯吉亞（1979，82）的表述分別是：愛因斯坦的"革命時空觀"和"愛因斯坦革命"。玻恩（1965，2）還說："IM年的狹義相對論"是標志物理學"古典時期的終結(jié)和新紀元的開始"的一件大事。S．溫伯格（1979，22）認為，愛因斯坦最偉大的成就是，"他第一次把時間和空間納入了物理學的體系，從而脫離了形而上學的束縛"。按照數(shù)學家A．玻萊爾（1960，3）的說法，愛因斯坦"不僅帶給我們新的物理學理論，而且教給了我們認識世界的新方法"。因此，"凡是學習過他的理論的人，不可能再按他們過去的思維方式進行思考了"。西班牙哲學家J．0．伽塞特在他的著作中沒有明確使用革命一詞，但他卻宣稱：愛因斯坦的"相對論是當今最重要的智慧成果"。因此，愛因斯坦相對論在開創(chuàng)物理學革命的同時，也引起了一場哲學革命。
事實表明，廣義相對論比狹義相對論更能滿足本書第3章提出的科學革命的檢驗標準。但是，廣義相對論的發(fā)展史比起狹義相對論來更顯得艱難曲折。很長一個時期，只有天文學家（而且只是那些研究宇宙學的天文學家）對廣義相對論感興趣，物理學家則不然，S．溫伯格（1981，20）指出："在最基本的層次上研究物質(zhì)的物理學的全部現(xiàn)代理論，在很大程度上依靠兩大支柱"，一是"狹義相對論"，一是"量子力學"。塞格爾（1976，93）在回顧2O年代和30年代物理學家們的活動時，也特別指出："與狹義相對論相對應的廣義相對論，目前尚不是物理學家們感興趣的前沿課題"。這也就是說，廣義相對論與狹義相對論不同，它對于當時主要的研究課題如物質(zhì)理論和輻射理論并不是必須的。例如，在我30年代末攻讀物理學研究生時，幾乎所有的課程如原子物理學，量子力學甚至一些基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課都涉及到狹義相對論，但只有少數(shù)數(shù)學家（在G．D．伯克霍夫的激發(fā)下）研究廣義相對論。另外，廣義相對論暗示，建立得最為成功的理論物理學的一個分支——牛頓萬有引力理論——犯了一個根本性的錯誤或說它并不完整，而且廣義相對論還引進了"四維時空的彎曲"這一奇特的概念來解釋引力。我們應當懂得，偉大的1919年日蝕實驗只是定性地說明了光線傳播將受引力場的影響，更精確的日蝕實驗則是以后的事了。但是，在愛因斯坦最初提出的三項檢驗方法之外，再找到新的方法可能又要過去數(shù)十年。溫伯格曾指出，只有在"愛因斯坦建立他的理論40年之后"（溫伯格1981，21），才能構(gòu)想出并完成新的更精確的實驗，證實廣義相對論。
第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后的幾十年間，世界發(fā)生了很大的變化，在實驗室進行精確的驗證實驗已經(jīng)成為現(xiàn)實。于是，人們對引力的本質(zhì)，引力與自然界的其它幾種基本力（電磁力，強相互作用，弱相互作用）的關(guān)系問題產(chǎn)生了新的興趣。龐大的物理學和天文學"工業(yè)"日益興起，集中研究廣義相對論及其在宇宙學和宇宙論研究中的應用。其他的物理學分支也是如此。結(jié)果正如S．溫伯格所預言的，人們一項重要的共識是，為了"弄懂超短距離的萬有引力"，還需要"另一次偉大的飛躍"（1981，24），另一次革命，"建立更加普遍適用的原理"，而目前我們對此還沒有任何概念。一句話，廣義相對論今天已成為科學家樂此不疲的研究課題，熱情之高或許是前所未有的。
斯蒂芬·威廉·霍金（Stephen William Hawking），1942年1月8日在英國牛津出生，曾先后畢業(yè)于牛津大學和劍橋大學三一學院，并獲劍橋大學哲學博士學位。他之所以在輪椅上坐了46年，是因為他在21歲時就不幸患上了會使肌肉萎縮的盧伽雷氏癥，演講和問答只能通過語音合成器來完成。英國劍橋大學應用數(shù)學及理論物理學系教授，當代最重要的廣義相對論和宇宙論家，是本世紀享有國際盛譽的偉人之一，被稱為在世的最偉大的科學家，還被稱為“宇宙之王”。1942年1月8日生于英國牛津的霍金剛好出生于伽利略逝世300周年紀念日之時。70年代他與彭羅斯一道證明了著名的奇性定理，為此他們共同獲得了1988年的沃爾夫物理獎。他因此被譽為繼愛因斯坦之后世界上最著名的科學思想家和最杰出的理論物理學家。他還證明了黑洞的面積定理，即隨著時間的增加黑洞的面積不減。這很自然使人將黑洞的面積和熱力學的熵聯(lián)系在一起。1973年，他考慮黑洞附近的量子效應，發(fā)現(xiàn)黑洞會像黑體一樣發(fā)出輻射，其輻射的溫度和黑洞質(zhì)量成反比，這樣黑洞就會因為輻射而慢慢變小，而溫度卻越變越高，它以最后一刻的爆炸而告終。黑洞輻射的發(fā)現(xiàn)具有極其基本的意義，它將引力、量子力學和統(tǒng)計力學統(tǒng)一在一起。
1974年以后，他的研究轉(zhuǎn)向量子引力論。雖然人們還沒有得到一個成功的理論，但它的一些特征已被發(fā)現(xiàn)。例如，空間－時間在普郎克尺度（10^-33厘米）下不是平坦的，而是處于一種泡沫的狀態(tài)。在量子引力中不存在純態(tài)，因果性受到破壞，因此使不可知性從經(jīng)典統(tǒng)計物理、量子統(tǒng)計物理提高到了量子引力的第三個層次。
1980年以后，他的興趣轉(zhuǎn)向量子宇宙論。
2004年7月，霍金修正了自己原來的“黑洞悖論”觀點錯了，信息應該守恒。
本書的副題是從大爆炸到黑洞。霍金認為他一生的貢獻是，在經(jīng)典物理的框架里，證明了黑洞和大爆炸奇點的不可避免性，黑洞越變越大；但在量子物理的框架里，他指出，黑洞因輻射而越變越小，大爆炸的奇點不但被量子效應所抹平，而且整個宇宙正是起始于此。
理論物理學的細節(jié)在未來的20年中還會有變化，但就觀念而言，現(xiàn)在已經(jīng)相當完備了。
霍金的生平是非常富有傳奇性的，在科學成就上，他是有史以來最杰出的科學家之一，他的貢獻是在他20年之久被盧伽雷病禁錮在輪椅上的情況下做出的，這真正是空前的。因為他的貢獻對于人類的觀念有深遠的影響，所以媒介早已有許多關(guān)于他如何與全身癱瘓作搏斗的描述。所以說，上帝對每個人都是很公平的。他有身體上的缺陷，可頭腦聰明的很！盡管如此，譯者（許明賢）之一于1979年第一回見到他時的情景至今還歷歷在目。那是第一次參加劍橋霍金廣義相對論小組的討論班時，門打開后，忽然腦后響起一種非常微弱的電器的聲音，回頭一看，只見一個骨瘦如柴的人斜躺在電動輪椅上，他自己驅(qū)動著電開關(guān)。譯者盡量保持禮貌而不顯出過分吃驚，但是他對首次見到他的人對其殘廢程度的吃驚早已習慣。他要用很大努力才能舉起頭來。在失聲之前，只能用非常微弱的變形的語言交談，這種語言只有在陪他工作、生活幾個月后才能通曉。他不能寫字，看書必須依賴于一種翻書頁的機器，讀文獻時必須讓人將每一頁攤平在一張大辦公桌上，然后他驅(qū)動輪椅如蠶吃桑葉般地逐頁閱讀。人們不得不對人類中居然有以這般堅強意志追求終極真理的靈魂從內(nèi)心產(chǎn)生深深的敬意。從他對譯者私事的幫助可以體會到，他是一位富有人情味的人。每天他必須驅(qū)動輪椅從他的家——劍橋西路5號，經(jīng)過美麗的劍河、古老的國王學院駛到銀街的應用數(shù)學和理論物理系的辦公室。該系為了他的輪椅行走便利特地修了一段斜坡。
在富有學術(shù)傳統(tǒng)的劍橋大學，他目前擔任著也許是有史以來最為崇高的教授職務，那是牛頓和狄拉克擔任過的盧卡遜數(shù)學教授。
本書譯者之一曾受教于霍金達四年之久，并在他的指導下完成了博士論文。此書即是受霍金之托而譯成中文，以供占人類五分之一的人口了解他的學說。
他還證明了黑洞的面積定理。霍金的生平是非常富有傳奇性的，在科學成就上，他是有史以來最杰出的科學家之一。他擔任的職務是劍橋大學有史以來最為崇高的教授職務，那是牛頓和狄拉克擔任過的盧卡遜數(shù)學教授。他擁有幾個榮譽學位，是英國皇家學會會員。
他因患“漸凍癥”（肌肉萎縮性側(cè)索硬化癥 盧伽雷氏癥），禁錮在一把輪椅上達40年之久，他卻身殘志不殘，使之化為優(yōu)勢，克服了殘廢之患而成為國際物理界的超新星。他不能寫，甚至口齒不清，但他超越了相對論、量子力學、大爆炸等理論而邁入創(chuàng)造宇宙的“幾何之舞”。盡管他那么無助地坐在輪椅上，他的思想?yún)s出色地遨游到廣袤的時空，解開了宇宙之謎。
霍金的魅力不僅在于他是一個充滿傳奇色彩的物理天才，也因為他是一個令人折服的生活強者。他不斷求索的科學精神和勇敢頑強的人格力量深深地吸引了每一個知道他的人。
他被譽為“在世的最偉大的科學家”“另一個愛因斯坦”“不折不扣的生活強者”“敢于向命運挑戰(zhàn)的人”。
[編輯本段]相關(guān)作品
《時間簡史續(xù)編》 作為宇宙學無可爭議的權(quán)威，霍金的研究成就和生平一直吸引著廣大的讀者，《時間簡史續(xù)篇》是為想更多了解霍金教授生命及其學說的讀者而編的。該書以坦白真摯的私人訪談形式，敘述了霍金教授的生平歷程和研究工作，展現(xiàn)了在巨大的理論架構(gòu)后面真實的“人”。該書不是一部尋常的口述歷史，而是對二十世紀人類最偉大的頭腦之一的極為感人又迷人的畫像和描述。對于非專業(yè)讀者，本書無疑是他們享受人類文明成果的機會和滋生寶貴靈感的源泉。
《霍金講演錄——黑洞、嬰兒宇宙及其他》，是由霍金1976-1992年間所寫文章和演講稿共13篇結(jié)集而成。討論了虛時間、有黑洞引起的嬰兒宇宙的誕生以及科學家尋求完全統(tǒng)一理論的努力，并對自由意志、生活價值和死亡作出了獨到的見解
《時空本性》80年前廣義相對論就以完整的數(shù)學形式表達出來，量子理論的基本原理在70年前也已出現(xiàn)，然而這兩種整個物理學中最精確、最成功的理論能被統(tǒng)一在單獨的量子引力中嗎？世界上最著名的兩位物理學家就此問題展開一場辯論。本書是基于霍金和彭羅斯在劍橋大學的6次演講和最后辯論而成。
《未來的魅力》本書以史蒂芬·威廉·霍金預測宇宙今后十億年前景開頭，以唐·庫比特最后的審判的領(lǐng)悟為結(jié)尾，介紹了預言的發(fā)展歷程，及我們今天預測未來的方法。該書文字通俗易懂，作者在闡述自己觀點的同時，還穿插解答了一些有趣的問題，讀來饒有趣味。
《果殼中的宇宙》該書是霍金教授繼《時間簡史》后最重要的著作?；艚鸾淌谠谶@本書中，再次把我們帶到理論物理的最前沿，在霍金教授的世界里，真理甚至比幻想更令人眼花繚亂，繽紛多彩。霍金教授用通俗的語言解釋制約我們宇宙的原理，并加之以他獨特的熱情，邀請我們一起進行宇宙之旅，做非凡的時空遨游。
《時間簡史——從大爆炸到黑洞》（1988年撰寫）霍金暢銷書-《時間簡史》這本書是霍金的代表作。作者想象豐富，構(gòu)思奇妙，語言優(yōu)美，字字珠璣，更讓人咋驚，世界之外，未來之變，是這樣的神奇和美妙。這本書至今累計發(fā)行量已達2500萬冊，被譯成近40種語言。
在這本書中，霍金將試圖勾勒出我們心目中的宇宙歷史——從大爆炸到黑洞。在第一講里，他將簡要地回顧過去關(guān)于宇宙的構(gòu)想，并說明我們是如何得到目前的圖像的。這或許可以稱之為宇宙史的歷史。
第二講將解釋牛頓和愛因斯坦的兩種引力理論為什么會都得出這樣的結(jié)論——宇宙不可能是靜態(tài)的，它不得不或是膨脹，或是收縮。而這又意味著，在前200億年到前100億年之間，必定有某一時刻，那時宇宙的密度為無窮大，這就產(chǎn)生了所謂的大爆炸。它可能就是宇宙的開端。
第三講將談談黑洞。黑洞是當某個巨大的星球，或者更大的天體，受其自身引力吸引而自行塌縮（塌陷并緊縮）時形成的。根據(jù)愛因斯坦的廣義相對論，任何蠢得掉進黑洞的傻瓜都會永遠消失，他們將無法再逃出黑洞。而有關(guān)他們的歷史，則將到達一個奇點，一個痛苦的終點。不過，廣義相對論是經(jīng)典理論——也就是說，它沒有考慮量子力學的不確定原理。
第四講將講述量子力學如何允許能量從黑洞泄漏出來。黑洞并不像人們所描繪的那樣黑。
第五講將把量子力學思想應用于大爆炸和宇宙的起源。這就得出了這樣的設想：時空可能在范圍上有限，但沒有邊緣。這或許類似于地球表面，但它多了兩維。
第六講將說明這個新的邊界條件如何能解釋這個問題：盡管物理學定律是時間對稱的，但過去與未來為什么如此大不相同？
最后，第七講將講述我們正如何試圖找尋一種統(tǒng)一的理論，它能把量子力學、引力以及物理學中其他所有相互作用都包容在內(nèi)。如果我們做到了這一點，我們就真正理解了宇宙以及我們在其中的位置。
該書不是一部尋常的口述歷史，而是對二十世紀人類最偉大的頭腦之一的極為感人又迷人的畫像和描述。對于非專業(yè)讀者，本書無疑是他們享受人類文明成果的機會和滋生寶貴靈感的源泉?！痘艚鹬v演錄——黑洞、嬰兒宇宙及其他》，是由霍金1976-1992年間所寫文章和演講稿共13篇結(jié)集而成。討論了虛時間、有黑洞引起的嬰兒宇宙的誕生以及科學家尋求完全統(tǒng)一理論的努力，并對自由意志、生活價值和死亡作出了獨到的見解。在三年工作量并不巨大的學習之后，他獲得了一等自然科學榮譽學位，之后進入劍橋大學研究宇宙學，當時牛津大學還沒有宇宙學這個專業(yè)。盡管他希望能夠跟當時在劍橋的弗雷德·霍伊爾(Fred Hoyle)身邊做研究，但是他的導師卻是丹尼斯·西艾瑪(Dens Scama)。在獲得博士學位之后，他成為一名研究員，后來成為岡維爾和凱厄斯學院(Gonvlle and Caius College)的教授。
1992年耗資350萬英鎊的同名電影問世?；艚饒孕抨P(guān)于宇宙的起源和生命的基本理念可以不用數(shù)學來表達，世人應當可以通過電影——這一視聽媒介來了解他那深奧莫測的學說。本書是關(guān)于探索時間本質(zhì)和宇宙最前沿的通俗讀物，是一本當代有關(guān)宇宙科學思想最重要的經(jīng)典著做，它改變了人類對宇宙的觀念?！稌r間簡史續(xù)編》 作為宇宙學無可爭議的權(quán)威，霍金的研究成就和生平一直吸引著廣大的讀者，《時間簡史續(xù)篇》是為想更多了解霍金教授生命及其學說的讀者而編的。該書以坦白真摯的私人訪談形式，敘述了霍金教授的生平歷程和研究工作，展現(xiàn)了在巨大的理論架構(gòu)后面真實的“人”。
《喬治開啟宇宙的秘密鑰匙》中文版發(fā)行于2008年年初，這本書由史蒂芬·霍金、其女兒露西·霍金、其學生克里斯托弗·加爾法德所著，是史蒂芬·霍金的“兒童科普三部曲”之一，這本書當中論黑洞以及很多部分都簡述了霍金的新想法，這本書在國內(nèi)外好評如潮。
[編輯本段]霍金的量子力學最新進展
霍金希望解開宇宙誕生之時的奧秘，1970年代時，霍金將量子力學應用于解釋黑洞現(xiàn)象，但是在之后的30年中，用量子力學解釋整個宇宙已經(jīng)變得更加困難了?；艚鹣胝业揭惶卓梢酝昝澜忉屨麄€宇宙現(xiàn)象的理論來說明137億年誕生直到現(xiàn)在的宇宙，但是多年過去了就算無限接近他仍然沒有得出結(jié)論。按照他的量子力學理論，宇宙誕生是大爆炸產(chǎn)生的，這是一個被壓縮的無限小卻具有超大重力的物質(zhì)（也可以理解成密度無限大）爆炸的產(chǎn)物。量子力學的理論范疇不能夠解釋這一個過程是如何進行？為什么會這樣？霍金說“那必須有一套可以描述小規(guī)模重力的理論”。最新的科學突破是霍金的同事，倫敦瑪麗皇后學院的麥克·格林（Michael .Green）參與建構(gòu)的超弦理論，簡稱為“弦論”，這理論指出所以粒子和自然力量，其實都是在震蕩中的像弦一樣的微小物體，解決了霍金一直想努力解答的重力問題，這個理論必須建立在宇宙必須有9、10甚至是大于11個的維度中，而我們身處的三維世界可能僅僅是真正的宇宙的其中一個膜...目前為數(shù)眾多的世界各地科學家正在太空和地球做相關(guān)的實驗來證明弦論以及從實驗來證明從而支持霍金的黑洞理論和量子理論。
[編輯本段]膜上的四維量子力學詮釋
類似10維或11維的“弦論”＝振動的弦、震蕩中的象弦一樣的微小物體。
霍金膜上四維世界的量子理論的近代詮釋（鄧宇等，80年代）：
振動的量子（波動的量子＝量子鬼波）＝平動微粒子的振動；振動的微粒子；震蕩中的象量子（粒子）一樣的微小物體。
不擲骰子的上帝－愛因斯坦，決定論量子論詮釋的解決方案、模板：微粒子振動+振動+平動的矢量和。
[編輯本段]2004年－霍金悖論與信息守恒
