張 艷，楊慶余

(江蘇師范大學(xué) 物理電子與工程學(xué)院, 江蘇 徐州 221116)

愛(ài)因斯坦(Albert Einstein)是相對(duì)論之父，也是量子理論的開(kāi)創(chuàng)者之一.他顛覆了經(jīng)典物理學(xué)的時(shí)間、空間、物質(zhì)和能量概念，工作涵蓋了物理學(xué)中幾乎全部的基本問(wèn)題.1905年是他的奇跡之年，連續(xù)發(fā)表的五篇論文成為他科學(xué)生涯的第一個(gè)高峰期.其中一篇題為《關(guān)于光的產(chǎn)生與轉(zhuǎn)換的一個(gè)啟發(fā)性觀點(diǎn)》的論文為他摘取了1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)桂冠.普朗克慧眼發(fā)現(xiàn)了愛(ài)因斯坦的天才，成為他學(xué)術(shù)上的伯樂(lè)和護(hù)航人，他們也因此結(jié)下了真摯的友誼.

1 光電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)歷程

1900年12月24日，普朗克在德國(guó)物理學(xué)會(huì)的圣誕年會(huì)上宣讀了《關(guān)于正常光譜的能量分布定律》論文，給出了令人震驚的結(jié)果：“能量在輻射過(guò)程中是不連續(xù)的，是一份一份被釋放的，每一份就是一個(gè)‘能量元’，而‘能量元’的能量只決定于頻率”[1].1905年，愛(ài)因斯坦由此大膽地推進(jìn)了一步：將光量子概念轉(zhuǎn)變?yōu)槔碚?當(dāng)時(shí)被普遍認(rèn)同的觀點(diǎn)是光是波狀的，而他的理論假定光是由離散能量子構(gòu)成，這使得普朗克的量子論首次被公開(kāi).在論文的最后部分，愛(ài)因斯坦明確表達(dá)了這一假設(shè)也能用來(lái)解釋光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn).

光電效應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)最早起源于海因里?！ず掌?Heinrich Hertz)，赫茲在研究?jī)蓚€(gè)金屬表面電勢(shì)差產(chǎn)生火花放電時(shí)發(fā)現(xiàn)：一個(gè)表面產(chǎn)生的原始火花會(huì)在另一個(gè)表面引起二次火花；于是他在二次火花周?chē)艘粚诱趽跷镆匀コ⒐?，結(jié)果二次火花變短了.這顯然是由于包裹物的一部分插入到了兩個(gè)電火花之間而導(dǎo)致的.赫茲認(rèn)為這不是靜電效應(yīng)，而是原火花發(fā)出的光引起的電火花.為了解開(kāi)這一謎團(tuán)，他增大了兩金屬表面的距離直到電火花不再產(chǎn)生，然后用靠近的電弧燈照射金屬表面，電火花又產(chǎn)生了.這一實(shí)驗(yàn)充分證實(shí)了他的猜想.

接著，哈爾瓦克斯(Withelm Hallwachs)證明，在紫外光的照射下本來(lái)不帶電的金屬物體會(huì)獲得正電.隨后，埃爾斯特(Jdri Eister)和蓋特爾(Hans Geitel)首次在真空管中研究光電效應(yīng)并制成了第一支光電管；皮埃爾·居里(Pierre Curie)和他的同事首先發(fā)現(xiàn)可以由X射線(xiàn)激發(fā)光電效應(yīng).1899年，J.J.湯姆孫(Joseph John Thomson)在研究陰極射線(xiàn)時(shí)斷言：紫外光誘發(fā)的光電效應(yīng)是由電子的發(fā)射構(gòu)成的.1902年，勒納德(Philip Lennard)用碳弧光源研究光電效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)電子能量與光強(qiáng)沒(méi)有絲毫關(guān)系，但光電子的能量卻隨著頻率的增大而增大.

2 愛(ài)因斯坦對(duì)光電效應(yīng)的解釋

普朗克在科學(xué)研究上不是一個(gè)激進(jìn)的人，他始終強(qiáng)調(diào)世界圖景的普適性和統(tǒng)一性，總是希望看到“作為一個(gè)整體的”物理學(xué).當(dāng)這種努力遇到困難時(shí)，他在堅(jiān)持中一步步退讓?zhuān)M量采用“折衷的”辦法支持所面臨的局勢(shì).1906至1908 年間，他對(duì)空腔輻射的妥協(xié)釋放出了某種全新的、對(duì)物理學(xué)界構(gòu)成威脅的東西.他開(kāi)始致力于尋找對(duì)常量h的一種詮釋?zhuān)Ｍ馨颜駝?dòng)能量的分立性限制帶給物理學(xué)的混亂降低到最小程度.

愛(ài)因斯坦和普朗克的想法卻大相徑庭.他首先創(chuàng)造性地引入光量子概念，從而徹底地解決了關(guān)于光電效應(yīng)的諸多難題.1905年3月，愛(ài)因斯坦完成了被稱(chēng)為“具有革命性貢獻(xiàn)”的論文《關(guān)于光的產(chǎn)生與轉(zhuǎn)換的一個(gè)啟發(fā)性的觀點(diǎn)》.他以精煉的語(yǔ)言處理著一個(gè)不太成熟的議題，在論文開(kāi)頭的第一個(gè)小標(biāo)題“關(guān)于黑體輻射理論的一些困難”中寫(xiě)道：“在熱平衡狀態(tài)下，普朗克公式與實(shí)驗(yàn)相符卻與現(xiàn)有理論不符，這說(shuō)明普朗克的最初推導(dǎo)中掩蓋著缺陷，這對(duì)物理學(xué)的發(fā)展來(lái)說(shuō)真是太幸運(yùn)了.”[3]于是他開(kāi)始構(gòu)造研究黑體輻射的新方法，這個(gè)方法不以輻射的產(chǎn)生和傳播圖像為基礎(chǔ)，也就是不用普朗克公式，而進(jìn)行了唯象推理.他從實(shí)驗(yàn)入手，借助于維恩(Wilhelm Wien)猜想，得出了光量子(light-quantum)假說(shuō)，這個(gè)假說(shuō)是以純經(jīng)典的理論物理和一些與經(jīng)典描述相悖的實(shí)驗(yàn)信息的混合為基礎(chǔ)的.光量子假說(shuō)的杰出之處是憑借直覺(jué)選擇了正確的實(shí)驗(yàn)材料，并以統(tǒng)計(jì)力學(xué)為根基，加上簡(jiǎn)單的理論推導(dǎo)出來(lái).這一推導(dǎo)既有著普朗克式的瘋狂又極具愛(ài)因斯坦式的微妙.

在啟發(fā)性原理的基礎(chǔ)上，愛(ài)因斯坦為光電效應(yīng)提出了簡(jiǎn)單圖景：一個(gè)光量子把它所有的能量交給一個(gè)電子，它所能傳遞的能量獨(dú)立于其它光量子的存在.當(dāng)一個(gè)從物體內(nèi)部逸出的電子在它到達(dá)物體表面之前有一些能量損失，令Emax為能量損失為零的情況下逸出電子的能量.于是，愛(ài)因斯坦得出了光電效應(yīng)方程為：Emax=hν-W.這里，ν為入射輻射的(單色)頻率，W為逸出功.愛(ài)因斯坦指出：光電效應(yīng)方程能夠解釋勒納德的觀察結(jié)果.光電效應(yīng)方程在量子論發(fā)展史上第二次出現(xiàn)了普朗克常量h，它給出了嶄新有力的預(yù)言：即E應(yīng)隨ν線(xiàn)性變化；(E，ν)曲線(xiàn)的斜率是一個(gè)普適常量，與輻照物質(zhì)的性質(zhì)無(wú)關(guān).所預(yù)言的斜率值就是由輻射定律得到的普朗克常量.愛(ài)因斯坦的光量子理論很好地解釋了這一現(xiàn)象.只有能量足夠大的光子才能使電子獲得射出所需能量，因此頻率低于一定值的光即使光強(qiáng)很大也不能激發(fā)出電子.而電子射出的速度也是由光子的能量或者說(shuō)由光的頻率決定的.大多數(shù)物理學(xué)家，包括普朗克和洛倫茲(Hendrik Lorentz)本人在內(nèi)都認(rèn)為他的觀點(diǎn)是沒(méi)有根據(jù)的.

3 光電效應(yīng)解釋的接受過(guò)程

愛(ài)因斯坦對(duì)待光量子問(wèn)題表現(xiàn)出了明顯的謹(jǐn)慎態(tài)度，他發(fā)現(xiàn)自己提出的原理與電磁輻射的波動(dòng)圖像存在著尖銳的矛盾，而這種矛盾無(wú)論當(dāng)時(shí)還是以后都無(wú)法解決.1906年，他重新考察了普朗克的推導(dǎo)與自己工作的聯(lián)系，引入了一個(gè)新的假設(shè)，并借助于這個(gè)新假設(shè)再次檢驗(yàn)了普朗克定律的推導(dǎo)過(guò)程，然后得出結(jié)論：“我們必須認(rèn)為下述原理是普朗克輻射理論的基礎(chǔ)：一個(gè)普朗克振子能量值只是hν的整數(shù)倍.在發(fā)射和吸收中，一個(gè)普朗克振子能量改變也是以hν的整數(shù)倍躍變的”[2].1909年愛(ài)因斯坦在給朋友勞伯(Johann Laub)的信中寫(xiě)道：“普朗克十分贊同我的觀點(diǎn)，……但他在理解一種新的思維模式時(shí)總是特別謹(jǐn)慎.因此，他反對(duì)我最后一篇關(guān)于輻射的論文是可以理解的，但他對(duì)我的反駁并沒(méi)有說(shuō)什么.我希望他看過(guò)這篇文章后能夠接受它.量子問(wèn)題有如此非同一般的重要性，卻又的確困難；我們必須認(rèn)真地面對(duì)它”[4].無(wú)論如何，愛(ài)因斯坦本人在很大程度上卷入了這個(gè)問(wèn)題，他還推導(dǎo)出許多能夠用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的具體物理結(jié)論，光電效應(yīng)就是其中之一.愛(ài)因斯坦在1905年的論文中指出：短波光輻射可以從金屬表面敲打出電子來(lái).1907年提出的比熱理論，也可以證實(shí)光的粒子性.起初他的聲望主要是因狹義相對(duì)論帶來(lái)的，現(xiàn)在又因?yàn)檫@一聲望而激發(fā)了許多人來(lái)認(rèn)真地研究量子問(wèn)題.相對(duì)論和量子論分別適用于不同的經(jīng)驗(yàn)范疇.狹義相對(duì)論的基礎(chǔ)是光速c的有限性，量子論的結(jié)論是自然常量h≠0.雖然20世紀(jì)兩個(gè)最重要的物理理論沒(méi)有任何邏輯聯(lián)系，但它們的歷史發(fā)展卻密切相關(guān)，甚至可以說(shuō)因?yàn)橄鄬?duì)論的成功而加速了量子論的發(fā)展.

1909年在慕尼黑，索末菲(Arnold Sommerfeld)的助手德拜(Peter Debye)在巴伐尼亞州首府薩爾茨堡(Salzburg)會(huì)議上聽(tīng)了愛(ài)因斯坦的演講后轉(zhuǎn)向了量子理論的研究.1910年3月，德拜找到了另一種更簡(jiǎn)潔清晰的推導(dǎo)方法得到了普朗克1900年提出的輻射公式.德拜的成功鼓勵(lì)了索末菲.因?yàn)橹钡侥菚r(shí)他仍然站在普朗克的一邊，反對(duì)愛(ài)因斯坦的“激進(jìn)”解釋.難道愛(ài)因斯坦是正確的? 此時(shí)索末菲和他的學(xué)生愛(ài)潑斯坦(Paul Epstein)準(zhǔn)備一起到瑞士休假，正好利用假期同愛(ài)因斯坦討論物理學(xué)問(wèn)題.愛(ài)因斯坦在信中寫(xiě)道，索末菲與他一起呆了整整一個(gè)星期，“為了弄清楚光的問(wèn)題和幾個(gè)相對(duì)論問(wèn)題.見(jiàn)到他我十分高興，他在一定程度上已經(jīng)同意了我的一些觀點(diǎn)”[4].當(dāng)索末菲相信量子論以后，便成為了現(xiàn)代物理學(xué)的“放大器”.與普朗克不同的是，索末菲周?chē)幸淮笈鷮W(xué)生，他與他們不斷地交流思想，極大地影響著他們.就這樣，從1911年初開(kāi)始，慕尼黑出現(xiàn)了一大批天才的年輕物理學(xué)家，他們?nèi)琊囁瓶实靥剿髦孔又i.

在索末菲之前，愛(ài)因斯坦還為量子論贏得了另一位重要人物的支持.這就是來(lái)自柏林的著名物理化學(xué)家能斯特(Hermann Nernst)，而他此時(shí)正以絕對(duì)的權(quán)威領(lǐng)導(dǎo)著一個(gè)大型研究所.他的興趣和方向是化學(xué)熱力學(xué).1906年，他提出了熱力學(xué)第三定律，并由此得出結(jié)論：當(dāng)溫度趨于絕對(duì)零度時(shí)，所有物質(zhì)的比熱趨向于一個(gè)常數(shù).當(dāng)他理解了愛(ài)因斯坦的比熱理論后，馬上開(kāi)始大規(guī)模測(cè)量低溫時(shí)物質(zhì)的比熱.1910年3月學(xué)期末，能斯特帶著所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)到蘇黎世拜訪愛(ài)因斯坦.他們對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了細(xì)心對(duì)照，結(jié)果令人滿(mǎn)意.愛(ài)因斯坦在信中寫(xiě)道：“我深信量子理論，能斯特測(cè)量的結(jié)果十分漂亮地證實(shí)了我的預(yù)言”[4].除熱輻射外，能斯特又得到了第二批實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這些結(jié)果只能用量子概念解釋.索末菲稱(chēng)贊道：量子理論現(xiàn)在已經(jīng)建立了“兩個(gè)強(qiáng)大的支柱”.而愛(ài)因斯坦則宣稱(chēng)：能斯特的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)把量子論從“理論的陰影中”“解脫”出來(lái).

1910年前后，無(wú)數(shù)的實(shí)驗(yàn)充分證明了，不僅愛(ài)因斯坦的相對(duì)論概念是正確的，他的量子概念也取得了驚人的成功.“啟發(fā)性觀點(diǎn)”所包括的真理的確十分重要.1910年6月，能斯特準(zhǔn)備組織一次“量子論國(guó)際會(huì)議”[即第一屆索爾維(Ernest Solvay)物理學(xué)會(huì)議]，為歐洲范圍內(nèi)頂級(jí)專(zhuān)家們重新思考科學(xué)的基礎(chǔ)提供機(jī)會(huì).按照能斯特的想法，為物理學(xué)的發(fā)展樹(shù)立一塊里程碑的日子到了.1911年10月，第一屆索爾維物理學(xué)會(huì)議在布魯塞爾如期召開(kāi)，愛(ài)因斯坦作了題為《比熱問(wèn)題的現(xiàn)狀》的報(bào)告：“我堅(jiān)持認(rèn)為這個(gè)光量子概念具有暫時(shí)性特征，因?yàn)樗c已由實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)的波動(dòng)理論的結(jié)果不相協(xié)調(diào)”[5].面對(duì)歐洲一大批資深經(jīng)典物理學(xué)大師們，愛(ài)因斯坦是猶豫的，因?yàn)樗姆匠掏茖?dǎo)基礎(chǔ)是量子理論，而不是一個(gè)與麥克斯韋電磁場(chǎng)理論完全相容的理論.但黑體輻射實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與普朗克公式的吻合為普朗克公式被接受奠定了基礎(chǔ).經(jīng)過(guò)前幾輪的討論，布魯塞爾會(huì)議上通過(guò)正式、非正式的報(bào)告，使許多原來(lái)持中立態(tài)度的物理學(xué)家們開(kāi)始認(rèn)識(shí)到：他們正身處一場(chǎng)以愛(ài)因斯坦為領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)革命之中.

在柏林，直到1913年，除能斯特以外的主流物理學(xué)家們?nèi)匀徽J(rèn)為：光量子假說(shuō)是愛(ài)因斯坦的一個(gè)錯(cuò)誤.但普朗克、魯本斯和瓦爾堡(Emil Warburg)聯(lián)名提議愛(ài)因斯坦為普魯士科學(xué)院院士，他們?cè)谕扑]信中高度贊揚(yáng)愛(ài)因斯坦的成就，結(jié)尾這樣寫(xiě)道：“總之，我們可以說(shuō)，在具有豐富內(nèi)容的現(xiàn)代物理學(xué)的所有重大問(wèn)題上，幾乎所有問(wèn)題都有愛(ài)因斯坦的巨大貢獻(xiàn).可能有時(shí)他的設(shè)想會(huì)迷失方向，例如，他的光量子假說(shuō)，但不能以此來(lái)否定他，因?yàn)榧词乖谧罹_的科學(xué)中，也不可能不冒一點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)而能提出新的觀點(diǎn)”[6].

此時(shí)量子概念已經(jīng)超越了德語(yǔ)的界限：在法國(guó)，年輕的物理學(xué)家布里淵(Ion Brillouin)和德布羅意(Louis de Broglie)受到了極大影響.在英國(guó)，1913年，J.J.湯姆孫(Joseph John Thomson)的學(xué)生休斯(Arthur Hughes)發(fā)現(xiàn)：線(xiàn)性的E-ν關(guān)系和斜率參數(shù)的測(cè)量結(jié)果，參數(shù)值在 4.9×10-34～5.7×10-34范圍內(nèi)變化，且與照射材料的性質(zhì)有關(guān)[2]；當(dāng)時(shí)依然有人對(duì)休斯的這個(gè)結(jié)果在技術(shù)上持保留態(tài)度.不久之后，金斯公布了自己對(duì)輻射理論的重要發(fā)現(xiàn)：愛(ài)因斯坦的光電方程“幾乎普遍成立”[2].雖然觀點(diǎn)存在分歧，但實(shí)驗(yàn)工作者顯然開(kāi)始向愛(ài)因斯坦靠攏.

丹麥的玻爾(Niels Bohr)在曼徹斯特做訪問(wèn)時(shí)，聽(tīng)到了盧瑟福對(duì)布魯塞爾會(huì)議內(nèi)容的生動(dòng)描述.與柏林不同的是原子結(jié)構(gòu)長(zhǎng)久以來(lái)一直是英國(guó)科研興趣的中心，這一切為量子概念的傳播提供了肥沃的土壤.1913年2月和3月間，玻爾以量子論原子模型對(duì)氫原子進(jìn)行研究并做出了突破性貢獻(xiàn).玻爾關(guān)于氫原子的理論是革命性的工作，當(dāng)時(shí)也沒(méi)有馬上被接受，但理論與實(shí)驗(yàn)在5位有效數(shù)字上相吻合，這充分說(shuō)明玻爾的理論與現(xiàn)實(shí)世界有著緊密關(guān)聯(lián).當(dāng)愛(ài)因斯坦得知玻爾理論的實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)說(shuō)道：“那么，這是20世紀(jì)最偉大的發(fā)現(xiàn)之一”[7].到了1916年，愛(ài)因斯坦終于明白了啟發(fā)性原理的意義，由此得出了一個(gè)普朗克輻射定律的新推導(dǎo)，這些推導(dǎo)使他在黑體輻射與玻爾原子理論之間搭起了一座橋梁.

美國(guó)物理學(xué)界當(dāng)時(shí)還不是世界科學(xué)的前沿.但在1915年前后，芝加哥大學(xué)的密立根(Robert Andrews Millikan)由于對(duì)光電效應(yīng)所做的一系列實(shí)驗(yàn)，使他對(duì)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)的論文有了相對(duì)成熟的見(jiàn)解.從他早期的論文中可以看出：“愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程……在任何情況下都精確地預(yù)言了測(cè)量結(jié)果……但愛(ài)因斯坦推導(dǎo)公式所依據(jù)的半微粒理論，現(xiàn)在看來(lái)是完全站不住腳的”[2].密立根已經(jīng)在他的實(shí)驗(yàn)室里對(duì)這些問(wèn)題研究了幾年，他曾以可見(jiàn)光(汞光譜中的一組譜線(xiàn))為源，以各種堿金屬為靶子(其光敏度高達(dá)0.6 μm)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn).1914年 4月24日和1915年4月24日，他在美國(guó)物理學(xué)會(huì)上兩次報(bào)告了自己的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展.在1916年發(fā)表的長(zhǎng)篇論文里，他詳細(xì)敘述了實(shí)驗(yàn)過(guò)程，總結(jié)了完美的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：光電效應(yīng)方程很好地成立.而且，“普朗克常量h，已經(jīng)用光電效應(yīng)的方法在0.5%的精度內(nèi)確定，數(shù)值為：h=6.57×10-34Js”.密立根以他慣有的風(fēng)格坦率地對(duì)愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程說(shuō)出了自己的心里話(huà)：“我曾花10年時(shí)間來(lái)檢驗(yàn)愛(ài)因斯坦1905年的方程，結(jié)果和我所希望的一切相反”.哈佛大學(xué)的生物物理學(xué)家杜安(Willin Duane)和他的助手洪特(Franklin Livingrton Hunt)在1915做X射線(xiàn)實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)在恒電勢(shì)V下操作X射線(xiàn)管產(chǎn)生的X射線(xiàn)頻率有一個(gè)很陡的上限；正如愛(ài)因斯坦在1905年所預(yù)言的那樣，ν由eV=hν決定.這個(gè)頻率限現(xiàn)在被稱(chēng)為杜安-洪特極限(Duane-Hunt lmiti).他們得到了相當(dāng)不錯(cuò)的普朗克常量值：h=6.39×10-34Js.

4 愛(ài)因斯坦與諾貝爾獎(jiǎng)

普朗克能量子的發(fā)現(xiàn)最初是要回答一個(gè)具體的“黑體”問(wèn)題.許多物理學(xué)家們包括普朗克本人也僅把它看作是一個(gè)巧妙的數(shù)學(xué)答案，用它來(lái)回答無(wú)法解決的小范圍問(wèn)題，其深刻的影響直到后來(lái)才逐漸顯現(xiàn)出來(lái).普朗克發(fā)現(xiàn)的意義讓幾乎所有同行都感到困惑(包括他自己).因?yàn)樗竽懱岢隽私鉀Q方案，卻沒(méi)有提供任何的來(lái)龍去脈.正如理論物理學(xué)科學(xué)史家派斯(Abraham Pais)所言：“獲得發(fā)現(xiàn)和發(fā)現(xiàn)本身是完全不同的理解”[2].愛(ài)因斯坦是第一個(gè)去理解它并獲得驚人成功的人.普朗克沒(méi)有能力或不愿把他具有劃時(shí)代意義的法則變成普適理論.與普朗克不同，年輕的愛(ài)因斯坦卻敢于提出帶有大膽設(shè)想的理論.1905年在他的奇跡之年提出了四個(gè)開(kāi)創(chuàng)性的理論：狹義相對(duì)論、質(zhì)量與能量守恒、對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)的解釋以及光量子概念.相對(duì)論至今仍是他最著名的發(fā)現(xiàn).普朗克公式被充分證實(shí)能夠精確地與所有相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相吻合，而愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論卻在很長(zhǎng)的時(shí)間里缺乏實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.

狹義相對(duì)論動(dòng)搖了19世紀(jì)盛行的“以太”觀念但卻并沒(méi)有完全否定它.它變革了從牛頓以來(lái)建立的時(shí)空觀，對(duì)于光速提出了新的觀點(diǎn).并且在這一理論尚未得到證實(shí)前已被廣泛接受.老一輩的科學(xué)家如龐加萊(Jules Henri Poincaré)和洛倫茲(Hendrik Lorentz)對(duì)此進(jìn)行了深入研究，后來(lái)的諾貝爾獎(jiǎng)得主玻恩(Max Born)也積極加入其中，而愛(ài)因斯坦本人卻并沒(méi)有把相對(duì)論看成是一場(chǎng)革命.直到1921年，在他創(chuàng)立了狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論多年后仍說(shuō)：“這是對(duì)于法拉第、麥克斯韋和洛倫茲工作的補(bǔ)充”[8].他認(rèn)為光量子概念“非常前沿”.1913年，玻爾原子理論雪中送碳般地面世，成為普朗克和愛(ài)因斯坦獲得諾貝爾獎(jiǎng)的直接推動(dòng)力.

此時(shí)愛(ài)因斯坦的名望已如日中天，這可以從他被諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)頻繁提名看出.早在1909年就獲得了第一次提名；1912年，又因?yàn)槔碚撐锢韺W(xué)獲得了第二次提名；從1913年開(kāi)始直到1922年從未間斷.到了1922年，愛(ài)因斯坦已被諾獎(jiǎng)提名多達(dá)50次.大部分人都殷切期望他的相對(duì)論能獲得諾貝爾獎(jiǎng).與之相比，他的光電效應(yīng)和布朗運(yùn)動(dòng)理論則很少被提及.法國(guó)物理學(xué)家布里淵(Marcel Brillouin)寫(xiě)道：“想象一下，如果愛(ài)因斯坦沒(méi)有出現(xiàn)在諾貝爾獲獎(jiǎng)名單中，那么50年后大眾的想法會(huì)是什么樣子”[8].

1922年，在瑞典斯徳哥爾摩諾貝爾物理委員會(huì)工作的玻爾的學(xué)生、理論物理學(xué)家?jiàn)W辛(C.W.Oseen)曾經(jīng)寫(xiě)過(guò)一段精辟的措辭來(lái)評(píng)價(jià)愛(ài)因斯坦的貢獻(xiàn).奧辛建議僅就愛(ài)因斯坦解釋了光電效應(yīng)的光量子假說(shuō)而授予其諾貝爾獎(jiǎng)，畢竟密立根實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)了愛(ài)因斯坦的理論.他在起草的引文中寫(xiě)道：愛(ài)因斯坦“為光電效應(yīng)法則的發(fā)現(xiàn)，因其使量子理論得到了一次充滿(mǎn)活力的復(fù)興”[8].他放棄了早期 “量子理論”的措辭而改用“光電效應(yīng)法則”，這使那些評(píng)審委員會(huì)的“測(cè)量物理學(xué)家們”更容易接受.奧辛一直在尋求合適的措辭，以助推愛(ài)因斯坦獲獎(jiǎng).“量子理論得到了一次充滿(mǎn)活力的復(fù)興”的措詞終于顯現(xiàn)成效，意味著獲獎(jiǎng)路線(xiàn)必須沿著普朗克─愛(ài)因斯坦─玻爾的順序前進(jìn).諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)審委員會(huì)沒(méi)有否認(rèn)愛(ài)因斯坦的貢獻(xiàn)，但不同意授獎(jiǎng)給狹義相對(duì)論.1922年，瑞典皇家科學(xué)院終于宣布：把1921年未發(fā)的物理學(xué)獎(jiǎng)授予愛(ài)因斯坦.同時(shí)，1922年物理學(xué)獎(jiǎng)授予玻爾.至此，一切終于塵埃落定.

5 愛(ài)因斯坦與普朗克

1905年，當(dāng)愛(ài)因斯坦最初完成5篇論文時(shí)，謹(jǐn)慎的普朗克成為了這一理論的第一個(gè)推崇者.作為德國(guó)老牌《物理年鑒》(Physical Yearbook)的編輯，在收到愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論的初稿后便立即發(fā)表.1906年，普朗克在愛(ài)因斯坦提出的理論基礎(chǔ)上又發(fā)表了一篇論文，并在重要的柏林論壇上進(jìn)行演講.普朗克高度稱(chēng)贊愛(ài)因斯坦的歷史貢獻(xiàn)，把他與哥白尼(Nicolaus Copernicus)相提并論.1909年，愛(ài)因斯坦開(kāi)始有了國(guó)際性聲譽(yù)，斯特恩(Otto Stern)自費(fèi)來(lái)到蘇黎世師從愛(ài)因斯坦；1911年愛(ài)因斯坦受邀參加索爾維會(huì)議，見(jiàn)到了普朗克、能斯脫、洛倫茲、居里夫人(Maria Skodowska Curie)、奧斯特瓦爾德(Friedrich Wilhelm Ostwald)等世界一流的科學(xué)家；1911年德國(guó)布拉格大學(xué)聘請(qǐng)他擔(dān)任正教授.蘇黎世開(kāi)始認(rèn)識(shí)到他的價(jià)值，1912年母校蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)盛情邀請(qǐng)他擔(dān)任正教授.

1912年，普朗克是普魯士科學(xué)院數(shù)學(xué)物理分部的兩位常務(wù)秘書(shū)之一.這是德國(guó)科學(xué)界最有影響力的職位.1913年10月任柏林大學(xué)校長(zhǎng).鑒于愛(ài)因斯坦的巨大影響，當(dāng)時(shí)的普魯士科學(xué)院對(duì)他表示了強(qiáng)烈的興趣.1913年7月3日，柏林科學(xué)院召開(kāi)會(huì)議，對(duì)增選愛(ài)因斯坦為院士的提議進(jìn)行表決，21票贊成1票反對(duì)獲得通過(guò).普朗克和能斯特立即南下蘇黎世竭力勸說(shuō)愛(ài)因斯坦到柏林任職，擔(dān)任普魯士科學(xué)院院士、柏林大學(xué)教授和即將成立的威廉皇帝物理研究所所長(zhǎng).他們約定第二天中午在火車(chē)站見(jiàn)面，如果愛(ài)因斯坦同意去柏林，則手持一支紅玫瑰，不同意則手持一支白玫瑰.第二天，愛(ài)因斯坦手持一支紅玫瑰出現(xiàn)了，這與他浪漫的性格極為相符.

普朗克是德國(guó)學(xué)究派的典型代表，人們似乎從未在任何一張照片中見(jiàn)過(guò)他的笑容.他總是對(duì)自己驚人的洞察力保持低調(diào).而愛(ài)因斯坦第一個(gè)識(shí)別出了他就是量子物理學(xué)的“伽利略”.普朗克一生中都在擔(dān)心自己對(duì)傳統(tǒng)物理學(xué)和因果律所帶來(lái)的可怕突破，但他還是做到了.他大膽地投身到其他杰出物理學(xué)家不敢或尚未有足夠洞察力去做的領(lǐng)域，他的保守和激進(jìn)反映出了他是一個(gè)典型的循規(guī)蹈矩的德國(guó)教授，同時(shí)又是一個(gè)智慧敏捷、品德高尚、慷慨大方、富有同情心的人.

在普朗克的一生中, 經(jīng)歷了德國(guó)的崛起和兩次世界大戰(zhàn)的悲劇.作為一個(gè)忠誠(chéng)的愛(ài)國(guó)者，第一次世界大戰(zhàn)中，他在保護(hù)德國(guó)軍國(guó)主義的宣言上簽了字，受到了協(xié)約國(guó)同行的強(qiáng)烈抨擊.他是德國(guó)除愛(ài)因斯坦之外最有名聲的科學(xué)家.1930年被任命為著名威廉皇家學(xué)會(huì)(現(xiàn)稱(chēng)為馬克斯·普朗克學(xué)會(huì))會(huì)長(zhǎng)職務(wù).盡管愛(ài)因斯坦和普朗克持有不同的政治觀點(diǎn)和科學(xué)觀點(diǎn)，但前者卻一直對(duì)他懷有深切的敬意.他們的友誼通過(guò)一起演奏共同熱愛(ài)的音樂(lè)而進(jìn)一步加強(qiáng).

二戰(zhàn)期間, 面對(duì)希特勒滅絕人性的排猶政策，普朗克曾為他的猶太同事弗里茲·哈伯(Fritz Haber)向希特勒求情.不料希特勒勃然大怒，對(duì)猶太人進(jìn)行了肆意的攻擊，普朗克非常痛苦.雖然他不曾公開(kāi)反對(duì)納粹，但他的態(tài)度卻是眾所周知的，他的家庭也同樣難逃厄運(yùn).普朗克有四個(gè)孩子，長(zhǎng)子于 1916 年在凡爾登(Verdun)戰(zhàn)場(chǎng)中彈身亡，兩個(gè)女兒也死于第一次世界大戰(zhàn)，次子由于被指控有參與謀殺希特勒的嫌疑而被納粹處決.他的柏林住宅被盟國(guó)軍隊(duì)炸毀，豐富的藏書(shū)和一生收集的成果毀于一旦.戰(zhàn)爭(zhēng)末期，他躲進(jìn)了樹(shù)林，一位德國(guó)物理學(xué)家得知他的困境后，勸說(shuō)美國(guó)人把普朗克護(hù)送到了比較安全的哥廷根，這才在戰(zhàn)爭(zhēng)中得以幸存.二戰(zhàn)結(jié)束后，他親眼目睹了納粹的滅亡.在生命的最后兩年，他又重新恢復(fù)了應(yīng)有的榮譽(yù)并受到了普遍的尊敬.人們已經(jīng)準(zhǔn)備為他的九十壽辰舉行盛大的慶?；顒?dòng)，但在慶典的前幾個(gè)月，1947 年 10 月4日，這位世紀(jì)偉人在走完了飽經(jīng)憂(yōu)患的人生旅程后，在哥廷根安然離世，享年90歲.人們?cè)谶@位偉大科學(xué)家的墓碑上刻上了他的姓名、生卒年月和“h= 6.62×10-27erg·s”字樣, 以紀(jì)念他對(duì)物理學(xué)所作的巨大貢獻(xiàn).

而愛(ài)因斯坦，作為知識(shí)分子偶像的魅力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了他本身所具有的聰明智慧，他非同尋常的名氣在很大程度上要?dú)w功于他那承受內(nèi)心孤獨(dú)的超強(qiáng)意志力.他是一個(gè)“快樂(lè)的男孩”，從不把名譽(yù)當(dāng)回事.希特勒掌權(quán)后，他被驅(qū)逐逃到了美國(guó)一個(gè)美麗古樸的小鎮(zhèn)普林斯頓.作為一名和平主義者，二戰(zhàn)期間，他強(qiáng)烈要求美國(guó)制造原子彈，并扮演了一個(gè)與他一直奉行的原則完全矛盾的角色.他曾經(jīng)幽默地評(píng)價(jià)自己說(shuō)：“上帝在分送禮物時(shí)是毫不寬容的.他只給了我騾子般的頑強(qiáng).不！他還給了我靈敏的嗅覺(jué)”[9].他一生有過(guò)兩次婚姻，他對(duì)自己的婚姻評(píng)價(jià)道：這是我一生中失敗了兩次的同一項(xiàng)事業(yè).晩年他致力于更宏大的幾乎無(wú)法完成的工作----統(tǒng)一場(chǎng)論的研究.他那天才的光輝在減退，但他的認(rèn)識(shí)卻比任何人都超前了幾十年.在生命的終點(diǎn)，因拒絕手術(shù)而死于動(dòng)脈瘤.他認(rèn)為：“人為地延長(zhǎng)生命是毫無(wú)意義的.我已經(jīng)做了我該做的事情，是時(shí)候走了，我會(huì)優(yōu)雅地離去的”[8].幾天后，他做到了.1954年4月18日，一顆巨星永遠(yuǎn)地隕落，享年76歲.

對(duì)愛(ài)因斯坦善后的處理并不那么優(yōu)雅，他的遺體被火化，而大腦被放入甲醛作為珍貴的標(biāo)本，以幫助醫(yī)療病理學(xué)家了解“天才”大腦的物理構(gòu)造.他的大腦重量為2.6磅，這是一個(gè)令人失望的平均水平.多年來(lái)，他的大腦被切成數(shù)百片，然而，研究者卻未從中得到任何有價(jià)值的信息.直到1999年，神經(jīng)學(xué)專(zhuān)家發(fā)現(xiàn)：他有一個(gè)異常巨大的大腦頂葉，研究人員認(rèn)為這也許與其數(shù)學(xué)思維和空間想象力相關(guān)聯(lián).

史學(xué)家伯克哈德(Jacob Burckhardt)對(duì)愛(ài)因斯坦的評(píng)價(jià)是：“他對(duì)許多領(lǐng)域都起過(guò)推動(dòng)性作用.他是一位巨人，……沒(méi)有他，似乎世界就不完美，因?yàn)橹挥兴拍茏龀瞿敲炊嗒?dú)特而巨大的貢獻(xiàn)；對(duì)其他人來(lái)說(shuō)，這些貢獻(xiàn)簡(jiǎn)直讓人不可思議.他是因果大潮流中不可分割的一部分”[4].如果說(shuō)是誰(shuí)幫助奠定了愛(ài)因斯坦的事業(yè)，那就是普朗克；如果說(shuō)是誰(shuí)使得普朗克享有盛名，無(wú)疑是愛(ài)因斯坦.正如科學(xué)史家海爾布隆(John Heilbron)所說(shuō)：“普朗克第二個(gè)最重要的發(fā)現(xiàn)就是愛(ài)因斯坦”.