摘要: 爱因斯坦于1905年取得4项历史性成就是奇迹；更奇的是，他完全是用业余时间来探索科学的。本文着重从其成长过程和历史背景来分析产生奇迹的源泉。爱因斯坦的非凡创造力，不仅来自他对自然奥秘的惊奇和敢于向传统与权威挑战的反叛精神，更来自他那深邃的哲学思考——来源于理性论哲学家斯宾诺莎的自然界统一性的信念，以及来源于经验论哲学家休谟和马赫的怀疑精神和独立批判精神。文章随后简要介绍了爱因斯坦在第二个高峰期（1915—1917）所取得的伟大成就，并认为他一生中至少有8项成就可以获得诺贝尔奖。文章最后着力展示了爱因斯坦的人格魅力——强烈的社会正义感和社会责任感，为和平、自由、民主和人权的理想所作的不懈努力，以及对中国人民苦难的深切同情。
关键词: 爱因斯坦 奇迹年 双重奇迹 两个高峰期 独立批判精神 自然界统一性 人格魅力
一 双重的奇迹
2004年6月10日联合国大会通过决议，宣告2005年为“国际物理年”（International Year of Physics），理由是：鉴于物理学对于了解自然和技术进步的重要性，以及物理教育对于人类发展的必要性，同时“意识到2005年是爱因斯坦作出了为现代物理学奠定基础的开创性（seminal）科学发现的一百周年”。早在2000年，欧洲物理学会（EPS）就提出，以2005年为“世界物理年”（World Year of Physics）。随后，国际纯粹与应用物理联合会（IUPAP）于2002年，联合国教科文组织（UNESCO）于2003年都支持这一倡议。最近，德国政府又决定，将2005年命名为“爱因斯坦年”（Einstein Year），从2005年1月19日开始，全国开展为期一年的庆祝活动。
联合国大会决议中所说的爱因斯坦于1905年作出的开创性科学发现，指的是在物理学3个领域中的4项历史性贡献：（1）提出光量子论，揭示微观客体的波动?粒子二象性，推动量子论的发展。（2）由液体中悬浮粒子运动推出测定分子大小的方法，彻底解决了原子是否存在的争论。（3）创建相对论，开创物理学的新纪元。（4）由相对论推出质量与能量相当性，预示核能时代的来临。这4项具有划时代意义的成就，都是年仅26岁的爱因斯坦于1905年3月至9月这7个月内完成的。这一年他共完成了6篇论文，都发表在当时国际物理学界最有声望的刊物《物理学杂志》（Annalen der Physik，德国莱比锡出版；它是月刊，却常被人误译为“年鉴”或“年刊”）上。
一个人，在一年之内，在几个不同领域，齐头并进地作出如此重大的贡献，在科学史上是一个奇迹。1967年，英国天文学家惠特罗（G. J. Whitrow）在他编的访谈录《爱因斯坦，其人以及其贡献》（Einstein, the man and his achievement）中，就把1905年称为“爱因斯坦奇迹年”（Einstein’s annus mirabilis）。美国物理学家、《爱因斯坦全集》第一、二卷主编斯塔切耳（J. Stachel）还于1998年编了一本《爱因斯坦奇迹年》（Einstein’s Miraculous Year），收了爱因斯坦1905年改变物理学面貌的5篇论文，并加了引导性的说明（此书已有中译本，2001年上海科技教育出版社出版）。
在历史上唯一可以与爱因斯坦奇迹年相媲美的是牛顿（Newton）于1666年的成就。据牛顿自己晚年的回忆，在24岁那一年（1666年），他孕育了微积分、颜色理论和引力理论。但这三种理论当时只孕育在他的脑海里，并没有写成文字发表，几年后才逐渐为周围朋友所知。而爱因斯坦1905年发表的几篇重要论文，都是多年酝酿的结果，特别是有关相对论思想的探索，10年前就开始了。1905年6月完成的论文《论动体的电动力学》，概念清晰，逻辑严密，文字简洁，是一篇十分完美的科学经典文献。
1905年，爱因斯坦不仅写了上述6篇论文，还写了21篇书刊评论，发表在当年的《物理学杂志增刊》（Beiblatter zu den Annalen der Physik）上。被评论的论文或论著所用的文字有德文、英文、意大利文或法文，内容主要是热力学和分子运动论。这些评论都是爱因斯坦应《增刊》编辑之约而写的。
一个年仅26岁的青年，一年之内在科学上作出如此众多的历史性成就，已经是够神奇的了。但更加神奇而不可思议的是，他当时并不是生活在大学或者学术研究机构中，而是在瑞士联邦专利局当一个最低级的技术员，本职工作是对发明专利的申请进行技术鉴定。这项工作是非常费脑筋的，不可丝毫懈怠。而饱尝失业之苦的爱因斯坦十分珍惜这份来之不易的工作，对此自然十分认真负责。因此，他只能利用每天8小时的公务以外的业余时间来从事科学研究。可是，他在家里还要帮助妻子照管不到一岁的儿子，经常是一手推着摇篮，一手执笔写论文。他周围没有一个物理学家，更没有一个可以请教的名师。
二 产生奇迹的源泉
爱因斯坦为什么能够在1905年创造奇迹？从当时的历史背景和他个人的成长过程，还是有印迹可寻的。
爱因斯坦出生于有犹太血统的中产阶级家庭。父亲赫尔曼?爱因斯坦（Hermann Einstein）与人合伙经营一个小企业，后与弟弟雅各布?爱因斯坦（Jacob Einstein）合办一家生产各种电器的公司。爱因斯坦这位叔叔受过高等教育，是一位有抱负的工程师，对当时正在兴起的电力工业有强烈兴趣，并在技术创新方面取得多项专利。他们的公司生产发电机、弧光灯、白炽灯和成套的电话系统，都属于当时的“高技术”。这样一位处于时代前沿并富有进取心的叔叔对爱因斯坦智力的成长产生了重要影响。
爱因斯坦并不是神童，相反，他童年时的智力发育比常人慢，很迟才开始说话，而且学习说话很困难。他不爱一般儿童打闹的游戏，而爱独自一人比较宁静的活动。四五岁时父亲给他看一个罗盘，他对指南针特殊的性状感到十分惊奇，以致浑身颤栗。这种对自然界奥秘的“惊奇”，正是他终生从事科学探索的动力。爱因斯坦在晚年对自己发育缓慢与创建相对论的关系作了饶有风趣和意味深长的表述：
“我曾问自己，特别是我发现相对论的情况是怎样出现的。当时似乎是处于如下情况。正常的成年人决不会为空间-时间问题伤脑筋。在他看来，关于这个问题所应该思考的一切事情，在童年时代都早已思考过了。相反，我发育很缓慢，在我已经长大的时候，才开始搞清楚空间和时间问题。其结果，我钻研这个问题比通常的儿童所钻研的要深。”
在叔叔的启迪之下，爱因斯坦从小对动手的技术和抽象的数学都非常感兴趣。10岁以后，他又受到一位每周末到他家作客的医科大学生塔耳穆德（Max Talmud）的悉心引导，读了一系列数学、科学和哲学书籍。他12岁自学了平面几何，并自己证明了毕达哥拉斯定理。他认为，读“神圣的几何学小书”，是童年所经历的另一种“惊奇”。他13岁时还读了康德（Kant）的哲学名著《纯粹理性批判》，并与那位医科大学生讨论书中的问题。
另一方面，在他就读的德国学校，由于渗透军国主义精神，使他感到窒息和压抑，产生了逆反心理。教师对这个不顺从的学生也很恼火，他中学时一个班主任就曾斥责他不会有出息。碰巧，1894年他父亲和叔父合办的电器工厂因竞争不过德国的三家大公司，转移到意大利另起炉灶。他也就断然放弃了德国的学业，转到瑞士上学。
他大学上的是苏黎世瑞士联邦理工大学数理师范系。他对坐在课堂里听课兴趣不大，大部分时间在实验室里度过，“迷恋于同经验直接接触”。其余时间在宿舍里阅读一些著名物理学家的著作，逐步了解到当时物理学前沿的一些重大理论问题。他同班同学共5人，3人属于数学专业；物理专业只有他和一位比他大三岁半的塞尔维亚姑娘玛丽琦（Mileva Mari?）。他们四年级时开始相爱。
1900年7月毕业考试，玛丽琦未通过，爱因斯坦和另3位同学都通过了。那3位同学都被教授留下来当助教，唯独他因特立独行、离经叛道的性格不见容于教授们，大学一毕业就失业了。
爱因斯坦大学毕业后，生活立即陷入双重的极端窘困之中。那时，他父亲的工厂早已倒闭，而且负债累累。他本来打算毕业后同玛丽琦结婚，但是遭到父母坚决反对，这激怒了爱因斯坦，使他同家庭的关系濒于决裂，两人相爱反而更深。
生活上的潦倒和婚姻上的挫折并没有动摇他献身科学的决心。这种决心早在1897年他给一位长辈的信中就明白地表达了：“紧张的脑力劳动和对神圣大自然的审视，将是引导我通过一切烦扰的天使，它虽然冷酷严厉，但却使我心情安宁，信心坚定。”物质和精神的双重逆境反而更激起他科学探索的激情。在跨出校门后4个月的1900年12月，他就完成了一篇论文《由毛细血管现象所得出的结论》，并于1901年3月在《物理学杂志》上刊出。论文的基本思路开始酝酿于大学二年级，用热力学与分子运动论相结合的方法，从分子概念推导出液体内能的表达式，企图由此揭示分子力与牛顿引力之间的内在关系，给化学以力学的基础。论文发表后，他给大学同班同学格罗斯曼（Grossmann）写信，表达如此喜悦的心情：“从那些对于直接感官知觉来说似乎完全是各不相关的现象中认识到统一性，是一种壮丽的感觉。”
从1900年到1904年这5年内，他每年都写出一篇论文，并且都被《物理学杂志》接受发表。可是论文的发表并没有改变他失业潦倒的命运。
在他失业后8个月，偶尔得到一个技术学校两个月代课教师的临时工作，他十分欣喜，在给人的信中说：“上午教了五六节课以后，下午在图书馆里自己进修，或者在住所研究有趣的问题，……即使像现在这样的情况，我也还有足够的精力和愿望去为科学奋斗。”就在这2个月中，他又写成第二篇论文。暑假后他找到一个家庭教师的工作。可是3个月后又失业了。1902年1月，玛丽琦生了一个女孩，但他们没有条件正式结婚，也没有能力抚养孩子，情况之窘迫，犹如雪上加霜。
为了谋生，1902年2月爱因斯坦迁居到瑞士首都伯尔尼，在报上刊登“私人讲授数学和物理学”的广告。几天后就有一位工程师和一位建筑师来听课。一个月后又招来两个大学生，一个是学哲学的索洛文（Solovine），一个是学数学的哈比希特（Habicht）。他们都对科学哲学问题感兴趣，与爱因斯坦志趣相投。于是他们3人每天晚上一起阅读科学和哲学名著，也读了一些文学作品，同时进行海阔天空、热烈深入的讨论。这项活动从1902年春天持续到1905年11月，他们戏称为“奥林比亚科学院”，对爱因斯坦早期的科学创造，产生了重大的启发和推动作用。
1902年6月爱因斯坦终于结束了失业生涯，被瑞士联邦专利局聘为试用三级技术员。专利局局长是格罗斯曼的父亲的朋友，经他的介绍，对爱因斯坦的才能很赏识，但还是经过考试才录用。由于爱因斯坦从小受精通技术的叔叔的熏陶，对技术也很感兴趣。因此，对专利局的工作尽心尽力，而且自己也曾取得过几项发明专利。70年前，中国报刊上流传不少爱因斯坦的奇闻逸事，其中有一则说爱因斯坦在专利局上班时，打开抽屉，偷偷在写物理论文。这纯属无稽之谈。
爱因斯坦所以能在1905年迸发出惊人的科学创造力，掀起一场物理学革命，考其原因有三。
首先，是他始终保持对自然界奥秘的惊奇，对科学探索的执著，不顾任何困顿险阻，始终信守为科学奋斗的信念和决心。
其次，是他的不愿随波逐流，不愿固步自封，敢于向旧传统和任何权威挑战的反叛精神。他生前的研究助手霍夫曼（B. Hoffmann）和秘书杜卡斯（Helen Dukas）合写传记《阿耳伯特?爱因斯坦创造者与反叛者》（Albert Einstein Creator and Rebel, 1972, Viking Press），这个不同凡响的书名，正是对他这种精神的中肯表述。
最后，也可能是最重要的是，他具有深邃的哲学探索精神，使他与同时代的物理学家相比，在思想境界上站得更高，看得更远，眼界更广。正如他在逝世前5天对一位科学史家所说的，20世纪初只有少数几个科学家具有哲学头脑；而今天的物理学家几乎全是哲学家，不过“他们都倾向于坏的哲学”。既要有哲学头脑，又要不倾向于坏哲学，并非易事。他自己是怎样走过来的？对他的科学探索产生影响的哲学思想又是什么？
爱因斯坦幼年时虽然发育迟缓，但少年时却相当早熟，爱好穷根究底地思考各种问题，包括大自然的奥秘和人生价值问题。在一位医科大学生引导下，12岁就读过康德的代表作。1902—1905年的“奥林比亚科学院”的活动中，他和两位大学生一道阅读并认真讨论了理性论哲学家斯宾诺莎（Spinoza）的代表作《伦理学》，经验论哲学家休谟（Hume）的《人性论》，物理学家兼经验论哲学家马赫（Mach）的《感觉的分析》和《力学》（此前他自己已读过这两本书），以及其他一些哲学家的著作。爱因斯坦通过自己的独立思考，以独立的批判精神，认真吸取各派哲学的精华，而不拘泥于任何一派哲学体系，不盲目附和任何哲学教条。他的哲学思想，是通常的物理学家难以企及甚至无法真正理解的。最近我国著名理论物理学家，90岁高龄的彭桓武先生在一次访谈时坦诚地说，对爱因斯坦两段论及哲学的话，他至今未能真正理解其意义（见2005年1月6日《大众科技报》）。这两段话正是爱因斯坦对知识和理论本性的精辟论断，值得向读者介绍：
1．“纯粹的逻辑思维不能给我们任何关于经验世界的知识；一切关于实在的知识，都是从经验开始，又终结于经验。”（1933年6月10日在牛津大学的演讲《关于理论物理学的方法》）
2．“我们现在特别清楚地领会到，那些相信理论是从经验归纳出来的理论家是多么错误呀。甚至伟大的牛顿也不能摆脱这样的错误（‘我不作假设’）。”（《物理学和实在》，1936年；“我不作假说”是牛顿的话，他认为他的理论全部来自经验。）
