1905年

1905年

1905年，就爱因斯坦对物理学的贡献而言是他的奇迹年（annus mirabilis或miracle year），这使他在26岁时就成为世界一流的物理学家。他不仅发表了5篇重要的论文[2]，还抽出时间为一些刊物写了23篇评论。他是在从专利局下班回家以后，用业余时间完成这一切的。对一个尚未进入学术殿堂的人来说，这是惊人的成就。尽管身处学术界之外，他仍然毫不困难地以他对这一领域的开创性的、而又不时引起争议的贡献在物理学界取得了突出的地位。许多学者认为，正是因为爱因斯坦没有受学院生活的清规戒律和漫长岁月的阻碍，他才有时间作清晰的和富有创造性的思考和写作。

爱因斯坦给米列娃的一封信中曾提到“我们的工作”（our work），有些历史学家据此认为，米列娃是爱因斯坦的科学研究的合作者。但这种主张没有过硬的证据。人们知道，爱因斯坦会把他的想法告诉她，她也会倾听，提出些意见，或许会校对他的论文，指出其中的一些前后矛盾之处。但评估一下她在爱因斯坦核心研究领域的学术功底，她看起来不太可能是爱因斯坦工作背后的原创者。

在本年夏末，爱因斯坦带米列娃和汉斯·阿尔伯特去贝尔格莱德和诺维萨特旅行，看望米列娃的家人，并把汉斯介绍给他们。

当爱因斯坦开辟物理学新天地，开始为人父并习惯于伯尔尼的稳定工作之时，维也纳的弗洛伊德以他的《性学三论》（Three Contributions to the Theory of Sex）震惊世界，这是对性变态、婴儿的性状态和青春期变化的标志性考察研究。30年后，弗洛伊德和爱因斯坦愉快地通信，合作写小册子《为什么要战争？》（Why War？）。爱因斯坦写信给一个朋友说，弗洛伊德时常“对自己的想法过分自信”。有一次，当被邀请去接受阿德勒[3]式的心理治疗（Adlerian psychotherapy）时，爱因斯坦说，他宁可一直“处在黑暗之中”，而不愿去做什么心理分析。

威尔逊山天文台在美国加州帕萨迪纳附近建成。26年后的1931年，爱因斯坦将访问这个天文台——诺贝尔奖获得者迈克耳孙曾在此测量恒星的直径和光的速度。1905年，威尔逊（Edmund B.Wilson）发现，X染色体与载体的性别有联系；阿伦尼乌斯指出大规模燃烧矿物燃料可能造成全球变暖，这一关注显示了他的预见。

诺贝尔物理学奖授予德国的勒纳（Philipp Lenard），奖励他关于阴极射线的工作。虽然在20世纪之初，爱因斯坦和勒纳在专业上互相尊重，但后来，勒纳成了一个顽固的纳粹分子和反犹分子，而且在他的《德国物理学》（German Physics，1936）一书中，贬低爱因斯坦的“犹太人物理学”和相对论。他写道：“与顽强和热切地渴望真理的雅利安科学家不同，犹太人缺乏理解真理的能力到了惊人的程度。”爱因斯坦认为，勒纳对他的理论的反对是肤浅的，不值一驳。诺贝尔化学奖授予德国人拜耳（Adolf von Baeyer），奖励他在有机化学中的工作以及关于有机染料和氢化芳香族化合物的工作。

6.“关于光的产生和转化的一个试探性观点”（Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt），Annalen der Physik17（1905）：132～148。

爱因斯坦阐述了物体和辐射之间特殊的差异并引入光量子（light quanta）或光子（photons）概念，为今后量子论中的许多工作（特别是玻尔的原子理论）提供了基础。爱因斯坦向光的波动说提出的挑战表明，电磁辐射在与物质相互作用时就像辐射具有粒子的结构一样（所谓的光电效应）。他断定，无质量的光量子或光子必须提供普朗克辐射定律所要求的能量，使金属中的电子能突破吸引力而飞逸出来。这一理论是量子力学发展中的一个里程碑，使爱因斯坦成为该领域的先驱，从而开辟了量子物理学世界。这是他1905年发表的5篇了不起的论文的第一篇，正是这篇论文使他在16年后获得了诺贝尔物理学奖。

7.“分子大小的新测定法”（Eine neue Bestimmung der Molekul-dimensionen），完成日期为1905年4月30日，但直到第二年才发表。Bern：Wyss，1906。后稍作修改，发表在Annalen der Physik 19（1906）：289～305。

这是爱因斯坦的博士论文，是1902年撤回首次提交的博士论文后于1905年春天再次提交的。这里他将经典热力学的一些方法与扩散理论的一些方法相结合，创造出一种测定分子大小的新方法。他要发现一些可以一劳永逸地确定有特定大小的原子存在的事实；因为在20世纪初，对原子是否存在还是有争议的。在把这篇论文的副本提交苏黎世大学后，他申请博士学位的要求被批准。

8.“热的分子运动论所要求的静止液体中悬浮小粒子的运动”（Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärmegeforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen），Annalen der Physik 17（1905）：549～560。

文中爱因斯坦第一次讨论了布朗运动（Brownian motion）——悬浮在液体中的微小粒子的不规则运动，以首次发现这一运动的18世纪苏格兰植物学家的名字命名。正如爱因斯坦在5月25日给他的朋友哈比希特的信中所说的，他在本文中证明了，悬浮在液体中的直径为1/1000毫米的粒子因为热的动力学而不规则地运动，只是因为太小，肉眼看不见。爱因斯坦通过变换玻尔兹曼的公式，描述了这种运动的数学形式，导出了关于气体分子分布的宏观状态的概率。这一论文带出一批证实热的分子运动论的实验。迄今，这仍是爱因斯坦最常被人引用的论文。

9.“论动体的电动力学”（Zur Elektrodynamik bewegter Körper），Annalen der Physik 17（1905）：801～921。

本文是物理学发展的里程碑，是奠定狭义相对论（theory of special relativity）基础的两篇论文之一（另一篇是论文10），它表述了新的时间概念。通过假定光速对每一个以恒速运动的观测者都是相同的，爱因斯坦证明，空间和时间不是相互独立的：时空（spacetime）是一体的。按照外尔（Hermann Weyl）在1918年的说法，这一理论“导致时间作为第四个坐标是在同等的基础上与其他的三个空间坐标相联系的，因此物质事件的舞台——世界——是四维的物质连续统”。这是科学中的革命性的作品。

爱因斯坦对同时性（simultaneity）本性的探索和关于定义同时性的必要性的论述导致在科学哲学中有关“同时性的约定性”（conventionality of simultaneity）的广泛讨论，这仍是今天的热门课题。

独立于爱因斯坦，庞加莱也在1905年得到了许多有关狭义相对论的结果。

10.“物体的惯性同它所含的能量有关吗？”（Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig？），Annalen der Physik 18（1905）：639～641。

利用狭义相对论的公设，爱因斯坦证明能量辐射（energy radiated）等于质量损耗（mass lost），这最终导致著名的方程E=mc2。他考察了静止系统中以及相对于它作恒速运动的系统中的一个辐射体的能量，首次作出结论：“物体的质量是他所含能量的量度。”狭义相对论为更深刻地欣赏物理学中的对称性判据（symmetry criteria）铺平了道路，引进了新的时空观，可是它等待了25年才出现了有利于它的实验证据。爱因斯坦认为，伽利略（Galileo）、牛顿（Isaac Newton）、麦克斯韦和洛伦兹为狭义相对论奠定了基础。