1907年
现在,爱因斯坦的工作正被欧洲最杰出的物理学家们认真地讨论着。可是在6月,当他申请伯尔尼大学的博士后职位时,他的申请却被拒绝了,因为他没有提交所要求的未发表的论文(Habilitationsschrift)。他曾寄给审查委员会一组他已发表的论文作为替代品,误以为这些已足够了。
秋天,在苦思冥想为什么相对性看来几乎适用于除引力外的每一个物理现象以后,他表述了关于匀加速力学系统的等效原理。坐在专利局中,他突然认识到,如果一个人自由下落,他就不会感觉到自己的重量。因为每一件东西都以与此人相同的速率下落,没有什么办法能告诉他是在一个重力场中——没有参照点。爱因斯坦作出结论说:那个人可以假定他自己是静止的,而他周围的一切东西都被向上拉——也就是说,重力似乎是相对的。这一想法,在经过更深入地思考之后,引导爱因斯坦走上广义相对论(theory of general relativity)的道路。他称这是“他一生中最愉快的思想”。此时,爱因斯坦还对水星的未得解释的运动产生兴趣。
美国工程师哥达尔斯(George W.Goethals)被聘指导巴拿马运河的建设。
诺贝尔物理学奖授予美国人迈克耳孙,奖励他发明精确的光学仪器以及用这些仪器完成光谱和计量学研究,爱因斯坦后来说,他认为迈克耳孙是“科学中的艺术家,他最大的快乐似乎来自实验本身的美妙和所用方法的优雅”。化学奖授予德国化学家布赫纳(Eduard Buchner),奖励他对生物化学的研究和发现无细胞发酵现象。
13.“普朗克辐射理论和比热理论”(Die Plancksche Theorie der Strahlung und die Theorie der spezifischen Wärme),Annalen der Physik 22(1907):180~190。
这是爱因斯坦写的第一篇有关固体量子论的论文。他推导了普朗克的辐射公式,并系统地把概率因子(probability factor)引入到量子论数学之中。约三个月后,他发表了对本文的简短更正。这是一篇经典性论文,给从绝对零度到高于室温的固体比热提供了完美的说明。
14.“论热力学平衡定律的有效性的极限并论基本量子的一种新测定法的可能性”(Über die Gültigkeit des Satzes vom thermodynamischen Gleichgewicht und über die Möglichkeit einer neuen Bestimming der Elementarquanta),Annalen der Physik 22(1907):569~572。
爱因斯坦用热力学方法研究布朗运动的涨落以预测电容器的电压涨落。为了检验这一理论,他需要一个新的、高灵敏度的仪器——比已有的静电计更灵敏,它可以测量到千分之几伏。爱因斯坦设计并制造了这一仪器,称之为他的小机器(Maschinchen)。他开玩笑似的想申请专利,但在后来制造商表示不感兴趣时放弃了这一想法。然而,他决定在第二年发表一篇文章,介绍他的仪器的基本特征。
15.“对布朗运动的理论评述”(Theoretische Bemerkungen über die Brownsche Bewegung),Zeitschrift für Elektrochemie und angewandte physikalische Chemie 13(1907):41~42。
爱因斯坦试图使他的理论的基本特点能被只有中等数学水平的读者所理解。他讨论了液体中悬浮粒子的统计运动的若干特征——这些特征会妨碍实验的验证。
16.“论相对性原理所要求的能量的惯性”(Über die vom Relativitätsprinzip geforderte Trägheit der Energie),Annalen der Physik 23(1907):371~384。
如前面的论文12,爱因斯坦讨论了惯性质量与能量的关系,论证了它们之间的完全等效性,即每一质量都有一等效的能量,正如每一种形式的能量都有一等效的质量。这一关系表明,一个光子可以转化为带有适当质量的物质;反之亦然。他推导出质能等效性的正确表达式,即著名的质能方程E=mc2。他还回到了超光速不可能的问题。
17.“论相对性原理和由此得出的结论”(Über das Relativitätsprinzip und die aus demselben gezogenen Folgerungen),Jahrbuch der Radioaktivität und Elektronik4(1907):411~462。爱因斯坦第二年在vol.5(1908):98~99上发表了关于这篇论文的若干更正。
在这篇有关相对论的综述文章中,爱因斯坦总结了他以前发表的有关相对论的论文的若干结论,简化了他早期的一些证明。本文包括相对论性运动学、光学、电磁理论,以及粒子和广延系统的相对论性动力学。他证明一个物体的惯性质量和引力质量等于同一个量E/c2,因此应当认为它们彼此严格相等。这一结果是走向1915年的广义相对论的一块垫脚石。