在20世紀(jì)，我們極其幸運(yùn)地目睹了我們世界的物理圖像的兩次重大革命。第一次革命推翻了我們的空間觀和時(shí)間觀，把兩者結(jié)合為我們現(xiàn)在稱之為時(shí)空的東西，人們發(fā)現(xiàn)這種時(shí)空以一種微妙的方式彎曲著，從而引起人們早就熟悉的、無處不在而又神秘的引力現(xiàn)象。第二次革命完全改變了我們理解物質(zhì)和輻射本性的方式，給了我們一種實(shí)在的圖像，其中粒子的行為像是波，而波的行為像是粒子，我們通常的物理學(xué)描述變得具有本質(zhì)上的不確定性，而獨(dú)立客體可以同時(shí)在幾個(gè)地方呈現(xiàn)其自身。我們用“相對論”一詞概括第一次革命，而用“量子論”概括第二次革命。兩者現(xiàn)在都已通過觀測得到確認(rèn)，其達(dá)到的精確度在科學(xué)史上乃是空前的。
　　我認(rèn)為，公正地說，在我們對物理世界的理解方面，以前只有三次革命可以真正與它們相比。關(guān)于那三次革命中的第一次，我們必須回到古希臘時(shí)代，當(dāng)時(shí)引進(jìn)了歐幾里得幾何學(xué)的觀念以及從剛體和靜止構(gòu)形得來的某種觀點(diǎn)。此外，在我們洞察自然界時(shí)開始重視數(shù)學(xué)推理的關(guān)鍵性作用。關(guān)于那三次革命中的第二次，我們必須跳到17世紀(jì)，當(dāng)時(shí)伽利略（Galileo）和牛頓（I. Newton）告訴我們，有質(zhì)體的運(yùn)動(dòng)如何可以通過其組分粒子間的力和這些力引起的加速度來理解。19世紀(jì)給我們帶來了第三次革命，當(dāng)時(shí)法拉第（M. Faraday）和麥克斯韋（J. C. Maxwell）告訴我們，僅僅粒子是不夠的，我們還必須考慮彌漫在空間中的連續(xù)的場，這些場同粒子一樣實(shí)在。這些場結(jié)合為一種無所不在的、稱之為電磁場的單一實(shí)體，而光的行為可以用其自身傳播的振蕩作出美妙的解釋。
　　現(xiàn)在回到我們眼前的這個(gè)世紀(jì)，特別令人驚奇的是一位物理學(xué)家——阿爾伯特?愛因斯坦（Albert Einstein）——對自然界的運(yùn)作有如此非凡的洞察力，他在1905年這一年中，就為20世紀(jì)的這兩次革命奠定了基礎(chǔ)。不僅如此，在同一年內(nèi)，愛因斯坦通過他的論測定分子大小的博士論文和他對布朗運(yùn)動(dòng)本性的分析，還為其他兩個(gè)領(lǐng)域提供了具有根本性的新見識。僅僅是后一種分析就使得愛因斯坦在歷史上占有一席之地。確實(shí)，他關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)的工作［同斯莫盧霍夫斯基（Smoluchowski）作出的獨(dú)立而又平行的工作一道］為重要的統(tǒng)計(jì)理解奠定了基礎(chǔ)，這在許多其他領(lǐng)域都有巨大的意義。
　　本書把愛因斯坦在那個(gè)非凡之年發(fā)表的五篇論文收集在一起。開頭是一篇論及分子大小的論文（論文1），接著是一篇關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)的論文（論文2）。然后是兩篇狹義相對論的論文：第一篇發(fā)動(dòng)了“相對論”革命，現(xiàn)在這對物理學(xué)家是非常熟悉的了（而且也為一般公眾所了解），在這場革命中廢除了絕對時(shí)間的概念（論文3）；第二篇是一篇短文，其中推導(dǎo)出了愛因斯坦的著名公式“E=mc 2”（論文4）。最后，是（惟一）一篇愛因斯坦自己實(shí)際上稱其為“革命性的”論文，它論證在某種意義上，我們必須回到（牛頓的）光由粒子組成的想法——而此時(shí)我們正好剛習(xí)慣于光僅僅由電磁波組成的想法（論文5）。正是從這個(gè)表觀的佯謬出發(fā)，產(chǎn)生了量子力學(xué)的一個(gè)重要組成部分。施塔赫爾（John Stachel）為本書寫了引人入勝而又十分明晰的導(dǎo)言，它和這五篇愛因斯坦的經(jīng)典論文結(jié)合在一起，把愛因斯坦的成就納入適當(dāng)?shù)臍v史背景之中。
　　我在前面已經(jīng)提到20世紀(jì)對物理學(xué)理解的兩次非凡革命。但必須指出的是，愛因斯坦1905年的那些論文雖很重要，但它們并沒有為這兩次革命發(fā)出最初的子彈；這些特別的論文也沒有確定它們的新體系的最終性質(zhì)。
　　愛因斯坦1905年兩篇關(guān)于相對論的論文所提出的我們關(guān)于空間和時(shí)間的圖像的革命，只涉及我們今天所說的狹義相對論。廣義相對論的全面闡述（其中引力用彎曲時(shí)空幾何學(xué)來解釋）直到十年以后才取得成功。即使是狹義相對論，愛因斯坦在1905年以驚人的洞察所提出的理論，也不完全是由他原創(chuàng)的，這一理論有更早的思想［特別是洛倫茲（H. A. Lorentz）和龐加萊（J. H. Poincaré）的思想］為基礎(chǔ)。此外，愛因斯坦1905年的觀點(diǎn)還缺乏一種更進(jìn)一步的重要見識——關(guān)于時(shí)空的見識——這是閔可夫斯基（Hermann Minkowski）三年以后提出來的。閔可夫斯基的四維時(shí)空觀很快被愛因斯坦采納，并成為愛因斯坦后來取得的最高成就——廣義相對論的關(guān)鍵性墊腳石之一。
　　至于量子力學(xué)這一革命，最初的子彈是普朗克（Max Planck）1900年的非凡論文，其中引入了E=hν這個(gè)著名的關(guān)系式，肯定輻射的能量以分立的小束產(chǎn)生，并與輻射的頻率成正比。但是用當(dāng)時(shí)通常的物理學(xué)很難理解普朗克的思想，而只有愛因斯坦（在稍后）似乎認(rèn)識到這些試探性的建議具有根本性的重要意義。量子論本身也花了多年時(shí)間才找到它的適當(dāng)表述——而這時(shí)，統(tǒng)一的思想不是來自愛因斯坦，而是來自許多別的物理學(xué)家，最著名的是玻爾（Bohr）、海森伯（Heisenberg）、薛定諤（Schr[o][??]dinger）、狄拉克（Dirac）和費(fèi)恩曼（Feynman）。
　　愛因斯坦同量子物理學(xué)的關(guān)系有若干值得注意的方面，它們幾近自相矛盾。在這些表觀的矛盾中，最早或許最引人注目的是如下事實(shí)：愛因斯坦最初關(guān)于量子現(xiàn)象的革命性論文（論文5）和關(guān)于相對論的革命性論文（論文3），似乎是從關(guān)于麥克斯韋電磁理論對光的解釋中所處的地位的互相矛盾的立場出發(fā)的。在論文5中，愛因斯坦明確拒絕麥克斯韋方程組足以說明光的行為（作為電磁場中的波）的觀點(diǎn)，而且他提出一個(gè)模型，其中光的行為猶如小的粒子。然而，在（后一篇）論文3中，他創(chuàng)立了狹義相對論，其出發(fā)點(diǎn)是麥克斯韋的理論確實(shí)代表了基本的真理，愛因斯坦建構(gòu)的相對論特別設(shè)計(jì)得使麥克斯韋方程組保持完整無損。在論文5中，愛因斯坦提出一種與麥克斯韋理論相沖突的光的“粒子”觀，但甚至在論文的開端，他依然評論后者的光的（波動(dòng)）理論說，它“很可能永遠(yuǎn)不會(huì)被別的理論所取代”。當(dāng)人們考慮到作為一位物理學(xué)家的愛因斯坦的不可思議的力量來自他對自然界運(yùn)作的直接的物理洞察時(shí)，這種表觀的矛盾就更加令人驚訝了。人們很可以設(shè)想某個(gè)水平較低的人物“試用”一個(gè)模型，然后又用另一個(gè)模型（正如今天的物理學(xué)家常做的那樣），而對這兩種擬議觀點(diǎn)間的矛盾并不真正關(guān)心，因?yàn)樗麑�兩種觀點(diǎn)均無特殊的堅(jiān)定信念。但對愛因斯坦來說，事情就完全不同了。他對自然界在其他物理學(xué)家不易理解的層次上“實(shí)際如何”有很清晰和深刻的想法。確實(shí)，他領(lǐng)悟自然界實(shí)在的能力是他的一項(xiàng)特長。在我看來，實(shí)際上很難設(shè)想對于他在同一年發(fā)表的兩篇論文中所依據(jù)的對自然界的假設(shè)性觀點(diǎn)，他會(huì)認(rèn)為是彼此矛盾的。恰好相反，他必定認(rèn)為（結(jié)果也正是如此），在“更深的層次”上，在麥克斯韋波動(dòng)理論的精確性——甚至“真實(shí)性”——和他在論文5中提出的另一種“量子”粒子觀之間并沒有真正的矛盾。
　　人們會(huì)想起——大約300年前——牛頓冥思苦想的基本上相同的問題，在那里他提出一個(gè)將波動(dòng)觀和粒子觀混雜的奇怪觀點(diǎn)，以便說明光的行為相互沖突的方面。在牛頓的場合，如果人們采取牛頓希望保留相對性原理的（合理的）觀點(diǎn)，那就有可能理解他為什么頑固地堅(jiān)持粒子的圖像。但只有當(dāng)所說的相對性原理是伽利略（和牛頓）的，這個(gè)論據(jù)才能成立。在愛因斯坦的場合，這樣一個(gè)論據(jù)不再成立，理由是他明確提出了不同于伽利略的相對性原理，而根據(jù)這種相對性原理，麥克斯韋的波動(dòng)理論可以完整地繼續(xù)存在。因此有必要作更深入的考察，找到愛因斯坦非常相信下述觀點(diǎn)的深刻理由，即雖然麥克斯韋的光的波動(dòng)圖像在某種意義上是“真實(shí)的”——這在1905年已充分確立了，然而需要把它改變成某種不同的東西，它在某些方面，回到了三個(gè)世紀(jì)以前牛頓的“波—�！彪s交圖像。
　　引導(dǎo)愛因斯坦的重要影響之一，似乎是他認(rèn)識到組成有質(zhì)體的粒子的分立性同麥克斯韋場的連續(xù)性之間的沖突。愛因斯坦1905年的論文具體宣示了他心中牢記著的這種沖突。在論文1和論文2中，他直接關(guān)注演示流體分子和其他小粒子的本性，即物質(zhì)的“原子”性確實(shí)是十分顯著的。在這些論文中，他顯示他本人是精通所需物理、統(tǒng)計(jì)技巧的大師。在論文5中，他運(yùn)用這種非凡的專長，以同樣的方式處理電磁場，從而說明了僅用麥克斯韋關(guān)于光的觀點(diǎn)不能獲得的效應(yīng)。確實(shí)，愛因斯坦弄明白了，經(jīng)典方法的問題是，連續(xù)場和分立粒子共存，彼此相互作用的圖像實(shí)際上沒有物理意義。因此，他首先向今天的量子論觀點(diǎn)邁出了重要的一步，即粒子確實(shí)必須有波的屬性，而場必須有粒子的屬性。對量子圖像作適當(dāng)?shù)目疾�，粒子和波�?shí)際上原來是同一種東西。
　　問題在于經(jīng)常引起另一種表觀的悖論：為什么在理解量子現(xiàn)象方面愛因斯坦起初與同時(shí)代人相比處于如此領(lǐng)先的優(yōu)勢地位，而在量子論的隨后發(fā)展中他卻落后于他們?確實(shí)，當(dāng)量子論采取在20世紀(jì)20年代最終出現(xiàn)的形式時(shí)，愛因斯坦甚至從未接受過這種量子論。許多人可能認(rèn)為，愛因斯坦是受他“過時(shí)的”實(shí)在論的觀點(diǎn)阻礙，而尤其如玻爾之所以能向前推進(jìn)則恰恰是因?yàn)樗�否認(rèn)在分子、原子和基本粒子這樣的量子水平上這類東西真正作為“物理實(shí)在”而存在�？墒牵�很清楚，愛因斯坦在1905年能夠作出這些根本性的進(jìn)展，主要取決于堅(jiān)信在分子和亞分子層次上物理實(shí)體的實(shí)際實(shí)在性。這些重要傾向在本書的五篇論文中顯得特別明顯。
　　是否真如玻爾的追隨者認(rèn)為的那樣，在任何重要的意義上愛因斯坦都犯了深刻的“錯(cuò)誤”?我不認(rèn)為如此。我自己就堅(jiān)決地站在愛因斯坦一邊，相信亞微觀粒子的實(shí)在性，相信今天的量子力學(xué)基本上是不完備的。我也主張，關(guān)于這種實(shí)在性的本質(zhì)的一些關(guān)鍵性見識尚有待發(fā)現(xiàn)，這只有通過深刻分析量子論的基本原理和愛因斯坦自己的廣義相對論的基本原理間的表觀沖突才能最終顯現(xiàn)。在我看來，只有掌握了這些見識，并加以適當(dāng)運(yùn)用，支配微觀世界的量子論定律同支配宏觀世界的廣義相對論定律之間帶有根本性的緊張關(guān)系才能得以解決。怎樣才能成功地實(shí)現(xiàn)這種解決?只有時(shí)間，而且，我相信，一場新的革命將會(huì)作出回答——或許是另一個(gè)奇跡年!
　　羅杰·彭羅斯
　　1997年12月