新世紀科學革命
一位偉大的猶太人
幾乎在量子力學對牛頓經典物理學的革命的同時，物理學界還發生了一場驚心動魄的對經典物理學的叛逆，這就是愛因斯坦的相對論。
相對論不僅僅是一條物理學理論，引發了古老物理學的一場大地震，而且改變了人們認識我們所賴以生存的這個世界的思想觀念和思維方式，對開創物理學乃至整個人類文明的新紀元都產生了巨大的影響。
愛因斯坦的一生，是充滿戲劇性的一生，當他還活在人世間的時候，他就已經被認為是人類曆史上最富有創造性才智的人。
然而，麵對人類社會中一些極其可怕的事件的侵襲，他不得不自歎無力回天，他隻能承認自己是一位孤獨的旅客，他的心靈同宇宙一道遨遊。
他的名聲如雷灌耳，這使得他所發出的呼聲能發生重大的影響，他以此來支持諸如和平主義、自由主義和猶太複國主義之類的事業。
他的著名的能量——質量方程公式（說一個粒子可以轉化為巨量的能），由於製造出破壞性空前強大的武器原子彈和氫彈，而得到驚心動魄地證實，這是命運對他的極大的嘲弄。
1879年3月14日，這位偉大的物理學家，出生在德國的一個猶太人家庭。
他的父親和叔叔一起開了一家製造電器設備的小工廠，母親是個頗有造詣的鋼琴家。
小時候的愛因斯坦一點也看不出來有什麼天才，到3歲的時候，還不會講話。6歲上學，在學校裏成績非常差，一上課就是被批評的對象，老師還說他永遠也不會有什麼大的出息。大家一致認為他是一個天生的笨蛋。
後來，小愛因斯坦聽媽媽的話，開始拉小提琴，在媽媽的精心指導下，他後來竟成了有造詣的小提琴家，盡管他沒有成為職業演奏家，但那把心愛的小提琴，整整陪伴了他的一生。
愛因斯坦在12歲的時候，就已經決定獻身於解決“那廣漠無垠的宇宙”之謎。15歲那一年，由於曆史、地理和語言等都沒有考及格，也因為他的無禮態度破壞了秩序和紀律，他被學校開除。
由於沒有拿到畢業證書，他進不了大學。17歲的時候，在一位親戚的資助下，他才考進了蘇黎士工業專門學校。
在這所學校裏，他把自己全部的時間精力都用於物理實驗，研究理論物理學和哲學問題。即使是學習物理學，他也是走自己的路，進行自己的思考，而從不盲從。這為他日後從事理論物理研究打下了堅實的基礎。
可是，對於愛因斯坦來說，殘酷的現實卻是畢業就等於失業，正像他自己所說的那樣：“突然被所有的人遺棄了，手足無措地麵臨著人生。”沒有人願意給他一份工作做。
為了能夠活下去，他艱苦地奔波忙碌著，代課，給人家做家教…貧窮隻能使人餓死，卻不能把人嚇死，他沒有中斷自己心愛的物理學研究活動。
後來，他想了很多辦法，托關係找後門，終於在伯爾尼瑞士專利局當了一名審查員。生活這才開始有了保障。1903年，愛因斯坦同他在大學時的情人米列瓦·瑪麗倚結了婚。
婚禮舉行完了以後，新婚夫婦進不了新房，隻能在房門口站著，因為新郎忘記帶鑰匙了。那時，雖然日子過得很清苦，有時一連幾個星期都吃不上一頓葷菜，但愛因斯坦覺得那是自己一生中最幸福最有收獲的歲月。
1905年初，愛因斯坦在《物理學》雜誌上連續發表了五篇論文，這些論文中所提出來的觀點永遠改變了人類的宇宙觀。
在《關於光的產生和轉化的一個啟發性觀點》一文中，愛因斯坦假定光是由單個的量子（後來稱為光子）組成的，這種光子，除了波狀行為外，還顯示出某些隻是粒子才有的性質。
於是，愛因斯坦把光的理論革命化了，而且解釋了一些現象，其中就有一種叫做光電效應，即某些固體受到光的衝擊而發射出電子的現象。
愛因斯坦始終沒有停止對事業的執著追求，每天下班一回到自己住在頂樓的家，就立即坐在桌邊，麵前放著一堆亂紙，他右手拿著一本書，左手耐心地搖著一輛童車，那時，他們的兒子已經來到這個令人歡喜令人憂的世界了。
有時候孩子尿尿了或者肚子餓了，發出震耳欲聾的哭聲，愛因斯坦才中斷看書，把孩子服侍好，又全身心投入到迷人質的物理世界。
小房間裏散布著一股廉價雪茄發出的煙味，牆角處有一個陳舊破爛的爐子，過道上掛著還在滴水的濕衣服，為了降低屋內濕度和調節空氣，房門敞開著。
愛因斯坦當時作為一個“小人物”，其日常生活的瑣碎平庸，同他生活中的另外一方麵，即科學成就的重要與偉大，恰好形成鮮明的對照，而正是這種強烈的反差。才使他那小人物的生活顯得越發重要。
這位天才平淡無奇的生活使他成了一個傳奇式的人物。
一條燈芯絨燈籠褲，從來不喜歡穿短襪子，一把小提琴，一副學者式的心不在焉，還有一張伸出舌頭的照片，這一切使他那高深莫測的理論洋溢著濃濃的人情味，因而得以廣泛地傳播開來。
狹義相對論的誕生
愛因斯坦的狹義相對論從根本上改變了作為人類思考基本要素的時間和空間的陳舊概念，它認為，如果對於一切參照係，光速是不變的，而且一切自然規律都是相同的，那麼可以發現，時間和空間都是相對於觀察者的。
狹義相對論起源於愛因斯坦16歲時寫的一篇論義。即《關於磁場中的以太的研究現狀》。
“以太”這個源於希臘文，即空氣的上層之意的名詞，是亞裏斯多德所設想的與構成地球萬物的水、土、火、氣四元素不同的構成神靈世界的一種輕元素。
到19世紀末期，萬有引力被發現以後，複活了亞裏斯多德關於“以太”的設想，說“以太”是宇宙真空中引力的傳播介質，從此，“以太”被引入物理學，而且被說成是“光波”和電磁波的傳播媒介。
愛因斯坦卻沒有盲目地跟在牛頓後麵，為牛頓喝彩，在兒子的搖籃邊，為了研究“以太”究竟是存在還是不存在，“以太”到底是什麼，他不知度過了多少個不眠之夜，他一邊大膽地假設，一邊小心地求證，狹義相對論終於問世了。
愛因斯坦研究了光在“以太”中的傳播問題，大膽地否定了“以太”的存在。
愛因斯坦認為關於時間是不斷流動延續，空間是廣闊無邊，物體的存在與運動對此一點影響也沒有的觀點是毫無道理的，這就從根本上動搖了牛頓的信仰。
愛因斯坦認為，時間、空間、物體、運動是不可分割的統一整體，物體的運動變化，不但影響空間的大小存在，而且也影響時間的流動過程。
最明顯的例證是在物體運動速度充分大時，時鍾會顯示變慢，物體會沿運動方向縮小尺寸。在過去，牛頓的萬有引力定律對於計算圍繞太陽公轉的行星，如水星、金星、地球、火星等的運行軌道及人造地球衛星的運動軌道也卓有成效。
它甚至可以分秒不差地預報百餘年後在地球上某處能夠看到的日全食或月全食的時間，許多人對這條萬有引力定律奉若神明，把它謳歌成整個宇宙的絕對真理。
但是相對論闡明了：牛頓的運動定律隻有在物體運動速度遠比光速低的場合下才適用，萬有引力定律也隻有在強度弱的場所才成立。
就這樣，相對論把這些定律從宇宙的絕對真理的寶座上拉了下來，證明它們無非是相對真理而已。
對牛頓的經典物理學進行了全盤的否定之後，愛因斯坦提出了全新的時間空間和運動概念，並經過複雜的數學推導和運算，最終導出了一係列重要的狹義相對論結論。
當愛因斯坦發表狹義相對論的觀點時，年僅26歲。一個年僅26歲的年輕人，竟然把支配物理科學200年之久的牛頓物理學大廈給徹底摧毀了，整個世界為之嘩然、愕然！
廣義相對論問世
1912年冬天，當第一場瑞雪普降人間的時候，大地白茫茫的一片好幹淨，天與地之間一片澄明，人們紛紛來到雪地裏堆雪人、打雪仗。
愛因斯坦踏著地上的積雪，口裏哼著一曲古老的歌謠，又回到了蘇黎士（瑞士）聯邦工業大學。從這時起，他有了一筆豐厚而穩定的收人，生活得非常幸福美滿，對自己的婚姻也覺得很滿意。
然而好景不長，1914年4月，愛因斯坦又把家搬到柏林，在那裏，愛因斯坦接受了普魯士科學院的一個職位。那年夏天，他的妻子和兩個兒子在瑞士度假，由於一次大戰的爆發而不能返回柏林，幾年之後，這一被迫性的長期的兩地分居導致了離婚。
愛因斯坦厭惡戰爭，他曾利用自己的影響，號召人們同法西斯主義進行堅決的鬥爭，並不惜代價去阻止罪惡的戰爭，“他必須準備坐牢，準備經濟破產，總之，他必須準備為他的祖國的文明幸福的利益而犧牲他個人的幸福”。他還直言不諱地批判了德國軍國主義。
但愛因斯坦始終沒有忘記自己肩上所擔負的神聖的使命，他更加全神貫注地去完成他的廣義相對論。
為了研究廣義相對論，愛因斯坦可真是不要命了，多年以來沒有規律的生活，給他的身體造成了巨大的傷害，肝炎和胃病幾乎要把他給摧垮了。
愛因斯坦以為自己得了癌症，於是，他更加自覺地抓緊一切時間，真是達到了不吃飯不睡覺的地步。
為了研究，他把自己關在一間小閣樓裏，把門從裏麵反鎖著，不讓任何人打擾，隻是到了黃昏時分，他才出去放放風。
兩個星期之後，愛因斯坦麵無血色地從小閣樓裏走了出來，手裏抱著一疊厚厚的文稿，大聲地向世界宣布：我研究出來了！就這樣，廣義相對論誕生了。
1916年，在《物理學》雜誌上，他發表了《廣義相對論的基礎》一文。
諾貝爾物理獎金獲得者馬克斯·玻恩把廣義相對論看作是“人類關於大自然的思想的最偉大成就，是哲學的深度、物理學的直覺和數學的技巧的最驚人結合”。
廣義相對論是一種沒有引力的新引力理論，是適用於所有參照係的物理定律。
廣義相對論認為，時間空間與物體運動整體的不可分割性，不但在勻速直線運動情況下存在，而且在有加速度運動的情況下，也同樣存在。
愛因斯坦還進一步指出，加速度運動與引力場（重力場）引起的運動就是一回事，是等價的或等效的。這就推廣了相對論的基本內容。
根據等效原理，引力可以等效為加速係統中的慣性力。引力可以被一個加速係統完全抵消，引力也可以用一個加速係統體現出來。
這樣，愛因斯坦就把引力進一步歸結為由加速係統所體現出的時空幾何特征。不同的加速係統就有不同的時空幾何特征，則就代表不同的引力場。
所以，愛因斯坦的廣義相對論又把引力與時間空間的幾何特征聯係起來了。所謂幾何特征，那就是時間、空間距離的測量，時空的彎曲性質等。
那麼，引力究竟是什麼呢？引力就是時空的彎曲，在廣義相對論中引力的本質就是時空彎曲，引力本身已不存在。
比方說，有兩個質量很大的鋼球，由於受萬有引力而相互吸引，相互接近，這是牛頓的看法。
愛因斯坦的廣義相對論則並不認為兩個鋼球間存在吸引力，它們之所以接近，是由於時空好像一張原來拉平的膜，現在兩個鋼球太重使這張膜壓彎了，這時兩個鋼球是由於沿彎曲的膜滾到一起，即由於時空彎曲而沿短程線運動。可見二者是根本不同的引力理論。
愛因斯坦認識到，我們所生存的具有長、寬、高三個方位的空間和一直流動延續下去的時間，結合在一起成為四維時空的整個宇宙是彎曲而有曲率的。
愛因斯坦從廣義相對論出發，作了一些偉大的科學預言，有的已經被觀測所證實，比如水星近日星的進動，光譜線的引力紅移和引力場中光的彎曲。
水星是我們所知道的離太陽最近的行星，它每繞太陽公轉一周，離太陽最近那一點的位置就有些改變，這種現象稱作水星近日星的進動。愛因斯坦根據廣義相對論解釋了當時人們不能圓滿解釋的這種現象。
愛因斯坦的第二個預言就是，引力場很強的恒星發出的光譜線向紅端（波長比較長的一端）推移，l924年，在天文觀測中證實了有引力紅移現象。
其中較容易測量的是星星所發出的光線，從太陽旁邊通過變得偏斜彎曲的數據。根據愛因斯坦的計算，可偏斜度為1.75弧秒。
據當時天文觀測，1919年5月29日，赤道地區將要發生日全食，這正好被利用來觀測太陽邊緣所射來的星光。廣義相對論能否被證實，就要看這一次的觀測結果了。
全世界的科學家們都在翹首期待著這一天的早日到來。日食那天，觀測隊拍攝了大量的日食照片，經過對這些照片的顯影與分析研究，終於測得光經過太陽附近的彎曲度是1.61到1.98弧秒之間。它與愛因斯坦的計算相差無幾。
愛因斯坦一直把廣義相對論看成是自己一生中最重要的科學成果。確實，廣義相對論比狹義相對論包含了更加深刻的思想，這一全新的引力理論，到目前為止，依舊是一個最好的引力理論。
當然，在以後的幾十年中，由於很少得到新的觀測或者實驗的檢驗，同時也由於廣義相對論的數學結構過於艱深，廣義相對論在差不多半個世紀的時間裏受到了冷落。
本世紀60年代以後，廣義相對論又重新散發出其特有的芬芳。
由於大口徑的光學望遠鏡和射電望遠鏡的發展，陸續發現了一些新天體，那裏存在著很強的引力場。而廣義相對論正是進行這方麵研究的重要工具，它曾經預言過有引力波。
引力是從牛頓時代就已經為人們所廣泛了解的，而引力波就不同了。這同人們很早就知道帶電體之間有作用力，但是不等於已經認識到電波的存在一樣。