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?cè)缇褪煜さ摹�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(duì)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(cè)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(duì)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(chǎng)，這些場(chǎng)同粒子一樣實(shí)在。這些場(chǎng)結(jié)合為一種無所不在的、稱之為電磁場(chǎng)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(duì)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(cè)定分子大小的博士論文和他對(duì)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(shí)。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(duì)論的論文：第一篇發(fā)動(dòng)了“相對(duì)論”革命，現(xiàn)在這對(duì)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(chǎng)革命中廢除了絕對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)論。廣義相對(duì)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(duì)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(shí)——關(guān)于時(shí)空的見識(shí)——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(duì)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(shí)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(duì)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(duì)光的解釋中所處的地位的互相矛盾的立場(chǎng)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(chǎng)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(duì)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(duì)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(píng)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(duì)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(duì)這兩種擬議觀點(diǎn)間的矛盾并不真正關(guān)心，因?yàn)樗麑?duì)兩種觀點(diǎn)均無特殊的堅(jiān)定信念。但對(duì)愛因斯坦來說，事情就完全不同了。他對(duì)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(zhǎng)。在我看來，實(shí)際上很難設(shè)想對(duì)于他在同一年發(fā)表的兩篇論文中所依據(jù)的對(duì)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(chǎng)合，如果人們采取牛頓希望保留相對(duì)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(duì)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(chǎng)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(duì)性原理，而根據(jù)這種相對(duì)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(shí)到組成有質(zhì)體的粒子的分立性同麥克斯韋場(chǎng)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(zhǎng)，以同樣的方式處理電磁場(chǎng)，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(chǎng)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(chǎng)必須有粒子的屬性。對(duì)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(shì)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(shí)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(duì)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(shí)，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(duì)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(chǎng)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