［承前文DDSSN003-「爱因斯坦」先生（II）］

前两文简要叙说了「爱因斯坦」先生的一些生平趣事轶闻，这篇短文则是针对他的科学生涯和成就，做一简单的概述。首先，「爱因斯坦」先生在他26 岁时，就获得了瑞士苏黎世大学（University of Zurich）的物理学博士，在1905 年时，他连续发表了 5篇，对近代物理学影响深远的旷世巨作，其中主要有三：

（1）他率先提出「光（light）」是由个别「量子（quanta）」所组成，但其集体运动时也能具有「波（wave）」的特质，这个认知也开启了后世有关「量子理论（quantum theory）」的研究，而他自己进一步的「光电效应（photoelectric effect）」研究，更为他赢得了1921 年的「诺贝尔物理学奖」。

（2）证实原子（atom）的存在以及「布朗运动（Brownian Motion）」（此「布朗运动」指的是颗粒（particles）在液体中的不规律运动，其名称来自最早观察到此现象的植物学家 Robert Brown）。

（3）首度提出最为后世称道的「特殊/狭义相对论」，认为「时间（time）」和「空间（space）」为不可分割的实体，但和观察者的运动有关。另外，光速（c；the speed of light）对所有不同的观察者而言，不论位居何处，永远为常数（constant；即不变），接着再依其进一步的数学演绎，发现「质量（m；mass）」和「能量（E；energy）」两者实为一体的两面，而且能以 E = mc² 的物理方程式表之。

当然，因为今年是他发表「一般/广义相对论（General Relativity）」的一百周年纪念，就容我多说几句。首先，有别于上述的「特殊/狭义相对论」，它侧重于时间、空间、质量和能量的阐述，「一般/广义相对论」主要是针对「引力（Gravity）」这个物理量和现象而来。更重要的是，基于（1）物理定律对所有的观察者而言都是一样的（the laws of physics appear the same to all observers）以及（2）光速（每秒 299,338 公里）为常数（the speed of light is unchanging）这两大原理，爱因斯坦进一步认为宇宙间并没有恒定的参考坐标（there is no fixed frame of reference in the universe），也就是说宇宙间万物都是相对的，这也就是为什么他的理论，称之为「相对」论的由来。其中「特殊/狭义相对论」，只是「相对论」中的特例，是针对在一等速运动下的参考坐标，而「一般/广义相对论」则是应用在加速运动下的参考坐标

事实上，早在爱因斯坦发表「一般/广义相对论」之前（1915 年），我们对物体运动的理解，主要是依据牛顿（Isaac Newton）的运动定律（the law of motion）。1687 年，牛顿在他「萭有引力」的论述中，认为那种让苹果坠地和地球绕着太阳公转的「力（force）」都是同一种力（即「引力」），但是他从来没说清楚，这所谓的「引力」，由何而来？这时（1738年），出现了一位影响后来爱因斯坦思考的哲学家 David Hume，他在他的「论人类本性（A Treatise of Human Nature）」论著中指出，科学的概念（concept）必须是基于实验和证据的，不能单靠推理（reason），他也认为时间无法独立于物体运动之外（即时间和物体的运动是无法切割的），白话㸃来说，因为任何运动中的物体就有速度，而速度是以「单位时间的距离」来计量的，因此物体的运动就和时间挂上钩了。

接着，这个速度在空间里可以有不同的方向，就形成了所谓的三度/维空间，再加时间（一度/维），因此当我们在讨论「相对论」时，指的是四度/维的「空间（space）+ 时间（time）」，更有进者，依「相对论」的阐释，这空间和时间是延续（continuum）的，称之为「时空（space-time）」。为了便于大众的理解，这个「时空」的具体概念，常以一有弹性的网状面表之。若此时有一重物（如铅球）置于其上，读者可以想象它一定顺着该重物所在之处凹陷下去，「相对论」就是利用此网状模式来解释「引力」的来源，因为重物的存在（甚至运动），把邻近周遭的时空扭曲变形（warping）了，这时若有其他物体存在其周遭，就会依此扭曲的网面运动，实际例子就是：太阳系中的所有星体，都不约而同绕着太阳运转（请进入此网址：http://www.cosmotography.com/images/supermassive_blackholes_drive_galaxy_evolution.html，再㸃选该文左侧的小插图；Photo credit: WGBH Boston）。另外，要提醒读者的是，这些星球运转的轨道均呈楕圆形，而不是圆形，主要是因为物体在曲面上运行，一定是循着最短距离和最不耗能量的途径。因此，「一般/广义相对论」完美解释了牛顿运动定律中「引力」的来源，当然，再次提醒读者，「引力」不是「力」，它只是物体在「时空」扭曲变形下旳运动现象。有关「一般/广义相对论」中的「引力」作用和现象，我在以后的博文中再为大家细说。（全文完）