要談愛因斯坦對現(xiàn)代科學(xué)的影響，我們首先應(yīng)該有一個(gè)基本概念，就是二十世紀(jì)發(fā)生了兩場科學(xué)革命：一場叫做量子力學(xué)，一場叫做相對論。這兩場科學(xué)革命最初都發(fā)生在物理學(xué)中，但物理學(xué)的規(guī)律決定了化學(xué)的規(guī)律，化學(xué)的規(guī)律決定了生物學(xué)的規(guī)律，這樣一環(huán)扣一環(huán)地，對整個(gè)自然科學(xué)都造成了根本的改變。

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非常感謝方老師和江老師的演講（愛因斯坦小時(shí)候有道題沒想通，想著想著就改變了物理學(xué) | 科技袁人，美國對科學(xué)家的“重視”，愛因斯坦早就體驗(yàn)過了…… | 科技袁人），讓大家對愛因斯坦和當(dāng)時(shí)的時(shí)代背景增加了很多理解。很多觀眾可能還想問：現(xiàn)在的科學(xué)發(fā)展到什么程度了？愛因斯坦對當(dāng)代的科學(xué)，產(chǎn)生了什么樣的影響？

本來這應(yīng)該是理論物理學(xué)家回答的問題，而且還應(yīng)該是楊振寧、李政道、溫伯格、蓋爾曼這種諾貝爾獎(jiǎng)得主級別的，至少也應(yīng)該是霍金這種級別的。不過很遺憾，我們今天沒有請到這樣的嘉賓。

我的專業(yè)是理論與計(jì)算化學(xué)，按說與理論物理的前沿有一段距離，不過跟現(xiàn)場的大多數(shù)觀眾朋友們比起來，可能還是近一點(diǎn)。所以只好不揣淺陋，按照我的理解來跟大家談一談，也許可以作為一個(gè)參考，也希望真正的內(nèi)行專家多多指正。

下次再有這種活動(dòng)，我們希望中信出版社更加給力，請到諾貝爾獎(jiǎng)級別的嘉賓來解讀，也就省了我的事了。

言歸正傳。要談愛因斯坦對現(xiàn)代科學(xué)的影響，我們首先應(yīng)該有一個(gè)基本概念，就是二十世紀(jì)發(fā)生了兩場科學(xué)革命：一場叫做量子力學(xué)，一場叫做相對論。這兩場科學(xué)革命最初都發(fā)生在物理學(xué)中，但物理學(xué)的規(guī)律決定了化學(xué)的規(guī)律，化學(xué)的規(guī)律決定了生物學(xué)的規(guī)律，這樣一環(huán)扣一環(huán)地，對整個(gè)自然科學(xué)都造成了根本的改變。

這兩場科學(xué)革命，革命的對象是誰呢？是十九世紀(jì)及以前的物理學(xué)，稱為經(jīng)典力學(xué)。用現(xiàn)在的語言，可以說經(jīng)典力學(xué)描述的是宏觀物體的低速運(yùn)動(dòng)。而這兩場科學(xué)革命，就是打破了這兩個(gè)條件：要描述微觀物體，就必須用量子力學(xué)；要描述高速運(yùn)動(dòng)，就必須用相對論。

有趣的問題來了。什么叫微觀？達(dá)到原子分子層次的，就是微觀。什么叫高速？跟光速可以比較的，就是高速。

實(shí)際上，我們現(xiàn)在能夠輕輕松松地做出這些回答，這絕不是理所當(dāng)然的，背后都有愛因斯坦的巨大貢獻(xiàn)。

1905年被稱為愛因斯坦奇跡年，愛因斯坦在若干個(gè)領(lǐng)域做出了開創(chuàng)性的貢獻(xiàn)。其中一個(gè)領(lǐng)域，就是原子的存在性。

現(xiàn)在我們從小就學(xué)原子理論，早就把它看作天經(jīng)地義的了。很多人可能沒有意識(shí)到，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是顯而易見的。事實(shí)上，長期以來，有許多科學(xué)家反對原子的概念，其中不乏非常著名的權(quán)威科學(xué)家。

1905年，愛因斯坦基于原子理論，對布朗運(yùn)動(dòng)提出了一種定量理論。大家知道布朗運(yùn)動(dòng)是什么吧？就是像花粉這樣在宏觀看起來很小、但在微觀看起來又很大的物體，在像水這樣的液體中的無規(guī)運(yùn)動(dòng)，走的是隨機(jī)的折線路徑?，F(xiàn)在很多人把印度的導(dǎo)彈戲稱為布朗運(yùn)動(dòng)彈，就是來自這種現(xiàn)象。

愛因斯坦的布朗運(yùn)動(dòng)理論，跟實(shí)驗(yàn)符合得很好，一下子就證明了原子的存在性，還提供了一種測量原子質(zhì)量的方法。從此以后，即使是原來最頑固的反對派，也不得不承認(rèn)原子論的正確了。

愛因斯坦奇跡年的另一個(gè)奇跡，就是大家耳熟能詳?shù)莫M義相對論。

狹義相對論的基本思想有兩條。一條叫做相對性原理，說的是：物理規(guī)律在所有的慣性參照系中，都有同樣的形式。什么叫慣性參照系呢？就是做勻速直線運(yùn)動(dòng)的參照系。另一條叫做光速不變原理，說的是：在所有的參照系中，光速都相等。

外行經(jīng)常問的一個(gè)問題是，為什么要認(rèn)為光速是速度的極限，為什么不可以有高于光速的速度？實(shí)際上，這不是愛因斯坦或者任何人的心血來潮，而是一個(gè)實(shí)驗(yàn)觀測事實(shí)。舉個(gè)例子，地球在自轉(zhuǎn)，所以在地球表面沿著自轉(zhuǎn)方向的光速，應(yīng)該比垂直于自轉(zhuǎn)方向的光速快一點(diǎn)，對不對？但實(shí)驗(yàn)觀測的結(jié)果，卻是測不出任何速度差別。

如果你在經(jīng)典力學(xué)的框架中看這個(gè)實(shí)驗(yàn)事實(shí)，就會(huì)感到非常奇怪，簡直不可理喻：光速加一個(gè)速度，為什么還是等于光速，而不是大于光速？在愛因斯坦之前，有許多科學(xué)家希望解決這個(gè)矛盾，但只是在原有框架上修修補(bǔ)補(bǔ)，于是搞得理論越來越奇怪，解釋了這個(gè)，又會(huì)在其他地方翻車，按下葫蘆起來瓢。

這時(shí)，愛因斯坦表現(xiàn)出了深邃的洞察力。他提議，不要用其他的原理來解釋光速不變，而應(yīng)該把光速不變當(dāng)做一條基本原理，從這條基本原理出發(fā)，去推導(dǎo)其他結(jié)果。只要你的思想跨過了這關(guān)鍵的一步，那么后面的推理都如水之就下，一馬平川。愛因斯坦推出的這整個(gè)體系，就是狹義相對論。

狹義相對論有很多驚人的結(jié)果，例如鐘慢效應(yīng)、尺縮效應(yīng)。而在所有結(jié)果中，最著名也是最驚人的，大概就是質(zhì)能關(guān)系E =mc2，能量等于質(zhì)量乘以光速的平方。這可能是整個(gè)自然科學(xué)中最深刻的方程，它說明一定的能量必然對應(yīng)一定的質(zhì)量。在這個(gè)意義上，能量和質(zhì)量就是一回事。后來發(fā)展起來的核武器、核電站，以及我們經(jīng)常強(qiáng)調(diào)的、有望成為人類終極能源的核聚變，它們的科學(xué)基礎(chǔ)都來自質(zhì)能關(guān)系。

狹義相對論已經(jīng)是一個(gè)非常偉大的成果了。但是，更加令人驚嘆的是，在此之后，愛因斯坦繼續(xù)向上攀登，又提出了更加普適的廣義相對論。

如果說狹義相對論的問題還有許多科學(xué)家在研究，如果沒有愛因斯坦，這個(gè)理論也已經(jīng)呼之欲出了，那么廣義相對論就幾乎只有愛因斯坦一個(gè)人在思考，如果沒有愛因斯坦，可能我們直到現(xiàn)在都沒有掌握廣義相對論。人類歷史上如此依賴于創(chuàng)始人一個(gè)人的理論，簡直是絕無僅有。而廣義相對論又是如此的美妙，任何能理解它的人，都必然感到巨大的震撼。

因此，在提出狹義相對論之后，愛因斯坦成為了科學(xué)界的著名人物，但在公眾當(dāng)中還不是很出名，而在提出廣義相對論之后，尤其是在愛丁頓的日食實(shí)驗(yàn)初步證實(shí)了廣義相對論之后，愛因斯坦一夜之間就成為了全世界的超級名人。雖然大多數(shù)人連狹義相對論都不理解，更不用說廣義相對論了，但他們都知道了，愛因斯坦就是當(dāng)代的神人，科學(xué)的象征。

這對科學(xué)傳播有巨大的好處，例如科學(xué)的影響力就大大超過了宗教。所以，雖然愛因斯坦本人經(jīng)常被各種誤解困擾，但我們不妨把這看作一個(gè)小小的代價(jià)。當(dāng)然，如果不誤解，真正理解愛因斯坦做了些什么，那就更好啦，希望我們的觀眾能夠達(dá)到這種水平。

廣義相對論研究的是什么問題呢？由于時(shí)間關(guān)系，在這里只能說一點(diǎn)最基本的：狹義相對論說的是“所有的慣性參照系都平等”，但這還不能令人滿意，非慣性的參照系該怎么辦呢？因此，廣義相對論說的是“所有的參照系都平等”，不再區(qū)分慣性和非慣性的參照系。

霍金研究的宇宙學(xué)，就是以廣義相對論作為基礎(chǔ)的。

這樣的一個(gè)理論居然能構(gòu)造出來，而且跟實(shí)驗(yàn)符合得極好，真是人類智力的偉大證明！以后如果人類遇到其他星球的文明，或者到了《三體》中描述的宇宙的最后審判日，人類掌握了廣義相對論這一點(diǎn)，一定會(huì)為人類文明贏得高度的尊敬。

說完了相對論這場科學(xué)革命，我們再來看另一場科學(xué)革命，量子力學(xué)。

愛因斯坦對量子力學(xué)也有重大的貢獻(xiàn)，例如在1905年為了解釋光電效應(yīng)，提出光子的概念。實(shí)際上，愛因斯坦得到諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，就是因?yàn)檫@個(gè)成就，而不是因?yàn)橄鄬φ?！?dāng)然，這不是愛因斯坦的問題，而是諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)的問題。這個(gè)成果也完全當(dāng)?shù)闷鹬Z貝爾獎(jiǎng)，只不過愛因斯坦還有更多更大的成果在那兒放著呢，好比給一個(gè)十項(xiàng)全能選手最弱的一個(gè)項(xiàng)目頒了最大的獎(jiǎng)，所以顯得有點(diǎn)滑稽，只能說反映了當(dāng)時(shí)諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)極度的保守和固執(zhí)。

因此，許多人喜歡聊的一個(gè)問題就是：愛因斯坦能得幾次諾貝爾獎(jiǎng)？有說四次的，有說五次的，甚至還有更多的。其實(shí)這個(gè)問題并不重要，諾貝爾獎(jiǎng)發(fā)給愛因斯坦是諾貝爾獎(jiǎng)的榮幸，而不是愛因斯坦的榮幸。

愛因斯坦早就知道自己肯定能得這個(gè)獎(jiǎng)，以至于他在跟第一位妻子米列娃寫離婚協(xié)議的時(shí)候，就寫了：我現(xiàn)在沒有錢，將來得到諾貝爾獎(jiǎng)以后，把獎(jiǎng)金給你！這話看起來十分荒誕，好像“還沒中五百萬就想著怎么分錢”，但米列娃居然也接受了，說明她也相信愛因斯坦肯定會(huì)得諾貝爾獎(jiǎng)，只是早晚的問題。我在《科技袁人》節(jié)目中說過，有些在外人看來危若累卵的事，當(dāng)事人也許是胸有成竹。你看，愛因斯坦的神操作，已經(jīng)給我們做出了示范。

讓我們回到量子力學(xué)。值得注意的是，雖然愛因斯坦為早期的量子力學(xué)做出了重要貢獻(xiàn)，但隨著量子力學(xué)的發(fā)展，愛因斯坦逐漸跟主流拉開了距離。這是因?yàn)榱孔恿W(xué)揭示出關(guān)于實(shí)在性和因果性的一些非常深入的問題，在這些基本方面嚴(yán)重地挑戰(zhàn)了日常生活的常識(shí)。愛因斯坦雖然贊賞量子力學(xué)在實(shí)用層面的成功，但對這些哲學(xué)方面的特征始終不能滿意。

如果是一般人，那么在哲學(xué)層面抱怨幾句也就完了，對科學(xué)發(fā)展不會(huì)產(chǎn)生多少影響。但愛因斯坦不是一般人，他總是想把哲學(xué)觀點(diǎn)變成可觀測的現(xiàn)象。1934年，愛因斯坦對量子力學(xué)提出了一個(gè)非常有創(chuàng)造力的質(zhì)疑，現(xiàn)在我們稱之為“量子糾纏”。

你八成聽到過這個(gè)詞，對不對？你還聽到過量子糾纏有種種神奇之處，例如所謂“穿越整個(gè)宇宙的心靈感應(yīng)”，對不對？雖然關(guān)于量子糾纏的許多所謂“科普”文章都是胡扯，但你確實(shí)應(yīng)該知道，這是一個(gè)真實(shí)的物理學(xué)概念，而且這個(gè)概念是愛因斯坦提出來的。

愛因斯坦對量子力學(xué)提出這個(gè)質(zhì)疑以后，怎么樣了呢？后面的發(fā)展，只能用峰回路轉(zhuǎn)來形容。經(jīng)過多年的實(shí)驗(yàn)研究，現(xiàn)在絕大多數(shù)科學(xué)家公認(rèn)，量子糾纏是一個(gè)真實(shí)的現(xiàn)象，愛因斯坦對量子力學(xué)的質(zhì)疑是錯(cuò)誤的。

更有意思的是，近三十年來興起了一個(gè)新的領(lǐng)域“量子信息”，量子糾纏就成了量子信息中的一個(gè)重要工具。大家可能都聽說過，科大就是全世界量子信息研究的中心之一，取得了許多重要成果，例如最多光子數(shù)糾纏的紀(jì)錄就是科大潘建偉研究組創(chuàng)造的。

對此我們能說什么呢？愛因斯坦對量子力學(xué)的質(zhì)疑雖然被證明是錯(cuò)誤的，但這個(gè)深刻的思考還是得到了非常有價(jià)值的成果。偉人即使是錯(cuò)誤，都這么有啟發(fā)性！就像《大話西游》里紫霞仙子的名言：“跑都跑得那么帥，我真幸福！”

以上是我們對愛因斯坦的科學(xué)成果的介紹。但值得注意的是，愛因斯坦對科學(xué)的影響，不止于具體的成果，還包括方法論的層面。

具體一點(diǎn)說，愛因斯坦把對稱性放到了物理學(xué)的中心。這話是什么意思呢？在愛因斯坦之前，物理研究的一般范式是先觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，然后提煉出理論，最后從理論中看出對稱性。而在愛因斯坦之后，這個(gè)順序就被顛倒過來了，是先指定研究對象的對稱性，然后確定相應(yīng)的理論，對實(shí)驗(yàn)做出預(yù)測，最后再做實(shí)驗(yàn)去對照。

愛因斯坦提出廣義相對論，就是這樣的流程。

很多觀眾可能聽說過，楊振寧最大的成果并不是得到諾貝爾獎(jiǎng)的宇稱不守恒，而是另一個(gè)成果，叫做楊-米爾斯場論。為什么這個(gè)理論這么重要呢？原因就是，它可以被理解為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口或者理論框架，你把對稱性輸入進(jìn)去，它就可以產(chǎn)生相應(yīng)的理論，做出一大堆預(yù)測，然后實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家去檢測。

粒子物理目前的最高成就叫做“標(biāo)準(zhǔn)模型”，解釋了所有已知粒子之間的相互作用，標(biāo)準(zhǔn)模型就是以楊-米爾斯場論的數(shù)學(xué)語言為基礎(chǔ)的。而在所有這一切背后，都是愛因斯坦引進(jìn)的、以對稱性為中心的思維方式。

方在慶老師翻譯的《我的世界觀》，序言是楊振寧的文章《愛因斯坦：機(jī)遇與眼光》。楊振寧在此文結(jié)尾寫道：

“他的新眼光改寫了基礎(chǔ)物理日后的發(fā)展進(jìn)程。

愛因斯坦逝世幾十年來，他的追求已經(jīng)滲透了理論物理基礎(chǔ)研究的靈魂，這是他的勇敢、獨(dú)立、倔強(qiáng)和深邃眼光的永久證明。”

謝謝大家！