科學史上的奇跡年

在科學史上，有兩個時間段被稱為“奇跡年”，對應著科學史上兩位巨擘在非常短的時間內(nèi)做出了奇跡般的科學貢獻。一位是牛頓，時間是1665-1666年；一位是愛因斯坦，時間是1905年。究竟是個人的天才還是歷史的風云際會，造就了他們以20多歲的年紀憑其貢獻便可在科學史上英名百世？

英國詩人蒲柏有首盛贊牛頓的詩這樣寫道：“自然及自然律為夜幕所掩，上帝說，讓牛頓來！于是一切大放光明?！边@里有夸張，但也是事實。

說其夸張，是因為在牛頓之前，意大利的伽利略與德國的開普勒已經(jīng)分別為地上與天上的運動學做出了可貴的探索。伽利略最重要的貢獻在于創(chuàng)立了動力學，即研究運動物體的科學。伽利略進行的斜面實驗的研究，已經(jīng)蘊含了牛頓第一定律與第二定律的基本內(nèi)容，但是伽利略并沒有把它們上升為普遍的物理法則。開普勒于1619年已經(jīng)完成了關于行星運動的三大定律，這是當時太陽系已知六大行星運動的鐵律。但是對于行星為何繞太陽作橢圓軌道運行，開普勒受英國吉爾伯特的影響，試圖把每顆行星都看做一塊大磁鐵，用磁力與太陽的相互影響去解釋橢圓軌道。但是，這種解釋未能奏效。

說是事實，也即這對牛頓而言的確名至實歸。法國大數(shù)學家、天文學家拉普拉斯就曾羨慕牛頓說，綜合宇宙的定律只能發(fā)現(xiàn)一次，結果被牛頓幸運地占了先。牛頓是幸運的綜合者，但更是杰出的開拓者。在1665-1666年間的近18個月中，他為近代科學的幾個分支奠定了基石。這輝煌的成就，竟然與一場瘟疫有關。

1665年夏，倫敦黑死病（一種鼠疫）肆虐。距離倫敦不遠的劍橋人心惶惶，學校索性遣散學生回家以躲過這場瘟疫。牛頓當時已經(jīng)在劍橋大學三一學院待了4年，期間已經(jīng)對當時許多科學問題做了思考。瘟疫使牛頓回到了家鄉(xiāng)林肯郡烏爾索普，在接下來的18個月中，他改變了整個近代科學。這時期牛頓的貢獻主要集中在三個方面：首先是微積分的發(fā)明（稍晚德國的KvltuQ/IN1GcwbnIWpebQA==萊布尼茨也獨立做出）——當時牛頓稱其為“流數(shù)法”，這是一種全新的數(shù)學方法，可以處理大量變動不居的量。其次是萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)，著名的蘋果落地的故事就是它的開端。我們前面談到牛頓綜合了天上與地上的運動，主要是指他發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律。這是牛頓一生最光輝的偉業(yè)。后來關于萬有引力定律的三大驗證：哈雷彗星的回歸，海王星的發(fā)現(xiàn)，地球形狀長圓、扁圓之爭，一時成為美談。牛頓也由此矗立于科學萬神廟之巔。最后是通過光的色散實驗，牛頓揭示了光的本性。任何一位科學家，如果三者能占其一，注定能在科學史上不朽。牛頓一人兼具，真是“萬千寵愛在一身”，也難怪拉普拉斯驚羨不已呢！

接下來說愛因斯坦，他已經(jīng)成了整個現(xiàn)代科學的化身。我們對愛因斯坦了解得更厚實，主要不在于他生活的年代距我們更近，而是他一生與整個社會（戰(zhàn)爭、和平、教育、正義等）緊密聯(lián)系在了一起。不像牛頓那樣，是僅與很有限的幾位學者聯(lián)系的“宅男”。1905年，愛因斯坦創(chuàng)造了科學史上第二個奇跡年。有人說他是平地起風雷，此話不對也對。

先說不對之處。大凡科學成就卓越者，無一不是歷史機遇的結果。這話看似四平八穩(wěn)，卻頗值琢磨。牛頓得哥白尼之后風氣大開之勢，扶搖而上。愛因斯坦生于1879年，沒過些時日，物理學界風云突變，由著名科學家英國開爾文勛爵宣稱的“兩朵烏云”陰霾不散。兵來將擋，水來土掩。誰能驅(qū)敵，便可名顯。1900年的普朗克，年已四二（對后來量子力學那幫小將而言，此年齡可謂“垂垂老矣”），深情地面對自己獻身半輩的經(jīng)典物理學，不情愿地揮起一桿大旗，名曰“量子論”。這是驅(qū)散“紫外災難”烏云的一道閃電，可惜無人能聆聽這“高山流水”。此可謂千載難逢之機遇，時代在召喚英雄。

平地偏要起風雷，有了歷史的機遇，還要有自身的造化。愛因斯坦趕上了好時候，但是1900年，他剛大學畢業(yè)，本打算在母校謀一個助教崗位了此一生，沒想到碰了壁。聊可欣慰的是當年年底在《物理學年鑒》上發(fā)表了他的第一篇論文，是有關毛細現(xiàn)象的。小荷已露尖尖角，何時可以滿庭芳？1901年，他繼續(xù)找工作，還是碰壁；還好后來謀得了一個臨時代課的職位。1902年6月，愛因斯坦通過朋友的關系，終于到了瑞士伯爾尼專利局謀取了一個職位（注意還是臨時工，直到1904年才轉(zhuǎn)正）。求職的挫折會讓一位年輕人郁悶不已，但愛因斯坦那幾年對科學的興趣始終沒受到影響，這從當時他與女友米列娃的信中能夠看出。

專利局的工作，促使他從多方面考慮問題，當然還有他與幾位朋友組成的“奧利匹亞科學院”的激勵作用，1905年——展露身手的時候到了。

像牛頓當年威風八面一樣，愛因斯坦也是橫掃八荒。上面提到普朗克高山流水待知音，這位知音就是愛因斯坦。在普朗克提出量子論的五年后，愛因斯坦第一個響應，1905年3月，他完成一篇關于光量子的論文，一舉解決了光電效應問題。這篇論文，是愛因斯坦本人唯一用了“最革命的”詞眼評價的論文。正是這篇論文，大大拓展了普朗克提出的量子論，使得愛因斯坦躋身量子論的三大教父之一（另一位是玻爾）。1905年的4、5月，他發(fā)表了兩篇關于布朗運動的論文，提出了測定分子大小的新方法。幾年之后，法國佩蘭用實驗證實了他的理論，無可辯駁地證實了原子的實在性。1905年6月完成了狹義相對論的論文《論動體的電動力學》。這篇文章驅(qū)散了前面提到的第二朵烏云，即“邁克爾遜-莫雷實驗測定以太風的零結果”。這篇論文，拓展了我們的時空觀，是人類智識史上一次質(zhì)的飛躍。在此基礎上，同年9月愛因斯坦推導出了著名的質(zhì)能方程。量子力學的奠基人之一德布羅意如此評價愛因斯坦的奇跡年：“愛因斯坦以非凡的精力，在同一年里，建立了今天主宰著全部現(xiàn)代物理學的兩大理論（相對論和量子論）中的一個，并且對另一個理論的發(fā)展也作出了主要的貢獻。”2005年，是聯(lián)合國教科文組織確定的“世界物理年”，旨在向100年前的奇跡年致敬與紀念。

會當凌絕頂，一覽眾山小。面對科學史上笑傲群雄的兩位巨匠，我們仰望、贊嘆、感慨、評說。歷史際遇與個人才情的共舉，造就了他們的非凡與功業(yè)。遙望奇跡年，心潮與海連。

（作者單位：哈爾濱師范大學）