爱因斯坦|曹天元谈1905：又一个大“奇迹年”_爱因斯坦|布朗运动|相对论|牛

1905年，爱因斯坦横空出世，以六篇极具原创性和颠覆性的论文彻底改变了现代物理学的面貌，其中更包括了相对论。《上帝掷骰子吗：量子物理史话》的作者曹天元说，这一年，已然成为公认的物理史上的“奇迹年”，与属于牛顿的另一个奇迹年1666年相比，更富“奇迹”色彩。
您在《上帝掷骰子吗：量子物理史话》中说，1905年是个奇迹年，为什么会这样说？
曹天元：1905年是物理史上最伟大的年份之一，也是爱因斯坦一生中最光辉的时刻。“奇迹年”并不是我的发明，事实上，绝大多数科学史书籍和爱因斯坦的传记都采用这种说法。
所谓“奇迹年”（拉丁文annus mirabilis），本来是形容牛顿在1666年的贡献。那一年，牛顿回到乡下老家躲避瘟疫，结果，在这段日子里，他单枪匹马发明了微积分，完成了光分解的实验分析，据说还因为看到一个苹果从树上落地，从而获得启发，对万有引力定律进行了开创性思考。换句话说，短短的一年时间，牛顿就为数学、光学和力学三大学科奠定了最重要的基础。任何人只要毕生之年完成三样中的一样，就足以厕身历史上最伟大的科学家之列。这样的壮举，确实令人瞠目结舌，可以说是前无古人，甚至在相当长的一段时间里，人们都以为不会再有来者了。
然而，爱因斯坦在1905年横空出世，极为戏剧性地打破了这种想法。那一年，还是专利局小职员的他连续发表了六篇论文，彻底地改变了现代物理学的面貌——
3月18日，《关于光的产生与转化的一个试探性观点》（第一篇）；
4月30日，《分子大小的新测定法》（第二篇）；
5月11日，《热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动》（第三篇）；
6月30日，《论运动物体的电动力学》（第四篇）；
9月27日，《物体的惯性同它所含的能量有关吗》（第五篇）；
12月19日，《关于布朗运动的理论》（第六篇）。
这六篇论文，构成了1905这个奇迹年的全部，在科学史上可谓鼎鼎有名、如雷贯耳，甚至还有个专门的说法叫做“奇迹年论文”（annus mirabilis papers）。
这样说来，奇迹是因为爱因斯坦发表的论文。您能否详细谈谈这些论文对未来的科学发展以及人类科学史的意义？
曹天元：上述这六篇论文，按研究方向划分，可以分为三类。首先，是分子测量和布朗运动方面的工作，即奇迹年论文中的第二、第三和第六篇。今天大家都知道，物质是由原子和分子组成的，但在1905年情况却非常不同。当时，原子和分子模型虽然早已被提出，但在科学界却依然只是一种假说。原因很明显：分子太小了，从没有人见过它们。那个年代流行的是实证主义，以马赫为首的一批科学家和哲学家认为，如果某种东西从来没有被观察到，那谈论它又有什么意义呢？
因此，如何实际证明和测量分子的存在，就成了一个很重要的问题。爱因斯坦对这个问题一直很感兴趣，之前也曾经发表过几篇关于分子测量的论文。奇迹年论文的第二篇，就是他利用流体力学中的技巧，试图测量液体中分子大小的一篇文章。在六篇奇迹年论文中，这篇的名气恐怕是最小的，但“实际意义”却最大——它是爱因斯坦的博士论文，为他赢得了博士学位。
此后，爱因斯坦的注意力就转到了布朗运动上。所谓“布朗运动”，是英国植物学家布朗发现的一种现象，当你用显微镜观察悬浮在水中的花粉时，会发现这些花粉似乎永远都像无头苍蝇一般，左摇右晃，看似随机地四处乱动。这种不规则运动，后来就被称作布朗运动。
为什么会产生布朗运动？它的根源是什么？人们在很长一段时间里都迷惑不解，也曾提出过许多不同的假设。但直到十九世纪八十年代，一些科学家才提出这样的想法——布朗运动实际上是分子运动的结果。花粉在水中受到来自四面八方的水分子的不停推搡，因此被推得“东倒西歪”，看上去就似乎在做无规律的曲折运动。