- 文／赖昭正 前清大化学系教授、系主任、所长；合创科学月刊
（瓦特斯顿）论文的历史说明了:… 价值不确定的文章，高度投机性的研究⎯⎯尤其是不知名的作者⎯⎯最好（先）通过科学界以外的其它渠道呈现给世界。
-瑞利爵士（Lord Rayleigh）1904年诺贝尔物理奖得主
在「抱歉了爱因斯坦，但我真的没办法颁奖给那个酷理论—为何相对论与诺贝尔奖擦身而过？」里，笔者提到了 19 世纪末的物理学家曾经非常自满地认为物理学上的基本问题都已经解决了，剩下的只是细节问题。例如 1874 年，量子师祖普朗克（Max Planck）的指导教授久利（Philipp von Jolly）就告诉他说：「在这个（物理）领域，几乎所有的东西都已经被发现了，剩下的就是填补一些不重要的漏洞。」普朗克回答说他不想发现新的东西，只想「了解」这个领域的已知基础。
现在我们当然知道事与愿违，19 世纪末的物理不但未静如止水，反而是刮起大风大浪的预兆。例如谁想到就在那个世纪结束前的 12 月，普朗克为「了解」靠猜测所提出来的黑体辐射公式，被「迫」提出能量量化的观念，成了发现量子力学的第一大功臣（参见「黑体辐射光谱与量子革命」），改变了整个物理学家对客观世界的看法。
而後在 20 世纪才开始不久的 1905 年，瑞士专利局最低等级的审查员爱因斯坦（Albert Einstein）更不知道从何处突然冒出一篇题爲「关於运动物体的电动力学（On the Electrodynamics of Moving Bodies）」论文，吹起了 20 世纪的第一个物理革命号角，彻底改变了统领物理界 300 多年的牛顿时空观念。可是良马⎯爱因斯坦这一篇论文—如果没有遇到伯乐，它会是一匹良驹吗？如果不会，那谁是那一篇论文的伯乐呢？
谁会是爱因斯坦的伯乐？
这篇题为「关於运动物体的电动力学」的论文事实上是很奇怪。这标题通常应是讨论磁性或介电物质在电磁场中的运动特性，但爱因斯坦根本没有分析这个主题，而是花了很多篇幅在前半部分讨论：许多物理学家都认为理所当然之某些基本物理概念的性质。而论文中唯一明确讨论之法拉第的电磁感应实验，则是用当时的理论就可以充分解释、大多数物理学家认为已不甚重要性的题目；最後建议丢弃一些广泛使用的概念（例如「同时」及以太等）。更不寻常的是：作者是一位名不见经传、任职於专利局的小职员，其撰写的风格和格式都非正统，没有引用任何当时的文献！
爱因斯坦曾希望他当年在《物理年监》这杰出期刊上的大量论文能够让他摆脱默默无闻的三流专利审查员，获得一些学术认可，甚至找到一份学术工作；因此在论文出版後，他妹妹後来回忆说：
「（爱因斯坦）曾努力翻阅《物理年监》，希望能找到对他理论的回应。……但他非常失望，出版之後（的反应）是冰冷的沉默。」
在无奈的失望中，爱因斯坦突然於 1906 年 3 月收到了第一个物理学家的反应；令他惊奇的是：这位物理学家竟然不是别人，而是当时欧洲受人尊敬的理论物理学大师普朗克！普朗克给爱因斯坦写了一封充满热情洋溢的信，谓其相对论论文「立即引起了我的热烈关注」，并将到专利局所在地伯尔尼（Bern）拜访他！爱因斯坦当然很兴奋，立即写信告诉他以前的家教学生、合创「奥林匹亚学院（Olympia Academy）」、刚刚搬离伯尔尼的好友索洛文（Maurice Solovine）：
「我的论文倍受赞赏，并引起了进一步的研究。普朗克教授最近写信告知我此事。」
普朗克是如何成为爱因斯坦的伯乐
普朗克当时担任《物理年监》编辑，在接触到爱因斯坦那篇关於空间、时间、和光速的想法前，他事实上已经相当明白：当涉及到由不同观察者测量的光速时，古典物理学存在一个令人讨厌的问题，即测不出地球在绝对静止之以太中的速度，迫使当时一些名物理学家到处贴补漏洞。因此当爱因斯坦大喊（开玩笑的，当时他还是一位无名小卒，怎麽敢大喊）：不要再费心了，让我们假设（在任何惯性参考系中测量的）光速为一定值，来取代「标尺和时钟不会永远误导我们」之错误概念时，普朗克立举双手赞成。在其 1949 年的自传里，普朗克谓：
「光速之於相对论就像基本的作用量子之於量子论：光速是相对论的绝对核心。」
在该论文出版後，普朗克立即在柏林大学讲授相对论！由於他的影响，这个理论很快在德国被广泛接受，因此德国在许多方面对爱因斯坦之相对论的反应是独一无二的；例如 1905－1911 年期间有关相对论的论文，没有其它国家在数量上能够与德国相媲美。在法国、英国和美国的回应中，虽然也有热情的支持，但只有在德国才有人说「我理解爱因斯坦的研究」。但当时的「不敢苟同」声事实上也不少；例如德国物理学家索末菲 （Arnold Sommerfeld）一大早就认为爱因斯坦的理论方法有某种犹太色彩（後来被利用成为反犹太主义者的工具），对秩序和绝对的概念缺乏应有的尊重，而且似乎没有坚实的基础。1902 年诺贝尔物理奖得主、荷兰理论物理大师洛伦兹（Hendrik Lorentz）在 1907 年更写道：
「爱因斯坦的论文虽然出色，但在我看来，这种难以理解和无法形象化的教条里仍然存在一些几乎不健康的东西。一位英国人几乎不会给我们这种理论。」
普朗克显然是第一位认识到爱因斯坦在相对论方面开创性工作的主要人物，也是爱因斯坦在科学界最忠诚的拥护者。两人在个性上虽然非常不相似（前者非常保守，後者不理传统），但也成为最亲密的朋友。普朗克於 1906 年公开为爱因斯坦理论辩护，反对一波又一波的怀疑论者，写信给爱因斯坦说「（我们）必须团结一致」。他将爱因斯坦的理论描述为洛伦兹理论的「延伸」（generalization），并将「洛伦兹-爱因斯坦理论」命名为现在大家所接受的「相对论」。尽管如此，普朗克还是不接受狭义相对论之无可避免的「不需要以太」结论。
普朗克是第一位以爱因斯坦理论为基础来发展的物理学家。他在 1906 年春天发表的一篇文章中，证明爱因斯坦的相对论符合物理学基础之「最小作用原理」（least action principle）：任何物体（包括光）在两点之间的移动都应该遵循最简单的路径，开展了如何在这个新的弹性时空中正确处理物体的动力学。
普朗克并未履约到伯尔尼拜访爱因斯坦，只派比他更先获得诺贝尔奖（1914 年）的助手劳鸿（Max von Laue）於 1906 年夏天去拜访本以为应在伯尔尼大学任教的爱因斯坦。劳鸿与爱因斯坦两人相谈甚欢，不但成为终生好友，前者在此後四年内还写了八篇相对论论文，包括严格地证明了 E=mc2。爱因斯坦谓劳鸿 1911 年所写的第一本相对论教科书「是一个小杰作，其中的一些内容是他的知识产权」，并从中学习到了一些他後来创建广义相对论所需的张量（tensor）数学。
瓦特斯顿发展的气体动力学
瓦特斯顿（John Waterston，1811-1883）是苏格兰物理学家，在印度工作期间发展了气体动力学理论，谓气体分子与容器表面的碰撞导致我们感受到气体压力，正确地推导出理想气体定律。他於 1845 年投稿到英国皇家学会，但审稿人认为那论文「不过是胡说八道」而被拒绝出版；现在的物理学家都认为马克斯威（James Maxwell）为气体动力学（kinetic theory of gases）的创始者。
瓦特斯顿去世几年後，瑞利爵士（Lord Rayleigh，1904 年诺贝尔奖得主，当时的皇家学会秘书）从皇家学会的档案中挖掘出那篇论文，将它重新发表於1892年的《皇家学会哲学汇刊》上。瑞利爵士警告说：。
（瓦特斯顿）论文的历史说明了：因为科学界不愿在其印刷品中记录价值不确定的文章，高度投机性的研究⎯⎯尤其是不知名的作者⎯⎯最好（先）通过科学界以外的其它渠道呈现给世界。也许有人可能会更进一步（建议）说，一位相信自己有能力做大事的年轻作家，应该在开始更高的飞行之前，先通过范围有限、且价值容易判断的工作来获得科学界的良好认可。
相信这类事件在物理学上是时常发生的。在「思考别人没有想到的东西—谁发现量子力学？」一文里，笔者就提到了 1924 年 6 月 4 日，一位任教於东巴基斯坦的讲师波思（Satyendra Bose）将一篇被英国名《哲学杂志》（The Philosophical Magazine）退稿的论文，转寄给爱因斯坦，并附函谓「……如果你认为它值得发表，可否请您将它译出（成德文），投稿到《物理学杂志》（Zeitschrift für Physik）… 」。波思毫无疑问地是一位「不知名的作者」，那篇文章也毫无疑问地是「价值不确定，高度的投机性」！还好爱因斯坦眼光独特，否则不但波思可能沦为另一个瓦特斯顿，量子统计力学是否会那麽早就出现就不得而知了。
结论
有历史学家说普朗克在近代物理上有两大贡献，其一是发现量子力学，另外一个则是发现爱因斯坦！爱因斯坦发表那篇「价值不确定」之狭义相对论论文时也是一位「不知名的作者」，因此如果没有普朗克慧眼识英雄，帮他推销与辩护，爱因斯坦或许也可能沦为另一个瓦特斯顿，那篇论文可能於 1908 年在闵可夫斯基（Hermann Minkowski）的时空（spacetime）中消失[注]！
有了理论物理界权威普朗克教授做後盾，爱因斯坦平步青云、离开专利局、进入学府、及成名应只是迟早的事情。说来有趣，在「思考别人没有想到的东西—谁发现量子力学？」一文里，笔者谈到了如果没有爱因斯坦兴风作浪，普朗克是否会成为创建近代物理的第一革命先锋（量子力学）；而在这里我们却在怀疑如果没有普朗克拔刀相助，爱因斯坦是否会成为创建近代物理的第二革命先锋（相对论）。
至於爱因斯坦是否真是首位发现狭义相对论的物理学家，则请待下回分解。
注解
事实上普朗克及爱因斯坦本人完全低估了该篇论文的创见性，认为它只是洛伦兹理论的「延伸」而已。爱因斯坦的数学老师闵可夫斯基於1908年将时间和空间组合成一个现在称为「闵可夫斯基时空（Minkowski space或spacetime）」的崭新观念，奠定了相对论的数学基础，成为现在物理学家学习、了解、与讨论爱因斯坦相对论主要（唯一）工具。
延伸阅读
- 赖昭正：《我爱科学》（华腾文化有限公司，2017 年 12 月出版）：里面收集了：「乙太存在与否的争辩」(科学月刊，2017 年 5 月号）、「量子力学的开山祖师-普朗克」(科学月刊，1982 年 2 月号）等。
- 「黑体辐射光谱与量子革命」（科学月刊，2022 年 7 月号）。
- 「毕业求职碰壁，在伯尔尼专利局思索的爱因斯坦」（泛科学，2021/05/18）。
- 「思考别人没有想到的东西——谁发现量子力学？」（泛科学，2022/06/01）。
- 「爱因斯坦其实没那麽神？」（泛科学，2016/031/16）。
- 「抱歉了爱因斯坦，但我真的没办法颁奖给那个酷理论——为何相对论与诺贝尔奖擦身而过？」（泛科学，2021/07/28）。
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