6、E=mc2，∩/≡/v+C7H38O43

阶上遇到他，他满怀喜悦地听着我的报告。”[393]卢瑟福迅速理解了马斯登的实验结果：要造成这样大角度的偏转，他们简单实验所使用的设备的某处一定冻结着大规模的能量。

但卢瑟福有一会儿仍然大惑不解。“这是我生命中发生过的最不可思议的事情，”他在自传中写道，“这简直难以置信，就像你朝一张纸巾发射一枚15英寸的炮弹，结果炮弹却弹回来打中了你。在思考过程中我意识到这种散射的结果必然源自一次单一的碰撞，而经过计算我发现在那样巨大的数量级中完全无法获得任何东西，除非设想这样一个系统，其中原子的绝大部分质量都浓缩在一个微小的核（nucleus）里。”[394]事实上，他反复思量了好几个月才确信自己是正确的。其中一个原因是因为他慢慢发现，那个他从小坚信的原子概念（J. J.汤姆孙的原子概念，即原子就像一个微型的李子布丁，电子如同点缀其中的葡萄干）已经不能解释这样的现象了。[395]他渐渐地开始相信另一种完全不同的模式才更有可能。他用天空做了一个比喻：电子围绕原子核运动，就像行星围绕恒星运动一样。

作为一种理论，原子核的行星模型要远比“李子布丁”的版本更为优雅。但它是正确的吗？为了测试他的理论，卢瑟福在实验室的天花板上悬吊了一块大磁铁。在磁铁正下方的桌子上，他固定了另一块磁铁。当上方的磁铁以45度角向桌子摆动，而上下磁铁极性相斥时，摆动的磁铁发生了90度的反弹，正如α粒子在击中金箔时所做的一样。他的理论通过了初步检验，而原子物理也由此升级成为核物理。[396]

对许多人来说，粒子物理学一直是20世纪最伟大的知识冒险，但在某些方面它已产生了两大分支。其中一支的典范就是卢瑟福，他能够出色而熟练地构想出简单的实验来证明或证伪理论的最新进展。另外一支则是理论物理学，它涉及用极富想象力地对现有信息进行重组，从而推进知识的发展。当然，实验物理和理论物理是密切相关的：因为理论迟早都必须经过检验。然而在物理学的整体框架下，理论物理学被认为是一项相对独立的活动，对许多德高望重的物理学家来说，他们只从事理论工作。通常情况下，尝试检验物理学理论的实验在多年之内都无法开展，因为相应的技术条件尚不存在。

就在卢瑟福致力于自己实验的时候，在差不多同一时间里，历史上最负盛名的理论物理学家，也是20世纪最有名望的人物之一，也正在发展着自己的理论。阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）甫一登上思想舞台便引起了巨大轰动。在世上所有科学期刊中，迄今为止最受收藏家青睐的一本就是1905年《物理年鉴》的第17期，因为在这一年，爱因斯坦在这本期刊上发表了不是一篇，而是三篇论文，这也使得1905年被称为科学的奇迹年。这三篇论文分别是：对马克斯·普朗克量子理论的实验验证、对布朗运动的考察（这证明了分子的存在），以及狭义相对论及其著名的方程E=mc2。

爱因斯坦于1879年3月14日出生在斯图加特和慕尼黑之间的乌尔姆，位于多瑙河谷朝向施瓦本阿尔卑斯山的斜坡上。他的父亲赫尔曼是一位电气工程师。虽然他的降生过程非常顺利，但当爱因斯坦的母亲波琳第一次看到儿子时还是大吃一惊：他的头非常大而且形状怪异，她因此确信他是一个畸形儿。[397]事实上这个孩子并没有任何的异常，虽然他的头确实异乎寻常的大。根据家人的说法，爱因斯坦的小学时光并不开心，也没有表现出特别的聪明才智。[398]他后来说自己之所以很晚才学会说话是因为他在“等待”，直到自己能说出完全成型的句子。实际上这些家族传说被夸大了。对爱因斯坦早期生活的研究表明，在学校里他的成绩几乎总是名列前茅，尤其是在数学和拉丁文等科目。但他并不喜欢和小伙伴一起玩，而且表现出对积木的特殊迷恋。5岁的时候，他父亲给了他一个指南针。这让他兴奋不已，他说，自己甚至“高兴得浑身颤抖发冷”。[399]

虽然爱因斯坦不是独生子，但他天性不愿与人交往，而且非常独立。这种独立的个性缘于他父母在孩子们很小的时候就鼓励他们养成自力更生的习惯。比如阿尔伯特在只有三四岁的时候就被父母派到慕尼黑繁华的大街上做跑腿送信的任务。[400]爱因斯坦夫妇鼓励孩子们发展阅读爱好，于是小阿尔伯特在学校里学习数学，回家之后则研读康德和达尔文——这对一个孩子来说已经非常超前了。[401]然而，这也让他从一个安静的孩子转变成了一个更加“棘手”和叛逆的青少年。他的个性还不是问题的全部。他痛恨学校里专制的教育手段，也同样痛恨整个德国专制的一面。这样的态度难免带有格格不入的政治色彩，尤其是在德国和维也纳当时盛行的粗暴的民族主义和恶劣的反犹主义氛围下。爱因斯坦在这样的心理氛围中觉得很不舒服，他和老师同学之间的争执也越来越多，甚至到了导致他被开除的地步，当然他本身也不想再待下去了。于是在16岁时他随父母移居米兰，19岁时进入苏黎世大学学习，后来在伯尔尼专利局找到了一个技术员职位。就这样，在没有受过完整高等教育，与学术生活也若即若离的情况下，他于1901年开始发表科学论文。他的第一篇论文是关于液体表面性质的。用一位专家的话来说，这篇论文“错得没谱”。随后在1903和1904年，他撰写了更多论文。它们都非常有趣，但总是少了点什么——毕竟爱因斯坦没有机会接触到最新的科学文献，因此只是在重复或误解别人的研究。但统计学技能是他的专长，这让他在今后的研究中如虎添翼。更重要的是，他游离于主流科学之外的状态反而可能有助于他的独创性，而这样的独创精神在1905年出人意料地蓬勃发展。说是出人意料，只是就爱因斯坦本人而言。但事实上，在19世纪末，许多其他的数学家和物理学家（比如路德维希·玻尔兹曼、恩斯特·马赫和儒勒—昂利·庞加莱等）也正在向类似的思想靠拢。因此当相对论横空出世时，既可以说是惊喜，也可以说是意料之中的事。[402]

在那个了不起的年头，爱因斯坦三篇伟大的论文陆续发表，分别是3月的量子理论、5月的布朗运动（Brownian motion）和6月的狭义相对论。正如我们已经看到的，量子物理学本身就是一门新兴学科，是德国物理学家马克斯·普朗克的心血结晶。普朗克认为，光是电磁辐射的一种形式，由小股的能量束组成——他将其称为量子。虽然他的原始论文于1900年12月在向柏林物理学会宣读时并没引起多大轰动，但其他科学家很快意识到普朗克一定是正确的：他的思想解释了太多东西，包括化学世界是由许多的离散单元（即元素）组成的这一观察结果。离散元素暗示着组成物质的基本单位本身也是离散的。爱因斯坦彻底弄清了量子理论的其他含义，从而完成了对普朗克的致敬。爱因斯坦认为光也是由离散单位，即光子（photons）构成的。对爱因斯坦以外的科学家来说，量子理论之所以不易接受，一大原因在于，多年的实验表明，光具有波的性质。在爱因斯坦的第一篇论文中，他在开篇就展现出开放的心态，而这样的心态将使物理学在接下来的数十年里赫赫扬名。他也因此提出了迄今为止不可想象的观点，认为光时而是波，时而是粒子，二者兼具。这一思想过了很长时间才得到大众的接受和理解，但在物理学界内部，人们马上意识到爱因斯坦的洞见与现有的发现完全契合。这一被称为波粒二象性（wave-particleduali