科學史上的奇跡
愛因斯坦是20世紀最偉大的科學家。他對科學的貢獻遍及整個物理學領域。正如一些學者所指出的那樣，“按照諾貝爾物理學獎頒發的標準，他至少可得五次獎金（指狹義相對論、質能相當性、廣義相對論、光量子論、布朗運動等五項工作）。然而，在愛因斯坦的科學貢獻中最令人讚歎的成就還是他成功地獨自創立了廣義相對論。
人們普遍認為，愛因斯坦在20世紀科學史上占據著至高無上的地位。如果我們問那些偉大的物理學家中的任何一個人，為20世紀物理學做出了最重要貢獻的人是誰，那麼，他們將會毫不猶豫地回答：阿耳伯特·愛因斯坦。愛因斯坦的物理發現的壓倒一切的重要性和他在科學史中獨一無二的地位被普遍地承認，並且幾乎無可爭辯。著名的物理學家朗之萬在評價愛因斯坦時說：“在我們這一時代的物理學家中，愛因斯坦的地位將在最前列。他現在是並且將來也還是人類宇宙中有頭等光輝的一顆巨星。很難說他是否同牛頓一樣偉大，或者是比牛頓更偉大，不過，可以肯定地說，他的偉大是可以同牛頓比擬的。按我的意見，他也許比牛頓更偉大一些，因為他對於科學的貢獻更深入到人類思想基本概念的結構中。”另一位著名的物理學家朗道曾對20世紀傑出的物理學家的貢獻做過一個有趣的比較。他把玻爾、海森伯、狄拉克、薛定諤等人
由此可以看出愛因斯坦在20世紀科學史上占據多麼突出的地位，而這主要是因為他獨自一人成功地創立了廣義相對論。
廣義相對論的創立與其他物理學理論（包括狹義相對論）產生的途徑完全不同，既不是為了解決理論與實驗存在著的分歧，也不是為了滿足理論發展的迫切需要，並且廣義相對論是一項“真正的個人的工作”，完全是愛因斯坦獨自的發現。廣義相對論是一門艱深難懂的理論，以致於它產生之後多年都很少有人真正弄懂它。英費爾德講過這樣一件趣事，“在大戰期間愛丁頓作了一個關於廣義相對論的報告。在報告結束時，一位物理學家對愛丁頓說：‘這是一個出色的報告。您是這個世界上懂得並熟悉它的三個人之一’。當愛丁頓露出懷疑的神情時，這位物理學家補充說：‘教授先生，您不要以為這是奉承的話，您是太謙虛了’。愛丁頓回答說：‘我並不感到難為情，我隻是在想這第三個人是誰’。”
廣義相對論又是一門優美迷人的理論，以致於人們往往用鑒賞一件藝術品的眼光去審視它，讚美它。德布羅意這樣寫道：它的“雅致和美麗是無可爭辯的。它應該作為20世紀數學物理學的一座最優美的紀念碑而永垂不朽”。
廣義相對論這種既艱深難懂又優美迷人的特征，在玻恩的一段話中表現的最為充分確切。他寫道：“我還記得，1913年我在蜜月旅行途中隨身行李裏帶了幾本愛因斯坦的論文翻印本，它們老是好幾個鍾頭地吸引著我的注意力，使我的新娘非常惱火。這些論文在我看來是很吸引人的，但是很難，幾乎使人感到害怕。當我1915年在柏林遇到愛因斯坦的時候，這個理論已經有了很多改進，而且由於萊維瑞爾所發現的水星近日點的反常性得到解釋更增加了一層光輝。我不僅從書刊中，而且從多次同愛因斯坦的討論中懂得了它，其結果是，我決定絕不在這方麵嚐試做任何工作。廣義相對論的創立那時在我看來乃是人類思索自然中的最偉大的功績，是哲學領悟、物理直覺和數學技巧最驚人的結合，今天我還是這樣看。但是，它和經驗的關聯太少。我覺得它好像是一件偉大的藝術品，供人遠遠欣賞和讚羨。”
創立廣義相對論的過程是科學史上極為壯麗的一幕，是愛因斯坦多年探索的成果，是他非凡智慧的結晶，是他不懈努力的產物，從中可以使我們更加深入地理解愛因斯坦的主要思想方法。愛因斯坦說過：“用盡可能簡短的形式來表述一係列概念的進展，而又足以完整地把發展的連續性徹底保存下來，那是有點吸引人的。”本文力圖按照這種精神，在其他一些學者研究工作的基礎之上，簡要敘述愛因斯坦創立廣義相對論的主要過程，以便從中得出有益於我們的啟示。
1．提出兩條基本原理
廣義相對論是建立在狹義相對論的基礎上的。1905年，愛因斯坦發表了“論動體的電動力學”這篇具有劃時代意義的光輝論文，創立了狹義相對論，成功地使一切物理學規律對一切慣性係保持協變，給物理學帶來了革命性的變化。然而，狹義相對論還存在著無法使愛因斯坦滿意的兩個內在缺陷。一是狹義相對論還必須保留慣性係的優越地位，二是不可能以自然的方式把引力理論同狹義相對論聯結起來。1907年，愛因斯坦發表了一篇極為重要的論文“關於相對論原理和由此得出的結論”。在這篇文章中，愛因斯坦總結了狹義相對論的思想內容及其深刻含義，並在文章的最後提出了廣義相對論的兩條基本原理：廣義相對性原理和等效原理。他寫道：“是否可以設想，相對性運動原理對於相互相對作加速運動的參考係也仍然成立？”還寫道：“我們在下麵將假設：引力場同參照係的相當的加速度在物理上完全等價。”通常都把這篇論文看作是廣義相對論的起點。
從1905年愛因斯坦創立狹義相對論，到1907年他提出廣義相對論的兩條基本原理，這中間的過程最能體現出愛因斯坦思想方法的特征。他最善於“識別出那種能導致深邃知識的東西，而把其他許多東西撇開不管，把許多充塞腦袋並使它偏離主要目標的東西撇開不管”。
愛因斯坦創立狹義相對論是從消除在麥克斯韋電動力學理論中存在著一個相對於以太靜止的優越參考係這一內在缺陷入手的。然而，狹義相對論雖然成功地打破了相對於以太靜止的參考係的優越地位，但卻不得不保留慣性係的優越地位，還沒有滿足愛因斯坦更基本的要求：“物理學的定律必須具有這樣的性質，它們對於無論哪種方式運動著的參考係都是成立的。”在愛因斯坦看來，“全部研究的中心是這樣一個問題：自然界中是否存在著物理學上看來是特殊的（特別優越的）運動狀態？（物理學的相對性問題）”愛因斯坦認為，在一切參考係中從事物理學研究的觀察者都具有同等的地位，他們所得到的物理學規律具有同等的效力，也就是說，不存在任何特別優越的參考係，一切參考係中的觀察者都是平權的。這是愛因斯坦創立廣義相對論最基本的思想，也是他畢生的科學信念。這一思想的確立，如同哥白尼打破地心說，達爾文發現人是由動物進化而來的一樣，是對人類中心論和唯我獨尊意識的巨大衝擊，是人類思想認識水平提高的重要一步。
早在1905年愛因斯坦創立狹義相對論時，他就開始考慮這個問題了。他曾這樣寫道：“當我通過狹義相對論得到了一切所謂慣性係對於表示自然規律的等效性時（1905年），就自然地引起了這樣的問題：坐標係有沒有更進一步的等效性呢？換個提法：如果速度概念隻能有相對意義，難道我們還應當固執著把加速度當作一個絕對的概念嗎？”愛因斯坦不滿意狹義相對論保留著慣性係的優越地位，因為“更為令人滿意的應當是這樣一種理論，它從一開始就不區分出任何特別優越的運動狀態”。