"德國歡迎的是物理學家,相對論的創立者……"能斯特的政治家風度與外交辭令隱藏了他真正的目的。
"但是,"愛因斯坦打斷他們的話,"這算得了什麼呢?相對論算不了什麼的。朗之萬說過,全世界隻有12個人懂得相對論。"
"這一點我們同意,可是在這12個人裏,倒有8個在柏林呢!"普朗克、能斯特自負地大笑起來。
愛因斯坦也笑了。確實,柏林是當時自然科學研究中心,有一流的設備,一流的人才,確實是研究與推廣相對論的最佳地點。
"這樣吧,"愛因斯坦麵對難題的幽默又表現出來了,"你們二位先生先去玩幾天,等你們再回蘇黎世,我到車站來接你們。"普朗克和能斯特完全迷惑了。
"要是我手裏拿一束白玫瑰花,就是"不去柏林";要是拿一束紅玫瑰花,就是"去柏林"。"愛因斯坦做出了一個浪漫的決定。
當普朗克、能斯特懷著忐忑不安的心情從郊外返回蘇黎世火車站時,一束紅玫瑰在愛因斯坦手裏盛開著,他們的心放下了。柏林科學院早已盼望愛因斯坦的到來了。1911年,諾貝爾獎金獲得者範特霍夫逝世後,柏林科學院就想物色一位繼承人擔任常務院士。當年老力衰的倫琴謝絕這個職務後,柏林科學院想到的首要人選就是愛因斯坦。1913年7月10日,在普魯士皇家科學院學部全會上,愛因斯坦以44票對2票,榮膺為正式院士。愛因斯坦在1914年4月去了柏林,並且在柏林一直定居到1932年12月。遺憾的是,米列娃沒有再跟隨愛因斯坦,他們分居了,一個家庭終於破裂了。
五、廣義相對論
在狹義相對論發表以後,愛因斯坦科學研究的主流就在於探索更廣泛的理論,這就是廣義相對論。但是這個理論隻局限於彼此做相對運動的參考係,而不能用於參考係的一般運動。他力圖突破這種限製,設法解決在一般情況中的相對論問題。1907年約翰·斯塔克要愛因斯坦為《放射學和電子學年鑒》寫一篇關於狹義相對論的專題論文。在寫這篇文章時,他忽然想到,幾乎所有自然規律都可以在狹義相對論的框架內加以討論,而惟獨引力定律不行。最令他不滿意的是,雖然狹義相對論對慣性和能量之間的關係已經做了明確的闡述,但是對慣性和重量或引力場能量之間的關係並沒有闡述清楚。他意識到這個問題不可能在狹義相對論的框架內得到解決。如何下手呢?
有一天,這個問題忽然有了突破。愛因斯坦在伯爾尼專利局,正坐在一把椅子上,突然一個想法打動了他:如果一個人自由下落,他就不會感覺到自己的重量。他吃了一驚。這個簡單的思想實驗對他有極深刻的影響,它把愛因斯坦引向了引力理論。他坐在椅子上繼續思考:一個下落的人被加速,那麼他的感覺和判斷就都發生在加速的參考係中。他決定把相對論擴展到有加速度的參考係。他感到,這樣做就有可能同時解決引力問題。一個正在下落的人感覺不到自己的重量,因為可看作在他的加速度參考係中有一個新的引力場,它抵消了地球的引力場,在加速度的參考係中,看來需要一個新的引力場。
愛因斯坦做了進一步的思考,將思考的結果寫入發表在德國《放射學和電子學年鑒》1907年第四卷的《關於相對性原理和由此得出的結論》一文中。在該文的第五部分"相對性原理和引力"中,他一開始就提出一個問題:"是否可以設想,相對性原理對於相互做加速運動的參照係也仍然成立?"也就是說,應該成立一條"廣義相對性原理":即所有參考物體K、K′等不論它們的運動狀態如何,對於描述自然現象(表述普遍的自然規律)都是等效的。慣性參照係不應該是自然界中的一種具有特殊地位的參照係。
同時,在該部分,他明確提出了"等效原理":引力場同參照係的相當的加速度在物理學上完全等價。所謂等效原理,即認為從時空小範圍來看,一個沒有引力場的勻加速運動的坐標係同有引力場的慣性係是等價的。也就是說,可以在任何一個局部範圍內找到一個坐標係,使引力在其中被消除。其合理性可以通過一個理想電梯實驗來說明。比如,一個人處於密閉的電梯內,在地球引力場內讓電梯處於靜止或勻速運動的狀態,此時電梯是一個有引力場的慣性係,電梯內的人受到引力作用,使他的腳同地板間產生的壓力等於他的重量。另外再設想若不存在地球引力場,而使密閉的電梯以與重力加速度數值相等的加速度向上運動,此時電梯是一個沒有引力場的非慣性係,電梯裏的人在慣性的作用下使腳同地板間也產生一個壓力,其數值顯然也等於他的重量。處於上述兩種情況的人將無法區別電梯到底是處於加速運動狀態還是處於引力場中。假使處於地球引力場中的電梯繩索斷了,那麼電梯將做自由落體運動,這時處於密閉電梯中的人將看不到任何引力存在的現象,即處於失重狀態。這說明,可以通過選擇某種坐標係,在局部範圍內使引力完全消除。這個理想實驗也說明,任何可以歸屬於加速參照係的效應都可被看做是一種引力效應。