踏上人生之路
法国著名小说家斯汤达尔在一本才气横溢的小说中，一开头就以法国人的自豪感写道：“1796年 5月 15日，波拿巴将军身先士卒，带领着他那支刚越过洛迪桥的年轻的军队进入米兰，使全世界知道，在相隔许多世纪以后，凯撒和亚历山大后继有人。”在整整一个世纪之后，一位年轻的异国人又来到这座意大利的名城米兰，不久又使全世界知道，在相隔许多世纪之后，物理学的巨人伽利略和牛顿又后继有人。世人除非有非凡的洞察力，否则难以看出这位刚越过阿尔卑斯山从德国慕尼黑来的 15岁少年，是知识领域中未来的征服者，是一颗将以其明亮的光辉照耀整个物理学的科学巨星。他的名字叫阿尔伯特·爱因斯坦（AlbertEinstein）。
爱因斯坦 1879年 3月 14日生于德国慕尼黑附近一个著名的小城镇乌尔姆，他的父亲在那里拥有一家电气工厂。双亲都是犹太人。出生一年后，父亲的工厂倒闭了，只好举家迁到慕尼黑。靠着阔亲戚的帮助，他的父亲又重新办起了工厂。在这座德国南方的第一大城市，历史悠久、守旧的大都会，爱因斯坦全家度过了充满苦涩和艰难的 14年。
童年时代的爱因斯坦似乎是个迟钝的孩子，学会说话比一般孩子晚得多。他独来独往，时常故意躲开小伙伴，即使同亲人在一起，他也只是一个沉默的听众。谁要是破坏了他独处的心境，一向沉静的他会突然爆发出激烈的情绪。他喜爱一个人默默地做那些需要耐心和坚韧的游戏，比如用薄薄的纸片搭房子，不成功绝不罢休。他少言寡语，可他那双明亮的棕色大眼睛却又分明闪烁着聪明智慧的光辉。好像他从小就习惯于用一种沉默的独立思维去面对周围的世界。
在小学里，爱因斯坦除了空想的天才，并没有表现出什么特殊的才能。他念的中学是慕尼黑一所声名昭著的古典式预科学校，学校里那种呆板机械的教学方式完全不合他的口味。古典教育变成了死记硬背拉丁语和希腊语语法，而历史变成了枯燥乏味的大事记。教师们仿效军官的样子，而学生看起来像士兵。爱因斯坦后来在回忆这段生活时说：“对我来说，小学老师好像是士官，而中学老师好像是尉官。”学校教条式的教育抑制了他的才能。那些死记硬背的功课，全都引不起他的兴趣。他的成绩不好，老师们责备他“不守纪律，心不在焉，想入非非”。一个教师说：“爱因斯坦，你永远不会有什么出息。”而另一位教师干脆建议爱因斯坦离开学校，因为他出现在教室里有损于学生的尊严。有一次，爱因斯坦的父亲到学校去，问训导主任自己的儿子将来应该从事什么职业。这位主任直截了当地回答：“做什么都没有关系。你的儿子将是一事无成的。”
爱因斯坦早就不满这种专横、强制的教育了，他独立的个性促使他很早就开始了自己的知识探索。
爱因斯坦四五岁的时候，有一天父亲拿来一个小罗盘给他玩。他将罗盘拿在手中，不管怎样转，那根细细的红色磁针一直指着北边。他惊讶了，感到从未有过的惊奇。他想，一定有什么东西深深地隐藏在这件奇异的事物的后面。这给爱因斯坦幼小的心灵留下了一个极深刻而持久的印象，唤起了他强烈的探索自然奥秘的好奇心。
爱因斯坦进中学以后，有一天他的叔叔雅各布工程师给他谈起了数学：“阿尔伯特，代数可是一门有趣的科学！就像打猎一样有趣。那头藏在树林里的野兽，你把它叫做 X，然后一步一步逼近它，直到把它逮住！”“几何嘛，那更有趣了。你看……”雅各布叔叔在纸上画了一个直角三角形，并写了一个公式，对他说：“这就是大名鼎鼎的毕达哥拉斯定理。你会证明吗？”爱因斯坦被迷住了，一连三个星期，他双手支着脑袋，坐在自己的小书桌旁苦苦思索。最后，居然被他证明出来了。他第一次体验到了发现真理的快乐。
在这以后，一位爱因斯坦家里的常客，来自俄国的大学生塔尔梅，送给爱因斯坦一本《圣明几何学小书》。爱因斯坦心醉神迷，竟一口气读完了。欧几里得几何的清晰优美，数学证明的明晰性和毋庸置疑的可靠性，给他造成了一种难以形容的印象。
数学使爱因斯坦经历了另一种性质完全不同的惊奇，他对人的思维有能力了解自然感到叹服。这个 12岁的孩子在不可思议的感受中迷上了数学，并使他踏上了独立研究和思索的道路。
从 12岁到 16岁，爱因斯坦通过自学熟悉了基础数学和微积分，阅读了布赫纳的《力和物质》和伯恩斯坦的大部头的《自然科学通俗读本》等科学著作。从这些卓越的通俗读物中，他了解了整个自然科学领域里的主要成果和方法。蓬勃发展的自然科学为少年的爱因斯坦展现出自然界的神奇和和谐。当爱因斯坦的中学同学们还在墨守成规地死死啃着教条的知识和为初等数学绞尽脑汁时，他却早已在高等数学的海洋里遨游，并已奠定了充实的自然科学知识基础了。
1894年 6月，面临破产的爱因斯坦的父亲接受了一位意大利人的建议，将家和工厂搬到了意大利的米兰。几个月之后，早已对德国死板的教条式教育深恶痛绝的爱因斯坦，毅然退学，启程来到了米兰，与家人团聚。到意大利的最初几个月，他享受到了完全的自由，兴致勃勃地独自徒步漫游了意大利北部，尽情领略异乡美丽的风光。他应该安排好自己的命运了。他虽然退了学，但他并没有丧失对科学的热爱。他的志愿已定：数学和理论物理吸引了他。他决定通过正式途径继续他的科学事业。于是，他向有名的瑞士联邦工业大学提出入学申请。由于他半途退学，没有拿到中学毕业文凭，必须要接受该大学的入学考试。 1895年秋天，通过母亲的关系，他获准参加联邦工业大学的入学考试，结果没有考上。原来他没有好好复习功课，德文、法文、动物学、植物学这些需要背诵记忆的功课都考得不好。幸好，他的数学和物理成绩十分出色，赢得了教授们的称赞。校长建议他到瑞士的一所州立阿劳中学再读一年，以补上除数学和物理以外的几乎其他全部学科。1896年秋天，爱因斯坦顺利地在阿劳中学拿到了毕业证书。10月 29日，他被免试录取到联邦工业大学的教育系。其实，这个教育系实际应称为物理数学系，因它是专门培养物理和数学教师的。
从 1896年 10月到 1900年 8月，爱因斯坦在联邦工业大学度过了 4年大学生活。在大学，他选修了数学、物理以及哲学、历史、经济和文学方面的一些专门课程，但却很少去听物理和数学的主要讲课。杰出电工学家韦伯所讲授的物理课的内容他早已熟悉，他宁可自己直接去攻读物理学大师麦克斯韦、基尔霍夫、波尔茨曼和赫兹的著作。数学是由胡尔维茨、闵可夫斯基这样一些杰出的研究者讲授的，同样未能引起他的兴趣。原因是他已逐渐改变了对数学的看法。他觉得数学分支太多、太细，每一个分支都能吮吸掉一个人的全部时间和精力。他担心他永远也不会有眼光去判定哪一个分支是最基础的。那时他会处于布里丹驴子的境地：因为无法决定吃面前的哪一捆干草而饿死。然而物理学不同，尽管物理学也分为若干领域，其中每一个领域也都能吞噬掉一个人短暂的一生，可是在这个领域里，他认为他很快就学会了识别出那种能导致深邃知识的东西，而把其他许多东西撇开不管，把许多充塞脑袋，并使它偏离主要目标的东西撇开不管。在学生时代，爱因斯坦还不清楚，在物理学中，通向更深入的基本知识的道路是同最精密的数学方法联系着的。
在大学里，爱因斯坦很快发现，要做一名优秀的学生，必须要集中精力学好所有的课程，必须要遵守秩序，循规蹈矩有条有理地记好笔记，并且自觉地做好作业。而他自感到，这些特性正是他最为欠缺的，他不愿意为此多花精力，他要把他的时间集中用到学习那些适合于他的求知欲和兴趣的东西上。他于是抱着某种负疚的心情，满足于做一个中等成绩的学生。他“刷掉了”很多课程，而以极大的热忱在家里向理论物理学的大师们学习。因此他除了数学和物理学之外，其他成绩平平。好在，按瑞士的教育制度大学只有两次考试。更为幸运的是，爱因斯坦有位最要好的同学马塞尔·格罗斯曼，他正好具备爱因斯坦所欠缺的那些品质，并且慷慨地同这位桀骜不驯的同伴分享他那细微而条理分明的笔记。所以爱因斯坦能够坦然地按照自己的路子走下去，并且从格罗斯曼的笔记里适当地往脑子里填塞一些东西而顺利地通过考试。
1900年爱因斯坦从联邦工业大学毕业以后，几乎有两年时间，就像他早年作为一个“差生”的历史所预计的那样，没有什么成就。他申请当助教，但助教的位置给了别人。在这段时期里，他在知识分子的圈子里找些临时工作以维持生计。瑞士一所中学里有位教师服两个月的兵役，他就补缺去代课。他也曾在一所私立的寄宿学校当补习老师，还曾替苏黎世联邦观象台做过一些计算工作，而一直未能立即投身到物理学的研究中去。
最后，到 1902年春，爱因斯坦的好朋友，留校当了助教的“无可挑剔的学生”格罗斯曼帮了他的忙。格罗斯曼的父亲把爱因斯坦推荐给瑞士伯尔尼专利局局长，经过一番严格的考试，他被任命为专利局三等技术员，干起了专利审查员的工作。这使他解除了经济上的困难，也提高了他的工作兴趣，并时时激发他的科学想象力。除了 8小时的工作，他有充分的空余时间来思索宇宙之谜了。
在伯尔尼专利局的 7年业余时间里，这位年轻的专利审查员创造了举世瞩目的科学奇迹。他简直把 20世纪中理论物理发展的主要方向都勾划出来了，开创了物理学的一个新时代。
物理学上空的乌云
爱因斯坦真是生逢其时！在联邦工业大学学习和进入伯尔尼专利局工作的那些年，他跨越着一个动荡的激动人心的世纪之交，而这也正是他思想活跃、青春勃发的年代。物理学历史的发展正经历着一个令人困惑、危机四伏，并预示着一场伟大的革命即将到来的时期。当历史的需要呼唤一位伟人出现时，他正以矫健的步伐走向历史舞台了。
历史的车轮进入 19世纪下半叶，由牛顿奠基，并经过数代物理学家的艰苦努力，一座庄严雄伟、美丽壮观而又动人心弦的经典物理学的殿堂骄傲地耸立起来了。大至恒星和星系，小至分子和原子，遍及声、热、光、电磁，物理学似乎都已给出了完满的解释。正如美国著名物理学家迈克尔逊在 1894年所说：“虽然任何时候也不能担保，物理学的未来不会隐藏比过去更使人惊讶的奇迹，但是似乎十分可能，绝大多数重要的基本原理已经牢固地确立起来了，下一步的发展看来主要在于把这些原理认真地应用到我们所注意的种种现象中去。”在 19世纪 70年代，当普朗克进入慕尼黑大学向自己的老师约里表示，决心献身于理论物理学时，约里回答说：“年轻人，你为什么要断送自己的前途呢？要知道，理论物理学已经终结。微分方程已经确立，它们的解法已经制定，可供计算的只是个别的局部情况。可是，把自己的一生献给这一事业，值得吗？”面对着经典物理学的完美的大厦，几乎所有的物理学家都心满意足了，他们思考着往后的研究怎样去追求更高的精确性和在小数点后更多的位数去寻找物理学的真理。
正当物理学家们还沉浸在沾沾自喜之中的时候，新的发现和新的实验事实就开始接二连三地冲击经典物理学的大厦了。
1895年德国物理学家伦琴在研究阴极射线时发现了惊人贯穿能力的X射线；1896年法国物理学家贝克勒耳发现了铀元素具有放射性；1897年英国的汤姆孙和荷兰的塞曼通过测定阴极射线的荷质比确证了电子的存在；1898年居里夫妇又发现了放射性极强的新元素钋和镭；1902年卢瑟福和索迪根据对放射性进行的实验研究提出了元素嬗变理论……新的物理事实展示了物质结构隐藏着更深层的秘密。与此同时，黑体辐射、光电现象、原子光谱等一系列实验事实与经典物理学的理论产生了尖锐的对立。
在历史跨入新世纪的日子里，英国科学界声名显赫的元老开耳芬勋爵于 1900年 4月 27日在皇家学会发表了一篇著名的讲演，并以这次讲演为基础撰写了题为“悬浮在热和光动力理论上空的 19世纪的乌云”的文章，刊登于 1901年 7月出版的《哲学杂志》和《科学杂志》合刊上。文章一开头，开耳芬写道：“动力学理论断言热和光是运动的方式，可是现在，这种理论的优美性和明晰性被两朵乌云遮蔽得黯然失色了。第一朵乌云是随着光的波动论而开始的，菲涅耳和托马斯·扬研究过这个理论。它包括这样一个问题：地球如何通过本质上是光以太这样的弹性固体而运动的呢？第二朵乌云是麦克斯韦—玻耳兹曼关于能量均分的学说。”
19世纪末的物理学界根深蒂固地确立了一种思想，认为有一种到处存在的、能穿透一切的介质，它充满所有物质的内部和它们之间的空间，惠更斯把这种介质称为宇宙以太。以太是传播光波的基础。由于遥远的星光可以传播到地球，所以以太应当充满整个宇宙。因为光是横波，所以作为传播光的介质，以太应具有固体的性质；同时由于光速非常大，所以不得不认为以太的弹性系数极大，它应当是绝对刚性的。而另一方面，宇宙天体包括地球和太阳等在运动过程中似乎又并没有受到以太的阻力，因此又必须假定它的密度几乎为零，或者如开耳芬勋爵所假定的那样以太有着类似胶状物质的性质，但这样就会同以太具有绝对刚性的假定发生矛盾。如果以太不阻碍物质的运动，说明以太和物质粒子之间没有任何相互作用，可是当光穿过玻璃或水时速度又变了，这又得假定以太同物质之间有着相互作用。此外，还得要求以太具有绝对透明的性质……总之，以太到底是什么东西，它有什么性质？这本身就充满着混乱和矛盾。
关于“第二朵乌云”，开耳芬在文章中简单回顾了能量均分学说产生的过程，分析了该理论所遇到的困难，特别指出了一些理论计算值与实际观测值之间的偏离。他说：“事实上，玻耳兹曼—麦克斯韦学说的偏差比我们列举的还要大。”并断言：“与观察的明显偏离绝对足以否证玻耳兹曼—麦克斯韦学说。”
经典物理学遭遇到了一场深重的危机，而危机正是科学革命的前夜。尽管开耳芬勋爵只提到了两朵乌云，实际上 19世纪物理学的上空几乎已是乌云密布了。然而这位在物理学史上素以保守著称的英国爵士，似乎以超人的洞察力揭示的两个难题，竟与此后物理学上两个伟大的理论革命有着密切的联系。
大放光彩的一年
1905年作为物理学史上光辉灿烂的一年，永久载入了科学史册。在这一年，爱因斯坦完成了 6篇使科学领域发生巨变的划时代论文，其中 3篇发表在德国莱比锡出版的《物理学杂志》的同一卷上。1905年的第一篇论文，他是在 26岁生日（3月 14日）之后的第 3天完成的。它证明光是由不连续的微小颗粒或者叫做光量子的微粒所组成的。今天，量子原理几乎影响了所有的物理学分支，它阐明了自然界中连续体所具有的基本的微粒状态。在 3篇论文中，爱因斯坦提出了一种测量分子大小的新方法，并证实布朗运动显示原子是存在的，大大推动了原子理论和统计力学的发展。而其余两篇论文，爱因斯坦创立了狭义相对论，引起了物理学思想和观念的革命，开创了物理学的新纪元。他几乎同时在相对论、光量子理论和分子运动论这三个不同领域里齐头并进，并取得具有重大意义的成果。自从 23岁的伊萨克·牛顿在 1665年到 1666年由于鼠疫流行而避居乡间期间，发明微积分并发展了引力理论以后，科学界一直没有取得过如此丰硕的创造性成果。
1905年快过去 100年了，我们即将跨越一个新的世纪之交。我们回首这要过去的一个世纪，物理学取得了惊人的进展，这些进展是与一个伟大的名字爱因斯坦分不开的。1949年获得诺贝尔奖的法国物理学家戴布劳格利说过一段话：“20世纪上半叶取得了物理学上最惊人的突破，这成为科学史上辉煌的一章。就在这短短的几十年中，物理学中耸立起两座丰碑，它们在今后几个世纪中将一直巍然屹立着，这就是相对论和量子理论。相对论是阿尔伯特·爱因斯坦富有创造力的思想的成果。量子理论的首块基石由普朗克奠定，但量子理论中的最重要的进展也应归功于爱因斯坦。”而爱因斯坦在这两个伟大理论中的贡献，正是发端于他在 1905年所写的论文。
在 1905年短短的几个月中，爱因斯坦创造了如此丰富的科学研究成果，确实是科学史上的奇迹。更令人钦佩的是，所有这些贡献竟是一个在学术机构大门以外默默无闻工作于伯尔尼专利局的年轻小职员做的。他在完成本职工作的前提下，完全靠利用业余时间自己摸索，没有任何的学术联系，甚至和这一行的前辈也基本上没有接触，更没有名师指导。若干年以后，他在与自己的学生利奥波特·英费尔德谈起自己的科学经历时说，一直到 30岁左右，他还从来没有见到过一位真正的理论物理学家。英费尔德曾风趣地补充说：“除非是在镜子里。”然而爱因斯坦成功了。这需要多么大的毅力！他付出了多么大的代价！正如爱因斯坦自己在 1933年所写的那样：“一旦这种想法的正确性得到了承认，最后成果就水到渠成了。任何聪明的大学生理解这些成果都不会有什么困难。但是，在一个人茅塞顿开、恍然大悟之前，在黑暗中探索他能感受到但又表达不出的真理的那些年代里，那种强烈的求知欲望，那种时而有信心时而又产生疑虑的心理变化，只有亲身经历的人才能知道是什么滋味。”