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　　各位好！我是专门讲正能量故事的讲古佬黎宇琳。
　　大概在大年初四的晚上，我的朋友圈被一个叫“引力波”的新闻刷爆了，好多妹子在感慨：黑暗森林终于要来了……我当时的第一反应是，擦！你们敢承认都是看了《三体》才知道这个名词，却根本不知道它是干什么吃的吗？
　　同学们，其实在小说里，引力波纯粹是一个酷酷的名词，跟这次的新闻毛线关系没有。
　　让我们先来复习一下《三体》里的经典对白：
　　三体人：我们可帮助建立一个中微子发射系统。
　　罗辑：据我所了解的情况，他们可能更倾向于引力波。在智子降临后，这是人类物理学向前走得比较远的领域，他们当然需要一个自己能够了解其原理的系统。”
　　三体人：引力波的天线体积很巨大的。
　　罗辑：那是你们和他们的事。奇怪，我现在感觉自己不是人类的一员了。
　　在《三体》第二部《黑暗森林》第21章，面壁者罗辑用逆天的智谋从三体人那里为人类“敲诈”来了一个高科技神器――引力波天线。
　　综上，引力波在《三体》里，也就是个天线。
　　我们今天还是来讲一个真正跟引力波有关的故事吧（各位同学要是想看罗辑或者是刘慈欣的故事，给我留个言）。
　　我们先从这次的引力波新闻讲起，我尽量在尊重事实的前提下加入一些小说笔法，让大家能轻松愉快了解那个早在100年前就预言了引力波的男人。
　　公元日，这是一个无论怎么翻黄历也看不出特殊之处的日子，但这一天注定要被写进人类文明史：
　　美国科学家在华盛顿特区国家媒体中心宣布：人类首次直接探测到了引力波。这股引力波来自13亿光年之外两颗黑洞的并合。
　　（引力波――时空的波纹 示意图）
　　以后的史学家一定会这么写：
　　恰恰是爱因斯坦根据广义相对论推导出引力波的一百周年，人类直接探测到引力波信号，至此，广义相对论重要的预测都已被证实。
　　非常具有科幻小说的戏剧性是不是？
　　牛顿在发现万有引力后振臂高呼：我是这个世界上最接近上帝的人。
　　在我看来，爱因斯坦才是。
　　要是说，牛顿发现了那一扇通往神域的门，爱因斯坦才是推开那扇门，窥得了神域奥秘的人。
　　有很多人认为，爱因斯坦就不是地球人。但如果你听过他的故事，你就会发现，他与你我一样，都不过是凡人，他会抄同学笔记，会考试不及格，会找不到工作而需要走后门，他也会有自己的好基友，做过后悔一辈子的事情。
　　他不过就智商高了些（据说有160），他自己说，上帝不会掷骰子。但是，要是他没有遇上那个影响他一生的男人，他能否写出相对论还真不好说。
　　我们来讲讲他年轻时候的糗事吧。
　　阿尔伯特&爱因斯坦于日出生在德国乌尔姆一个犹太人家庭。
　　（爱因斯坦和妹妹）
　　在很多传说中，爱因斯坦早年智力发育迟缓且有语言障碍，中年才智力大爆发，事实并不是这样。在很小的时候，他就在家庭环境的熏陶下接触了罗盘、小提琴、欧几里德几何学和康德著作。
　　大家之所以会觉得他有点傻，是因为这人太过不羁，在拍照片的时候尤其不老实。
　　据说，在小学合影时，全班52个学生就他一个人连衣纽扣没系齐，表情也怪怪的，活像别人欠了他几百块钱。
　　1894年，他老爸生意失败，把窝挪到了意大利米兰，却把15岁的儿子留在德国，爱因斯坦一度变成了留守儿童。但在当时，留守儿童要是不能17岁以前离开德国，就必须服兵役。
　　爱因斯坦很怕那些“打仗的妖怪”，小时候的他，一旦看见德皇军队通过慕尼黑的市街，便会害怕得躲起来。
　　他求父母把他带到一个不会被抓壮丁的地方去，但父母一直没空理他。眼看17岁他就得去当兵了，坏孩子爱因斯坦同学发扬了自己动手，丰衣足食的精神，他求数学老师给他开了张证明，说他数学成绩优异，早达到大学水平，不用再读高中云云，又从一个相熟的医生那里弄来一张病假证明，说他神经衰弱，需要回家静养。然后火速开溜，逃到了意大利。
　　一边成绩优异，一边又神经衰弱，爱因斯坦同学狡猾大大的。
　　有人问，要走就走得了，搞那么多假证明干什么？嘿！爱因斯坦的小算盘打得啪啪响，他希望逃出国之后还能保留高中学历。
　　谁知别人也不笨，他申请还没提出，学校的训导主任听到风声，以他败坏班风，不守校纪为由开除了他。要走可以，别蹭文凭。
　　文凭没了，对于当时的爱因斯坦来说，是很不方便的，他上不了大学。
　　他多方打听，才找到瑞士苏黎世一家可以免文凭，只要考试及格就能进的学校。16岁的爱因斯坦大喜过望，马上自学微积分，然后屁颠屁颠地从意大利赴瑞士参加入学考试。
　　结果：考试成绩不及格。
　　是的，你没有看错，我也没有说错，人类历史上第一天才、伟大的物理学家爱因斯坦同学高考落榜了。
　　所以我说，也别太高估他的智商。
　　大学考不上，啥也别说了，再回去好好读书吧，未来还是你的。
　　爱因斯坦在瑞士阿劳的州立中学补念中学课程，1年后，17岁的爱因斯坦终于复考过关，于1896年10月进入苏黎世联邦技术学校读师范类专业――一个坑了他自己，也坑了很多学生的专业。
　　从1896年到1900年，爱因斯坦邋遢而自在地混在苏黎世的大学，大学的爱因斯坦一如既往地不老实，他翘了不少实验物理课和数学课，独独喜欢理论物理，却又觉得老师讲得太旧，喜欢自己去找赫兹、洛伦兹等新潮物理学家的文章来读。
　　爱因斯坦应该要感谢他的上帝，在大学里，他遇到了那个影响他一辈子的男人。
　　拿今天的话来说，爱因斯坦是一个应试教育方面的“学渣”。稍微不同的是，爱因斯坦本身智力超群，而且身边有个“学霸”好基友――格罗斯曼。
　　（格罗斯曼与爱因斯坦。是不是有点华生与福尔摩斯的即视感？）
　　格罗斯曼经常邀爱因斯坦去咖啡厅聊哲学和力学，或玩帆船。一到期末考试，爱因斯坦就借格罗斯曼的笔记抄来救急。
　　格罗斯曼也不觉得麻烦，还不厌其烦地给爱因斯坦讲解，几乎每次考试前，都要给他做单独辅导（真心好基友啊）。
　　要不是有格罗斯曼这样的学霸相助，爱因斯坦不太可能总是翘课去研究自己感兴趣的物理问题。
　　不过，翘课、借同学笔记抄的爱因斯坦很不得教授们的好感。1900年8月，爱因斯坦仅以平均分的普通成绩从大学毕业。
　　毕业成绩一般，留校当助教是没可能了，递交的论文质量平平，申请博士学位也没有指望了，他寄信到德国和意大利去求职，也没人理他。
　　爱因斯坦只好做学校临时工和家教赚钱，一直捱穷。
　　这个时候，又是格罗斯曼出手相助，他说服自己的富爸爸找瑞士联邦专利局长，安排爱因斯坦当公务员。
　　别人拼爹，他拼基友，也真是够了。
　　在格罗斯曼帮助下，几经波折，爱因斯坦终于在1902年6月被瑞士联邦专利局聘用为临时工。
　　通过关系找了份工作，但爱因斯坦从来没有好好工作的觉悟。
　　他上班时浑浑噩噩，在下班后跟朋友聊哲学和物理学才比较精神，他跟老同学们组了一个物理学爱好者圈子，起名“奥林匹亚科学院”，时常聊天到深夜才回家。
　　1905年，“奇迹年”来临了，物理学界的无名小卒爱因斯坦奇迹般地崛起。
　　爱因斯坦再一次验证一个历史真理，一群不安分的年轻人聊着聊着，是真的有可能聊出伟大事业的。
　　一个拿着3900瑞士法郎年薪的小技术员，一个木讷的平凡的已婚小公务员，在一年之中接连写下光、热、电3个不同领域的5篇震动了整个物理学界的论文，其中包括狭义相对论，以及直接导致原子弹诞生的质能方程E=mc2。
　　那一年，阿尔伯特&爱因斯坦26岁。
　　可是，五篇论文变革物理学界，获得诺贝尔奖什么的乃是后话。对当时的爱因斯坦而言并没有起到什么实际的作用，至少没能帮他顺利跳槽换一份好的工作。用今天的话来说就是，然并卵。
　　他申请大学讲师和中学教师职位的尝试相继失败，他只得继续当小公仆，并构思广义相对论。
　　1908年，狭义相对论发表3年之后，他才总算申请到了一家大学的兼职教职，但很快，他就暴露了其学渣的本质。
　　那一年，他上热量理论课，只有3个听众（其中两个还是他朋友）；上光学课，只有4个听众。
　　（苏黎世ETH，爱因斯坦在那里遇上了与他一起攻克广义相对论的朋友们）
　　唯一让他感到幸福的大概是1909年10月后的一段时间，他任苏黎世大学理论物理学副教授――在这个自称“一生中最幸福和多产”的地方写出了32篇论文。
　　1912年8月，33岁的爱因斯坦回到母校教授理论物理，在这里，他终于回到了格罗斯曼的怀抱，事实证明，没有了格罗斯曼，偏科的爱因斯坦始终摆脱不了学渣的宿命。
　　一别多年，基友已成高富帅。格罗斯曼彼时已升任数学教授，但他待爱因斯坦一如初见，爱因斯坦想研究广义相对论，但数学不行，他就说，没事，你负责理论开始的物理部分，后面的数学部分我来搞定。
　　据说，这两人经常在实验室用化学量杯喝酒。
　　在被格罗斯曼庇护多年后，爱因斯坦终于迎来单飞的机会了。
　　此时远在德国的普朗克正打算亲赴瑞士礼聘爱因斯坦。
　　对，就是那个创立量子力学，提出普朗克常数的大牛人。
　　（普朗克、居里夫人、爱因斯坦……有人说，这是史上最牛的合影）
　　地球人都知道爱因斯坦课上得很烂，可普朗克非但没有借此杀他的价，反而在聘书中明文规定：聘请爱因斯坦为柏林洪堡大学讲席教授，一节课都不用上！
　　当教授，又不用上课，这对爱因斯坦来说真是太感人了。“全世界懂相对论的12个人中有8个就在柏林”的话语更是让他无法拒绝。
　　大哥，还是你懂我啊。
　　1914年4月，爱因斯坦迁居柏林。
　　1916年，他与格罗斯曼合作的论文《广义相对论纲要和引力理论》正式发表，举世震惊。
　　就在这一年，爱因斯坦通过广义相对论推导出各种各样的神奇存在，包括黑洞与引力波。
　　但有意思的是，爱因斯坦本人并不太相信宇宙中真有黑洞这种东东，同时，他也认为引力波过于微弱，不可能被人类探测到。
　　但一个世纪之后，今天的新闻一次过证明了黑洞是有的，引力波也是有的
　　我想，爱因斯坦并不介意自己在这些问题上搞错了。
　　在这里，讲古佬有必要解释一下狭义广义相对论究竟是干嘛的，为什么它能跨越一个世纪预言引力波的存在。
　　这么说吧，相对论主要提出了四维时空的概念，认为时间这个东西也像橡皮筋一样，可以拉长和缩短的。用咱们老祖宗的话来说，就天上一日，人间百年的情况是存在的。
　　能把时间像橡皮筋那样拉的主要是引力，狭义相对论，就是讨论橡皮筋没有被拉伸的理想情况，广义相对论，就讨论好多引力在拉橡皮筋，时空扭曲了的状况。
　　但这个时空扭曲，我们是看不见的，那你怎么证明他确实是扭曲了呢？好办，如果爱因斯坦不是胡说，那宇宙中总有人拉橡皮筋吧，拉完之后，这个时空会发生振动吧？
　　没错，这一次，科学家就是探测到这种振动了。
　　好，科普课就讲到这里，让我们从浩淼的宇宙回到地球，继续讲爱因斯坦的故事。
　　一开始，很多大物理学家都认为相对论是扯淡。确实，时空扭曲神马的实在太玄乎。而普朗克是当时唯一欣赏爱因斯坦的著名物理学家，经常当众称爱因斯坦为“当代哥白尼”，为了抬举爱因斯坦，他甚至提前引退德意志物理学会会长一职，力荐爱因斯坦继任。
　　生我者父母，知我者朗克也。继格罗斯曼之后，爱因斯坦又多了一个普朗克。
　　1918年，苏黎士理工高校这才意识到，放走爱因斯坦真是走了宝了，于是联合苏黎士大学向爱因斯坦发出待遇远超柏林的任教邀请，出于对普朗克的忠诚，爱因斯坦当场拒绝。
　　隐藏在一个技术宅外表下的他，其实是一个性情中人。
　　1914年8月，第一次世界大战爆发。爱因斯坦参与反战团体“新祖国同盟”，在这个组织被宣布为非法、成员大批遭受逮捕和迫害而转入地下的情况下，仍不怕死地参加这个组织的活动。
　　德国学者们于10月发表《告文明世界宣言》，为德国发动的侵略战争辩护，在宣言上签字的共有93位德国学术精英，普朗克和伦琴都从了，可爱因斯坦拒绝。不仅拒绝，他还在反战的《告欧洲人书》上签上自己的名字。
　　真是一个有钱不赚非要卖情怀的愤青啊。
　　十年之后，纳粹法西斯席卷德国，德国学者再次集体装傻，非常识时务地为法西斯主义大唱赞歌。
　　爱因斯坦依旧参加各种反战组织的活动，公开谴责德国法西斯的暴行。1933年，忍无可忍的德国纳粹政府查抄他在柏林的寓所，焚毁其书籍，没收其财产，并悬赏十万马克索取他的人头。
　　爱因斯坦看见形势不对，早早溜了号。纳粹抄他家时他在美国普林斯顿大学当教授，听到消息后转头加入了美国国籍。
　　有好友劝他低调点，好好搞学术就算了，别掺和政治。爱因斯坦偏不。他在各种公开场合表示，法西斯就意味着战争，还呼吁美国也应该去同法西斯干一仗（美国一度想坐收渔利）。同时，他还四处奔走，营救其他犹太科学家一起赴美避难。
　　然而，在与法西斯较劲的过程中，爱因斯坦却做了件后悔莫及的事情。
　　1919年6月，原子核物理学之父卢瑟福根据爱因斯坦提出的质能关系（E=mc2）实现了击破氮原子核，为原子弹的出现奠定了基础。
　　听到这个的爱因斯坦很是担忧，他觉得，“人类还没有成熟到可以享受原子能的程度。”
　　1939年，德军将禁止铀出口的同时，控制了一个掌握铀的国家――比利时。爱因斯坦的忧虑开始在物理学圈扩散，许多科学家认定德国是在为制造原子弹做准备，他们一致认为，必须赶在敌人之前造出原子弹。
　　这一信念记录在了物理学家希拉德递交给美国总统罗斯福的书信中，希拉德征集到了几个大科学家的签名，并且争取到了爱因斯坦的支持。爱因斯坦随后也在一封给罗斯福的信中确认了自己先发制人的意见。
　　罗斯福当时也搞不懂什么是原子弹，但他是爱因斯坦的粉丝，爱因斯坦一通说，把他给震住了，于是他下决心启动了著名的“曼哈顿计划”，目标是赶在德国之前制造原子弹。
　　作为科学家，爱因斯坦想得比较单纯，他以为自己说清楚原子弹有多可怕，别人就不会动用了。
　　1945年8月，日本广岛长崎遭原子弹轰炸的消息传遍美国。爱因斯坦得知后说：“我最大的感想就是后悔，后悔当初不该给罗斯福写那封信。……我当时是想把原子弹这一罪恶的杀人工具从疯子希特勒手里抢过来。想不到现在又将它送到另一个疯子（罗斯福）手里。……我们为什么要将几万无辜的男女老幼，作为这个新炸弹的活靶子呢？”
　　大概是为了挽救当初写下那封书信的过错，晚年的爱因斯坦将大多的精力花在了禁用核武器，反对核军备竞赛的宣传上。
　　日，罗素发表了著名的《罗素―爱因斯坦宣言》，给全世界各国政府作了个恐怖的预言，核武器将导致全人类的毁灭。
　　同年，爱因斯坦病逝。他生前立下遗嘱，要求把他的骨灰撒在不为人知的地方，不发讣告，不建坟墓，不立纪念碑。火化时免除所有宗教仪式，免除所有花卉布置及所有音乐典礼。
　　他以回归自然的方式面对死亡。
　　火化时在场的只有12人，一个不知名的小教堂里一片寂静。只有遗嘱执行者在结束仪式时，念了歌德悼念席勒的诗：
　　我们全都获益不浅，
　　全世界都感谢他的教诲；
　　那专属他个人的东西，
　　早已传遍广大人群。
　　他像行将陨灭的彗星，光华四射，
　　把无限的光芒同他的光芒永相结合。
　　后记：这是“公民故事”创号以来写得最长的一篇文章，严重违背了微信公众号文章不超过2000字的戒条，但我想，这是一个值得一看的动人故事。有人问我，究竟什么是公民，我想，爱因斯坦的故事会是一个很好的答案，一个凡人，总是想着去改变世界，尽管有些事情他不一定能做到。
　　后后记：如果你真的从头看到了这里，我觉得你真的可以关注一下我们的公号了。闲来无事，听听讲古佬讲一些新鲜的老故事，不是挺好的嘛！
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客服邮箱：爱因斯坦与相对论；1.两朵乌云；1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物；然而,事隔不到一年(1900年底)，就从第一朵乌；事情还要从19世纪下半叶说起，1870年在“铁血；1900年底，德国理论物理学家普朗克发现，只要认；其中E是辐射量子的能量，是辐射的频率，h是一个常；然而，普朗克的工作是不彻底的；第二朵乌云与光的电磁理论有关；一个自然的问题是，
爱因斯坦与相对论
1. 两朵乌云
1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言。在回顾过去岁月之后, 他充满自信地说:物理学的大厦已经建成,未来的物理学家只需要做些修修补补的工作就行了。只是明朗的天空中还有两朵乌云，一朵与黑体辐射有关，另一朵与迈克尔逊实验有关。
然而, 事隔不到一年(1900年底)，就从第一朵乌云中降生了量子论，紧接着(1905年)从第二朵乌云中降生了相对论。经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学发展到了一个更为辽阔的领域。正可谓“山重水复疑无路, 柳暗花明又一村”。
事情还要从19世纪下半叶说起，1870年在“铁血宰相”俾斯麦的领导下，德国(普鲁士) 赢得了普法战争，从法国得到大量战争赔款，同时迫使法国割让了亚尔萨斯和洛林两个省。当时的德国，急于从一个以农业为主的“土豆王国”，变成一个工业化的“钢铁王国”。德国的鲁尔区产煤，而紧靠鲁尔区的亚尔萨斯和洛林有丰富的铁矿，再加上大量的赔款，德国发展钢铁工业万事具备，就只欠提高冶炼技术这个东风了。炼钢的关键是控制炉温，数千度的炉温，任何温度计都会熔化。于是人们希望从钢水的颜色来辨认温度，这就大大促进了对黑体辐射(热辐射)的研究。早已完成工业革命的英国，当然也在改进炼钢技术，因此许多英国科学家和德国同行一样，也致力于黑体辐射的研究。奇怪的是，无论怎么努力，构造什么样的辐射模型，理论算出的黑体辐射曲线都不能与实验曲线一致。不是在长波波段符合不好，就是在短波波段出现发散，即所谓“紫外光灾难”。这就是开尔文勋爵在迎接新世纪的庆祝会上所谈的第一朵乌云－黑体辐射困难。
1900年底，德国理论物理学家普朗克发现，只要认为原子吸收或发出辐射时，能量不是连续的，而是一份一份的，就可以克服“紫外光灾难”，使黑体辐射的理论曲线与实验曲线相符。普朗克简直不敢相信自己的发现，辐射能怎么可能会是一份一份的呢? 以往的物理理论都导不出这一结果。然而，只要这样做，就可使理论曲线与实验曲线相符。普朗克不能不重视这一点。他在和儿子一起散步时，激动地说，这个发现如果不是错误的，将是非常重要的，也许能够与牛顿的成就相比。然而，在公开场合，普朗克讲得极为谨慎。他毕竟已是一个世界闻名的科学家，他不希望别人看自己的笑话。普朗克在大学的学术会议上报告了自己的结果，但没有加以评论。听报告的许多学生都认为没有听到什么新东西，浪费了自己的时间。实际上，这个报告宣告了物理学的一场革命。普朗克提出了能量量子的概念，给出了著名的普朗克公式
其中 E 是辐射量子的能量，是辐射的频率，h是一个常数，就是现在众所周知的普朗克常数。普朗克的论文开创了量子论，标志着近代物理学的开端。
然而，普朗克的工作是不彻底的。他认为，辐射的能量仅仅在原子吸收或发射时是不连续的，一份一份的，而在传播过程中，则仍是连续的。曾有记者问他:“您说能量到底是连续的呢? 还是不连续的呢?”普朗克回答说:“如果一个人用小碗从缸里舀水，倒在水池中，你说水是连续的呢? 还是不连续的呢?”从普朗克的回答中，我们可以看出，他认为辐射本质上还是连续的，只是在原子发射或吸收辐射时，才是一份一份的。把量子化思想贯彻到底的是爱因斯坦。他认为辐射本质上就是不连续的，就是量子化的。不仅在被原子发射或吸收时，而且在传播过程中，辐射的能量都是一份一份的。1905年，爱因斯坦据此提出光子说，把普朗克的量子理论推进了一大步，并用以解释光电效应。普朗克最初对爱因斯坦的这一观点持批评态度，后来才接受下来。以上所说的，就是从第一朵乌云中降生的量子论。
第二朵乌云与光的电磁理论有关。托马斯?扬观察到光的干涉现象之后，惠更斯的波动说战胜了牛顿的微粒说。大家都认识到光是一种波动，进而又认识到，光波本质上是电磁波。人们认为，既然光是波动，就应有载体。19世纪下半叶，流行的是以太理论。以太被描述成无孔不入、无所不在的东西。人们认为以太就是光的载体。光波就是以太的弹性振动。
一个自然的问题是，当介质运动时，它附近(或者渗入它内部)的以太是否被带动? 对遥远恒星的天文观测（光行差实验）告诉人们:以太未被地球带动，迈克尔逊实验认为以太完全被地球带动(即地球附近的以太相对于地球静止)。斐索的水流实验则似乎告诉我们，以太部分地被运动介质带动。这些实验的结论互相矛盾。第二朵乌云指的就是迈克尔逊实验与光行差实验的矛盾。光行差实验的结果早已被普遍接受，与之矛盾的迈克尔逊实验又做得非常精密，可信度很高。以太怎么可能既被带动又不被带动呢? 两难之下，开尔文勋爵不得不在迎接新世纪的庆祝会上指出这朵乌云的存在。1905年，爱因斯坦－一个名不见经传的26岁的年轻人，解决了这个问题。他在一篇名为《论运动媒质的电动力学》的论文中，提出了开天辟地的新思想―相对论，抛弃了以太理论和牛顿的绝对空间。
2. 爱因斯坦
1879年，爱因斯坦诞生于德国一个犹太小资本家的家庭。这个孩子很晚才会讲话，父母都有点怀疑他智力发育不健全。上学后，除数学外其它功课成绩平平。他沉默寡言，不受老师和同学的喜爱。他不喜欢学校那种常规呆板的学习方法，却喜欢看课外的科普读物和独立思考问题。父母对音乐的热爱，使爱因斯坦从小就与小提琴结下良缘。爱因斯坦的父亲是个不成功的企业家，他在德国的工厂面临倒闭，不得不到意大利去投亲靠友。他把爱因斯坦留在慕尼黑的一所优秀中学学习。犹太血统，怀疑主义和自由思想以及对学校教育的批评态度，使校方对爱因斯坦十分厌烦，认为他的存在有损学校的荣誉和尊严。爱因斯坦也对这所学校非常厌倦。正当爱因斯坦设法找医生弄到一份神经衰弱的证明，打算申请因病休学半年的时候，校方已经迫不及待地采取了主动。他们要求爱因斯坦退学到意大利去找自己的父母，16岁的爱因斯坦愉快地接受了这一建议。他长途跋涉穿越阿尔卑斯山，一路欣赏那迷人的山水风光，幸福地回到父母的身边。
年轻的爱因斯坦热爱数学和物理，决心到瑞士去求学。他第一次投考苏黎士工业大学没有考上。于是进入瑞士的阿劳州立中学补习。这所学校给学生以充分的自主和自由。爱因斯坦一生中对学校很少有好印象，只有阿劳中学是个例外。他晚年时回忆道，“这所
学校用它的自由精神和那些毫不仰赖外界权威的教师的淳朴热情培养了我的独立精神和创造精神。正是阿劳中学才成为孕育相对论的土壤”。经过一年的补习，爱因斯坦终于如愿以偿进入苏黎士工业大学教育系学习。这是一个培养数学、物理教师的系，所开课程主要是数学和物理。闵可夫斯基、韦伯等著名数学、物理教授在那里讲课。但爱因斯坦有他自己的一套学习方法，他愿意自己去读当时一些大科学家写的名著，而不愿去听课。幸亏他的女友米列娃?玛里奇帮他记笔记。米列娃相貌平常，而且脚有残疾，是一个善良、严肃、沉静具有自由思想的塞尔维亚姑娘，是充满活力的爱因斯坦的忠实听众。爱因斯坦的另一位好友格罗斯曼勤奋认真、成绩优秀，而且在考试前的关键时刻，乐于把自己的笔记借给他用。在他们二人的帮助下，爱因斯坦才没有补考留级，并有空读了不少有用的书籍，思考了许多物理学的基本问题。但是，爱因斯坦却得不到老师的重视和喜爱。由于他不常去听课，闵可夫斯基教授对爱因斯坦没有什么印象。韦伯教授倒是对他有印象，但没有好印象。韦伯不但烦他不来听课，还认为他没有礼貌，居然称呼他“韦伯先生”，而不是“韦伯教授”。毕业时格罗斯曼等几个同学令人羡慕地留校工作，而爱因斯坦则不得不拿着文凭离开工大。米列娃连文凭都没有拿到，只拿到结业证书，因为文凭不发给妇女。
离开校门的爱因斯坦在求职过程中尝尽了辛酸。犹太血统和无神论信仰，增加了他找工作的困难。经济的拮据使得爱因斯坦不得不在电线杆上张贴广告，试图讲授数学、物理和小提琴来赚钱糊口。他曾当过补习老师，也曾为老同学帮自己找到几个月的临时工作而喜出望外。好长一段时间，他没有固定的收入。
1902年，幸运之神开始敲响爱因斯坦的门户。“伯乐”式的朋友格罗斯曼设法把他推荐给伯尔尼的发明专利局局长。在那里，爱因斯坦终于得到一个固定的工作，虽然只是最低等的三级职员，但毕竟有了一份稳定的收入，使爱因斯坦有了结婚的经济基础。同米列娃结婚之后，两个儿子相继来到人间。家庭负担的加重，使他们的经济重新拮据起来，米列娃不得不在家中为大学生包午餐挣点工钱。但是，爱因斯坦是“一只快活的小鸟”，他在艰苦的条件下，继续思考着科学中最重要的问题。人们时常看到他用小车推着两个儿子在马路上散步，并不时停下来用笔记下思考的心得。
爱因斯坦经常审理发明“永动机”的申请，这虽然费去他一些时间，但荒唐而活跃的思想也多少给他输入新的灵感。重要的是，专利局的工作使他有充分的闲暇来研究自己喜爱的东西。他把想看的书摊开放在抽屉内，无事时便打开抽屉偷看，一旦上司出现，就赶快把抽屉关上。即使在今天看来，这件清闲的工作对爱因斯坦也是再合适不过了。他的大多数成就，都是在这个职位上做出的。
最初他研究毛细现象，然后研究布朗运动、光电效应和时空理论，发表了一系列重要论文。应该说，他发表的论文总数并不算多，但质量非常高。1901年，发表一篇；1902年，两篇；1903年一篇；1904年，一篇。1905年，除去博士论文外，爱因斯坦连续完成了4篇重要论文，其中任何一篇，都够得上拿诺贝尔奖。3月，完成解释光电效应的论文，提出光子说；5月，完成关于布朗运动的论文，间接证明了分子的存在；6月，完成题为“论运动媒质的电动力学”的论文，提出了相对论(即后来所称的狭义相对论)；9月完成有关质能关系式的论文，指出能量等于质量乘光速的平方E = mc2，此关系式可以看作制造原子弹的理论基础。
爱因斯坦在1905年26岁时做出的成就，在科学史上，只有牛顿23－25岁在乡下躲避瘟疫那段时间取得的成就可以与之相比。
他提出相对论的划时代论文，充满了难懂的革命性的新思想，而只用了当时大学本科生就能看懂的数学工具，并且没有引用任何参考文献。如果放在今天，这样的文章恐怕很难通过审稿。一般的审稿人不是看不懂其中的物理内容，就是会轻视作者的数学水平，或者因作者不引文献而误认为文章的内容跟不上世界潮流，显得没有水平。爱因斯坦很幸运，这篇文章被送给水平高、思想活跃而又不压制年轻人的普朗克审稿，一下就被推荐发表在德国的物理年鉴上。此后，他又连续发表几篇论文，建立起狭义相对论的全部框架。
1915年，爱因斯坦又进一步发表广义相对论，提出时空弯曲的思想，建立起十分难懂的崭新的时空观。相对论的时空观念与人们固有的时空观念差别极大，很难被普通人所理解。人们都称赞爱因斯坦伟大，但又弄不懂这伟大的内容，有人不禁想起了英国诗人波谱歌颂牛顿的诗句:
自然界和自然界的规律隐藏在黑暗中，
上帝说，?让牛顿去吧，?
于是一切成为光明。
他们在后面续写道:
魔鬼说，?让爱因斯坦去吧，?
于是一切又重新回到黑暗中。
3. 狭义相对论的提出
19世纪下半叶，麦克斯韦从以太的弹性理论导出了一组电磁场方程，不仅包括了库仑定律、毕奥－萨伐定律、法拉第电磁感应定律等所有已知的电磁学定律，而且使它们更加完备。虽然今天我们知道以太并不存在，且从以太的振动去推导电磁场方程既不正确也无必要，但麦克斯韦所得的结论还是正确的，他对电磁理论的贡献仍是伟大卓越的。 从麦克斯韦电磁方程组出发，可以得到一个重要结论: 电磁波以光速传播，而且光速是一个恒定的常数。伽利略相对性原理告诉我们，物理规律在一切惯性系中都是相同的。麦克斯韦方程组在所有惯性系中都应成立，这就是说，光速在任何惯性系中都应相同，都应是同一个常数c 。按照牛顿的观点，所有相对于绝对空间静止或作匀速直线运动的参考系都是惯性系，惯性系之间可以差一个相对运动速度v 。依照速度(矢量)迭加的平行四边形法则，电磁波(即光波)的速度如果在惯性系A 中是c ，那么，在相对于A 以速度v运动的另一个惯性系B 中，就不应再是c 了，而应是c＋v（当c与v同向）或c－v（当c与v反向）。但是，麦克斯韦电磁理论明确无误的告诉我们，光速只能是c ，不能是c＋v或c－v。那么，毛病出在哪里呢？
回顾一下上面的讨论，不难看出，我们用了以下一些原理:
(1). 麦克斯韦电磁理论，它要求光速只能是常数c；
(2). 相对性原理，它要求包括电磁理论在内的所有物理规律在一切惯性系中都相同；
(3). 伽利略变换，即作为迭加原理的平行四边形法则，它被当作相对性原理的数学体现； 就是这三条原理导致了矛盾。
当时，“以太”理论在人们的头脑中根深蒂固，虽然迈克尔逊实验与光行差实验表现出深刻的矛盾，绝大多数人仍然不怀疑以太的存在，不怀疑“光波是以太的振动”。
为了保留以太理论，同时克服上述理论上的困难和实验上的困难，当时最杰出的电磁学专家洛伦兹等人决定放弃相对性原理。他们想保留麦克斯韦电磁理论，同时解决迈克尔逊实验与光行差实验的矛盾。为此，他们提出，以太相对于绝对空间是静止的。麦克斯韦电磁理论只在相对于以太(即绝对空间)静止的惯性系中成立。光波相对于以太(绝对空间)的速度是c ，相对于运动系的速度不再是c。他们又提出，相对于绝对空间运动的刚尺，会在运动方向上产生收缩
式中是刚尺相对于绝对空间静止时的长度， l是刚尺相对于绝对空间以速度v运动时的长度，c是光速。他们认为这种收缩是物理的，会引起收缩物体内部结构和物理性质的变化。洛伦兹等人进而认为，作为相对性原理数学体现的伽利略变换
由于推不出公式（2）而应当放弃，代之以能推出公式（2）的新变换(洛伦兹变换)
式中（x， y， z， t）为静止惯性系中的坐标和时间，为运动惯性系中的坐标和时间，轴与x 轴重合，轴与y 轴，轴与z 轴分别平行，运动方向沿x 轴。v 是运动系相对于静止系的的速度，c
是光速。这里，除去公式上的差异外，
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