引言
几年前，全世界庆祝爱因斯坦奇迹年的一百周年纪念日。他在那个奇迹年的一系列令人吃惊的新观念，多方面地变革了物理学，并深刻改变了科学家的宇宙观。人的直觉告知我们，空间是我们活动的事件的舞台，而时间是由一台普适的钟制约的。但在1905年以及随后的10年，爱因斯坦证明，对于坐在椅子上的，在飞机上航行的，在地球上和我们一道公转的，还有在室女座星系团某处饮茶的，或者正被黑洞吸入的观察者，空间和时间的含义是不相同的。
爱因斯坦的思想一度使物理学界震惊。现在这些思想已被自动地纳入每个物理专业本科生学习的方程和公式之中。爱因斯坦在本文集的一篇文章中写道，只要这些思想成立，德国人就称他为“德国天才”，而英国人则称他为“瑞士犹太人”。但是他的思想一旦受到质疑，他写道，对于德国人而言，他就成为“瑞士犹太人”，而对于英国人而言他就成为“德国天才”。把爱因斯坦作为一名活生生的诙谐者印象留在记忆中的物理学家，在世的已寥寥无几了。他的空间和时间相互纠缠的思想今天已深深地在大众文化之中扎根，好几代作家都描述过它。但是最清晰的，且不说最有趣的爱因斯坦思想的支持者总是非他本人莫属。
正如爱因斯坦在本卷中描述的，他于1905年提出的狭义相对论起源于一个简单的观察。詹姆斯·克拉克·麦克斯韦1860年代发现的电磁学理论证明，无论你是迎向还是离开一束光，光都以相同的速率趋近你。这在我们日常世界的经验中是不成立的。如果你逃离奔驰而来的列车比你向它冲去能多存活几秒钟（假定你没想跑到旁边去的话）。在前一种情形下，列车趋近你的速率是它的速率和你相对于铁轨速率之差。在后一种情形下，其速率为两速率之和。根据麦克斯韦理论，这同样的说法不适用于从列车车头照明灯发射出的光。光速在前一种情形下怎能不显得较慢，而在后一种情形下怎能不显得较快呢？
速率指的是行进的距离除以行进的时间。由此，爱因斯坦意识到，如果我们对麦克斯韦理论坚信不疑，就必须改变我们的时间和空间观念。它们不是固定不变的，而要依观察者而调整，要以恰好使光速保持常数的必要方式弯曲或者拉伸。这同样的弯曲和拉伸当然意味着，列车本身趋近的速率也不是简单的和或者差，不像我前面描述的那样。但在远比光速低得多的速率的情形下，在爱因斯坦推导出的与相加或相减之间的差异只有可忽略的效应。相同的逻辑之链还进一步要求质量和能量等价，这正是我们能拥有原子能，以及很不幸地，也是原子武器的原因。我们在这里从爱因斯坦自己的语言中，比所有其他地方都更好地解释了他推理的细节以及它背后的简单代数。
爱因斯坦的广义相对论也起源于一个简单的观察。在牛顿的运动定律中出现了一个叫作质量的量，它确定一个物体受外力作用时被加速的容易程度。一辆大质量的卡车比一辆质量小很多的大众汽车获得速度要困难得多。在牛顿时代已经知道三种力：电力、磁力和引力。在牛顿运动定律中对速度改变的抵抗与外力的种类无关。但是牛顿还发现了制约其中一种力即引力的定律。在该定律中还出现了另一种量，它确定一个物体在另一个物体存在时施加和感受到的引力拉力的大小。这个量也被称作质量。这两个质量定义起着完全不同的作用，但它们有充分理由都被称作质量：结果它们是同一个东西。为什么它们必须等同？这个问题加上爱因斯坦天才横溢的逻辑使爱因斯坦意识到，空间和时间的结构是对物质和能量存在的反应。
爱因斯坦写道：“就像目前这样，当经验迫使我们寻求更新更坚实的基础时，物理学家不能轻易地屈从于哲学家对理论基础的批评性的思索，因为他本人最清楚地知道，并更深切地感觉何处不适。”爱因斯坦并非狭隘地只对科学，而且还对科学哲学和科学语言，甚至还对它的伦理含义有兴趣。有关这些主题的若干文章也收录于此。而且，尽管爱因斯坦上述言论是在1936年写下的，但现在仍然是物理学家寻找新基础的时期，也仍然是这类形而上论题正和当年一样具有直接关系的时期。今天，鉴于爱因斯坦已把空间和时间描写成了动力量，于是我们可以认为宇宙不仅拥有一个，而且拥有所有可能的历史。我们不仅思考弯曲的空间和时间，还研究宇宙是否具有额外的维度。我们猜测那些概念的真正意义，它们是否被很好地定义，或者只不过是近似。我们现在寻找所有力的统一理论，以及我们在其中领略宇宙呈现千姿万态的空间和时间的框架。这正是爱因斯坦想必会赞成的探索，而本卷中的杰出工作为此探索奠定了基础。
（吴忠超译）