生于德国符腾堡乌耳姆一个经营电器作坊的犹太人家庭，卒于美国新泽西普林斯顿。1880年随全家迁居慕尼黑。父亲和叔父在那里合办一个为电站和照明系统生产电机、弧光灯和电工仪表的电器工厂。在任工程师的叔父等人的影响下，爱因斯坦较早地受到科学和哲学的启蒙。1894年，全家其他人迁到意大利米兰。继续在慕尼黑上中学的爱因斯坦因厌恶德国学校窒息自由思想的军国主义教育，自动放弃学籍和德国国籍，只身去米兰。1895年转学到瑞士阿劳市的州立中学，1896年进瑞士苏黎世联邦理工学院师范系学习物理学，1900年毕业。由于他落拓不羁的性格和独立思考的自学习惯为教授们所不满，大学一毕业就失业。1900年春取得瑞士国籍。1902年被伯尔尼瑞士专利局录用为技术员。他利用业余时间开展科学研究，于1905年在物理学三个不同领域中取得了历史性成就。同年，以论文《分子大小的新测定法》取得苏黎世大学的博士学位。1909年离开专利局任苏黎世大学理论物理学副教授。1911年任布拉格德国大学理论物理学教授。1912年任母校瑞士苏黎世联邦理工学院教授。1914年，应M.普朗克和W.H.能斯特的邀请，回德国任威廉皇帝物理研究所所长兼柏林大学教授，直到1933年。在此期间，1920年曾应H.A.洛伦兹和P.厄任费斯脱的邀请，兼任荷兰莱顿大学特邀教授。回德国不到4个月，第一次世界大战爆发，他投入公开的和地下的反战活动。经过8年艰苦的探索，于1915年建立了广义相对论。爱因斯坦和相对论在西方成了家喻户晓的名词，同时也招来了德国和其他国家的沙文主义者、军国主义者和排犹主义者的恶毒攻击。1933年1月纳粹攫取德国政权后，爱因斯坦是科学界首要的迫害对象，幸而他当时在美国讲学，未遭毒手。3月他回欧洲后避居比利时，9月9日发现有准备行刺他的盖世太保跟踪，星夜渡海到英国，10月转到美国普林斯顿，在新建的高级研究院任教授，直至1945年退休。1940年取得美国国籍。1939年他获悉铀核裂变及其链式反应的发现，在匈牙利物理学家L.西拉德推动下，上书罗斯福总统，建议研制原子弹，以防德国占先。第二次世界大战结束前夕，美国在日本两个城市上空投掷原子弹，爱因斯坦对此强烈不满。战后，为开展反对核战争的和平运动和反对美国国内法西斯危险，进行了不懈的斗争。1955年因主动脉瘤破裂逝世。

爱因斯坦的科学生涯开始于1900年冬天，至1904年，他每年都写出一篇论文，发表于德国《物理学杂志》。头两篇是关于液体表面和电解的热力学，后转而研究热力学的力学基础，1902～1904年间的三篇论文都属于这一领域。1902年的论文就是从力学定律和概率运算推导出热平衡理论和热力学第二定律。1904年的论文认真探讨了统计力学所预测的涨落现象，发现能量涨落（或体系的热稳定性）取决于玻耳兹曼常数。他把这一结果大胆地用于辐射现象，得出辐射能涨落公式，使他于1905年在辐射理论和分子运动论两个方面同时作出重大突破。1905年，爱因斯坦在科学史上创造了除I.牛顿之外的又一个奇迹年，他在物理学的三个不同领域（布朗运动和分子实在性、光量子论、狭义相对论）作出了有划时代意义的贡献。

图1 爱因斯坦（右）与N.玻尔交谈

关于分子、原子是否存在的问题，即使在化学和物理学上有许多研究成果表明它们的存在，但科学家、哲学家中仍有些人持反对意见。1895年以来，以W.奥斯特瓦尔德为代表的“唯能论”和以L.玻耳兹曼为代表的“原子论”展开了激烈辩争。玻耳兹曼在斗争中深感孤独、忧闷，导致精神失常，于1906年自杀。布朗运动是1827年植物学家R.布朗发现的，它显示出悬浮水中微粒的无规则运动。爱因斯坦的博士论文是研究布朗运动的前奏。他反对那些认为布朗运动可能导致第二种永动机存在的说法，并确信布朗运动使我们在显微镜下可以证实我们称为分子的那种热运动。由于分子的实在性是统计物理学的物质基础，因此爱因斯坦曾以多种方式研究它，并进而提出测定阿伏伽德罗常数的方法。

爱因斯坦的博士论文理论计算的值，经第二年修正和后来J.B.佩兰的指正为6.6×10²³。此前，爱因斯坦在论光电效应的论文中，利用黑体辐射长波极限，测得＝6.17×10²³。在1905年5月发表的和1905年12月完稿的有磁布朗运动两篇论文中，爱因斯坦共提出另外三种测定值的方法。1907年在《普朗克辐射理论和比热理论》一文中，提供了一种值测定法。1910年，爱因斯坦又利用临界浮光测定值。各种各样的方法得到近似的值，让人们确认了分子的实在性。对此做出多种实验验证的佩兰曾指出，此后“要对分子假设持敌对态度，那将是困难的”。奥斯特瓦尔德也在1908年不得不认输，承认“充满空间的物质是由原子组成的”。佩兰因布朗运动的实验研究获1926年诺贝尔物理学奖。

爱因斯坦于1905年3月写的论文《关于光的产生和转化的一个推测性的观点》把普朗克1900年提出的量子概念扩充到光在空间中的传播，提出光量子假说，认为：对于时间平均值（即统计的平均现象），光表现为波动；而对于瞬时值（即涨落现象），光则表现为粒子。这是历史上第一次揭示了微观客体的波动性和粒子性的统一，即波粒二象性。这篇论文还把玻耳兹曼提出的“一个体系的熵是它的状态的概率的函数”命名为玻耳兹曼原理。他用光量子概念轻而易举地解释了光电现象，推导出光电子的最大能量同入射光的频率之间的关系。由于他的光电效应定律的发现，爱因斯坦获得了1921年诺贝尔物理学奖。爱因斯坦的光量子论，遭到几乎所有老一辈物理学家的反对，但他仍坚持不懈地发展它。1906年他把量子概念扩展到物体内部的振动上，基本上说明了低温条件下固体的比热同温度间的关系。1916年他发表了《关于辐射的量子理论》论文，提出关于辐射的吸收和发射过程的统计理论，从N.玻尔1913年的量子跃迁概念，推导出普朗克的辐射公式（图1）。论文中提出的受激发射概念，为20世纪60年代蓬勃发展起来的激光技术提供了理论基础。在光量子论所揭示的波粒二象性概念的启发下，1923年L.V.德布罗意提出物质波理论。爱因斯坦审查德布罗意关于物质波理论的博士论文，确认该文的价值。1924年当爱因斯坦收到印度青年物理学家S.玻色关于光量子统计理论的论文时，便把这理论同物质波概念结合起来，提出单原子气体的量子统计理论。这就是关于整数自旋粒子所服从的玻色-爱因斯坦统计（量子统计法）。受爱因斯坦这项工作的启迪，E.薛定谔把德布罗意波推广到束缚粒子，于1926年建立了波动力学（量子力学）。美国物理学家A.派斯认为：“爱因斯坦不仅是量子论的三元老（指普朗克、爱因斯坦和玻尔）之一，而且是波动力学唯一的教父。”

1905年6月爱因斯坦写了一篇开创物理学新纪元的论文《论动体的电动力学》，完整地提出狭义相对性理论。该文在很大程度上解决了19世纪末出现的古典物理学的危机，推动了整个物理学理论的革命。他从自然界的统一性的信念出发，考察了这样的问题：牛顿力学领域中普遍成立的相对性原理，为什么在电动力学中却不成立？根据M.法拉第的电磁感应实验，这种不统一性显然不是电磁感应现象所固有的，问题一定在于古典物理理论基础。他吸取了E.马赫对牛顿的绝对空间与绝对时间概念的批判，从考察两个在空间上分隔开的事件的“同时性”问题入手，否定了没有经验根据的绝对同时性，进而否定了绝对时间、绝对空间，以及“以太”的存在。他把伽利略发现的力学运动的相对性这一基本实验事实，提升为一切物理理论都必须遵循的基本原理，同时又从斐索实验和光行差概念出发，将光在真空中总是以一确定速度c传播而不论光源运动与否这一基本事实提升为原理。要使相对性原理和光速不变原理同时成立，不同惯性系的坐标之间的变换就不可能再是伽利略变换，而应该是另一种类似于H.A.洛伦兹1904年发现的那种变换。对于洛伦兹变换，空间和时间长度不再是不变的，但包括麦克斯韦方程组在内的一切物理定律却是不变（即协变）的。原来对伽利略变换是协变的牛顿力学定律，必须加以改造才能满足洛伦兹变换下的协变性。这种改造实际上是一种推广，是把古典力学作为相对论力学在低速运动时的一种极限情况。这样，力学和电磁学也就在运动学的基础上统一起来。1905年9月，爱因斯坦写了《物体的惯性同它所含的能量有关吗？》一文，揭示了质量和能量的相当性，，由此解释了放射性元素（如镭）之所以能释放出大量能量的原因。这为20世纪40年代实现的核能的释放和利用开辟了道路（图2）。

图2 质能关系与原子弹爆炸

狭义相对论建立后，爱因斯坦把相对性原理的适用范围推广到非惯性系。他从伽利略发现的引力场中一切物体都具有同一加速度这一事实找到了突破口，于1907年提出了等效原理：“引力场同参照系的相当的加速度在物理上完全等价。”并且由此推论：在引力场中，钟要走得快，光波波长要变化，光线要弯曲。爱因斯坦认为等效原理的发现是他一生中最愉快的思索。1912年初，他意识到在引力场中欧几里得几何并不严格有效。同时他还发现：洛伦兹变换不是普适的，需要寻求更普遍的变换关系；为了保证能量-动量守恒，引力场方程必须是非线性的；等效原理只对无限小区域有效。解决这些问题，他在数学上遇到了困难。1912年他离开布拉格回到苏黎世母校工作。在M.格罗斯曼教授的帮助下，他学习了黎曼几何和张量分析。他们于1913年发表了重要论文《广义相对论纲要和引力理论》，提出了引力的度规场理论。这是首次把引力和度规结合起来，使黎曼几何获得实在的物理意义。可是他们当时得到的引力场方程只对线性变换是协变的，还不具有任意变换下的协变性。1915年10月至11月他集中精力探索新的引力场方程，于4、11、18和25日接连向普鲁士科学院提交了四篇论文。在第一篇论文中他得到了满足守恒定律的普遍协变的引力场方程，但加了只允许幺模变换下的限制。第三篇论文中，根据新的引力场方程，推算出光线经太阳表面所发生的偏折是1″74（这一预言于1919年由爱丁顿等通过日食观测得到证实，图3）；同时还推算出水星近日点每100年的剩余进动值是43″，同观测结果完全一致，完满地解决了60多年来天文学中一大难题。第四篇论文《引力的场方程》中，他放弃了对变换群的不必要限制，建立了真正普遍协变的引力场方程，宣告“广义相对论作为一种逻辑结构终于完成了”。1916年6月爱因斯坦研究引力场方程的近似积分，发现一个力学体系变化时必然发射出以光速传播的引力波。引力波的存在曾引起一些科学家的异议。1974年开始，通过4年测定射电脉冲双星PSR1913＋16的周期变化，许多人认为它完全符合引力波阻尼理论所作的预言。1979年宣布间接证实了引力波的存在。2016年，激光干涉引力波天文台（LIGO）首次直接观测到引力波的存在，这是对广义相对论的又一验证。在强引力场情况下，广义相对论有许多独特的结论。如J.R.奥本海默根据广义相对论预言，恒星在核能用尽之后，如果质量足够大，就不可避免地会演变成黑洞。1967年发现脉冲星并证实为中子星后，认识到天空中的确存在着强场天体。天鹅座X-1现在被认为可能就是一个黑洞。1917年爱因斯坦用广义相对论的结果来研究整个宇宙的时空结构，发表了开创性论文《根据广义相对论对宇宙学所作的考察》。像他多次以一篇论文开创一个领域一样，这篇论文宣告了相对论宇宙学的诞生。在探索宇宙学中爱因斯坦首先指出无限宇宙与牛顿理论之间存在着难以克服的内在矛盾。根据牛顿力学不能建立无限宇宙这一物理体系的动力学。从牛顿理论和无限宇宙这两点出发，根本得不到一个自洽的宇宙模型，因此必然是：或者修改牛顿理论，或者修改无限空间观念，或者二者都加以修改。爱因斯坦放弃了传统的宇宙空间三维欧几里得几何的无限性，根据广义相对论建立了静态有限无界的自洽的动力学宇宙模型。在这个模型中，宇宙就其空间广延来说是一个闭合的连续区。这个连续区的体积是有限的，但它是一个弯曲的封闭体，因而是没有边界的。他在宇宙学的研究中引进用动力学建立宇宙学模型的方法，引进了宇宙学原理、弯曲空间等新概念。而且主张，宇宙的体积是无限的或是有限的这个问题，只有依靠科学而不是依靠信仰才能解决。他曾说：“科学研究能破除迷信，因为它鼓励人们根据因果关系来思考和观察事物。”因此，无论是同意或反对他的宇宙观念的人，都不能不承认爱因斯坦在宇宙学中写下了十分光辉的一页。

图3 爱因斯坦（左）与爱丁顿讨论光受大质量的物体影响产生偏离的现象

爱因斯坦要把广义相对论再加以推广，使它不仅包括引力场，也包括电磁场。他认为这是相对论发展的第三个阶段，而且要把相对论和量子论统一起来，为量子物理学提供合理的理论基础。他希望在试图建立的统一场论中能够得到没有奇点的解，用来表示粒子，也就是企图用场的概念来解释物质结构和量子现象。最初的统一场论是数学家H.外尔于1918年把通常的四维黎曼几何加以推广而得到的。对此，爱因斯坦表示赞赏，但指出这一理论与一切氢原子都有同样光谱的事实相抵触。接着数学家T.F.E.卡鲁查于1919年试图用五维流形来得到统一场论，得到了爱因斯坦的高度赞扬。他于1922年完成的第一篇统一场论的论文就是与卡鲁查的理论相关的阐述。1925～1955年，除了关于量子力学的完备性问题、引力波以及广义相对论的运动问题以外，爱因斯坦几乎把全部的科学创造精力都用于统一场论的探索。1937年从广义相对论的引力场方程推导出运动方程，进一步揭示了空间-时间、物质、运动之间的统一性，这是广义相对论的重大发展，也是他在科学创造活动中所取得的最后一个重大成果。可是在统一场论方面，他始终没有成功。他碰到过无数次失败，但从不气馁，每次都满怀信心地从头开始，一直到临终前一天，还在病床上准备继续统一场论的数学计算。历史的发展没有辜负他，20世纪70年代和80年代一系列实验有力地支持电弱统一理论，统一场论的思想以新的形式显示着它的生命力，为物理学未来的发展提供了一个大有希望的前景。

爱因斯坦在科学思想上的贡献，只有N.哥白尼、牛顿和C.R.达尔文可以与之媲美。他同时以极大的热忱关心社会，关心政治。他说：“人只有献身于社会，才能找出那实际上是短暂而有风险的生命的意义。”他爱憎分明，有强烈的是非感和社会责任感。1933年他同刚上台的纳粹进行斗争时，他的挚友M.von劳厄劝他采取克制态度，他斩钉截铁地回答：“试问，要是G.布鲁诺、B.斯宾诺莎、伏尔泰和A.von洪堡也都这样想，这样行事，那么我们的处境会怎样呢？我对我说过的话没有一个字感到后悔，而我相信我的行为是在为人类服务。”他一贯反对侵略战争，反对军国主义和法西斯主义，反对民族压迫和种族歧视，为人类进步和世界和平进行不屈不挠的斗争。1914年第一次世界大战爆发时，他在一份仅有四人赞同的反战宣言上签了名，随后又积极参加地下反战组织“新祖国同盟”的活动。他对1917年俄国十月革命和1918年德国十一月革命都热情支持。第一次世界大战后，他致力于恢复各国人民相互谅解的活动，结果事与愿违。1933年纳粹的得逞，使他改变了反对一切战争和暴力的绝对和平主义态度，号召各国人民团结起来进行殊死的武装斗争。出于对法西斯的憎恨，促使他于1939年建议罗斯福总统抢在德国之前研制原子弹。第二次世界大战后，原子弹成为人类安全的极大障碍。他向全世界人民大声疾呼，要尽全力来防止核战争。他逝世前7天签署的《罗素-爱因斯坦宣言》，是当代反核战争和平运动的重要文献。爱因斯坦关心受纳粹残杀的犹太人的命运。第二次世界大战后他始终强调以色列同阿拉伯各国之间应“发展健康的睦邻关系”。1922年底到1923年初，爱因斯坦赴日本讲学曾两次路过上海。第一次路过上海时，瑞典驻上海总领事将他获1921年底诺贝尔物理学奖的消息正式通知爱因斯坦本人，大学生在南京路上将爱因斯坦高高举起。两次在上海的见闻使爱因斯坦对处于水深火热中的中国劳动人民的苦难寄予深切同情。

爱因斯坦的科学成就和社会政治活动都同他的哲学思想密切相关。主要受到三方面的影响：首先是如列宁所说的作为一个严肃的科学家所必然具有的自然科学唯物论（爱因斯坦称为“实在论”）的传统。其次是他终生景仰并作为自己人生榜样的斯宾诺莎的唯理论思想。这主要是相信自然界的统一性和合理性，相信人的理性思维能力。第三方面的影响来自D.休谟和E.马赫的经验论和他们的批判精神（爱因斯坦称之为“怀疑的经验论”）。休谟要求一切在传统上被认为是先验的东西都回到经验基础上来，这是哲学史上的重大突破。马赫对牛顿的绝对空间概念的批判，也给爱因斯坦很大启发。由于爱因斯坦坚持唯理论的唯物论，他对实证论（包括操作论）思潮采取抵制态度。1927年开始关于量子力学的解释问题同以玻尔为首的哥本哈根学派之间的长期激烈争论，就是基于这样的认识。他把对方的观点归于实证论，认为它必然导致唯我论。他是把统计理论用于量子物理学的先驱，但他对统计性的量子力学感到不满意，认为这只是过渡性的，不完备的，不能为量子理论的进一步发展提供理论出发点。他感觉到他的“科学本能”同当时理论物理学界流行的哲学倾向格格不入。他虽然孤单，但依然信心十足，且常用德国启蒙思想家G.E.莱辛的名言来自勉：“对真理的追求要比对真理的占有更为可贵。”爱因斯坦的一生，正是这种永不故步自封地对真理的探索精神的体现。