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第二十八章 愛因斯坦論科學革命


  對於許多歷史學家,哲學家,社會學家和科學家來說,相對論革命已成為科學革命的典範。但愛因斯坦卻認為他的貢獻應被視為物理學進步的組成部分,而不是物理學革命性的發展。他從未寫過專門的文章論述與進化觀相對應的革命觀這一主題,但他卻在許多場合下對此作過深刻的表述。

  在評價愛因斯坦關於科學革命的觀點時,我們必須注意,在他獲得國際聲望之前,他的觀點與其後來的觀點是不同的。這也許能解釋這樣一個事實,他在1905年3月寫給C.哈比希特的一封信中,把自己的光量子概念說成是「非常革命的」(希里格1954,89)。但在1947年,他卻強烈反對科學發展是由一股穩定的革命潮流所推動的觀點。就我所知,這封致哈比希特的信,是愛因斯坦唯—一次使用「革命的」這一詞彙來描述他自己的工作和本世紀物理學。其它關於愛因斯坦對科學革命的論述,或散見於他的通信中,或流露在他的演講中,或體現在他所寫的有關自己的工作或其他科學家成就的文章裡。因此他的每一個見解必須放在特定的背景下去考察和理解。我發現沒有證據表明愛因斯坦對科學革命的模式有過什麼重要的思想或曾建立有關科學發展途徑的真正理論。我在這裡還要補充一點語言上的問題:愛因斯坦的母語是德語,因此,在理解和翻譯上也會出現問題。

  在愛因斯坦發表了他的「非常革命的」光子概念,相對論以及對布朗運動的深入研究成果一年之後,他明確地談到他的憂慮,他擔心也許他再也不會得到做出上述成就時所具有的創造力。難道偉大的創造力真的窮盡了嗎?lgu年5月3日他寫信給M.索洛文,表達了他擔心不再會做出新的重要的科學貢獻的憂傷心情。他說:「我將要步入停滯不前和思想貧乏的年齡段了,面對年輕人的革命熱情,這個年齡段的人只能悲歎而已」(愛因斯坦1956,5;見費納1971,297;1974)。這句話說得多少有點模糊,但我想其含義之一就是,一個富有創造力的青年科學家容易產生「革命性思想」,因此他們很可能形成「非常革命性的」觀念。我認為不能把1905-1906年的兩封信中發現的「革命的」這個詞彙看作與當時科學界流行的革命一詞的含義有何不同。這就是說,愛因斯坦特別強調光量子概念體現了很強的不連續特性,是物理學進程中的革命性突破。

  愛因斯坦於1905至1906年對革命性科學的召喚與他1947年的評論形成了鮮明的對照。1947年1月30日《紐約時報》刊登了這樣一條新聞:「愛因斯坦的理論得到拓展」。這是指A.薛定諤的聲明:「解決了一個30年懸而未決的老問題:愛因斯坦1915年的偉大理論得到有力的推廣。」《紐約時報》報道說,薛定諤宣稱他已將廣義相對論從引力範圍擴展到電磁領域。這項研究是「我們科學家應當做的事,而製造原子彈卻相反。」薛定諤的聲明被人們視為是不夠謙虛的。在此之前,《紐約時報》派人採訪了愛因斯坦,要他發表看法。採訪報道同有關薛定諤的新聞登在一起。它只引用了愛因斯坦的幾句話,他「目前還不能對此做出任何評價」,愛因斯坦說:「我缺乏第一手材料」,而且「有關科學上的事情」,他與薛定諤只有「有限的聯繫」。

  但是,儘管愛因斯坦沒有在新聞媒介上做出公開評論,他卻寫了一篇文章,其英譯本M.克萊因曾引用過(1975,113)。愛因斯坦說:「讀者得到的印象是每過五分鐘就會發生一次科學革命,簡直就像某些不穩定的小國家發生軍事政變一樣。」愛因斯坦認為(根據克萊因的引證):「過多使用科學革命這個術語會使人對科學發展過程產生錯誤的印象」。愛因斯坦寫道:這個「發展過程是前後連續幾代最優秀的頭腦加上不知疲倦的勞動」,是「逐漸導致對自然規律的更深刻的認識過程」。在這些文字中,我們可以發現,儘管愛因斯坦強調科學進步的積累的一面,但他沒有完全排除偶然發生的革命。

  克萊因發現:「只有當(科學上的)變革達到法國或俄國革命那種程度時,愛因斯坦才特別地提到了科學革命」。我們已經看到愛因斯坦一再提到麥克斯韋革命(或法拉第,麥克斯韋,赫茲革命)。在他的「自傳註釋」(1949,37)中,愛因斯坦指出:「從引進(電磁)場而開始的革命絕沒有完結。」克萊因(1975,118-119)對愛因斯坦的成就進行深入的分析後指出,愛因斯坦並沒有真正創立新的「光量子理論」,而僅僅是提出一個假說,它是「建立必要的新理論的一個富有啟發性的嚮導」。克萊因還指出,在愛因斯坦提出相對論時,他沒有宣稱他「發現了新的基本理論」。因此在他1907年的論文中(1915年的文章中也是如此),愛因斯坦正確地指出狹義相對論不過是「一個富有啟發性的原理」。對愛因斯坦說來,相對論不能構成一場革命。

  儘管愛因斯坦在他1905年做出的三個偉大貢獻中,只把其中的一個冠以「革命性的」這樣的定語,但他的科學界的同仁、學生、合作者和傳記作者都贊成科學史家的觀點:狹義相對論、光量子論、對布朗運動的解釋這三者都具有革命性質。其中他對布朗運動的解釋最不為人們所知,但它的革命性質是與生俱來的,因為它為解決分子運動這一基本問題提供了一個全新的方式。在研究分子運動時,愛因斯坦建立了「已給出的統計漲落理論中第一個重要的方法」(克萊因1975,116)。由波蘭物理學家M.V.斯莫爾烏克爾斯基同時獨立提出了這一理論,被許多同代人看作是革命性的,特別是當它被J.佩蘭、斯維德伯格和其他人的實驗證實以後。但愛因斯坦並不認為這一工作是革命性的,因為「它不過是擺脫機械論世界觀所得出的一個必然結果」(同上)。

  愛因斯坦1905年論光的量子性的論文的革命意義已經在本書第27章中討論過了。但這裡我們應當注意愛因斯坦在標題中用了「啟發性的」一詞。他所闡述的尚不是一個理論,而是以一個假說為基礎解釋各種各樣的現象,而假說的正誤在他那裡是無關緊要的,它只是作為解釋的基礎。愛因斯坦直到去世時仍然沒有將「理論」一詞向光量子假說聯繫在一起,在他去世前一周,愛因斯坦糾正一位「愛因斯坦的光量子理論」的來訪者,愛因斯坦強調說:不,光量子「不是一個理論」,因為光量子和相對論不同,愛因斯坦認為相對論是以前物理學邏輯的進化式的發展,而光量子假說同以前的原理不能相容。他認為他得出的光的概念是奇特的,甚至是完全站不住腳的。因此他採用「革命的」作為光量子假說的定語也許暗示了這種不合適的,甚至不正確的特性,而不只是它的新奇。

  眾所周知,愛因斯坦在他科學生涯的鼎盛時期,曾花費大量的時間致力於創立「統一場論」,但沒有取得成功。統一場論試圖以一種內在聯繫的方式將引力和其它物質力統一在一起,以期對物理世界進行準確完整的描述。M.克萊因認為愛因斯坦後來的關於科學革命的見解是他對正在到來的革命的信念的一部分,這場革命將恢復物理學中某些在20世紀的衝擊下失去的性質。克萊因(1975,120)寫道:「當愛因斯坦心存疑慮地反對聲稱這個或那個新發現的理論引起了物理學革命的時候,他指的是『真正的革命』。牛頓世界觀的舊體系已被拋棄,但他的天才後繼者必須提出一個可理解的、一致的和統一的物理實在圖景,以代替已被拋棄的舊圖景。沒有給出完整新圖景的暫時的思想成果理應獲得應有的評價,但愛因斯坦拒絕把它們稱作是已經完成的革命」。

  讓我們回過頭來看看愛因斯坦對伽利略的評價。他和開普勒和牛頓一道是愛因斯坦所崇拜的英雄人物。愛因斯坦不僅盛讚伽利略的科學成就,而且欣賞他工作所體現的主導思想:「竭力反對任何根據權威而產生的教條。」愛因斯坦稱讚伽利略只承認「經驗和周密的思考才是真理的標準」,他評論說,伽利略的這種態度在那個時代是「多麼危險和多麼革命」。這些話出自愛因斯坦為S.德雷克英譯的伽利略的《對話》所寫的序言,我們關於愛因斯坦和革命的討論很快就會涉及這本書。

  愛因斯坦的序言分別用德文和所謂的「S.巴格曼的權威英譯本」的出版。儘管兩種版本中都出現了同一個詞彙——革命的,因德文版有一段話中採用了另一個完全不同的詞彙:bahnbrechend(字面意思是「開創」),按照「權威譯本」,這段話的意思是「對話的革命性的真正內容」。在序言中,愛因斯坦把伽利略比作政治革命者。按照愛因斯坦的觀點,伽利略拋棄了古代學者的權威和偏見,而堅信自己的推理。因為在伽利略時代,幾乎沒有「具有堅定意志,並且兼具智慧和勇氣的人」敢於挺身而出,反對「那一批無所事事的說教者,他們靠了人民的無知,披著牧師和學者的外衣」,藉以「維護自己的權勢」。愛因斯坦認為伽利略的地位是「開創性」和「革命的」。但他沒有使用「伽利略革命」這樣的詞句。他懂得即使沒有伽利略,在17世紀也能看到「腐朽的文化傳統的枷鎖」被打破,他的謹慎說明他擔心自己也難免具有「一般人的弱點」,那就是「由於醉心於所崇拜的人物,而誇大了他們的地位」。

  當時愛因斯坦已經熟練地掌握了英語,無論是寫作還是講演,但他還是寧願用德語寫作。我們不知道他在審閱那個「權威譯本」時有多細心,但我相信如果不能表達他本人的思想的話,他絕不會放過用「revolutionary」代替「bahnbrechend」的譯法。當時譯者與愛因斯坦就在一起工作,難道是他歪曲了愛因斯坦的意思?無論如何,愛因斯坦就在幾行前剛剛用了「革命的(revolutionary)」一詞,從上下文的意思來看,其用意是毫不含糊的。四年前,愛因斯坦在他的「自傳註釋」(1949,53)中,在敘述曾朗克之後的時期也使用了同樣的詞:在普朗克的開創性工作之後(nach Plancks bahnbmehender Arbeit),但這一次和他提到伽利略不同,他沒有將普朗克的工作說成是「革命的」。他討論了「根本危機——這場危機的嚴重是由於普朗克深入研究了熱輻射而突然被人們認識到的」(1900,37)。

  愛因斯坦在他的「自傳註釋」(1949,32-35)中討論了麥克斯韋理論的革命性,他用「伽利略-牛頓組合」對比「法拉第-麥克斯韋組合」,其中每一組合中的第一人都抓住了「定性的聯繫」,第二個人則都是把這種聯繫用精確的公式表達了出來,並且使它們可以定量地運用。我們相信,凡是對照讀過「自傳註釋」和「對話」序言的人都不能不得出這樣的結論:愛因斯坦承認有兩次偉大的革命。第一次是以伽利略革命為先導的牛頓革命,在他們那裡質量和加速度的概念同力的新觀念聯繫了起來,這是一種超距作用力。第二次是在一定程度上基於法拉第電磁感應觀念上的麥克斯韋革命,他們引進了場的概念來代替牛頓的「超距作用」——愛因斯坦非常確切地強調說「場同樣也描述了輻射」(1949,35)。

  1927年《自然科學》上發表了一篇愛因斯坦撰寫的紀念牛頓的文章,他寫道:「由法拉第和麥克斯韋發動了電磁學和光學革命……這一革命是牛頓革命以後理論物理學的第一次重大的根本性的進展」。從上下文可以看出,愛因斯坦在這裡似乎也隱含著承認了牛頓革命。這裡愛因斯坦沒有像在其它文章中那樣使用「revolution」一詞,而是使用了「法拉第-麥克斯韋的電磁和光學革命(umwalzung)」。我們知道,umwalzung一般被視為revolution的同義語。

  愛因斯坦在後來評述牛頓的文章(1927;1954,260)中表達了他自己的看法。他提出:「廣義相對論是場論研究規劃的最後一步」。然後他說:「從量上看來,他自己對牛頓的學說只作了很小的修改,但從質的方面說來,他的改進則是深刻的」。這是愛因斯坦對廣義相對論進化的特性的經典論述。「修正了的牛頓理論」這句話表達了愛因斯坦的內心思想:他的工作只是一種改進(transformaion),而不是全新的創造。我們知道,認識到這是一場改進絕不會貶低我們對新的觀念可能帶來的革命性變化的估價。在這篇文章中,愛因斯坦說:「麥克斯韋和洛倫茲的理論不可避免地會導出狹義相對論,狹義相對論既然放棄了絕對同時性觀念,也就排除了超距作用力的存在」。他希望讀者認識到狹義相對論是進化的台階,儘管我們也許看到了這樣一種改進的意義是如此重大,因而不論其進化特性如何突出,它也能被看作是革命性的。在文章中,愛因斯坦深刻地如實地揭示了狹義相對論和廣義相對論的意義。而對大多數歷史觀察家來說湘對論似乎不僅是革命的,而且是最高層次上的革命。

  進化這一主題在愛因斯坦的許多文章裡都作了闡述。他在倫敦《泰晤士報》(1919.11.28愛因斯坦,230)上的一篇通俗文章中寫道:「狹義相對論」只是「麥克斯韋和洛倫茲電動力學的一個系統發展」。1921年在倫敦皇家學院所作的一次演講中,愛因斯坦進一步發揮了這一思想,他說:「相對論……可以說是完成了麥克斯韋和洛倫茲建造的巨大的智慧大廈」,他試圖把「場物理學推廣到各種現象,包括引力在內」(同上,246)。然後他毫不含糊地聲明:「這裡我們並沒有革命的行動,它只是一條可以追溯到幾個世紀前的發展路線的自然延續」。下面我們即將考察愛因斯坦的這一聲明是否是對新聞媒介的誇張所做出的反應。但我們應當注意到,進化的主題同樣在他的其它演講中以及後來的文章中出現,例如在評價牛頓的文章(p.261)中,愛因斯坦討論了「我們關於自然過程的觀念的進化」。然而,試圖把愛因斯坦的見解納入一個簡單的模式所面臨的困難是,事實上,即使在同一篇文章裡,愛因斯坦所描述的科學發展的圖景也是十分不同的:「我們的基本觀念的革命自19世紀末已開始發生了」,德文原文是這樣寫的:「ein umschwungder grandanschauungen」,由巴格曼(愛因斯坦1954,257)翻譯成英語是:「我們的基本觀念發生的漸變」。可是我們或許能參考愛因斯坦論述麥克斯韋的文章,得到對這句話理解的一點啟示(見前面第20章)。愛因斯坦這樣寫道「在任何時候,這場偉大的變革(或革命)都將和法拉第、麥克斯韋和赫茲的名字聯繫在一起」。但在緊接著的下一句話中,愛因斯坦用了「革命(revolution)」一詞來描述這一事件,這使我們清楚地看到他把「變革(umschwung)」用作「革命」的同義語。愛因斯坦評價牛頓文章第一位翻譯者將「umschwung」翻譯成「revolution」(這是許多詞典中這個詞的第一個釋義),但卻改變了作者的語法關係,變成「我們基本觀念中的逐步革命」。也許這為科學史的變化引入了一個新的概念,而事實上它在邏輯上是自相矛盾的。可是我們無論選擇這個詞的哪一個釋義,毋庸置疑的是愛因斯坦確信科學中偉大的革命性變革能夠發生且已經發生,但它們很少(如果有的話)是與過去的思想沒有任何邏輯聯繫突發性的、戲劇性的和無法預期的變化。然而他本人從未在公開場合或私下說相對論是這樣一場革命。

  吉拉德·霍爾頓在1981年寫過一篇評述愛因斯坦的文章,他討論了愛因斯坦關於「科學理論是通過進化而發展的思想」(P.14)。他強調愛因斯坦的主張:「物理學理論最美妙的命運是能指出一條建立一個包容更廣的理論的途徑,而舊理論本身則是新理論的一種特例」。特別具有說服力的是愛因斯坦第一次來到美國時所作的演講(《紐約時報》),1921.4.4見霍爾頓1981,15):

  目前在公眾中廣泛地流傳著一個錯誤的見解,認為相對論同牛頓、伽利略以來的物理學格格不入,同他們的推理完全對立。而實際情形與此相反,沒有偉大的物理學前輩的發現,沒有他們建立的前導理論,相對論簡直是不可想像的,它沒有賴以生存的基礎,憑心而論,沒有以往必須作的工作,相對論不可能適時出現。那些為建立相對論奠定基礎的人有伽利略、牛頓、麥克斯韋和洛倫茲。

  米歇爾.布賓在哥倫比亞大學介紹愛因斯坦時說,他是一種理論的創立者,而這種理論是「動力學的一次進化,而不是一場革命」。當時他對愛因斯坦的立場一定會心領神會的。

  上述愛因斯坦的見解表明,用一句話來概括愛因斯坦是否相信科學中發生了革命是多麼困難。他一定知道大多數人(不論是科學家還是非科學家)都認為相對論是一場革命,因此他不厭其煩地(在不少場合下)指出相對論邁出的是邏輯的、進化的一步,而不是與舊觀念的直接決裂的一步。他不只一次說有麥克斯韋革命,而且在1953年他毫不含糊地介紹伽利略的《對話》時運用了「革命性」一詞,語氣顯然比他半個世紀前稱自己的光量子為「富有啟發性的」加重了許多。

  探討愛因斯坦有關科學革命和科學進化的思想,我們不該忘記,愛因斯坦從未寫過有關文章,也沒有在有記錄的談話中,或在我們能收集到的信件中專門討論這一主題。而且我們知道愛因斯坦在許多方面都是一位很謙虛的人,因此他會極力反對在報刊上宣傳他發動了科學革命。在他的一次最為坦率的表態中,他突出反對的是新聞媒介給人造成了這樣一種印象:科學革命「每五分鐘」就會發生一次。但應當注意的是,即使在愛因斯坦尖銳反駁對薛定諤的成就過分渲染時,他也沒有完全排除發生科學革命的可能性。天件謙和與對新聞機構作法的反感很可能是愛因斯坦把自己開創的革命看作為「進化」的主要原因。

  此外,對年輕的富有理想的知識分子來說,在1905和1906年出現「革命」一詞,同1917年後的意義完全不同。愛因斯坦把他的工作看作是進化的而不是革命性的主要論述,是在1917年俄國革命和第一次世界大戰結束後很快遍及中歐的革命夭折後做出的,當時柏林的大街上還在進行著血腥的戰鬥。從20-50年代,正如我們所知,愛因斯坦樂於撰寫論述伽利略(也許還有牛頓)革命的文章,他還多次寫過評述麥克斯韋革命的文章。我認為,重要的是在愛因斯坦40年代寫的自傳中,佔有突出鮮明地位的,是他對麥克斯韋革命的論述,那是一種強烈而明快的論述。當愛因斯坦談到麥克斯韋革命是由法拉第、麥克斯韋和赫茲共同做出(還附加了麥克斯韋具有「獅子般的領袖地位」)的時候,毫無疑問他強調的是觀念變革的深度,而沒有顧及時間的跨度。因為法拉第的論文發表於19世紀3O年代,赫茲的論文發表於19世紀90年代,這場革命橫跨半個多世紀的漫長時間。這個例子表明愛因斯坦思想中的偉大科學革命不能同突發性的、劇烈的政治事件進行嚴格的類比,政治變革是以統治形式的更替為特徵的。

  愛因斯坦先前的助手巴納什·霍夫曼曾寫過幾部關於愛因斯坦和現代物理學的書。他告訴我他從未聽到愛因斯坦說過任何反對發生科學革命的話。在霍夫曼同愛因斯坦長期的秘書和朋友合作寫的一本書中,霍夫曼依據大量有關愛因斯坦革命的論述,發現愛因斯坦的科學觀並不自相矛盾。霍夫曼把愛因斯坦曾用於伽利略和麥克斯韋的科學但沒有用於他自己的科學的那些評語照搬於愛因斯坦的科學。英費爾德在他所寫的論述愛因斯坦和相對論的書中,稱狹義相對論是「第一次愛因斯坦革命」(1950,23;40),廣義相對論是「第二次愛因斯坦革命」。英費爾德是愛因斯坦的親密助手,並和愛因斯坦合作完成了《物理學的進化》(1938)一書。英費爾德評價愛因斯坦對量子理論的貢獻是量子理論「這場未完成的偉大革命」的一個主要步驟,它是「革命的同時也是調和的」。記者亞歷山大·莫斯柯夫斯基曾報道過大量同愛因斯坦談話的內容,他說狹義相對論體現了「物理學思想的革命性轉變」(1921,113),廣義相對論要求「革命性的自然觀念」(p.6),「我們中間很少有人意識到沿著愛因斯坦觀念的發展線索,等待我們的是更深刻的內在革命(p.141),普朗克,這位在思想和言論上均比較保守的人在宣稱愛因斯坦工作的極端革命性方面顯然沒有絲毫的猶豫(霍爾頓1981,14):

  這種關於時間的新的思維方式極大地要求物理學家具有抽像和想像的能力。他遠遠超過在理論科學研究中甚至在知識論中取得的任何驚人的成就……,相對論引起的世界觀的革命,就其影響的深度和廣度來說,只有哥白尼引進的新的宇宙體系所導致的革命可與之相比。

  但丹尼斯·西夏馬(1969,ix)發現:「牛頓運動定律其自身的邏輯是不完整的,從中產生的問題一步步導致了極端複雜的廣義相對論」。有許多科學家和歷史學家認同愛因斯坦的觀點,認為相對論是已有科學觀念的擴展和改進,同樣也有許多證據表明相對論是本世紀最偉大的革命之一,是一場主要的科學革命。

  愛因斯坦在大量文章中以及自傳中都認為,進化和革命均是科學發展的要素,現今已經成為兩項重要的研究課題。吉拉德·霍爾頓(1981)集中研究愛因斯坦關於相對論進化性質的表述和他1947年聲明反對薛定諤宣稱的革命的立場。因此他只是提到了但並沒有討論愛因斯坦致哈比西特的有關量子理論的信,也沒有考察愛因斯坦許多關於麥克斯韋革命的論述。另一方面,馬丁·克萊因(互975)在瞭解到愛因斯坦關於相對論是科學進化過程中的一部分這一思想的同時,他也研究了愛因斯坦關於革命的論述——這類論述同麥克斯韋、薛定諤和愛因斯坦自己的光量子假說聯繫在一起。

  
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