经典好看的世界现代前期科技史在线阅读-第12部分-破晓小说

当多数物理学家还陶醉于经典力学的完美无缺时，马赫就看出了经典力学理　

论框架的局限性，在1883年出版的历史性著作《力学史》中，他抨击了18　

至19世纪统治着物理学基础的教条主义，其中最为突出的是对牛顿绝对时空　

观的批判。这些对爱因斯坦创立相对论产生了深刻的影响。在狭义相对论对　

　“同时性”问题和在广义相对论对“惯性”问题的思索中，爱因斯坦都从马　

赫的著作中受到了启示。爱因斯坦到晚年还赞颂《力学史》为一本“革命著　

作”。　

　　　　　大学毕业以后的两年时间里，爱因斯坦常为谋求职业而忧虑、奔波。后　

来，在朋友的帮助下，被伯尔尼的联邦专利局聘为技术员，半年后，爱因斯　

坦和大学时的同学米列娃结了婚。米列娃是塞尔维亚人，当时也是物理教师。　

　　　　　1902年7月到1909年10月，爱因斯坦在伯尔尼专利局工作了7年。这　

是他一生中科学研究最丰产的时间。为了胜任专利技术员的工作，他必须多　

方面思考物理问题、技术问题，还要有充裕的时间和精力来思索更多的学术　

问题。　

　　　　　在专利局工作的前3年里，他和他的两位朋友，哲学系的大学生素罗文　

及苏黎士时的学友哈比希特组成哲学小组，并命其名为“奥林匹亚科学院”。　

在“科学院”里，他们一起研读了许多哲学著作和科学研究论著，如马赫的　

　《力学史》和《感觉分析》，对爱因斯坦来说是再次研读，还有皮尔逊的《科　

学法则》，弥尔的《逻辑学》，休谟（1711—1776）的《人性论》，斯宾诺　

莎　（1632—1677）的《伦理学》，亥姆霍兹的《报告、演说集》和安培的自　

然哲学著作，还研读了黎曼的《几何学基础》和戴德金等的数学论著。对彭　

加勒的《科学与假设》，“科学院”的“院士们”讨论了几周时间，作者的　

科学思想和批判精神无疑给爱因斯坦留下深刻的启示和激励。　

　　　　　1905年，哈比希特离开了伯尔尼，索罗文到法国学习，“奥林匹亚科学　

院”也结束了它的使命。3年来广泛深入地集体自学哲学和科学著作的活动，　

使爱因斯坦在以后的科学研究道路上获益匪浅。　

　　　　　爱因斯坦从前人的著作中汲取了两方面的财富；一方面是对经典物理学　

理论及其内在矛盾的深刻理解，一方面是批判和分析的思想。对于各派思想　

家的哲学著作，爱因斯坦感兴趣的并不是他们的结论，而是他们提出的问题　

和对问题思索，是当他面临认识论困境而寻求出路时可从中获取的启迪。例　

如，爱因斯坦自己承认，“他曾直接或间接地特别从休谟和马赫那里受到很　

大启发”，他十分钦佩马赫那“坚如磐石的怀疑态度和独立性”。　

　　　　　（3）爱因斯坦的科学探索精神和风格　

　　　　　爱因斯坦在吸收前人思想精华的基础上，形成了他自己独特的科学探索　

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的精神和风格。　

　　　　　他不仅勇于摒弃一切“世俗的偏见”，倡导彻底的怀疑态度，还具有勇　

敢的创新开拓精神。这种精神贯穿于这位量子论和相对论创始人的整个科学　

探索活动中。这也许能解释，为什么是爱因斯坦而不是洛伦兹、彭加勒或别　

的人创立了狭义相对论。洛伦兹提出的“长度收缩”以及“地方时间”等假　

说已经严重动摇了经典力学的基础，但他未能从根本上摆脱静止以太理论和　

牛顿绝对时空观的束缚。对他自己推出的洛伦兹变换式，也一直未能揭示和　

解释其真正的含义。彭加勒提出了一些更为接近相对论的重要思想，甚至提　

出了相对性原理的普遍性，但也没有意识到，要从根本上改造整个物理学的　

基础，而始终未找到突破口。　

　　　　　爱因斯坦不仅具有犀利的批判力和创新开拓精神，更具有彻底的科学探　

索精神。狭义相对论的创建工作刚刚告一段落，许多人尚不能接受和理解狭　

义相对论的观点时，爱因斯坦已经开始了对广义相对论的研究。曾积极支持　

他创立狭义相对论的物理学家，这时对爱因斯坦不解地说：“现在一切都明　

白地解释了，您为什么又忙于另一个问题呢？”在广义相对论的10年探索　

中，他遇到了数学等方面的很大困难，但从未却步。1919年，广义相对论得　

到了天文观测实验的证实，爱因斯坦誉满天下。这时，他又选择了另一个更　

为艰难的新的探索目标——建立统一场论，直至临终前不久，仍在为这个目　

标而奋斗。　

　　　　　爱因斯坦具有敏锐的物理直觉和深邃的思维分析能力，善于从人们认为　

很平常的事实中发现问题，领悟出一般人认识不到的事物的本质。所以，也　

只有爱因斯坦才能创立包含着深邃思想的广义相对论。广义相对论的建立突　

出表现出了逻辑思维、直觉思维和哲学思维的能动作用。爱因斯坦本人也认　

为，“要是我没有发现狭义相对论，也会有别人发现的，问题已经成熟。但　

是我认为，广义相对论的情况不是这样。”爱因斯坦把广义相对论看作自己　

一生中最重要的科学成果。　

　　　　　善于设计理想实验在爱因斯坦的科学探索活动中是十分突出的。理想实　

验也称为思想实验，是科学研究人员源于自身的经验，但又超出自身经验的　

一种高级的思维活动。这种思维方法是针对研究过程中所出现的问题进行的　

辩证的、深入的、抽象的分析。因为这种思维活动是按照实验的特点进行的，　

所以被称为理想实验。和实际操作的实验不同，理想实验并不需要现实的仪　

器设备，但它所需要的“实验仪器”常常超越当时的科学技术发展的水平。　

　　　　　在爱因斯坦之前，许多自然科学家，如伽利略等，就曾运用过理想实验。　

但关于理想实验的提法最早见于爱因斯坦1921年的著述《我是怎样创立相对　

论的》，而且，在科技史上，最成功地、最多地应用理想实验的也当首推爱　

因斯坦。　

　　　　　16岁时，他就设计了一个理想实验，即所谓的“追光实验”，他设想，　

当光的接受器（如人的眼睛）跟随在光的后面飞奔，将会有什么情景发生呢？　

会不会处于一个不随时间变化的波场中？相对论就孕育、萌芽于这样一个朴　

素的理想实验中。在狭义相对论的创立过程中，爱因斯坦设计了著名的“高　

速爱因斯坦火车”的理想实验来推证“同时相对性”；在广义相对论的探索　

过程中，爱因斯坦则设计了另一个著名的理想实验，即“爱因斯坦电梯”或　

称之为“爱因斯坦密封舱”以推证等效原理的合理性。　

　　　　　1927年10月，在布鲁塞尔第五届索尔维物理会议上，围绕着量子力学　

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理论的物理诠释，爱因斯坦和以玻尔为首的哥本哈根学派展开了激烈的论　

争，爱因斯坦认为，量子力学并不描述单个体系的行为，而描述许多相同的　

单个粒子所组成的系统的集体行为，因此，量子力学理论是不完备的。哥本　

哈根学派则认为，量子力学能描写单个体系的状态，是完备的理论。在会上，　

爱因斯坦设计了多个理想实验，例如“单缝衍射理想实验”、“多缝衍射理　

想实验”等，试图证明可以同时准确地测定粒子的位置和动量，以驳倒测不　

准关系。但是，这次的论争是以玻尔成功地捍卫了测不准关系和互补原理而　

结束。　

　　　　　1930年10月在布鲁塞尔召开的第六届索尔维会议上，爱因斯坦又精心　

设计了一个被称为“光子箱”的著名理想实验，向测不准关系发出了严峻挑　

战。虽然爱因斯坦最终并没有难倒哥本哈根学派，但他精巧构思和设计的理　

想实验仍令后人叹服。而且这场由爱因斯坦发起的学术论战，引导和促进了　

量子力学的发展，是科学史上最著名、最深入、最富有成效的学术论争。　

　　　　　理想实验可用于建立一种新的理论，但它并不能作为检验物理理论真理　

性的标准，只有真实实验，才能检验理论的正确与否。而爱因斯坦卓越的实　

验设计才能，不仅表现在理想实验的设计方面，他还常常为重大的理论研究　

直接提出惊人的真实实验验证方法，并预言实验的结果。例如，爱因斯坦就　

预言了光线在太阳引力场中将要发生偏折的广义相对论效应，并于1915年给　

出了约1。7秒的实验偏折值，1919年由英国科学家爱丁顿和克罗姆林率领的　

两支远征观测队分别证实了爱国斯坦的预言，同时也证明了广义相对论的正　

确性。　

　　　　　（4）爱因斯坦的科学指导思想　

　　　　　在爱因斯坦的科学创造活动中，贯穿着他坚定的科学信念，或者说，一　

些明确的科学的哲学思想支配和引导着爱因斯坦的科学探索，成为他攻克一　

道道难关的锐利武器。这些科学指导思想有统一性思想、简单性思想和对称　

性思想等，而最突出的无疑是统一性思想，即对自然界和谐、统一的坚定信　

念。　

　　　　　统一性思想是人类思想领域里最早萌芽且最富有生命力的思想之一。开　

创自然科学的初期，人类就把将各种自然现象概括成一个统一的体系作为自　

己的目标。而探索这种统一性的伟业则激励着一代又一代的自然科学家。　

　　　　　爱因斯坦从青少年时代就追崇世界的统一性，对“自然界的神秘的和谐”　

怀着深深的敬仰和赞赏，他认为：“从那些看来同直接可见的真理十分不同　

的各种复杂的现象中认识到它们的统一性，那是一种壮丽的感觉”。探索这　

种“壮丽的统一性”的信念贯穿于爱因斯坦科学研究活动的始终，并体现于　

各个领域和不同阶段的成果中。　

　　　　　有人认为，爱因斯坦创立狭义相对论是为了解释麦克尔逊—莫雷实验和　

　“以太”理论之间的矛盾，实际上，他是为了克服经典物理学体系的内在矛　

盾，即经典力学和经典电动力学之间的内在逻辑不统一性。因为，对经典力　

学来说，不存在一个特殊的惯性坐标系可以被认为是绝对静止的坐标系，也　

就是说经典力学满足相对性原理；而对经典电动力学来说，若存在“以太”　

静止参考系，那么经典电磁理论就不满足相对性原理。狭义相对论就是在解　

决这种不和谐、不统一，坚持相对性原理的普遍性，构造具有更高统一性的　

新理论的过程中诞生的。英国著名宇宙学家邦迪评述道：“任何主张，只要　

声言物理学的统一性是不可少的，都必然会推出狭义相对论，因为，它不容　

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忍所有的惯性系从动力学的观点看来是等效的，但根据光学测量又是可分辨　

的。”　

　　　　　也有人认为，爱因斯坦创立广义相对论是为了改造牛顿引力理论存在的　

问题，并将牛顿引力理论纳入狭义相对论的框架。事实上，爱因斯坦又是从　

克服物理体系内部的某些不统一性出发，这种不统一表现在惯性系和非惯性　

系之间，表现在速度的相对性和加速度的绝对性之间。　

　　　　　爱因斯坦对统一场论的探究，则是为了寻求自然界的一种更高的统一　

性，即电磁作用和引力相互作用的统一。　

　　　　　爱因斯坦的光量子假说，也主要是基于统一性思想。在提出这一假说的　

论文《关于光的产生和转化的一个启发性的观点》的开头，爱因斯坦就指出：　

　“在物理学家关于气体或其他有重物体所形成的理论观念同麦克斯韦关于所　

谓空虚空间中的电磁过程的理论之间，有着深刻的形式上的分歧。这就是，　

我们认为一个物体的状态是由数目很大但还是有限个数的原子和电子的坐标　

和速度来完全确定的；与此相反，为了确定一个空间的电磁状态，我们就需　

要用连续的空间函数，因此，为了完全确定一个空间的电磁状态，就不能认　

为有限个数的物理量就足够了。”可以看出，爱因斯坦正是为了消除分立的　

质点与连续的场之间的形式上的不统一性，而提出光量子假说的。　

　　　　　在爱因斯坦的其他研究成果中，如对原子、分子热运动的研究等，无一　

不闪耀着统一性思想的灿烂光华。　

　　　　　简单性思想也是爱因斯坦所追崇的科学思想之一。在爱因斯坦的简单性　

思想中，最重要和最深刻的是“逻辑简单性”思想。他指出，逻辑简单性就　

是努力把一切概念和一切相互关系归结为尽可能少的一些逻辑上独立的基本　

概念和公理。也就是说，逻辑简单性是指，一个科学理论具有尽可能少的逻　

辑上互相独立的基本概念和基本原理。他认为：“唯一事关重要的是基础的　

逻辑简单性”，也就是说，逻辑简单性的核心是基础结构的简单性。　

　　　　　狭义相对论的整个理论体系就是建立在相对性原理和光速不变原理上，　

这两条基本原理的文字叙述仅一百余字。正是由爱因斯坦用非常简单的形式　

所表达出来的原理思想中，引申出了人类时间空间观念的大变革，带来了思　

想的大飞跃。广义相对论的基本假设也只有两条。虽然，这一理论的数学形　

式令人生畏，但了解其内涵的数学和物理学家，无不赞美它的逻辑简单性和　

形式的完美性。　

　　　　　爱因斯坦的成功是正确的科学思想综合作用的结果。而爱因斯坦的伟大　

还在于，他不仅应用了这些思想，充分发挥了这些思想在探索中的武器作用，　

而且，通过他的科学探索活动，大大丰富或明确了这些思想的内涵。爱因斯　

坦的科学的探索过程还首创了物理几何化等思想，对丰富人类科学思想宝　

库，作出了重大贡献，这些重要思想对20世纪�

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