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| 中外科学家发明家丛书：彭加勒 （六） | 发布于:2012/11/26 | |
| 六、与爱因斯坦的交往 爱因斯坦（1879—1955年）生于德国乌耳姆市，先后在德国的慕尼黑和 瑞士的阿劳上中学。他于1896年考入苏黎士联邦工业大学师范系学习，1900 年毕业后即失业。1901年，爱因斯坦取得瑞士国籍。经人介绍，于1902年 受聘为伯尔尼瑞士专利局的三级技术员，在这里一直工作到1909年。在其间 的1905年，他一举在物理学的三个领域（狭义相对论、光量子论和布朗运动 理论）作出了惊人的发现，全面打开了物理学革命的新局面。1909年10月， 他离开专利局，担任苏黎士大学理论物理副教授。1911年3月任布拉格德国 大学理论物理学教授。 如果说彭加勒是现代科学和现代科学哲学的先驱的话，那么爱因斯坦则 是一位现代科学的创造者和现代科学哲学的奠基者乃至集大成者。他们二人 都以第一流的科学家的哲学家的眼光，对科学及其基础进行了全方位的、深 层次的探讨，发表了一系列的具有真知灼见的论文，对日后的科学哲学进展 产生了不可估量的影响。 爱因斯坦与彭加勒的交往主要集中在索尔维物理学会议上。索尔维物理 学会议是由比利时知名的工业化学家和社会改革家索尔维出资赞助召开的国 际会议，他委托柏林大学教授、著名物理化学家能斯特筹备这次会议。会议 于1911年10月30日如期举行，其中心议题是“辐射和量子论”，来自欧洲 大陆和英国的18位第一流的物理学家出席了会议。 当时，在布拉格当教授的爱因斯坦也应邀出席了会议，他以“比热问题 目前的状况”为题作了报告，论证了辐射量子结构的绝对不可避免性。爱因 斯坦在会上的表现给人们留下了深刻的印象，会议秘书林德曼后来回忆道： 我和爱因斯坦相处得也不错，也许除洛伦兹外，他给我留下的印象最深 了，……他说他不大懂数学，也许正是由于这样他才取得了巨大的成功。一 年之后，爱因斯坦被选为普鲁士科学院正式成员。 在索尔维会议上，彭加勒也表现相当活跃和明智。会议的报告和讨论大 大激励了彭加勒的敏锐思想。事后，会议的科学秘书莫里斯·德布罗意提到， 在所有的与会者当中，唯独彭加勒和爱因斯坦与众不同。的确，彭加勒在讨 论中充分表现出他的思想的全部活力和洞察力，即使针对全新的物理学问 题，他照样侃侃而谈。对量子论这一崭新课题的热情一直持续到他生命的最 后一刻。 索尔维会议记录没有记载关于相对论的讨论，但幕后对这个主题却展开 了热烈的辩论。爱因斯坦1911年11月16日在给仓格尔的信中谈到，在索尔 维会议的讨论中，“总的来说，彭加勒只是进行对抗（反对相对论），他对 这一切的尖锐态度表明他对形势没有什么了解”。另外，普朗克也在会上对 爱因斯坦的光量子论表示反对。会议对爱因斯坦工作的评价比较客观地反映 在会议录中。会议录在简短的叙述了爱因斯坦的狭义相对论后，继续以这样的笔调写道： 尽管爱因斯坦的这一思想（狭义相对论）表明是物理学原理发展的基础， 可是它现在的应用还与测量的限制密切相关。他对于现在处于热门的其他问 题的研究已证明对实际的物理学具有重大的意义。这样一来，正是他第一个 表明了，对于原子和分子运动能量所作的量子假设的重要意义，从这一假设 出发，便可推导出比热公式。虽然这个公式还没有充分详细地予以证实，但 无论如何它为新原子运动论的进一步发展提供了一个基础。他通过建立能够 用实验检验的新的有趣的关系，也把量子假设和光电的以及光化学的效应联 系起来。他也是第一个指出晶体的弹性常数和光学性质之间联系的人。一言 以蔽之，人们可以说，在丰富了现代物理学的许多重大问题中，几乎没有一 项爱因斯坦没有作出某种显著的贡献。在他的科学生涯中，他有时也打错了 目标，比如他的光量子假设就是如此，可是这实在不能过多地责怪他，因为 即使在最严谨的科学中，要引入一种真正的新思想不冒一点风险也是不可能 的。 爱因斯坦在1911年12月26日至贝索的信中，却囿于自身的偏见，对索 尔维会议的这种评价基本持全盘否定的态度： 在电子论方面，我没有进展。在布鲁塞尔，人们怀着悲伤的情绪看到这 个理论的失败，找不到补救的方法。那里的大会简直象耶路撒冷废墟上的悲 嚎。没有出现任何积极的东西。我那些不成熟的见解引起了很大的兴趣，却 没有认真的反对意见。我得益不多，所听到的，都是已经知道了的东西。 尽管有爱因斯坦这样的偏见，但他仍然给彭加勒留下了较好的印象。在 索尔维会议后，居里夫人和彭加勒给爱因斯坦分别写了推荐信，推荐他担任 苏黎世大学联邦工业大学教授。彭加勒在推荐信中，是这样写的： 爱因斯坦先生是我曾经认识的最富创见的思想家之一。他虽然年轻，却 已经在当代第一流科学家中间居有崇高的地位。我们应当特别赞赏他的是， 他善于灵巧地适应新的概念并知道如何从这些概念引出结论。他不受古典原 理的束缚，而且每当物理学中出现了问题，他很快就想象出它的各种可能性。 这一点使得他在思想中立即能预言一些日后可由实验证实的新现象。我的意 思并不是说，所有这些预言都会满足实验的检验，如果有可能作这些检验的 话。相反地，既然他是在各方面进行探索，我们就应当想到他所走的道路之 中大多数是死胡同。不过，我们同时也应当希望他指出的方向中，有一个方 向是正确的，那也就足够了。这才是我们应当采取的作法。数学物理学的作 用是提出问题，只有实验才能回答问题。 考虑到彭加勒主要是一位经典物理学家，考虑到这是一位57岁的长辈给 一位32岁的年轻人所写的推荐信，我们就不难看出，彭加勒对爱因斯坦的评 价是够高的了。当然，关于爱因斯坦“所走的道路之中大多数是死胡同”的 估价，如果指的是探索的结果而言，无疑是言过其实的。但是，如果它所指 的是探索的过程，那么这一估价对任何人都是成立的。何况彭加勒认为只有一个方向正确就足够了。何况彭加勒认识方向正确与否的问题最终要由实验 作出回答。更何况爱因斯坦本人在1934年的一封信中也承认：“至于探索真 理，我从自己不时撞入死胡同的痛苦的探索中认识到，在朝着真正有意义的 事情方面每迈出一步，不管是多么渺小的一步，都是难乎其难的”。 虽然说狭义相对论是爱因斯坦独立完成的，但他或多或少地受到了彭加 勒思想的启发。爱因斯坦曾在信中写到： 毫无疑问，要是我们回顾狭义相对论的发展的话，那么它在1905年已到 了发现的成熟阶段。洛伦兹已经注意到，为了分析麦克斯韦方程，那些后来 以他的名字而闻名的变换是重要的；彭加勒在有关方面甚至更深入钻研了一 步。至于我自己，我只知道洛伦兹在1895年的重要工作——麦克斯韦的电磁 理论和动体中的电现象和光现象的理论尝试——但不知道洛伦兹后来的工 作，也不知道彭加勒继续下去的研究。在这个意义上说，我在1905年的工作 是独立的。它的新特点在于理会到这一事实：洛伦兹变换的意义不仅在于它 和麦克斯韦方程有联系，而且它还一般地论述到空间和时间的本性。进一步 的新结果是：“洛沦兹不变性”是任何物理理论的普遍条件。这对我有特别 重要的意义，因为我以前已经发觉，麦克斯韦的理论不能说明辐射的微观结 构，因而不可能是普遍有效的。 1902年—1095年，爱因斯坦和他的挚友索洛文曾利用晚上的业余时间， 一起研读彭加勒的《自然与假设》，并进行了热烈的讨论。据索洛文回忆， 彭加勒的书对他们的印象极深，他们用了好几个星期紧张地阅读。有时念一 页或半页，有时只念一句话，立即就会引起强烈的争论，当问题比较重要时， 争论可以延续数日之久。由此可见这部著作对爱因斯坦科学和哲学思想的形 成起了举足轻重的作用。 有理由认为，爱因斯坦也读过或了解彭加勒的《科学的价值》和《科学 与方法》。这可以从他的下述言论中得到印证： 我同意昂利·彭加勒，相信科学是值得追求的，因为它揭示了自然界的 美。这里我要说的是，科学家所得到的报酬是在昂利·彭加勒所说的理解的 乐趣，而不是在于他的任何发现可以导致应用的可能性。 爱因斯坦曾多次坦率地表示，科学中的基本概念和基本原理既不是先验 的，也不是经验的，而是约定的。他说：“我们正在寻求的这个体系中，没 有一个特点，没有一个细节能够由于我们思想的本性，而先验地知道它必定 是属于这个体系的。关于逻辑和因果性的形式也同样如此。我们没有权利问 科学体系必须怎样来构造，而只能问：在它已经完成的各个发展阶段上，它 实际上曾经是怎样建造起来的？所以，从逻辑观点看来，这个体系的逻辑基 础以及它的内部结构都是“约定”。在评价彭加勒的“约定论”时，是通过 点评温特尼茨的《相对论和认识论》一本书表现出来的： 温特尼茨和康德一起断言，科学是由思维依据某些先验的原则建立起来 的某种体系，我们的科学大厦是而且应当是建筑在某些原则基础上的，而这些原则本身却不是来自经验，对此当然要毫不怀疑地加以接受。但是，当提 出这些原则的意义问题，或者提出这些原则不能替代的问题时，我就发生怀 疑了。是否可以认为，这些原则至少有一部分是被安排得使科学同这些原则 的随便改变不能并存呢？还是应当认为这些原则是纯粹的约定，就象词典里 词的排列原则那样呢？温特尼茨倾向于认为，第一种观点是正确的，而我认 为，第二种观点是正确的。 他在康德《导论》读后感中指出：必须把康德所谓的“先验的”冲淡成 为“约定的”。 爱因斯坦不仅赞成彭加勒的经验约定论，而且根据他的科学创造的实 践，对比作了更为深入、更为明确、更为严格的阐释与发展。 在爱因斯坦看来，完整的科学理论体系是由基本概念、被认为对这些概 念有效的基本假设以及由逻辑推理得到的结论 （导出命题）这三者构成的。 其中在逻辑上不能进一步简化的基本概念和基本假设是理论体系的根本部 分，它们是整个理论体系的公理基础或逻辑前提 （因此科学理论也可以看作 是由两部分构成的），它们“都是自由选择出来的”“在逻辑意义上是自由 的约定”。很显然，爱因斯坦肯定了从直接经验上升到公理基础时约定的作 用，具体结论则是从公理基础出发逻辑地导出的；而彭加勒则把科学理论分 为事实、定律和原理三个层次，认为约定在逐级上升中都起作用，甚至在从 未加工的事实过渡到科学事实时也起作用。 从此可见，爱因斯坦的理论体系是通过探索性的演绎法自下而上 （由直 接经验到公理基础）、自上而下 （从公理基础到导出命题）构筑的，彭加勒 的理论体系实质上是立足于归纳法，通过约定式的推广，逐级自下而上（由 事实到定律，再由定律到原理）得到的。当然，彭加勒也认为可以大胆地从 事实直接提升到原理。 “要从经验得到基本概念和基本假设，只有通过那种对经验的共鸣的理 解为依据的直觉，也可以通过“猜测”、“大胆思辨”、“创造力的想象”、 “幻想”等思维跳跃的途径达到。爱因斯坦有一次在信中说道。 “因此”，他接着说：“基本概念、基本原理在逻辑上是独立于直接经 验的，二者的关系不象肉汤同肉的关系，而倒有点象衣帽间牌子上的号码同 大衣的关系。” 但是，彭加勒在直接经验与基本原理中间还加上了实验定律这个中介层 次，因此彭加勒的某些原理 （由定律推广以及在许多定律中寻求共同点而得 到的原理）与经验之间的关系似乎不是充分独立的。 对于基本概念和基本原理的选择的自由，爱因斯坦与彭加勒在索尔维会 议期间发生争论。 “对基本概念和基本原理的选择的自由是一种特殊的自由，这种选择的 自由完全不同于作家写小说时的自由。它倒多少有点像一个人在猜一个设计 得很巧妙的字谜时的那种自由。他固然可以猜想以无论什么字作谜底；但是只有一个字才真正完全解决了这个字谜。相信为我们的五官所能知觉的自然 界具有这样一种巧妙隽永的字谜的特征，那是一个信念的问题。迄今科学所 取得的成就，确实给这种信念以一定的鼓舞。”显然，这种特殊的自由是在 科学创造过程中的思维方式的自由，而作为思维最终成果的东西则应是客观 的。 “理论体系的逻辑应该是约定的”。彭加勒说。 “尽管如此，但是它们之所以能站得住脚，在于这个体系在事实面前的 有效性，在于它的思想的统一性，也在于它所要求的前提为数很少，而不是 很多。” 这次谈话结束以后，尽管彭加勒身体日渐衰弱，但与爱因斯坦的通信来 往仍频，爱因斯坦受彭加勒的影响因通信的愈频而深厚。 有一次，彭加勒谈到了科学向统一性迈进的问题时说：“这种迈进原因 在于自然界是统一的，科学由于约定的原因，就不得不具有主观性色彩和人 为成分。” 爱因斯坦答复道，科学作为一种现存的和完成的东西，是客观的；而科 学作为一种尚在制定中的东西和追求的目的，则是主观的。”当一个人在讲 科学问题时， ‘我’这个渺小的字眼在他的解释中应当没有地位。但是，当 他是在讲科学的目的和目标时，他就应当允许讲到他自己。因为一个人所经 验到的没有比他自己的目标和愿望更直接的了。 这两位巨匠的交往，因为彭加勒的去世而中断，但现代物理学却因他俩 的交往而日渐精深和发达。 |
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