狭义与广义相对论浅说-第22章
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就排除了超距作用力的存在”。他希望读者认识到狭义相对论是进化的台阶，尽管我们也许看到了这样一种改进的意义是如此重大，因而不论其进化特性如何突出，它也能被看作是革命性的。在文章中，爱因斯坦深刻地如实地揭示了狭义相对论和广义相对论的意义。而对大多数历史观察家来说湘对论似乎不仅是革命的，而且是最高层次上的革命。
进化这一主题在爱因斯坦的许多文章里都作了阐述。他在伦敦《泰晤士报》（1919．11．28爱因斯坦，230）上的一篇通俗文章中写道：“狭义相对论”只是“麦克斯韦和洛伦兹电动力学的一个系统发展”。1921年在伦敦皇家学院所作的一次演讲中，爱因斯坦进一步发挥了这一思想，他说：“相对论……可以说是完成了麦克斯韦和洛伦兹建造的巨大的智慧大厦”，他试图把“场物理学推广到各种现象，包括引力在内”（同上，246）。然后他毫不含糊地声明：“这里我们并没有革命的行动，它只是一条可以追溯到几个世纪前的发展路线的自然延续”。下面我们即将考察爱因斯坦的这一声明是否是对新闻媒介的夸张所做出的反应。但我们应当注意到，进化的主题同样在他的其它演讲中以及后来的文章中出现，例如在评价牛顿的文章（p．261）中，爱因斯坦讨论了“我们关于自然过程的观念的进化”。然而，试图把爱因斯坦的见解纳入一个简单的模式所面临的困难是，事实上，即使在同一篇文章里，爱因斯坦所描述的科学发展的图景也是十分不同的：“我们的基本观念的革命自19世纪末已开始发生了”，德文原文是这样写的：“ein umschwungder grandanschauungen”，由巴格曼（爱因斯坦1954，257）翻译成英语是：“我们的基本观念发生的渐变”。可是我们或许能参考爱因斯坦论述麦克斯韦的文章，得到对这句话理解的一点启示（见前面第20章）。爱因斯坦这样写道“在任何时候，这场伟大的变革（或革命）都将和法拉第、麦克斯韦和赫兹的名字联系在一起”。但在紧接着的下一句话中，爱因斯坦用了“革命（revolution）”一词来描述这一事件，这使我们清楚地看到他把“变革（umschwung）”用作“革命”的同义语。爱因斯坦评价牛顿文章第一位翻译者将“umschwung”翻译成“revolution”（这是许多词典中这个词的第一个释义），但却改变了作者的语法关系，变成“我们基本观念中的逐步革命”。也许这为科学史的变化引入了一个新的概念，而事实上它在逻辑上是自相矛盾的。可是我们无论选择这个词的哪一个释义，毋庸置疑的是爱因斯坦确信科学中伟大的革命性变革能够发生且已经发生，但它们很少（如果有的话）是与过去的思想没有任何逻辑联系突发性的、戏剧性的和无法预期的变化。然而他本人从未在公开场合或私下说相对论是这样一场革命。
吉拉德·霍尔顿在1981年写过一篇评述爱因斯坦的文章，他讨论了爱因斯坦关于“科学理论是通过进化而发展的思想”（P．14）。他强调爱因斯坦的主张：“物理学理论最美妙的命运是能指出一条建立一个包容更广的理论的途径，而旧理论本身则是新理论的一种特例”。特别具有说服力的是爱因斯坦第一次来到美国时所作的演讲（《纽约时报》），1921．4．4见霍尔顿1981，15）：
目前在公众中广泛地流传着一个错误的见解，认为相对论同牛顿、伽利略以来的物理学格格不入，同他们的推理完全对立。而实际情形与此相反，没有伟大的物理学前辈的发现，没有他们建立的前导理论，相对论简直是不可想像的，它没有赖以生存的基础，凭心而论，没有以往必须作的工作，相对论不可能适时出现。那些为建立相对论奠定基础的人有伽利略、牛顿、麦克斯韦和洛伦兹。
米歇尔。布宾在哥伦比亚大学介绍爱因斯坦时说，他是一种理论的创立者，而这种理论是“动力学的一次进化，而不是一场革命”。当时他对爱因斯坦的立场一定会心领神会的。
上述爱因斯坦的见解表明，用一句话来概括爱因斯坦是否相信科学中发生了革命是多么困难。他一定知道大多数人（不论是科学家还是非科学家）都认为相对论是一场革命，因此他不厌其烦地（在不少场合下）指出相对论迈出的是逻辑的、进化的一步，而不是与旧观念的直接决裂的一步。他不只一次说有麦克斯韦革命，而且在1953年他毫不含糊地介绍伽利略的《对话》时运用了“革命性”一词，语气显然比他半个世纪前称自己的光量子为“富有启发性的”加重了许多。
探讨爱因斯坦有关科学革命和科学进化的思想，我们不该忘记，爱因斯坦从未写过有关文章，也没有在有记录的谈话中，或在我们能收集到的信件中专门讨论这一主题。而且我们知道爱因斯坦在许多方面都是一位很谦虚的人，因此他会极力反对在报刊上宣传他发动了科学革命。在他的一次最为坦率的表态中，他突出反对的是新闻媒介给人造成了这样一种印象：科学革命“每五分钟”就会发生一次。但应当注意的是，即使在爱因斯坦尖锐反驳对薛定谔的成就过分渲染时，他也没有完全排除发生科学革命的可能性。天件谦和与对新闻机构作法的反感很可能是爱因斯坦把自己开创的革命看作为“进化”的主要原因。
此外，对年轻的富有理想的知识分子来说，在1905和1906年出现“革命”一词，同1917年后的意义完全不同。爱因斯坦把他的工作看作是进化的而不是革命性的主要论述，是在1917年俄国革命和第一次世界大战结束后很快遍及中欧的革命夭折后做出的，当时柏林的大街上还在进行着血腥的战斗。从20…50年代，正如我们所知，爱因斯坦乐于撰写论述伽利略（也许还有牛顿）革命的文章，他还多次写过评述麦克斯韦革命的文章。我认为，重要的是在爱因斯坦40年代写的自传中，占有突出鲜明地位的，是他对麦克斯韦革命的论述，那是一种强烈而明快的论述。当爱因斯坦谈到麦克斯韦革命是由法拉第、麦克斯韦和赫兹共同做出（还附加了麦克斯韦具有“狮子般的领袖地位”）的时候，毫无疑问他强调的是观念变革的深度，而没有顾及时间的跨度。因为法拉第的论文发表于19世纪3O年代，赫兹的论文发表于19世纪90年代，这场革命横跨半个多世纪的漫长时间。这个例子表明爱因斯坦思想中的伟大科学革命不能同突发性的、剧烈的政治事件进行严格的类比，政治变革是以统治形式的更替为特征的。
爱因斯坦先前的助手巴纳什·霍夫曼曾写过几部关于爱因斯坦和现代物理学的书。他告诉我他从未听到爱因斯坦说过任何反对发生科学革命的话。在霍夫曼同爱因斯坦长期的秘书和朋友合作写的一本书中，霍夫曼依据大量有关爱因斯坦革命的论述，发现爱因斯坦的科学观并不自相矛盾。霍夫曼把爱因斯坦曾用于伽利略和麦克斯韦的科学但没有用于他自己的科学的那些评语照搬于爱因斯坦的科学。英费尔德在他所写的论述爱因斯坦和相对论的书中，称狭义相对论是“第一次爱因斯坦革命”（1950，23；40），广义相对论是“第二次爱因斯坦革命”。英费尔德是爱因斯坦的亲密助手，并和爱因斯坦合作完成了《物理学的进化》（1938）一书。英费尔德评价爱因斯坦对量子理论的贡献是量子理论“这场未完成的伟大革命”的一个主要步骤，它是“革命的同时也是调和的”。记者亚历山大·莫斯柯夫斯基曾报道过大量同爱因斯坦谈话的内容，他说狭义相对论体现了“物理学思想的革命性转变”（1921，113），广义相对论要求“革命性的自然观念”（p．6），“我们中间很少有人意识到沿着爱因斯坦观念的发展线索，等待我们的是更深刻的内在革命（p．141），普朗克，这位在思想和言论上均比较保守的人在宣称爱因斯坦工作的极端革命性方面显然没有丝毫的犹豫（霍尔顿1981，14）：
这种关于时间的新的思维方式极大地要求物理学家具有抽象和想像的能力。他远远超过在理论科学研究中甚至在知识论中取得的任何惊人的成就……，相对论引起的世界观的革命，就其影响的深度和广度来说，只有哥白尼引进的新的宇宙体系所导致的革命可与之相比。
但丹尼斯·西夏马（1969，ix）发现：“牛顿运动定律其自身的逻辑是不完整的，从中产生的问题一步步导致了极端复杂的广义相对论”。有许多科学家和历史学家认同爱因斯坦的观点，认为相对论是已有科学观念的扩展和改进，同样也有许多证据表明相对论是本世纪最伟大的革命之一，是一场主要的科学革命。
爱因斯坦在大量文章中以及自传中都认为，进化和革命均是科学发展的要素，现今已经成为两项重要的研究课题。吉拉德·霍尔顿（1981）集中研究爱因斯坦关于相对论进化性质的表述和他1947年声明反对薛定谔宣称的革命的立场。因此他只是提到了但并没有讨论爱因斯坦致哈比西特的有关量子理论的信，也没有考察爱因斯坦许多关于麦克斯韦革命的论述。另一方面，马丁·克莱因（互975）在了解到爱因斯坦关于相对论是科学进化过程中的一部分这一思想的同时，他也研究了爱因斯坦关于革命的论述——这类论述同麦克斯韦、薛定谔和爱因斯坦自己的光量子假说联系在一起。
爱因斯坦的科学成就
吴 忠 超
爱因斯坦是历史上继牛顿之后最伟大的科学家。他是狭义相对论的重要发现者，他对量子理论的创立具有重大的贡献，而广义相对论，亦即现代引力论的建立，则应全部归功于他。
十九世纪末期，麦克斯韦成功地把电学和磁学统一在他的电磁理论中，从他的方程推导出，电磁波在真空中传播的速度刚好是光速，于是他断定光波应是电磁波的一种。麦克斯韦因为家族遗传的疾病，只活了四十八岁，因此没有看到电磁波实验的成功。在牛顿的绝对空间、绝对时间以及伽利略的旧的相对性原理框架中，只有以无限速度运动的物体，在相对匀速运动的坐标系中才具有相同的速度，即无限速度。而牛顿的万有引力认为是以无限速度传递的，所以在麦克斯韦之前，牛顿物理学被认为是自洽的，而电磁波是以有限速度传播的，在旧的相对论框架中，它的速度会因坐标系的选取而改变，这样他的方程只能在一个特定的坐标系中成立，这个坐标系被认为是相对于一种称为以太的媒介静止。于是寻求以太的存在便成为科学的主题。迈克尔逊——莫雷实验的结果否认了以太的存在。爱因斯坦在1905年发表了一篇题为“运动物体的电动力学”的论文，指出如果将时间和空间组成四维的时空，而在参考系进行相对匀速运动时，时空坐标遵照所谓的洛伦兹线性变换，则一切物理定律包括麦克斯韦方程都应采取相同的形式。这样一来，以太的存在便完全是多余的。爱因斯坦在发表狭义相对论之前是否知悉迈克尔——莫雷的实验仍是科学史上的一个悬案。
这篇论文抛弃了牛顿的绝对时空观，导致物理学上的一场革命。由洛伦兹变换导出的尺缩、钟慢以及双生子佯谬都和人们的直觉相抵触。而著名的质能等效公式则是核能乃至核武器的理论根据。
1900年普朗克为了解决黑体辐射的紫外灾难问题，提出了辐射的量子理论，即是光辐射必须采取一种称作量子的波包形式。但是只有在爱因斯坦提出光子理论之后，人们才真正接受光可以粒子即光子的形式存在。普朗克曾经是爱因斯坦关于狭义相对论第一篇论文的审稿人。既然光波可以作为粒子而存在，那么电子等物质粒子能否以波动而存在呢？这是法国的一名研究生德·布罗依的设想，爱因斯坦得知后立即支持这一激进的假说。这些都是量子理论发现的前奏。爱因斯坦因他的光子理论而获得诺贝尔物理学奖。其实爱因斯坦对相对论的贡献远为重要，但是诺贝尔评奖委员会对激进的相对论持谨慎的态度。事实上迄今诺贝尔奖从未为理论相对论家颁发过。终其一生，爱因斯坦从未接受量子理论为终极理论，他认为量子力学只是一种唯象理论，而终极理论必须是决定性的。我们知道，就现状而言，量子力学并不自洽。它仍然在忍受着爱因斯坦——罗逊——帕多尔斯基佯谬的折磨。近年的一些研究似乎在一定程度上解脱了薛定谔猫佯谬对它的折磨。
狄拉克把狭义相对论和量子力学相结合，得到了极富成果的量子场论。量子场论是描述�
