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第85期:一切概念都是自由选择的约定


爱因斯坦

 

谢小庆按:这是1946年爱因斯坦67岁时写的《自述》,是1976年出版的《爱因斯坦文集》的第一篇文章。在我1978-1982读大学本科以及其后的一些年中,爱因斯坦是我最关注的人物之一。很早我就读过这篇文章,在我1988年出版的《心理测量学讲义》(华中师范大学出版社)的“前言”中,曾大段引述过此文的内容。由于关注爱因斯坦,也很早就关注翻译了《爱因斯坦文集》的许先生。30多年后重读这篇文章,又生出许多新的理解和感慨,文中对学校教育的批评,对创造动力的评论,对论证和思维方式的阐述,今天仍然具有重要的启发意义。这篇《自述》提醒我们,自由,不仅仅是不受某些生存条件的约束,还包含突破既有概念和理论框架的束缚,还包含对思想的放飞。原文很长,这里仅仅节录了其中的部分内容,跳过了具体的物理学问题讨论。

 

我已经67岁了。67岁的人已完全不同于他50岁、30岁或者20岁的时候了。任何回忆都染上了当前的色彩,因而也带有不可靠的观点。这种考虑可能使人畏难而退。然而,一个人还是可以从自己的经验里提取许多别人所意识不到的东西。

当我还是一个相当早熟的少年的时候,我就已经深切地意识到,大多数人终生无休止地追逐的那些希望和努力是毫无价植的。而且,我不久就发现了这种追逐的残酷,这在当年较之今天是更加精心地用伪善和漂亮的字句掩饰着的。每个人只是因为有个胃,就注定要参与这种追逐。而且,由于参与这种追逐,他的胃是有可能得到满足的;但是,一个有思想,有感情的人却不能由此而得到满足。这样,第一条出路就是宗教,它通过传统的教育机关灌输给每一个儿童。因此,尽管我是完全没有宗教信仰的(犹太人)双亲的儿子,我还是深深地信仰宗教,但是,这种信仰在我12岁那年就突然中止了。由于读了通俗的科学书籍,我很快就相信,《圣经》里的故事有许多不可能是真实的。其结果就是一种真正狂热的自由思想,并且交织着这样一种印象:国家是故意用谎言来欺骗年青人的;这是一种令人目瞪口呆的印象。这种经验引起我对所有权威的怀疑,对任何社会环境里都会存在的信念完全抱一种怀疑态度,这种态度再也没有离开过我,即使在后来,由于更好地搞清楚了因果关系,它已失去了原有的尖锐性时也是如此。

我很清楚,少年时代的宗教天堂就这样失去了,这是使我自己从“仅仅作为个人”的桎枯中,从那种被愿望、希望和原始感情所支配的生活中解放出来的第一个尝试。在我们之外有一个巨大的世界,它离开我们人类而独立存在,它在我们面前就象一个伟大而永恒的谜,然而至少部分地是我们的观察和思维所能及的。对这个世界的凝视深思,就象得到解放一样吸引着我们,而且我不久就注意到,许多我所尊敬和钦佩的人,在专心从事这项事业中,找到了内心的自由和安宁。在向我们提供的一切可能范围里,从思想上掌握这个在个人以外的世界,总是作为一个最高目标而有意无意地浮现在我的心目中。有类似想法的古今人物,以及他们已经达到的真知灼见,都是我的不可失去的朋友。通向这个天堂的道路,并不象通向宗教天堂的道路那样舒坦和诱人;但是,它已证明是可以信赖的,而且我从来也没有为选择了这条道路而后悔过。

我在这里所说的,仅仅在一定意义上是正确的,正象一张不多几笔的画,只能在很有限的意义上反映出一个细节混乱的复杂对象一样。

读者会问,这个人有什么权利,在这样一个有问题的领域里,如此轻率而原始地运用观念,而不作丝毫努力去作点证明呢?我的辩护是:我们的一切思维都是概念的一种自由游戏;至于这种游戏的合理性,那就要看我们借助于它来概括感觉经验所能达到的程度。“真理”这个概念还不能用于这样的结构;按照我的意见,只有在这种游戏的元素和规则已经取得了广泛的一致意见(约定)的时候,才谈得上这个“真理”概念。

对我来说,毫无疑问,我们的思维不用符号(词)绝大部分也都能进行,而且在很大程度上是无意识地进行的。否则,为什么我们有时会完全自发地对某一经验感到“惊奇”呢?这种“惊奇”似乎只是当经验同我们的充分固定的概念世界有冲突时才会发生。每当我们尖锐而强烈地经历到这种冲突时,它就会以一种决定性的方式反过来作用于我们的思维世界。这个思维世界的发展,在某种意义上说就是对“惊奇”的不断摆脱。

当我还是一个四、五岁的小孩,在父亲给我看一个罗盘的时候,就经历过这种惊奇。这只指南针以如此确定的方式行动,根本不符合那些在无意识的概念世界中能找到位置的事物的本性的(同直接“接触”有关的作用)。我现在还记得,这种经验给我一个深刻而持久的印象。我想一定有什么东西深深地隐藏在事情后面。凡是人从小就看到的事情,不会引起这种反应;他对于物体下落,对于风和雨,对于月亮或者对于月亮不会掉下来,对于生物和非生物之间的区别等都不感到惊奇。

在12岁时,我经历了另一种性质完全不同的惊奇:这是在一个学年开始时,当我得到一本关于欧几里得平面几何的小书时所经历的。这本书里有许多断言,比如,三角形的三个高交于一点,它们本身虽然并不是显而易见的,但是可以很可靠地加以证明,以致任何怀疑似乎都不可能。这种明晰性和可靠性给我造成了一种难以形容的印象。至于不用证明就得承认公理,这件事并没有使我不安。如果我能依据一些其有效性在我看来是无容置疑的命题来加以证明,那末我就完全心满意足了。比如,我记得,在这本神圣的几何学小书到我手中以前,有位叔叔曾经把毕达哥位斯定理告诉了我。经过艰巨的努力以后,我根据三角形的相似性成功地“证明了”这条定理;在这样做的时候,我觉得,直角三角形各个边的关系“显然”完全决定于它的一个锐角。在我看来,只有在类似方式中不是表现得很“显然”的东西,才需要证明。而且,几何学研究的对象,同那些“能被看到和摸到的”感官知觉的对象似乎是同一类型的东西。这种原始观念的根源,自然是不知不觉地存在着几何概念同直接经验对象(刚性杆、截段等等)的关系,这种原始观念大概也就是康德提出那个著名的关于“先验综合判断”可能性问题的根据。

如果因此好象用纯粹思维就可能得到关于经验对象的可靠知识,那末这种“惊奇”就是以错误为依据的。但是,对于第一次经验到它的人来说,在纯粹思维中竟能达到如此可靠而又纯粹的程度,就象希腊人在几何学中第一次告诉我们的那样,是足够令人惊讶的了。

我将在这里用几句话来说明我的认识论信条。这个信条实际上是在很久以后才慢馒地发展起米的,同我年轻时候所持的观点并不一致。

我一方面看到感觉经验的总和,另一方面又看到书中记载的概念和命题的总和。概念和命题之间的相互关系具有逻辑的性质,而逻辑思维的任务则严格限于按照一些既定的规则(这是逻辑学研究的问题)来建立概念和命题之间的相互关系。概念和命题只有通过它们同感觉经验的联系才获得其“意义”和“内容”。后者同前者的联系纯粹是直觉的联系,并不具有逻辑的本性。科学“真理”同空洞幻想的区别就在于这种联系,即这种直觉的结合能够被保证的可靠程度,而不是别的什么。概念体系连同那些构成概念体系结构的句法规则都是人的创造物。虽然概念体系本身在逻辑上完全是任意的,可是它们受到这样一个目标的限制,就是要尽可能做到同感觉经验的总和有可靠的(直觉的)和完备的对应关系;其次,它们应当使逻辑上独立的元素(基本概念和公理),即不下定义的概念和推导不出的命题,要尽可能的少。

命题如果是在某一逻辑体系里按照公认的逻辑规则推导出来的,它就是正确的。体系所具有的真理内容取决于它同经验总和的对应可能性的可靠性和完备性。正确的命题是从它所属的体系的真理内容中取得其“真理性”的。

休漠清楚地了解到,有些概念,比如因果性概念,是不能用逻辑方法从经验材料中推导出来的。康德完全确信某些概念是不可缺少的,他认为这些概念——它们正是这样挑选出来的——是任何思维的必耍前提,并且把它们同那些来自经验的概念区别开来。但是,我相信,这种区分是错误的,那就是说,它不是按自然的方式来正确对待问题的。一切概念,甚至那些最接近经验的概念,从逻辑观点看来,完全象因果性概念一样,都是一些自由选择的约定,而这个问题首先是从因果性概念提出来的。

在12——16岁的时候,我熟悉了基础数学,包括微积分原理。这时,我幸运地接触到一些书,它们在逻辑方面并不太严密,但是能够简单明了地突出基本思想。总的说来,这个学习确实是令人神往的;它给我的印象之深并不亚于初等几何,好几次达到了顶点——解析几何的基本思想,无穷级数,微分和积分概念。我还幸运地从一部卓越的通俗读物中知道了整个自然科学领域里的主要成果和方法,这部著作(伯恩斯坦的《自然科学通俗读本》是一部有五、六卷的著作)几乎完全局限于定性的叙述,这是一部我聚精会神地阅读了的著作。当我17岁那年作为学数学和物理学的学生进人苏黎世工业大学时,我已经学过一些理论物理学了。

在那里,我有几位卓越的老师(比如,胡尔维兹、明可夫斯基),所以照理说,我应该在数学方面得到深造。可是我大部分时间却是在物理实验室里工作,迷恋于同经验直接接触。其余时间,则主要用于在家里阅读基尔霍夫、亥姆霍兹、赫兹等人的著作。作为一个学生,我还不清楚,在物理学中,通向更深入的基本知识的道路是同最精密的数学方法联系着的。只是在几年独立的科学研究工作以后,我才逐渐地明白了这一点。

物理学分成了各个领域,其中每一个领域都能吞噬短暂的一生,而且还没有满足对更深邃的知识的渴望。在这里,已有的而且尚未充分地被联系起来的实验数据的数量也是非常大的。可是,在这个领域里,我不久就学会了识别出那种能导致深邃知识的东西,而把其他许多东西撇开不管,把许多充塞脑袋、并使它偏离主要目标的东西撇开不管。当然,这里的问题在于,人们为了考试,不论愿念与否,都得把所有这些废物统统塞进自己的脑袋。这种强制的结果使我如此畏缩不前,以至在找通过最后的考试以后有整整一年对科学问题的任何思考都感到扫兴。但是得说句公道话,我们在瑞士所受到的这种窒息真正科学动力的强制,比其他许多地方要少得多。这里一共只有两次考试,除此以外,人们差不多可以做他们愿意做的任何事情。如果能象我这样,有个朋友经常去听课,并且认真地整理讲课内容,那情况就更是如此了。这种情况给予人们以选择从事什么研究的自由,直到考试前几个月为止。我大大地享受了这种自由,并把与此伴随而来的内疚看作是乐意忍受的微不足道的弊病。现代的教学方法,竟然还没有把研究问题的神圣好奇心完全扼杀掉,真可以说是一个奇迹;因为这株脆弱的幼苗,除了需要鼓励以外,主要需要自由;要是没有自由,它不可避免地会夭折。认为用强制和责任感就能增进观察和探索的乐趣,那是一种严重的错误。我想,即使是一头健康的猛兽,当它不饿的时候,如果有可能用鞭子强迫它不断地吞食,特别是,当人们强迫喂给它吃的食物是经过适当选择的时候,也会使它丧失其贪吃的习性的。

当时物理学在各个细节上虽然取得了丰硕的成果,但在原则问题上居统治地位的是教条式的顽固:开始时(假如有这样的开始)上帝创造了牛顿运动定律以及必需的质量和力。这就是一切;此外一切都可以用演绎法从适当的数学方法发展出来。我们不必惊奇,可以说上一世纪所有的物理学家,都把古典力学看作是全部物理学的、甚至是全部自然科学的牢固的和最终的基础,而且,他们还孜孜不倦地企图把这一时期逐渐取得全面胜利的麦克斯韦电磁理论也建立在力学的基础之上。甚至连麦克斯和H.赫兹,在他们自觉的思考中,也都始终坚信力学是物理学的可靠基础,而我们在回顾中可以公道地把他们看成是动摇了以力学作为一切物理学思想的最终基础这一信念的人。

是恩斯特·马赫在他的《力学史》中冲击了这种教条式的信念;当我是一个学生的时候,这本书正是在这方面给了我深刻的影响。我认为,马赫的真正伟大就在于他的坚不可摧的怀疑态度和独立性;在我年轻的时候马赫的认识论观点对我也有过很大的影响,但是,这种观点今天在我看来是根本站不住脚的。因为他没有正确阐明思想中,特别是科学思想中本质上是构造的和思辨的性质;因此,正是在理论的构造的-思辨的特征赤裸裸地表现出来的那些地方,他却指责了理论,比如在原子运动论中就是这样。

在我开始批判那个作为物理学基础的力学以前,首先必须谈谈某些一般观点,根据这些观点,才有可能去批判各种物理理论。第一个观点是很明显的:理论不应当同经验事实相矛盾。这个要求初看起来似乎很明显,但应用起来却非常伤脑筋。因为人们常常,甚至总是可以用人为的补充假设来使理论同事实相适应,从而坚持一种普遍的理论基础。但是,无论如何,这第一个观点所涉及的是用现成的经验事实来证实理论基础。

第二个观点涉及的不是关于〔理论〕同观察材料的关系问题,而是关于理论本身的前提,关于人们可以简单地,但此较含糊地称之为前提(基本概念以及这些概念之间作为基础的关系)的“自然性”,或者“逻辑的简单性”。这个观点从来都在选择和评价各种理论时起着重大的作用,但是确切地把它表达出来却有很大因难。这里的问题不单是一种列举逻辑上独立的前提问题(如果这种列举竟是毫不含糊地可能的话),而是一种在不能比较的性质间作相互权衡的问题。其次,在几种基础同样“简单”的理论中,那种对理论体系的可能性质限制最严格的理论(即含有最确定的论点的理论)被认为是比较优越的。这里我不需要讲到理论的“范围”,因为我们只限于这样一些理论,它们的对象是一切物理现象的总和。第二个观点可以简要地称为同理论本身有关的“内在的完备”,而第一个观点则涉及“外部的证实”。我认为下面这一点也属于理论的“内在的完备”:从逻辑观点来看,如果一种理论并不是从那些等价的和以类似方式构造起来的理论中任意选出的,那么我们就给予这种理论以较高的评价。

法拉第——麦克斯韦的电动力学,使物理学家们在长期扰豫不决之后,终于逐渐地放弃了有可能把全部物理学建立在牛顿力学之上的信念。人们几乎不知不觉地放弃了把力学作为物理学的基础,因为要使力学适合于各种事实,看来终于是没有希望了。这表现为物理学的一种过渡状态,它没有一个适合于全体的统一的基础,这种状态虽然不能令人满意,但是,要代替它还差得很远。

现在,从第二个观点,即从内在的观点,也对作为物理学基础的力学提出一些批判。在今天的科学状况下,也就是在抛弃了力学基础以后,这种批判只有方法论上的意义了。但是,这种批判很适合于说明一种论证方法,今后,当基本概念和公理距离直接可观察的东西愈来愈远,以致用事实来验证理论的含意也就变得愈来愈困难和更费时日的时候,这种(内在的)论证方法对于理论的选择就一定会起更大的作用。这里首先要提到的是马赫的论证,人们逐渐特别清楚地看到,马赫的批判本质上是多么正确。对物理学力学基础的批判还与理论内在的简单性或自然性有关。

牛顿啊,请原谅我;你所发现的道路,在你那个年代,是一位具有最高思维能力和创造力的人所能发现的唯一的道路。你所创造的概念,甚至今天仍然指导着我们的物理学思想,虽然我们现在知道,如果要更加深入地理解各种联系,那就必须用另外一些离直接经验领域较远的概念来代替这些概念。

像我这种类型的人,一生中主要的东西,正是在于他所想的是什么和他是怎样想的,而不在子他所做的或者所经受的是什么。所以,关于我的讣告可以主要限于报道那些在我的努力中起重要作用的思想。一种理论的前提的简单性越大,它所涉及的事物的种类越多,他的应用范围越广,它给人们的印象也就越深。因此,古典热力学对我造成了深刻的印象。我确信,这是在它的基本概念可应用的范围内决不会被推翻的唯一具有普遍内容的物理理论(这一点请那些原则上是怀疑论者的人特别注意)。

在我的学生时代,最使我着迷的课题是麦克斯韦理论。这理论从超距作用力过渡到以场作为基本变量,而使它成为革命的理论。

洛伦兹的伟大功绩就在于他在这里以令人信服的方式完成了一个变革。按照他的看法,场原则上只能在空虚空间里存在。

普朗克等人关于温度-辐射和光电效应的研究结果使我十分清楚地认识到,没有一种古典力学的代替品。我要使物理学的理论基础同这种认识相适应的一切尝试都失败了。这就象一个人脚下的土地都被抽掉了,使他看不到哪里有可以立足的巩固基地。至于这种摇晃不定、矛盾百出的基础,竟足以使一个具有象玻尔那样独特本能和机智的人发现光谱线和原子中电子壳层的主要定律以及它们对化学的意义,这件事对我来说,就象是一个奇迹而且即使在今天,在我看来仍然象是一个奇迹。这是思想领域中最高的音乐神韵。

在那些年代里,我自己的兴趣主要不在于普朗克的成就所得出的个别结果,尽管这些结果可能非常重要。我的主耍问题是:从这些研究结果中能够得出什么样的普通结论呢?

普朗克的研究结果使当时许多怀疑论者(奥斯特瓦耳德、马赫)相信了原子的实在性。这些学者之所以厌恶原子论,无疑可以溯源于他们的实证论的哲学观点。这是一个有趣的例子,它表明即使是有勇敢精神和敏锐本能的学者,也可以因为哲学上的偏见而妨碍他们对事实作出正确解释。这种偏见——至今还没有灭绝——就在于相信毋须自由的概念构造,事实本身就能够而且应该为我们提供科学知识。这种误解之所以可能,只是因为人们不容易认识到,经过验证和长期使用而显得似乎同经验材料直接相联系的那些概念,其实都是自由选择出来的。

辐射的波粒二象性是实在的一种主要特性,它已经由量子力学以巧妙而且非常成功的方式作了解释。几乎当代所有物理学家都认为这种解释基本上是最终的解释,而在我看来,它不过是一条暂时的出路。

早在1900年以后不久,即在普郎克的首创性工作以后不久,这类思考已使我清楚地看到:不论是力学还是热力学(除非在极限情况下)都不能要求严格有效。渐渐地我对那种根据已知事实用构造性的努力去发现真实定律的可能性感到绝望了。我努力得愈久,就愈加绝望,也就愈加确信,只有发现一个普遍的形式原理,才能使我们得到可靠的结果。这样一条普通原理究觉是怎样找到的呢?经过十年沉思以后,我从一个悖论中得到了这样一个原理,这个悖论我在16岁时就已经无意识中想到了:如果我们以速度为c(真空中的光速)追随一条光线运动,那么我就应当看到,这样一条光线就好象一个在空间里振荡着而停滞不前的电磁场。这个悖论已经包含着狭义相对论的萌芽。

今天,当然谁都知道,只要时间的绝对性或同时性的绝对性这条公理不知不觉地留在潜意识里,那末任何想要令人满意地澄清这个悖论的尝试,都是注定要失败的。清楚地认识这条公理以及它的任意性,实际上就意味着问题的解决。对于发现这个中心点所需要的批判思想,就我的情况来说,特别是由于阅读了戴维·休谟和恩斯特·马赫的哲学著作而得到决定性的进展。

我想对我们时代最成功的物理理论,即统计性量子理论表示我的态度。这种理论大约在25年以前就已经具有贯彻一致的逻辑形式(薛定愕、海森伯、狄拉克、玻恩)。现在,它是能对微观力学过程的量子特征方面的经验提供一个统一理解的唯一的理论。以这个(量子)理论为一方,以相对论为另一方,两者在一定意义上都被认为是正确的,虽然迄今为止想把它们融合起来的一切努力都遇到了抵制。这也许就是当代理论物理学家中,对于未来物理学的理论基础将是怎样的这个问题存在着完全不同意见的原因。

物理学是从概念上掌握实在的一种努力,至于实在是否被观察,则被认为是无关的。人们就是在这种意义上来谈论“物理实在”的。在量子物理学以前,对这一点应当怎样理解,那是没有疑问的。在牛顿的理论中,实在是由空间和时间里的质点来表示的;在麦克斯韦的理论中,是由空间和时间里的场来表示的。在量子力学中,可就不是那么容易看得清楚了。如果有人问:量子理论中的函数,是否正象一个质点系或者一个电磁场一样,在同样意义上表示一个实在的实际状况呢,那末,人们就会踌躇起来,不敢简单地回答“是”或者“不是”。

目前理论的这种统计特征应当是量子力学对体系描述的不完备性的一个必然结果,而且也不再有任何理由可以假定物理学将来的基础必须建立在统计学上。

我的意见是,当前的量子理论,借助于某些确定的、主要取自古典力学的基本概念,形成了一种对联系的最适宜的表述方式。可是,我相信,这种理论不能为将来的发展提供任何有用的出发点。正是在这一点上,我的期望同当代大多教物理学家有分歧。

多数物理学家的意见给我的印象是十分深刻的。可是,在我看来,起决定性作用的问题是:在理论的目前情况下,可以作哪些尝试才有点成功的希望?在这一点上,在引力论中的经验为我的期望指明了方向。照我的看法,这些方程,比所有其他物理方程有更多的希望可以说出一些准确的东西。

 

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