愛因斯坦科學(xué)精神再析

摘要：從愛因斯坦物理學(xué)及其發(fā)展演變，認(rèn)識愛因斯坦物理學(xué)思想及其特征，從對愛因斯坦理論發(fā)現(xiàn)模式的反思、創(chuàng)新精神的哲學(xué)反思、思維方式的反思，探討其所代表的物理文化，多角度、多元素地認(rèn)識愛因斯坦物理學(xué)理論。

關(guān)鍵詞：愛因斯坦;科學(xué)理論;科學(xué)活動;科學(xué)精神

愛因斯坦對物理學(xué)的貢獻(xiàn)眾人皆知，不僅對分子運(yùn)動理論、量子理論發(fā)展做出貢獻(xiàn)，還創(chuàng)建了狹義相對論和創(chuàng)建廣義相對論，并開辟了現(xiàn)代宇宙學(xué)的研究途徑，引領(lǐng)了統(tǒng)一場論研究的方向。從物理學(xué)內(nèi)部講這是一次物理學(xué)革命，從物理學(xué)外部講，他的物理學(xué)思想、物理哲學(xué)思想影響了社會的方方面面。

一、統(tǒng)一性是愛因斯坦相對論的核心觀念

統(tǒng)一性是愛因斯坦貫穿物理學(xué)始終的科學(xué)信念，在統(tǒng)一性信念的指導(dǎo)下，愛因斯坦提出了時間、空間、物質(zhì)三者邏輯相關(guān)、不可分割的狹義相對論。

首先，統(tǒng)一性是愛因斯坦建立狹義相對論的指導(dǎo)思想。愛因斯坦在迪昂、馬赫等物理學(xué)家、科學(xué)哲學(xué)家的影響下形成的統(tǒng)一性思想，即世界的本質(zhì)是統(tǒng)一性的。在狹義相對論之后，愛因斯坦用他獨(dú)特的慧眼，發(fā)現(xiàn)狹義相對論中慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量的不統(tǒng)一性，為此他獨(dú)創(chuàng)性地把黎曼幾何用在兩者的統(tǒng)一性研究中，最終，又一次實(shí)現(xiàn)了他的世界統(tǒng)一性信念---實(shí)現(xiàn)了慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量的統(tǒng)一，建構(gòu)了物理學(xué)上的廣義相對論，進(jìn)一步揭示了四維時空同物質(zhì)的統(tǒng)一關(guān)系，揭示了時間與空間不僅與物質(zhì)相關(guān)，而且受物質(zhì)的分布影響，如引力場中光線彎典理論。在廣義相對論中達(dá)到的和諧與統(tǒng)一，進(jìn)一步證明了時間、空間與物質(zhì)甚至與引力的統(tǒng)一性關(guān)系，成為愛因斯坦的場論研究基礎(chǔ)。

統(tǒng)一性是愛因斯坦科學(xué)研究的核心指導(dǎo)思想，他慣常用批判的眼光來審視物理學(xué)中已經(jīng)確立的理論，總能透過現(xiàn)象看到本質(zhì)，洞悉到舊理論的不和諧性、矛盾性，堅(jiān)持并創(chuàng)建新的理論的統(tǒng)一性，為新理論、新時空觀的誕生做出了重要的貢獻(xiàn)。

二、光量子假說形成其豐富的量子化信念

量子化思想是現(xiàn)代物理思想基礎(chǔ)，光量子假說一經(jīng)提出，便對物理學(xué)的發(fā)展起到了“革命”性的貢獻(xiàn)，為現(xiàn)代物理學(xué)發(fā)展立下汗馬功勞。

量子化信念的本質(zhì)特征就是光的能量在空間的不連續(xù)分布。就是說，光在傳播中是以一份份的能量子形式傳播出去，而不再是已形成慣式的連續(xù)性傳播。愛因斯坦認(rèn)為“從點(diǎn)光源發(fā)射出來的光線的能量在傳播中不是連續(xù)地分布在越來越大的空間體積中，而是由個數(shù)有限的、集中于空間某些點(diǎn)的能量子所組成，這些能量子能夠運(yùn)動，但不能再分割，只能整個地被吸收或產(chǎn)生出來。”

量子化信念的內(nèi)涵是具有統(tǒng)一性的客觀實(shí)在，特殊之處在于它對各種形式的光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化現(xiàn)象都適用，光的不連續(xù)性不僅是在發(fā)射與吸收時，在傳播中也是不連續(xù)，這是光量子假說中的統(tǒng)一性思想。這使得愛因斯坦在光學(xué)中，能夠提出光的波粒二象性，既光具有粒子性又具有波動性，從而使人們對光的認(rèn)識有了質(zhì)的變化。

愛因斯坦光量子假說形成的量子化信念在產(chǎn)生與實(shí)踐過程中，不斷改變著人們的認(rèn)識觀念。如愛因斯坦把其假說用在原子結(jié)構(gòu)討論上時，遇到許多反對的意見，甚至為此還遭遇了與玻爾在量子化原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識中的爭論，但這個爭論一經(jīng)實(shí)驗(yàn)事實(shí)的驗(yàn)證，物理學(xué)界對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識發(fā)生了觀念上的根本變化。

當(dāng)然，量子化信念還為物質(zhì)二象性的觀點(diǎn)奠定了基礎(chǔ)。驗(yàn)證了能的守恒定律在微觀領(lǐng)域的正確性。愛因斯坦這些革命性貢獻(xiàn)的取得，一方面來自于他的量子化思想，一方面來自他堅(jiān)持真理的高尚品格以及非凡的洞察力和獨(dú)立思考的能力。

三、統(tǒng)一場論體現(xiàn)了愛因斯坦邏輯簡單的物理學(xué)信念

統(tǒng)一場論是愛因斯坦提出的重要的物理學(xué)假說，是指電磁場與引力場統(tǒng)一的理論設(shè)想，是相對論發(fā)展的第三個階段，前兩個階段是研究物質(zhì)統(tǒng)一的理論，第三個階段是研究作用統(tǒng)一的理論，從而構(gòu)成世界統(tǒng)一的整體圖景。

從物理學(xué)意義上講，他之所以提出電磁場與引力場統(tǒng)一，是物理學(xué)發(fā)展的必須。牛頓力學(xué)統(tǒng)一了天上、地下的各種力學(xué)現(xiàn)象，改變了經(jīng)典物理學(xué)傳統(tǒng)，改變了人類的認(rèn)識觀念。愛因斯坦的狹義相對論化解了牛頓力學(xué)與電磁學(xué)的矛盾，統(tǒng)一了牛頓力學(xué)與電磁學(xué)理論，提出了新的時空觀。在廣義相對論中他又進(jìn)一步提出了引力場與時空的統(tǒng)一，進(jìn)一步證明了其物質(zhì)世界的統(tǒng)一性信念，在這些得到實(shí)驗(yàn)證明之后，又力圖把電磁場與引場統(tǒng)一起來，體現(xiàn)了物理學(xué)發(fā)展的趨勢，使人類對世界的認(rèn)識發(fā)生了一次從宏觀到微觀的飛躍。

從認(rèn)識論意義上講，愛因斯坦統(tǒng)一場論是理論體系邏輯簡單性的表現(xiàn)。簡單性從廣義上講是科學(xué)家決定取舍一個概念、原理，定律乃至一個理論的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，也是評價(jià)一個理論好壞的美學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。分析愛因斯坦的統(tǒng)一場論，從最初的電磁場力與引力的統(tǒng)一，到后來的場的統(tǒng)一，都表現(xiàn)出這樣一種對物理學(xué)的認(rèn)識：“一切概念和一切相互關(guān)系，都?xì)w結(jié)為盡可能少的一些邏輯上獨(dú)立。”在他的信念中，自然界存在一個獨(dú)立的客觀世界，“簡單性是客觀事實(shí)”，科學(xué)的目標(biāo)就是追求“要從盡可能少的假說或者公理出發(fā)，通過邏輯與演繹，概括盡可能多的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)?！?/p>

愛因斯坦的統(tǒng)一場論盡管最終沒有實(shí)現(xiàn)，但并非一無是處，還是有其合理性因素的，他從時空形式方面探討場的統(tǒng)一，對于今天的統(tǒng)一場論的研究，就具有重要的啟示，引發(fā)了把物理學(xué)幾何化的熱潮，為后人的場論研究提供了研究方向，為現(xiàn)代物理學(xué)前沿中的量子統(tǒng)一場論、規(guī)范場論的研究提供了基礎(chǔ)。

四、歷久彌新的現(xiàn)實(shí)啟發(fā)

愛因斯坦之所以被認(rèn)為是20世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家，主要在于他讓人們以全新方式理解物質(zhì)世界，理解物質(zhì)世界的統(tǒng)一性，還讓人們在認(rèn)識自然、感知自然中有了思維方式上、哲學(xué)思想層面上的和理論發(fā)現(xiàn)模式上的創(chuàng)新性的認(rèn)識。

對于社會公眾而言，對愛因斯坦理論的認(rèn)識雖是一種并不熟悉的，大多是來自于非專業(yè)學(xué)習(xí)的間接經(jīng)驗(yàn)，盡管不理解他的相對論，可人人皆知，給人們帶來了不一樣的認(rèn)識。其中愛的物理文化思想有利于影響和改變公眾的以邏輯推理為主的、在經(jīng)典物理學(xué)影響下形成的單向式思想模式，同時正在有意識的改變著社會公眾的個人情感同科學(xué)知識相分離、旨趣特長與知性內(nèi)容相分化的狀況，如科學(xué)不再是對自然規(guī)律的“鏡式”反映，而是具有主觀性、可錯性、不完備性的。

由于愛因斯坦在理論發(fā)現(xiàn)的過程中，強(qiáng)調(diào)審美直覺、懷疑批判、激情想像力、好奇興趣、科學(xué)與哲學(xué)的匯合等創(chuàng)造性思維在科學(xué)中的作用，這就使得社會公眾在認(rèn)識與學(xué)習(xí)物理學(xué)的過程中，不僅要關(guān)注邏輯的思維方法，也關(guān)注非邏輯思維方法及其兩者的自然整合，而且非邏輯因素如直覺、想象、頓悟、靈感，甚至心理因素、美學(xué)因素正式進(jìn)入科學(xué)研究的視野，是對世界求真求美的高度統(tǒng)一。美國科學(xué)哲學(xué)家?guī)於髦赋?，科學(xué)研究的收斂式思維與發(fā)散式思維之間的相互牽引力。為科學(xué)進(jìn)步所必需，稱之為“必要張力”。

在現(xiàn)實(shí)生活中，不僅要加強(qiáng)理論學(xué)習(xí)，同時還要培養(yǎng)對科學(xué)的興趣和愛好、獨(dú)立的人格、對“為什么”的好奇心和思考的快樂，才能像愛因斯坦一樣，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。

愛因斯坦的科學(xué)文化思想改變了現(xiàn)有的科學(xué)教育觀，使知識教育走向向文化教育。以往的科學(xué)教育觀關(guān)注的是科學(xué)知識及科學(xué)知識的理性、客觀性、真理性、確定性、簡單性成分，而文化教育觀不僅關(guān)注科學(xué)知識中的各個環(huán)節(jié)，如科學(xué)概念、規(guī)律、公式、科學(xué)實(shí)驗(yàn)，同進(jìn)也關(guān)注科學(xué)過程、科學(xué)精神、思維、發(fā)展模式、歷史及其科學(xué)家的行為習(xí)慣等文化現(xiàn)象，科學(xué)教育在當(dāng)下的學(xué)校教育中也有了現(xiàn)實(shí)意義。

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作者簡介：岳玉榮（1964-），遼寧，女，江蘇師大連云港分校連云港師范高等專科學(xué)校，教授，主要從事科學(xué)教育哲學(xué)研究。