非凡的洞察力是如何产生的?

——《爱因斯坦奇迹年》读后

 

方在庆

 

科学史学家们常常在“外因说”和“内因说”之间摇摆。无论他们站在某个角度,其目的其实只有一个:给出一个他们认为最能说明事物之间因果或准因果联系的解释。但是当他们碰到的是像爱因斯坦这样彻底改变了人们既有观念的天才时,其解释方式通常都流于片面。

在被称之为“爱因斯坦奇迹年”的1905年,从317日始,在六到八周的时间内,爱因斯坦给《物理学年刊》提交了三篇论文,写了一篇博士论文,并且还发表了10篇书评。这些论文彻底改变了物理学的面貌,成为划时代的文献。

更让人惊讶的是,爱因斯坦当时的处境非常之差。尽管爱因斯坦在瑞士联邦专利局的职位早在1904914日就成为终生的,但这并不是提升,薪水也只有3,900瑞士法郎。他要养家糊口,还要赡养多病的母亲。妻子絮絮叨叨,小孩还不懂事。这一切丝毫没有让爱因斯坦气馁,相反,他对自己的处境还比较乐观。用他的好友索罗文的话来说,“充满快乐的贫穷是件多么美好的事情!”

每周六天、每天八小时“无聊的”(unsinnig)上班时间可以“自由支配”,再加上每个星期天,这些就是爱因斯坦可以连续集中思考的唯一时间。但是爱因斯坦展示出了一种了不起的让自己远离“仅仅是个人”东西的能力。

“勤奋的智力工作和考察上帝的性质,将会是引导我经受生活中所有烦恼的天使,……每个人为自己创造了一片小天地。” 他“从日常生活的焦虑中解脱出来”,产生了最有创造性的工作。

仅靠勤奋工作、摆脱世俗缠绕,爱因斯坦就能做出革命性的贡献吗?他的贡献完全是独创的吗?如果放在今天,他的论文能否发表?

作为一位物理学家,爱因斯坦是一个反实证主义者。他完全同意庞加莱的看法:如果收集资料就能得出科学理论,那无疑说把石头堆起来就是房子。

在他看来,“整个科学不过是对日常思维的一种精练。[科学家们]如果不去批判性地考察一个更加困难得多的问题,即分析日常思维的本质问题,他就不能开展研究。”

对于爱因斯坦来说,创造性思维本质上是非语言的,它是以视觉形象出现的,而文字“只是在第二阶段经过艰苦收寻得到的。”

爱因斯坦对空间和时间的研究从根本上并不是数学的。在他1905年发现相对论和光的一种新的表达法中,美学概念起着重要的作用。美学概念也是1907年爱因斯坦把相对论理论扩展包括引力在内的理论的一个手段,其中“直观”(Anschauung)起着很重要的作用。“直观”可被理解为“直觉”(Intuition),或从用感官看到的现象中抽象出来的“视觉形象”(sichtbare Vorstellung)。这在康德的哲学中扮演着重要的角色。在康德看来,“直观”是视觉形象的最高形式。瑞士著名教育学家裴斯泰洛齐(Pestalozzi)曾指出:“‘直观’的基本知识是如何正确地判断所有事物形成的根本手段和唯一正确的手段。”

爱因斯坦补习功课的阿劳中学正是按照裴斯泰洛齐的如下信念建立的:“概念思考是建立在‘直观’之上的。”在这所学校里,没有强迫的知识灌输。相反,强调的是独立思考,而且“学生不是把教师看成权威人物,而是学者,一个具有独特人格的人。

爱因斯坦后来在科学上的成就很大程度上得益于在阿劳时所受的对视觉的理解,对“直观”的强调,而不是对记忆和死记硬背的强调。

简而言之,爱因斯坦的整个研究是想把自然界里表面上看起来分离的领域统一起来。当小范围的现象与大范围的现象之间的一种联系即将来临时,爱因斯坦表达了他的喜悦:“认识到用直接观察看来是完全分开的现象联合体之间的统一,是一种奇妙的感觉。”

 

无疑,爱因斯坦的成就是划时代的,但他自己非常清楚自己的历史地位。他强调,尽管他取得了表面上看来的革命性的进步,但实际上他只是扩展了过去的大师们的工作。在爱因斯坦的理论中,我们可以看到洛伦兹、马赫、休谟、康德和庞加莱的遗产,但爱因斯坦的巨大的综合和在此基础上的独创还是革命性的。

 

按今天的所谓“学术规范”,爱因斯坦的这几篇划时代的论文肯定不能发表。以本书中的第三篇论文“论动体的电动力学”为例,它在今天看来就是一篇典型的不合“学术规范”的论文。

乍一看,这篇论文与那个时代的其它科学论文没有什么两样,但是第一印象往往有很强的欺骗性。无论从风格,还是内容上,这篇论文都堪称大胆。今天不会有任何重要的物理学杂志会发表它,因为它除了在论文最后对“我的朋友和同事贝索的热诚帮助”表示感谢外,完全没有提到任何参考文献。爱因斯坦发表在《物理学年刊》第17卷上另外两篇论文至少还有一两个参考文献,但这篇一个也没有。

如果你是一本很有声望的物理学刊的编委,收到了一篇无论在风格还是形式上都与正统不同的论文,其标题与文中所讨论的绝大部分内容没什么关系,没有任何文献引文,而且宣称某些公认的看法是“多余的”。你还敢发表这种不合“学术规范”的论文吗?

这篇著名的论文的前半部分主要讨论被人们认为理所当然的某些物理概念的性质。它只讨论一个可用洛伦兹的电磁理论恰当地加以解释的实验,一个甚至不被认为是非常重要的实验。论文作者大胆宣称:电磁理论的核心本身:“发光的以太”将是“多余的。”

即使在1905年的读者看来,这篇论文也有点反其道而行之的味道。文章结束处得出了某些关于电子的结论,而在当时讨论电子的论文中,结论通常是置于文章之首的。

它的开场白是完全让人意料不到的:“大家知道,麦克斯韦电动力学——像现在通常为人们所理解的那样——应用到运动的物体上时,就要引起一些不对称,而这种不对称似乎不是现象所固有的。”

这与光量子论文的开场白惊人地相似。在那篇文章里,爱因斯坦谈到了电磁理论在辐射的连续性(波)及其不连续性(粒子)之间所存在的“巨大的形式上的差别。”在两种情况下,他都指出了某些事情是人为的,多余的,因而也是不美的。

这种大胆的结论能被接受,与当时杂志的编辑方针有很大的关系。

《物理学年刊》的编辑方针与现在不同,让这几篇划时代的文献得以传世。当时的做法是这样的:任何一位作者首次提交的稿件,将由杂志编辑或由编委会中的某位成员仔细进行审查,合格之后才能发表。但随后提交的论文在发表时就无需再找人提意见。由于爱因斯坦在此之前已在《物理学年刊》上发表了五篇论文,他的论文在收到之后就应发表。他以前发表的论文在编辑看来实在是太好了,以致于邀请他为他们的书评期刊写文章。这与我国目前大部分报刊的做法颇有点相似。

应该指出,1905年并没有耗尽爱因斯坦的创造性的产出。他在1909年离开专利局后,并没有停止他的创造性活动,但再也不会出现1905年式的集爆发了。

约翰·施塔赫尔主编,范岱年、许良英译:《爱因斯坦奇迹年——改变物理学面貌的五篇论文》,上海科技教育出版社,200111月版。定价13.90元。

 

本文的主要思想来源于Arthur I. Miller教授的Einstein, Picasso -- Space, Time, and the Beauty that causes Havoc一书第六章、第七章(第179-235页)。此文后被改标题为《爱因斯坦的“奇迹年”是如何产生的?》,发表于2002426日《中华读书报》。

 

 


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