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2006年4月第十四期文章精选  
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相对论与爱因斯坦的科学精神和人文思想
2009-11-10 00:00  

相对论与爱因斯坦的科学精神和人文思想


张 运 松

1686年4月,牛顿发表了他的论文集《自然哲学的数学原理》,对哥白尼、开普勒和伽利略等人的天文物理学的研究进行了数学的运算,创立了统一的基本的力学体系——经典力学。从此,自然科学开始从自然哲学中独立出来,整个17、18世纪的自然科学就像一个刚开工的工地,“到处堆着沙子、水泥和砖”。到了19世纪末,物理学是自然科学中发展得最完善的科学,物理学家们都相信“物理学是一门完成了的科学”,后人想要取得突破已经是不可能的了。但是,在1887年,迈克尔森和莫雷在“以太漂移”实验中(他们认为,“以太”是宇宙空间中万有引力和光、电、磁的传播介质),使光朝着不同的方向前进,不管仪器如何转动,他们都会得到同样的光速。这与电磁理论中光速不变的假设不符(在电磁理论中,光速是不变的,如果“以太”相对于太阳来说是静止的,那么,地球相对于“以太”的运动的不同方向将会得到不同的光速)。这就意味着经典物理学开始遇到了内在的矛盾:他们或者要放弃“以太学”,或者要放弃“地动说”。为了解决这一问题,费兹杰和洛仑兹从坚持“以太说”和“地动说”相统一的角度,提出了相对于“以太”运动的物体在运动方向上的尺寸会缩短,相对于“以太”运动的时钟会变慢的假说,即后人所称的洛仑兹变换。事实上,在洛仑兹理论中,“以太”除了作为电磁场的负载外已没有实际的意义,但是,他们为了维护物理学形式上的统一,没有从牛顿的绝对时空观中解放出来,最终与相对论失之交臂。1905年6月,为了解决这一经典物理学的危机问题,为了破除科学上“教条式的顽固”,爱因斯坦“只用了大学本科生就能看懂的数学工具”,完成了题为《论运动媒质的电动力学》的论文,标志着狭义相对论的诞生。他找到了解决危机的钥匙:“以太”的假设是多余的!狭义相对论简洁地放弃了“以太说”,表现了爱因斯坦那种自觉的为了破除科学上“教条式的顽固”的科学“创新意识”。

为了解决狭义相对论的适应问题,他对自己的成就进行严肃的思考和求证。1907年,爱因斯坦发表了《关于相对性原理和由此得出的结论》的长篇文章,以惯性质量与引力质量成正比为依据第一次提出了等效原理。这时,新的问题产生了:因为有万有引力,一旦物体作加速运动改变有重物体的空间分布,整个空间的引力场也会随之改变,结果会是怎样的呢?他还要继续思考下去。1916年,爱因斯坦完成了总结性的长篇论文《广义相对论的基础》,标志着广义相对论的诞生,表现了“一个诚实的人的批判精神” 和科学信念——他像回答“以太”问题时一样回答:万有引力不是真正的力,而是时空弯曲的表现;质点在引力作用下的运动,如地球上的自由落体、行星围绕太阳的运动等都是弯曲时空中的自由运动——惯性运动。行星在弯曲时空中的运行轨迹就不再是平面运动中的直线,而是短程线。爱因斯坦的相对论的创立第一次告诉人们将经验的堆积和哲学思辩结合起来去认识世界的意义:“物理学不是事件,而只是观察。相对论是对世界的理解,不是作为事件,而是作为相互关系的理解。” 因而,“哲学认识论如果不同科学接触,就会成为空架子,反过来科学要是没有认识论——只要这真是可以设想的——就是原始混乱的东西”。如果我们的视觉只限于看到的世界而停留在经验感觉世界之上,世界就不会得到正确的理解;对于自然过程本身的理解,不能只满足于现象的罗列和经验的堆积,“只有大胆的思辩而不是经验的堆积才能使我们进步”。

爱因斯坦是一个和平主义者,他不仅热爱自己的祖国,而且在“一战”其间不断为自己的祖国和世界各国摆脱战争而奔走呼号。在战后,他因和平主义的思想受到排挤和迫害,被迫成了第一个离开德国的科学家。爱因斯坦又是一个喜欢哲学思考的人,从他内心来说,他始终怀有对“上帝”的虔诚,当然,他对“上帝”的虔诚不是对于“同人类的命运和行为有牵累的上帝”,而是“斯宾诺莎的那个在存在事物的有秩序的和谐中显示出来的上帝”。每当他在谈到自然的时候,总是爱说:“上帝并不是一个恶人”。二战爆发后,他从友人玻尔那里得到一个德国的科学家正在进行轰击92号铀元素的确切消息。德国已经领先了,事情正朝着“上帝”的愿望的相反的方向发展着(按照E=MC2的公式计算,每个铀元素分裂的时候能发出两亿电子伏特的能量),不知希特勒要给人类制造出多达的灾难呢?当逃到美国的奥地利犹太人西拉德劝说爱因斯坦给美国罗斯福总统写信,建议加紧研究和制造原子弹的时候,爱因斯坦明白这对于战争的双方究竟意味着什么。他因此告诫西拉德不要“过分聪明”了,大自然把原子能禁锢着,我们没有权利把它释放出来杀人:善用科学是科学家的良心。战后,为了人类免于原子弹的祸害,爱因斯坦用他的实际行动参与了反战运动。他在有生之年利用一切机会向社会呼吁和平,向世界人民说明核战争对于人类生存的威胁。在生命最后一段时刻,他和著名的哲学家罗素一起发表了《罗素·爱因斯坦宣言》,向全世界人民提出了一个严峻而有可怕的命题:我们要结束人类生命呢,还是人类要结束战争?

爱因斯坦的一生是一个不断追求真理、埋头探索宇宙奥秘、致力科学研究的一生。他留下的科学遗产和他的人格力量将永远激励着后人去“找出那实际上是短暂而有风险的人生的意义”。爱因斯坦以他身上那种自觉的科学“创新意识”和顽强的科学信念对于后人来说具有现实的思想启示:对于传统的科学理论(包括社会科学理论),我们除了学习和研究并从中取得成果之外,必须要有一种科学“创新意识”和自我批判精神,而不能是习惯于“论证思维”将自己的研究工作只放在故纸堆里面穷经皓首。对于人类来说,科学研究的本性是理论的创新,即新理论对于旧理论的扬弃,无论是在人文社科领域还是在自然科学领域,科学研究的成果应该有新质的不同于旧理论的内容,为人类社会理论超越于自己生活经验起预见、导向和规范的作用。爱因斯坦又有一个科学家的社会情怀,在他看来,科学家对政治问题(在较广泛的意义上来说就是人类事务)不应默不作声:要是乔尔达诺、布鲁诺、斯宾诺莎、伏尔泰和洪堡都是对政治问题默不作声,那么我们的处境会怎样呢?!


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