评爱因斯坦的科学观.docx

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评爱因斯坦的科学观

评爱因斯坦的科学观

提要：

本文就爱因斯坦的科学观进行了简要的分析和评论。

作者指出，爱因斯坦把科学视为认识过程和认识结果的统一体，他既反对纯粹经验主义的科学观，又反对唯理主义的科学观，而且认为科学的伟大目的在于从尽可能少的公理和事实出发，通过逻辑演绎，概括尽可能多的经验事实。

爱因斯坦关于科学的主观性和客观性问题、科学的逻辑的统—问题的思想也是耐人寻味的。

两种科学理论（构造性理论和原理理论）的划分、原理理论的结构以及科学体系的层次性的观点，也是爱因斯坦科学观的富有启发性的观点。

另外，爱因斯坦关于科学危机与革命的思想，关于科学的物质作用和精神作用对人类事务和历史进程的巨大影响的思想，也是比较深刻的。

爱因斯坦是20世纪最伟大的科学革新家，他不仅以其卓著的科学贡献改变了人类的物质生活，而且也以其天才的思想丰富了人们的精神世界。

爱因斯坦在从事科学研究的同时，也对科学本身进行了深刻的哲学反思，针对科学及其与之有关的问题发表了许多精辟的见解。

本文仅就爱因斯坦的科学观作一简要的评论。

1）科学：

它的目的和本性

什么是科学（这里主要是指自然科学）?

长期以来，这一直是一个众说纷纭的问题。

有人认为科学是人类认识活动的结果，是关于自然界的有条理的知识。

有人则认为科学是人类认识活动的过程，科学是创造知识而不是知识本身，它意味着一个过程，而不是一堆静态的学说。

也有人认为无需给科学下—个严格的定义，因为过于刻板的定义有使精神实质被阉割的危险。

然而，在爱因斯坦看来，要人们对什么是科学得出一致的理解，实际上并不困难。

他认为：

“科学就是一种历史悠久的努力，力图用系统的思维，把这个世界中可感知的现象尽可能彻底地联系起来。

说得大胆一点，它是这样一种企图：

要通过构思过程，后验（posterior）地来重建存在。

”他还认为：

“科学并不就是一些定律的汇集，也不是许多各不相关的事实的目录。

它是人类头脑用其自由发明出来的观念和概念所作的创造。

”他甚至直截了当地把科学定义为“寻求我们感觉经验之间规律性关系的有条理的思想”（[1]，p．253）。

显而易见，爱因斯坦关于科学的概念是指认识过程和认识结果的统一体，而没有偏执于一端。

而且，他既反对把科学视为对事实材料进行归纳、整理的纯粹经验主义之科学观，也反对把数学知识视为一切知识的原型，从而要想使理性成为关于世界，至少是关于世界中基本事物的知识的源泉之唯理主义的科学观。

他在对立的两极保持了必要的张力，这种看法显然是合理的。

爱因斯坦进而谈到科学的目的或企图。

他说：

“科学的目的，一方面是尽可能完备地理解全部感觉经验之间的关系，另一方面是通过最少个数的原始概念和原始关系的使用来达到这个目的。

（在世界图像中尽可能地寻求逻辑的统一，即逻辑元素最少。

）”（[2]，p．344）（请读者注意：

这里的“原始概念和原始关系”是指“基本概念和基本关系”）他还说过：

“科学是这样一种企图，它要把我们杂乱无章的感觉经验同一种逻辑上贯彻一致的思想体系对应起来。

在这种体系中，单个经验同理论结构的相互关系，必须使所得到的对应是唯一的，并且是令人信服的。

”（[2]，p．384）爱因斯坦关于科学的目的之观点，同样在经验论和唯理论之间保持了恰当的平衡，因为这种观点既强调科学的目的在于使我们的经验相互协调，又强调必须把经验纳入到一个逻辑体系之中。

而且，这种观点也与他的所谓科学的定义相一致，也与他的下述一贯思想相吻合：

科学起始于经验而又终结于经验，但又不能堆积经验，因为经验不能把科学提高到最抽象的领域中去。

因此，科学家的伟大目标在于，要从尽可能少的公理或假设出发，通过逻辑的演绎，概括尽可能多的经验事实。

关于科学的本性，爱因斯坦的两个看法值得在这里加以评述。

其一是科学的客观性和主观性问题，其二是与此有关的科学的逻辑的统一问题。

对于第一个问题，爱因斯坦有一段原则性的论述：

“科学作为一种现存的和完成的东西，是人们所知道的最客观的，同人无关的东西。

但是，科学作为一种尚在制定中的东西，作为一种被追求的目的，却同人类其他一切事业一样，是主观的，受心理状态制约的。

”（[2]，p．298）因此，当一个人在讲科学问题时，“我”这个渺小的字眼在他的解释中应当没有地位。

但是，当他讲科学的目的或目标时，他就应该允许讲到他自己。

因为一个人所经验到的没有比他自己的目标和愿望更直接的了。

爱因斯坦承认科学的客观性，这就断然与科学主观主义划清了界限。

在科学主观主义看来，科学理论并不反映客观世界及其规律，它既不需要经验为其泉源，也不需要经受实践的检验，科学研究纯粹是科学家的智力游戏，科学理论纯粹是科学家自由意志的产物。

更重要的是，爱因斯坦同时也强调了科学的主观性，这就断然与科学客观主义划清了界限。

科学客观主义只承认科学的客观性，而否定科学的主观性，它把科学家这个认识主体仅仅视为“传感器”和“平面镜”，完全剥夺了活生生的科学家的能动作用。

与此针锋相对，爱因斯坦在彭加勒的约定主义思想的影响下，大胆地提出了基本概念和基本原理是“思维的自由创造”和“理智的自由发明”，是“自由选择的约定”等著名命题。

他多次指出，感觉经验是既定的素材，但是要说明感觉经验的理论却是人造的，而对同一经验材料的复合，完全可以用不同的概念和理论来描述。

由此可知，科学理论根本不是客观世界的“摄影”和“映象”，而是以客观世界为题材构思描绘的图画。

这样一来，科学理论就是一个极其艰辛的适应过程的产物：

假设性的，永远不会是完全最后定论的，始终要遭到质问和怀疑。

爱因斯坦关于科学主观性的观点，肯定了科学家在科学研究中应该享有更多的自由，它体现了20世纪科学的方法论原则和进取精神，反映了现代科学的精神气质和发展潮流。

科学的客观性和主观性问题，实际上也就是科学的共性和个性问题。

科学的共性主要体现在科学的根本内容或最终结果上，而科学的个性则主要体现在科学的外观形式或追求过程中。

面对同样的反常问题，洛伦兹和彭加勒在以太的基础上，通过构造性的努力构筑电子论，而爱因斯坦则从力学和电动力学的不协调入手，以经验事实为引导，把两个猜想大胆提升为公设，以此为基础建立了狭义相对论的逻辑体系。

从根本内容上看，二者都能说明经验事实，但从形式上看，前者是构造性理论，而后者却是原理理论。

但是，它们都体现了科学的主观性和创造它们的科学家的个性。

比较一下薛定谔的波动力学和海森伯的矩阵力学及其创立过程，我们也可以看到类似的情况。

科学的主观性集中表现在科学家制定科学理论时所追求的目的之中。

对于爱因斯坦来说，十分强有力地吸引他的特殊目标，是物理学的逻辑的统一。

从爱因斯坦在《物理学年鉴》发表笫一篇科学论文《毛细管现象所得的推论》到晚年潜心于构筑统一场论，他的科学研究工作无一不体现了对逻辑统一性的追求。

毛细管论文是为了追求分子引力同牛顿超距引力的统一；光量子论文是为了追求光的微粒说和波动说的统一；对于力学和电动力学关于运动相对性的统一的探求涎生了狭义相对论，它进而导致了电场和磁场、质量和能量、时间和空间的统一；后来，由于力求理解惯性和引力的性质而产生了广义相对论，像狭义相对论一样，它也避免了那些在表述基本定律的过程中由于使用了特殊坐标系而隐蔽着暗含的公理，至于统一场论，则是他追求更高一级的逻辑统一性的努力。

对爱因斯坦来说，逻辑的统一实际上是逻辑的简单性，而简单性即是美，所以对逻辑的统一的追求也就是对科学美的追求。

难怪爱因斯坦在完成毛细管论文后，在给格罗斯曼的信（1901年4月）中深有体会地说：

“从那些看来同直接可见的真理十分不同的各种复杂的现象中认识到它们的统一性，那是一种壮丽的感觉。

”（[1]，pp．347~348）

爱因斯坦深信我们世界的内在和谐和统一，深信我们的理论思维能够把握这种实在。

他的这种信念并不是毫无根据的，而是为科学发展的历史所证明了的。

当然，在科学的发展中也存在着分化现象，但这不过是统一的前奏和必要准备而已。

正如彭加勒所说，这种分化现象不会“消灭这普遍的统一”，“它们反而将完成这种统一”

2）科学理论的结构

关于这个论题，爱因斯坦有三个观点值得我们重视：

一是两种理论（构造性理论和原理理论）的划分，二是原理理论的结构，三是科学体系的层次性。

爱因斯坦把物理学理论分成两种不同的类型。

他认为其中大多数是构造性的（constructive）。

这种理论“企图从比较简单的形式体系（formalscheme）出发，并以此为材料，对比较复杂的现象构造出一幅图像。

”（[2]，p.109）例如，气体分子运动论就是这样力图把机械的，热的和扩散的过程都归结为分子运动，即用分子运动假设来构造这些过程。

当人们说他们已经成功地了解了一群自然过程，其意是指概括这些过程的构造性的理论已经建立起来了。

构造性理论的优点是完备，有适应性和明确。

但是，物理学还有第二类理论，这就是所谓“原理理论”（principle-theory）。

它们使用的是分析方法（在爱因斯坦那里具体化为探索性的演绎法），而不是综合方法。

形成这种理论的“基础和出发点的元素，不是用假设构造出来的，而是在经验中发现到的（当时，爱因斯坦的思想还不够彻底，后来他认为，作为理论的基础和出发点的元素不是从经验中推导出来的，而是“思维的自由创造”），它们是自然过程的普遍特征，即原理，这些原理给出了各个过程或者它们的理论表述所必须满足的数学形式的判据”。

（[2]，p．110）例如，热力学就是这样力图用分析方法，从永动机不可能这一经验到的事实出发，推导出一些为各个事件都必须满足的必然条件。

原理理论的优点是逻辑上完整和基础巩固。

相对论就属于原理理论，“这个理论主要吸引人的地方在于逻辑上的完整性。

从它推出的许多结论中，只要有一个被证明是错误的，它就必须被抛弃，要对它进行修改而不摧毁其整个结构，那似乎是不可能的。

”（[2]，p.113）

爱因斯坦充分肯定了构造性理论的地位，但是他还是偏爱原理理论，因为这种理论代表了20世纪精密科学的理论发展的趋势。

在世纪之交，物理学大师洛伦兹和彭加勒力图以以太假设为基础，用构造性的努力构筑电子论。

他们的理论固然富丽堂皇，但毕竟只是经典物理学的最后建筑物，由于不适应科学发展的总趋势，还是被人们遗忘了，仅有历史的价值。

当时，爱因斯坦通过艰苦的摸索，看到仅靠个别的经验事实进行归纳，是建立不了什么崭新的理论的，因为实验家的物理经验不能把他提高到最抽象的领域中去。

因此，他在普朗克的首创性工作以后不久，渐渐地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。

他确信，只有大胆地采用他后来称之为探索性的演绎法这一科学方法，才能得到可靠的结果。

关于原理理论的结构，爱因斯坦指出它是“由概念、被认为对这些概念是有效的基本定律，以及用逻辑推理得到的结论这三者所构成的。

”（[2]，p．313）爱因斯坦同时又把基本定律称之为基本公理、基本假设、基本公设、基本原理、基本关系等，他有时也把基本概念和基本原理统称为基本观念或科学观念，并把它们看作是科学理论的逻辑前提或基础。

因此，原理理论的体系实际上是由两部分组成：

作为其逻辑前提的基本概念和基本原理以及由此导出的具体结论（命题）。

在爱因斯坦看来，通向基本概念和基本原理并没有逻辑的道路，它们不能从经验事实归纳得到，而只能依靠“思维的自由创造”、“理智的自由发明”、“白由选择的约定”去直觉地领悟，即“通过那种以对经验的共鸣的理解为依据的直觉”去发明。

当然，从基本概念和基本原理到具体命题的通道是逻辑的。

对这种理论的评价是双标准的：

“外部的确认”（理论不应当同经验事实相矛盾）和“内在的完美”（逻辑前提的“自然性”或“逻辑的简单性”）。

这二者缺一不可，特别是当基本概念和基本原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义也变得愈来愈困难和更费时日的时候，“内在的完美”这种论证方法对于理论的选择就一定会起更大的作用。

至于这种原理理论所具有的真理性问题，爱因斯坦有一段原则性的论述：

“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。

”（[2]，p.6）这种对于“正确”和“真理性”的理解是深中肯綮的。

按照“内在的完美”标准衡量，逻辑前提愈简单、数目愈少的理论是比较优越的理论。

因此，对于逻辑简单性或统一性的追求，也就成为科学的一个始终不渝的目标。

在这一追求的过程中，便形成了不同层次的科学体系。

爱因斯坦认为，在这个体系中，“第一层”的原始概念和原始关系，作为逻逻辑的导出概念和导出关系而保留下来。

这个新的“第二级体系”，由于具有自己的基本概念（第二层的概念），而有了较高的逻辑统一性，但这是以那些基本概念不再同感觉经验的复合有直接联系为代价的。

对逻辑统一性的进一步的追求，使我们达到了第三级体系，为了推演出第二层的（因此也是间接地推出笫一层的）概念和关系，这个体系的概念和关系数目还要少。

这种过程如此继续下去，一直到我们得到了这样一个体系：

它是有可想象的最大的统一性和最少的逻辑基础概念，而这个体系同那些由我们的感官所作的观察仍然是相容的。

爱因斯坦指出，这个最伟大的目标在很大程度上确实是能够达到的。

事实上，从牛顿力学，到狭义相对论，再到广义相对论，不就是这样的进化过程吗?

在这种意义上，科学体系的层次，实质上相当于为统一性和简单性而斗争的发展过程中所取得的进步的几个阶段。

3）科学的进步会引起它的基础的深刻变革

爱因斯坦看到，科学的进步会引起它的基础的深刻变革。

他说，这里的基础这个词，并不意味同建筑的基础在所有方面有什么雷同之处。

从逻辑上看，各条物理定律当然都是建立在这种基础上面的。

建筑物会被大风暴或者洪水严重毁坏，然而它的基础却仍安然无恙，但是在科学中，逻辑的基础受到的来自新经验或新知识的危险，总要比那些同实验有较密切接触的分科来得大。

基础同所有各个部分相联系，这是它的巨大意义之所在，但是在面临任何新因素时，这也正是它的最大危险。

科学的基础之所以发生变革，其一是因为随着科学的发展，这个基础抵抗不住新的实验数据的冲击，实验事实与科学体系的不可调和的矛盾只能通过彻底变革科学的基础才能消除。

另一方面，人们为了以逻辑上最完善的方式来正确地处理所知觉到的事实，即追求逻辑前提的统一性和简单性，以消除各种理论体系之间的内在矛盾。

这两种矛盾的对立统一，正是科学自己运动和生命力的内在脉搏，正是科学的基础发生深刻变革的强大动力。

科学基础发生深刻变革的表现形式是科学的危机与革命。

爱因斯坦向来反对归纳主义的科学发展观，他认为科学的最初和最基本的步骤总是带有革命性的。

科学上的重大进步几乎都是由于旧理论遇到危机，在实在与我们的理解之间发生剧烈冲突时诞生的。

只是在这种冲突激化之前，当科学沿着已经开辟的思想路线继续发展的时候，它才具有进化性。

在爱因斯坦看来，麦克斯韦的电磁场理论是革命性的，世纪之交的物理学面临的也是危机与革命的形势。

爱因斯坦关于科学基础变革的“危机-革命”观可能溯源于彭加勒，而他关于科学发展的“进化-革命”图像后来却在库恩的著作中得到了系统的发展。

爱因斯坦一方面看到科学的基础和理论并不是一成不变的，另一方面也看到变革中存在着继承关系。

他在1927年写道：

“我们关于自然过程的观念的全部进展，它可以认为是牛顿思想的一种有系统的发展。

”（[2]，p.228）他甚至认为，相对论的创建并没有革命行动，而不过是一条可回溯几世纪的路线的自然继续。

他在“自述”中批判牛顿力学基础的同时，依然满怀深情地科学地肯定了牛顿的历史功绩。

（[2]，pp．14~15）爱因斯坦这种历史地看问题的观点是可取的。

也许正是在这样的意义上，美国科学史家霍耳顿发表了一种看法：

“所谓科学‘革命’，归根结底就是回到古典的纯一性的一种努力。

”

4）科学对人类事务的影响

爱因斯坦认为，科学对人类事务和历史进程都能发挥巨大的影响，这表现在科学的物质作用和它对人们思想的作用。

也就是说，科学的第一种影响方式是它直接地、并且在更大程度上间接地生产出完全改变了人类生活的工具；第二种方式是教育性质的——它作用于心灵，乍看起来这种方式好像不大明显，但至少同第一种方式一样锐利。

（[1]，p.135）

第一种方式是众所周知的。

科学最突出的实际效果在于它使丰富生活的东西的发明成为可能，从而把人们从极端繁重的体力劳动中解放出来，解放了社会生产力，改善并丰富了人们的生活。

爱因斯坦指出，科学的不朽的荣誉，在于对人类心灵的作用，它克服了人们在自己面前和自然界面前的不安全感，而在科学出现之前，人们则十分害怕超自然的和专横的力量。

科学研究能破除迷信，因为它鼓励人们根据因果关系来思考和观察事物。

科学研究中创造性的或者是领悟性的脚力劳动可以提高人们的精神境界。

科学能在逻辑联系方面为道德问题提供一定的规范，并在怎样实现道德所企求的目标这个问题上提供一些方法。

但是，爱因斯坦并没有陶醉于科学的胜利进军中，他在看到科学使我们有可能生活得比以前无论那一代人都要自由和美好的同时，也清醒地意识到，高度发展的科学和技术这份最宝贵的礼物，也使人类面临着十分严重的问题和从未有过的巨大危险，人类的继续生存有赖于这些问题的解决。

这主要表现在以下几个方面。

其一是机械化的生产手段在无组织的经济制度中已产生这样的结果：

相当大一部分人对于商品生产不再是必需的，因而被排除在经济循环过程之外。

其直接后果是购买力降低，劳动力因剧烈竞争而贬值，这就引起了周期越来越短的商品生产严重瘫痪的危机。

其二是科学并没有使人们从必须完成的单调的劳动中得到多大程度的解放，反而使人成为机器的奴隶。

人们绝大部分一天到晚厌倦地工作着，他们在劳动中毫无乐趣，而且经常提心吊胆，唯恐失去他们一点点可怜的收入。

（这是爱因斯坦当时在他所在的国家看到的情况。

）

其三是科学技术使距离缩短了，并且创造出新的非常有效的破坏工具，这种工具掌握在要求无限制行动自由的国家的手里，就变成了对人类安全和生存的威胁。

其四是通讯工具——印刷文字的复制过程和无线电——同现代化武器结合在一起时，已有可能使肉体和灵魂都置于中央政权的束缚之下——这是人类危险的又一个来源。

爱因斯坦认识到，怎样利用科学这种强有力的工具，究竟是给人带来幸福还是带来灾难，完全取决于人自己，而不是取决于工具。

他要求人们在埋头于图表和方程时，千万不要忘记：

“如果你们想使你们一生的工作有益于人类，那么，你们只懂得应用科学本身是不够的。

关心人的本身，应当始终成为一切技术上奋斗的目标关心怎样组织人的劳动和产品分配这样一些尚未解决的重大问题，用以保证我们科学思想的成果会造福于人类，而不致成为祸害。

”（[1]，p．73）爱因斯坦是这样说的，也是这样做的，他为使科学造福于人类而奔走呼号，他是一个有高度社会责任感的正直的人，是一个伟大的人道主义者。

今天，随着科学技术的发展，社会的进步以及民主与和平力量的增长，爱因斯坦当年的部分忧虑已逐渐消除。

但是，也应该看到，当今的科学技术不断使毁灭人类的手段升级，全球性的环境污染还在继续。

要消除这些并非科学本身的恶果，既需要科学的进一步发展，更需要全人类的真诚谅解与合作。

爱因斯坦还就科学理论的评价、科学探索的动机等问题，发表了许多富有启发性的见解，鉴于有关论题作者已有专文论述，此处不拟赘述了。

参《爱因斯坦文集》第三卷，许良英等编译，北京：

商务印书馆，1979年第1版，第181页。

《爱因斯坦文集》第一卷，许良英等编译，北京：

商务印书馆，1976年第1版，第377页。

H．Poincaré，TheFoundationsofScience，1913，p．152．

G．Holton，ThematicOriginsofScientificThought，1974，p．170．

李醒民：

科学理论的评价标准，北京：

《哲学研究》，1985年第6期。

李醒民：

科学探索的动机”，北京：

《北京科技报》，1985年12月25日第3版。