闡述狹義相對論基本原理
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闡述狹義相對論基本原理范文第1篇
一、理論物理學的重要方法
探索性的演繹法是理論物理學的重要方法。在愛因斯坦看來，理論物理學的完整體系是由概念，被認為對這些概念是有效的基本原理(亦稱基本假設、基本公設、基本定律等)，以及用邏輯推理得到的結論這三者所構成的。因此，理論物理學家所運用的方法，就在于應用那些作為基礎的基本原理，從而導出結論;于是，他的工作可分為兩部分：他首先必須發現原理，然后從這些原理推導出結論。對于其中第二步工作，他在學生時代已得到很好的訓練和準備。因此，如果在某一領域中或者某一組相互聯系的現象中，他的第一個問題已經得到解決，他就一定能夠成功。可是第一步工作，即建立一些可用來作為演繹的出發點的原理，卻具有完全不同的性質。這里并沒有可以學習的和可以系統地用來達到的的方法。科學家必須在龐雜的經驗事實中間抓住某些可精密公式來表示的普遍特征，由此探求自然界的普遍原理。
愛因斯坦指出，一旦找到了作為邏輯推理前提的基本理，那么通過邏輯演繹，推理就一個接著一個地涌現出來它們往往顯示出一些預料不到的關系，遠遠超出這些原理依據的實在的范圍。但是，只要這些用來作為演繹出發點原理尚未得出，個別經驗事實對理論家是毫無用處的。實際上，單靠一些從經驗中抽象出來的孤立的普遍定律，他甚至么也做不出來。在他沒有揭示出那些能作為演繹推理基礎原理之前，他在經驗研究的個別結果面前總是無能為力。
愛因斯坦把物理學理論分為兩種不同的類型，其中之一是“原理理論”。建立這種理論使用的是分析方法，而不綜合方法。形成它們的基礎和出發點的元素，不是用假設造出來的，而是在經驗中發現到的，它們是自然過程的普遍特征，即原理。這些原理給出了各個過程或者它們的理論表述所必須滿足的數學形式的判據。熱力學就是這樣力圖用分析的方法，從永動機不可能這一普遍經驗得到的事實出發，推導出一些為各個事件都必須滿足的必然條件。用探索的演繹法建立起來的相對論，就屬于“原理理論”。但是物理學理論大多數是構造性的。它們企圖從比較簡單的式體系出發，并以此為材料，對比較復雜的現象構造出一幅圖像。氣體分子運動論就是這樣力圖把機械的、熱的和擴散的過程都歸結為分子運動——即用分子假設來構造這些過程。當我們說，我們已經成功地了解一群自然過程，我們的思想必然是指，概括這些過程的構造性的理論已經建立起來了。愛因斯坦認為，構造性理論的優點是完備，有適應性和明確，原理理論的優點則是邏輯上完整和基礎鞏固。([1]，pp．109～110)
相對論就是愛因斯坦自覺地運用探索性演繹法的杰作。它不僅以其革命性的新觀念和卓有成效的理論結果為人津津樂道，而且它所體現出的科學方法的新穎、精湛以及理論的邏輯結構的嚴謹，也令人嘆為觀止。愛因斯坦在創立狹義相對論(1905)時，他依據的僅僅是光行差現象和斐索實驗這兩個并不充分的實驗材料，著名的二階以太漂移實驗即邁克耳孫-莫雷實驗，對他并沒有直接影響。他主要通過對16歲時想到的“追光”思想實驗的沉思，對經典力學和經典電動力學基礎的深入考察，發揮了思維的自由創造，提出了兩個基本假設——相對性原理和光速不變原理(美國著名科學史家霍耳頓認為，在狹義相對論中，除了被提高為公設的兩個基本原理外，愛因斯坦還作了另外四個假定：一是關于空間的各向同性和均勻性，另外三個是定義鐘的同步的三個邏輯性質
。霍耳頓的學生米勒后來指出，另外的四個假定也是兩個基本原理的必然結果，他們不是獨立的假設。參見文獻[3]，p．196)。然后，他以此為邏輯前提，接二連三地推導出了關于運動學和電動力學的結論，著名的質能關系式是他先前根本沒有料想到的，這些結論大大超出了兩個原理所依據的實在的范圍。廣義相對論(1915)的建立也是這樣。作為廣義相對論的兩個基本原理，即廣義相對性原理和等效原理，前者是愛因斯坦基于把相對性原理貫徹到底的信念（從慣性系推廣到加速系)提出的，后者是依據厄缶實驗(慣性質量等于引力質量)和升降機思想實驗提出的。
在1905年，由于愛因斯坦采用了探索性的演繹法，從而使他能夠高屋建瓴、勢如破竹，一舉砍斷了哥爾提阿斯死結(哥爾提阿斯是古代夫利基阿國王，相傳他曾把自己的車乘的轅與軛用繩結系住，死得無法解開，聲言能解開此死結者，得以結治亞細亞。這個死結后來被亞歷山大大帝用劍砍斷)，開拓了一個奇妙的新世界。那些惱人的以太漂移實驗，那些使人迷惑不解的單極電機電動勢的“位置”問題，在愛因斯坦的理論體系中已根本不成其為問題。但是，同時代的博大精深的科學大師，諸如洛倫茲、彭加勒，卻熱衷于同邁克耳孫-莫雷實驗等以太漂移實驗打交道，迷戀于做出種種構造性假設，建立他們的構造性理論——電子論和電子動力學。例如，洛倫茲1904年的著名論文盡管聲稱是以“基本假設”而不是以“特殊假設”為基礎的論文，但事實上卻包含有11個假設：假設有靜止以太，假設靜止電子是球形的，假設電子的電荷分布是均勻的，假設電子的全部質量都是電磁質量，假設運動電子收縮，假設電子之間的作用力與分子力相同等等。洛倫茲和彭加勒雖說走到了狹義相對論的大門口，但他們并沒有打開這扇大門，其原因固然是多方面的。從方法論上講，就在于他們運用的是傳統的經驗歸納法，而沒有采用探索性的演繹法。在當時的科學發展的形勢下，僅靠個別的經驗事實進行歸納，是建立不起什么嶄新的理論的。洛倫茲、彭加勒的電子論和電子動力學固然富麗堂皇，但畢竟只是經典物理學的最后的建筑物。它們雖然包羅萬象，可是由于不適應科學發展的總趨勢，最終還是被人們遺忘了，僅有歷史的價值。
二、采用探索性的演繹法是科學發展的必然趨勢
從文藝復興到19世紀的經典科學，一般稱為近代科學。在科學史上，這個漫長的時期主要是積累材料和歸納材料的時期。與這一科學發展狀況相適應，產生了經典的科學哲學，它始于弗蘭西斯•培根的歸納主義。培根認為，科學的發展是從個別上升到一般，從經驗歸納出理論。他比喻說，只要及時采摘成熟的葡萄，科學的酒漿就會源源不斷。到19世紀，整個科學一般說來還沒有擺脫這種“原始”狀態，因而經典科學哲學能夠得以通過穆勒之手發展成為更完備的經驗論形態，經驗歸納法依然是正統的科學方法。
在物理學領域，這個時期的最大成就是牛頓力學和麥克斯韋的電動力學。牛頓力學雖則是超越了狹隘經驗論的人類理智的偉大成就，但它又同人們的日常經驗密切相關。力學中的許多概念都比較直觀，可以直接在現實生活中找到某種原型。這種狀況掩蓋了基本概念和基本原理的思辨性質，甚至牛頓本人也深深陷入這一幻覺之中。他一再聲稱他“不作假設”，實際上卻作了許多假設，他要求人們“必須把那些從各種現象中運用一般歸納法導出的命題看作是完全正確的”。19世紀的經典物理學也具有現象論和經驗論的特征：它盡量使用那些接近經驗的概念，因而在很大程度上必須放棄基礎的統一性。熱、電、光都用那些不同于力學量的各個狀態的變數和物質常數來描述，至于要在它們的相互關系以及同時間的相互關系中去決定全部變數的任務，主要只能由經驗來解決。麥克斯韋及其同代人，在這種表示方式中看到了物理學
的終極目的，他們想像這個目的只能純粹歸納地從經驗得出，因為這樣所使用的概念同經驗比較接近。從認識論上看，穆勒和馬赫大概就是根據這個理由來決定他們的立場的。總而言之，這個時期的科學家和科學哲學家大都以為，“理論應當用純粹歸納法的方法來建立，而避免自由地創造性地創造概念;科學的狀況愈原始，研究者要保留這種幻想就愈容易，因為他似乎是個經驗論者。直至19世紀，許多人還相信牛頓的原則——“我不作假設''''——應當是任何健全的自然科學的基礎。”([1]，p．309)
但是，在某些個別的科學部門，已經悄悄地透進了新時代的曙光;尤其是非歐幾何學，它仿佛故意向經驗論示威一樣，以毋庸置辯的方式顯示了理性思維的強大威力和奇妙作用。彭加勒正是在《科學與假設》中通過對非歐幾何學的深入研究以及對經典力學和經典物理學的慎密考察揭示出，科學的基本概念和原理不是經驗的直接歸納，而只能以經驗事實為指導，通過精神的自由活動(其產品即約定)來創造。通過研讀彭加勒的科學哲學著作，尤其是通過創立狹義和廣義相對論的科學實踐，使愛因斯坦清楚地看到，人們可以在完全不同于牛頓的基礎上，以更加令人滿意和更加完備的方式，來考慮范圍更廣泛的經驗事實。但是，完全撇開這種理論還是那種理論優越的問題不談，基本原理的虛構特征卻是完全明顯的，因為我們能夠指出兩條根本不同的原理，而兩者在很大程度上都同經驗相符合。這—點同時又證明，要在邏輯上從經驗推出力學的基本概念和基本假設的任何企圖，都是要失敗的。愛因斯坦還清楚地看到，相對論是說明理論科學在現展的基本特征的一個良好的例子。初始假設變得愈來愈抽象，離經驗愈來愈遠。另一方面，它更接近一切科學的偉大目標，即要從盡可能少的假設或者公理出發，通過邏輯的演繹，概括盡可能多的事實。同時，從公理引向經驗事實或者可證實的結論的思路也就愈來愈長，愈來愈微妙。理論科學家在他探索理論時，就不得不愈來愈聽從純粹數學的、形式的考慮，因為實驗家的物理經驗不能把他提高到最抽象的領域中去。正是科學發展的這種理論化趨勢，使愛因斯坦認識到：“科學一旦從它的原始階段脫胎出來以后，僅僅靠著排列的過程已不能使理論獲得進展。由經驗材料作為引導。研究者寧愿提出一種思想體系，它——般地是在邏輯上從少數幾個所謂公理的基本假定建立起來的。”（[1]，p.115），他進而指出：“適用于科學幼年時代的以歸納為主的方法，正在讓位給探索性的演繹法。”([1]，p.262)
三、愛因斯坦大膽運用探索性的演繹法的直接動因
只是在廣義相對論建立之后，愛因斯坦才把探索性的演繹法作為一個方法論原則從理論上加以論述。可是，早在創立狹義相對論時，他就在研究中大膽運用這一科學方法了，并在思想上對它已有比較深刻的認識。促使愛因斯坦大膽運用探索性的演繹法的直接原因有兩個：其一是赫茲、玻耳茲曼、彭加勒等人的思想影響，其二是當時的物理學現狀使得他不能不那樣做。
在聯邦工業大學期間(1896~1900)，愛因斯坦自學了赫茲、玻耳茲曼等科學大師們的著作。赫茲在他的名著《力學原理》(1894)中試圖重構力學，為此他僅利用空間、時間和質量三個原始概念。赫茲的力學體系建立在通過科學家個人的“內在直覺規律”從經驗引出的公理之上，它能夠導出經驗預言。赫茲認為“內在直覺規律”的功能像“康德意義上的先驗判斷”一樣，并且聲稱他的力學重構是演繹系統，與牛頓的《原理》(全稱《自然哲學的數學原理》)有許多相同的風格。在這個公理體系中，我們可以推演出與我們的觀察記錄相對照的可檢驗的結論，依據該結論與可觀察的世界一致還是不一致，來決定這個體系是否正確。盡管愛因斯坦不贊同赫茲的隱質量概念和“把自然現象追溯到力學的主要定律”
的長遠目標，但是赫茲強調公理描述的威力卻給他留下了深刻的印象。這種公理描述與其說在經驗材料上預言理論結構，倒不如說在公理和直覺上預言理論結構。
愛因斯坦也自學了玻耳茲曼的《力學講義》(1897)。在該書中，玻耳茲曼把力學作為物理學的核心，愛因斯坦當然不會同意這種看法的。但是，玻耳茲曼重構力學的方法的下述特點，一定會強烈地震撼愛因斯坦敏感的心弦：“恰恰是力學原理的不明晰性，在我看來不是同時以假設的智力圖像為起點而得到的，而是從一開始就以與外部經驗相聯系的嘗試而得到的。”([2]，p．127)玻耳茲曼的意思很清楚：力學原理的不明晰，在于經驗歸納，而不在于智力圖像。玻耳茲曼的“智力圖像”概念比赫茲的“外部對象的圖像或符號”更自由，愛因斯坦可能山此注意到，力學的發展已使原理凌駕于經驗材料之上。
彭加勒在《科學與假設》(1902)中對約定主義的論述，對愛因斯坦的探索性的演繹法的形成必定大有裨益，愛因斯坦在“奧林比亞科學院”時期(1902~1904)曾和他的同伴索洛文、哈比希特一起研讀過這本膾炙人口的暢銷名著。彭加勒通過對數理科學的基礎進行了敏銳的、批判性的審查和分析后得出：幾何學的公理既非先驗綜合判斷，亦非經驗事實，它們原來都是約定。物理學盡管比較直接地以經驗為基礎，但它的一些基本原理也具有幾何學公理那樣的約定特征。例如慣性原理，它不是先驗地支配我們的真理，否則希臘學者早就知道它了，它也不是經驗的事實，因為人們從來也不能用不受外力的物體做實驗，因而無法用實驗證實或否證它。經過最終分析，它們化歸為約定或隱蔽的定義。因此，彭加勒得出結論說：在數學及其相關的學科中，“可以看出自由約定的特征”;他進而指出：“約定是我們的精神的自由活動的產品”，“我們在所有可能的約定中進行選擇時，要受實驗事實的引導;但它仍是自由的，只是為了避免一切矛盾起見，才有所限制。”
彭加勒在考察了物理學的理論后認為，物理學有兩類陳述——原理和定律。定律是實驗的概括，它們相對于孤立的系統而言可以近似地被證實，原理是約定而成的公設，它們是十分普遍的、嚴格真實的，超越了實驗所及的范圍。彭加勒還闡述了約定主義的方法論意義。他說，當一個定律被認為由實驗充分證實時，我們可以采取兩種態度。我們可以把這個定律提交討論，于是，它依然要受到持續不斷的修正，毋庸置疑，這將僅僅以證明它是近似的而終結。或者，我們也可以通過選擇這樣一個約定使命題為真，從而把定律提升為原理。在彭加勒看來，經典力學和經典物理學的六大基本原理(邁爾原理即能量守恒原理、卡諾原理即能量退降原理、牛頓原理即作用與反作用原理、相對性原理、拉瓦錫原理即質量守恒原理、最小作用原理)就是這樣形成的。
彭加勒提出約定主義并不是無緣無故的。在近代科學發展的早期，弗蘭西斯•培根提出了經驗歸納的新方法，這種方法對促進近代科學的發展起了巨大的作用，但后來卻助長了狹隘經驗事義的盛行。到19世紀，以惠威爾、穆勒為代表的“全歸納派”和以孔德、斯賓塞為代表的實證主義廣為流行，把經驗和歸納視為唯一可能的認識方法。到19世紀末，第二代的實證主義的代表人物馬赫更是揚言要把一切“形而上學的東西”從科學中“排除掉”。另一方面，康德不滿意經驗論的歸納主義的階梯，他把梯子顛倒過來，不是從經驗上升到理論，而是以先天的“感性直觀的純形式”(時間和空間)和先天的“知性的純粹概念或純粹范疇(因果關系、必然性、可能性等十二個范疇)去組織后天經驗，以構成絕對可靠的“先驗綜合知識”。彭加勒看到，無論是經驗論還是先驗論，都不能圓滿地說明科學理論體系的特征。為了強調在從事實過渡到原理時，科學家應充分有發揮能動性的自由，他于是提出了約定主義。約定主義既要求擺脫狹隘的經驗論，又要求擺脫經驗論，它順應了科學發展的潮流，反映了當時科學界自由創造、大膽假設的要求，在科學和哲學上都有其積極意義。
《科學與假設》一書對愛因斯坦的印象極深，他和同伴們花了好幾個星期緊張地讀完了它。愛因斯坦坦率地承認彭加勒對他的直接影響。他贊同“敏銳的深刻的思想家”彭加勒的約定主義觀點，認為概念和公理是思維的自由創造，是理智的自由發明。他這樣說過：“一切概念，甚至那些最接近經驗韻概念，從邏輯觀點看來，……都是一些自由選擇的約定，……([1]，p．6)
一開始，愛因斯坦也對洛倫茲的電子論（是1895年的論文，而不是1904年的電子論的最終形式）發生過興趣，這是一種構造性的理論。可是不久，他從普朗克的量子論中看到，輻射具有一種分子結構。這是同麥克斯韋理論相矛盾的，而且麥克斯韋理論也不能導致出正確的輻射壓漲落。愛因斯坦在“自述”中談到了他當時的轉變：“早在1900年以后不久，即在普朗克的首創性工作以后不久，這類思考已使我清楚地看到：不論是力學還是熱力學(除非在極限情況下)都不能要求嚴格有效。漸漸地我對那種根據已知事實用構造性的努力去發現真實定律的可能性感到絕望了。我努力得愈久，就愈加絕望，也就愈加確信，只有發現一個普遍的形式原理，才能使我們得到可靠的結果。”([1]，p．23)從此時起，愛因斯坦就斷然決定用探索性的演繹法來解決問題。
四、愛因斯坦的探索性的演繹法的特色
作為科學推理的演繹法，可以說是源遠流長了。早在古希臘時代，著名的哲學家、形式邏輯的創始人亞里士多德就提出了歸納和演繹這兩種邏輯方法，并認為演繹推理的價值高于歸納推理。而古希臘名聲最大的數學家歐幾里得，在《幾何原本》中把幾何學系統化了，這部流傳千古的名著就是邏輯演繹法的典范。牛頓在建立他的力學理論體系時雖然運用了歸納法，但其集大成著作《原理》的敘述方法卻采用的是演繹法。愛因斯坦的探索性的演繹法絕不是這種古老的演繹法的簡單照搬。他根據自己的科學研究實踐，順應當時理論科學發展的潮流，對演繹法作了重大發展，賦予了新的內容。也許是為了強調他的演繹法與傳統的演繹法的不同，他在“演繹法”前面加上了限制性的定語——“探索性的”，這個定語也恰當地表明了他的演繹法的主要特征。與傳統的演繹法相比，愛因斯坦的探索性的演繹法是頗有特色的。這主要表現在以下三個方面。
第一，明確地闡述了科學理論體系的結構，恰當地指明了思維同經驗的聯系問題，充分肯定了約定在建造理論體系時的重要作用。愛因斯坦把科學理論體系分為兩大部分，其一是作為理論的基礎的基本概念和基本原理，其二是由此推導出的具體結論。在愛因斯坦看來，那些不能在邏輯上進一步簡化的基本概念和基本假設，是理論體系的根本部分，是整個理論體系的公理基礎或邏輯前提。它們實際上“都是一些自由選擇的約定”;它們“不能從經驗中抽取出米，而必須自由地發明出來”([1]，pp．6，315)。談到思維同經驗的聯系問題時，愛因斯坦說：直接經驗ε是已知的，A是假設或公理，由它們可以通過邏輯道路推導出各個個別的結論S;S然后可以同ε聯系起來(用實驗驗明)。從心理狀態方面來說，A是以ε為基礎的。但是在A和ε之間不存在任何必然的邏輯聯系，而只有通過非邏輯的方法——“思維的自由創造”(或約定)——才能找到理論體系的基礎A。愛因斯坦明確指出：“物理學構成一種處在不斷進化過程中的思想的邏輯體系。它的基礎可以說是不能用歸納法從經驗中提取出來的。而只能靠自由發明來得到。這種體系的根據(真理內容)在于導出的命題可由感覺經驗來證實，而感覺經驗對這基礎的關系，只能直覺地去領悟。進化是循著不斷增加邏輯基礎簡單性的方向前進的。為了要
進一步接近這個目標，我們必須聽從這樣的事實：邏輯基礎愈來愈遠離經驗事實，而且我們從根本基礎通向那些同感覺經驗相聯系的導出命題的思想路線，也不斷地變得愈來愈艱難、愈來愈漫長了。”([1]，p．372)
第二，大膽地提出了“概念是思維的自由創造”、“范疇是自由的約定”([1]，pp．407，471)的命題，詳細地闡述了從感覺經驗到基本概念和基本原理的非邏輯途徑。愛因斯坦指出，象馬赫和奧斯特瓦爾德這樣的具有勇敢精神和敏銳本能的學者，也因為哲學上的偏見而妨礙他們對事實做出正確的解釋(指他們反對原子論)。這種偏見——至今還沒有滅絕——就在于相信毋須自由的構造概念，事實本身能夠而且應該為我們提供科學知識。這種誤解之所以可能，是因為人們不容易認識到，經過驗證和長期使用而顯得似乎同經驗材料直接相聯系的那些概念，其實都是自由選擇出來的。愛因斯坦認為，物理學家的最高使命就是要得到那些普遍的基本定律，由此世界體系就能用單純的演繹法建立起來。要通向這些定律，并沒有邏輯的道路，只有通過那種以對經驗的共鳴的理解為依據的直覺，才能得到這些定律。”([1]，p，102)
為了從經驗材料中得到基本原理。除了通過“以對經驗的共鳴的理解為依據的直覺”外，愛因斯坦還指出可以通過“假設”、“猜測”、“大膽思辨”、“創造性的想像”、“靈感”、“幻想”、“思維的自由創造”、“理智的自由發明”、“自由選擇的約定”等等。不管方法如何變化，它們都有—個共同點，即基本概念和基本原理只能通過非邏輯的途徑自由創造出來。這樣一來，基本概念和基本原理對于感覺經驗而言在邏輯上是獨立的。愛因斯坦認為二者的關系并不像肉湯同肉的關系，而倒有點像衣帽間牌子上的號碼同大衣的關系。也正由于如此，從感覺經驗得到基本概念和原理就是一項十分艱巨的工作，這也是探索性的演繹法的關鍵一步。因此，愛因斯坦要求人們“對于承擔這種勞動的理論家，不應當吹毛求疵地說他是‘異想天開'''';相反，應當允許他有權去自由發揮他的幻想，因為除此以外就沒有別的道路可以達到目的。他的幻想并不是無聊的白日做夢，而是為求得邏輯上最簡單的可能性及其結論的探索。”([1]，pp.262~263)
關于愛因斯坦所說的“概念是思維的自由創造”和“范疇是自由的約定”，其中的“自由”并非任意之謂，即不是隨心所欲的杜撰.愛因斯坦認為，基本概念和基本原理的選擇自由是一種特殊的自由。它完全不同作家寫小說時的自由，它倒多少有點像一個人在猜一個設計得很巧妙的字謎時的那種自由。他固然可以猜想以無論什么字作為謎底，但是只有一個字才真正完全解決了這個字謎。顯然，愛因斯坦所謂的“自由”，主要是指建立基本概念和基本原理時思維方式的自由、它們的表達方式的自由以及概括程度高低的自由，—般說來，它們包含的客觀實在的內容則不能是任意的。這就是作為反映客觀實在的人類理智結晶的科學之客觀性和主觀性的統一。誠如愛因斯坦所說：“科學作為一種現存的和完成的東西，是人們所知道的最客觀的，同人無關的東西。但是，科學作為一種尚在制定中的東西，作為一種被迫求的目的，卻同人類其他一切事業一樣，是主觀的，受心理狀態制約的。”([1]，p．298)
第三，明確地把“內在的完備”作為評判理論體系的合法性和正確性的標準之一。在愛因斯坦看來，探索性的演繹法就是在實驗事實的引導下，通過思維的自由創造，發明出公理基礎，然后以此為出發點，通過邏輯演繹導出各個具體結論，從而構成完整的理論體系。但是，評判這個理論體系的合法性和正確性的標準是什么呢?愛因斯坦晚年在“自述”中對這個問題作了綱領性的回答([1]，pp．10～11)。他認為，第一個標準是“外部的證實”，也就是說，理論不應當同經驗事實相矛盾。這個要求初看起來似乎十分明顯，但應用起來卻非常傷腦筋。因為人們常常，甚至總是可以用人為的補充假設來使理論同事實相適應，從而堅持一種普遍的理論基礎。但是，無論如何，這種觀點所涉及的是用現成的經驗事實采證實理論基礎。這個標準是眾所周知的，也是經常運用的。有趣的是愛因斯坦提出的第二個標準——“內在的完備”。它涉及的不是理論同觀察材料的關系問題，而是關于理論本身的前提，關于人們可以簡單地、但比較含糊地稱之為前提(基本概念和基本原理)的“自然性”或者“邏輯簡單性”。也就是說，這些不能在邏輯上進一步簡化的元素要盡可能簡單，并且在數目上盡可能少，同時不至于放棄對任何經驗內容的適當表示。這個觀點從來都在選擇和評價各種理論時起著重大的作用，但是確切地把它表達出來卻有很大困難。這里的問題不單是一種列舉邏輯上獨立的前提問題(如果這種列舉是毫不含糊地可能的話)，而是一種在不可通約的質之間作相互權衡的問題。其次，在幾種基礎同樣“簡單”的理論中，那種對理論體系的可能性質限制最嚴格的理論(即含有最確定論點的理論)被認為是比較優越的。理論的“內在的完備”還表現在：從邏輯的觀點來看，如果一種理論并不是從那些等價的和以類似方式構造起來的理論中任意選出的，那么我們就給予這種理論以較高的評價。
愛因斯坦看到了“內在的完備”這一標準不容忽視、不可替代的特殊作用。他指出，當基本概念和基本原理距離直接可觀察的東西愈來愈遠，以致用事實來驗證理論的含義就變得愈來愈困難和更費時日的時候，“內在的完備”標準對于理論的選擇和評價就一定會起更大的作用。他還指出，只要數學上暫時還存在著難以克服的困難，而不能確立這個理論的經驗內涵：邏輯的簡單性就是衡量這個理論的價值的唯一準則，即使是一個當然還不充分的準則([1]，pp.12、501)。愛因斯坦的“內在完備”標準在某種程度上是不可言傳的，但是它在像愛因斯坦這樣的具有“以對經驗的共鳴的理解為依據的直覺”的人的手中，卻能夠有效地加以運用，而且預言家們在判斷理論的內在完備時，它們之間的意見往往是一致的。
在愛因斯坦創立狹義相對論和廣義相對論的過程中，充分地體現了探索性的演繹法的這三個特色。前面我們已簡單地涉及到這一點，這里我們只談談愛因斯坦從“內在的完備”這一標準的角度是如何對自己理論進行評價的。1906年，當德國實驗物理學家宣稱，他在1905年完成的關于高速電子(β射線)質量和速度關系的數據支持亞伯拉罕和布赫爾的“剛性球”電子論，而同洛倫茲-愛因斯坦的理論(電子在運動方向的直徑會隨速度的增加而收縮)不相容，彭加勒立即發生了動搖，認為相對性原理不再具有我們先前賦予它的那種重要的價值。洛倫茲表現得更是十分悲觀，他在1906年3月8日致彭加勒的信中說：“不幸的是，我的電子扁縮假設同考夫曼的新結果發生了矛盾，因此我必須放棄它，我已到了山窮水盡的地步。在我看來，似乎不可能建立起一種要求平移對電學和光學現象完全不產生影響的理論。”([2]，p．334)愛因斯坦的態度則截然相反，他對自己的理論的“內在的完備”抱有信心。他在1907年發表的長篇論文中指出：考大曼的實驗結果同狹義相對論的“這種系統的偏離，究竟是由于沒有考慮到的誤差，還是由于相對論的基礎不符合事實，這個問題只有在有了多方面的觀測資料以后，才能足夠可靠地解決。”他認為“剛性球”電子論在“頗大程度上是由于偶然碰巧與實驗結果相符，因為它們關于運動電子質量的基本假設不是從總結了大量現象的理論體系得出來的。”正由于狹義相對論的理論前提的簡單性大，它涉及的事物的種類多，它的應用范圍廣，它給人的印象深，所以愛因斯坦才對自己的理論堅信不疑，要知道當時還沒有確鑿的實驗事實證實這種具有思辨性的理論。談到廣義相對論的“內在的完備”，愛因斯坦說：“這理論主要吸引人的地方在于邏輯上的完整性。從它推出的許多結論中，只要有一個被證明是錯誤的，它就必須被拋棄，要對它進行修改而不摧毀其整個結構，那似乎是不可能的。”([1]，p．113)他甚至說過這樣的話：當1919年的日蝕觀測證明了他關于光線彎曲的推論時，他一點也不驚奇。要是這件事沒有發生，他倒會是非常驚訝的。
探索性的演繹法是愛因斯坦的主導哲學思想——唯物論的唯理論——的一個重要組成部分。可貴的是，愛因斯坦在這里并沒有排斥或漠視經驗歸納法在科學中的地位。一方面，他認為純粹思維可以把握實在;另一方面，又認為從來也沒有一種理論是靠純粹思辨發現的，他對構造性的理論也給予了較高的評價。愛因斯坦敢于正視矛盾的兩極，在唯理論和經驗論之間保持了一種微妙的、恰如其分的平衡，這正是他的高明之處。他提出的探索性的演繹法，只是強調“要大膽思辨，不要經驗堆積”罷了，這是理論科學在20世紀發展的必然趨勢，愛因斯坦則是率先表達了這一時代要求。
參考文獻
《愛因斯坦文集》第一卷，許良英等編譯，商務印書館，1978年第1版，第75~76頁。
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闡述狹義相對論基本原理范文第2篇
【關鍵詞】激光多普勒測速；頻移；外差檢測
1.引言
多普勒效應是19世紀奧地利物理科學家多普勒.克里斯琴.約翰（Doppler，Christian Johann）發現的聲學效應。在聲源和接收器之間發生相對運動時，接收器收到的聲音頻率不會等于聲源發出的原頻率，于是稱這一頻率差為多普勒頻差或頻移。1905年，愛因斯坦在狹義相對論中指出，光波也具有類似的多普勒效應。只要物體產生散射光，就可利用多普勒效應測量其運動速度。所謂光學多普勒效應就是：當光源與光接收器之間發生相對運動時，發射光波與接收光波之間會產生頻率偏移，其大小與光源和光接收器之間的相對速度有關。二十世紀六十年代，激光器得以發明。激光的出現大力地促進了各個學科的發展。由于激光具有優異的相干性、良好的方向性等特點，因此在精密計量，遠距離測量等方面獲得了廣泛的應用。伴隨著激光在光學領域的應用，一門嶄新的技術誕生了，這就是多普勒頻移測量技術。
1964年，楊（Yeh）和古明斯（Cummins）[1]首次證實了可利用激光多普勒頻移技術來測量確定流體的速度，激光多普勒測速儀（LDV）以其測速精度高、測速范圍廣、空間分辨率高、動態響應快、非接觸測量等優點在航空、航天、機械、生物學、醫學、燃燒學以及工業生產等領域得到了廣泛應用和快速發展[2-3]。激光多普勒測速儀是利用運動微粒散射光的多普勒頻移來獲得速度信息的。
2.激光多普勒效應
3.光外差
在激光測速儀中有三種常見的外差檢測光路基本模式，它們是參考光模式、單光束-雙散射模式和雙光束-雙散射模式。
4.光路模式
4.1 參考光模式
圖2所示是參考光模式，激光經分光鏡分成兩束光，其中一束是弱光用作參考光，另一束是強光用作照射光束，它們聚焦到測量區。光電檢測器接受參考光，同時接受另一束照射光束經過粒子散射在同一方向上的散射光，它們在光電檢測器件中進行光外差，從而得到多普勒頻移。為了使參考光和散射光強度基本相近，必須使參考光減弱。通常參考光束和照射光束的光強比為1：99左右，這里可以用中性濾光片來減弱參考光，或者選擇合適的分光鏡的分光比來實現。參考光模式的光學單元具有結構緊湊、調節方便和使用靈活的優點。
4.2 單光束-雙散射模式
單光束-雙散射模式一般用得較少，它沒有明顯的優點，但是可以用它來接收兩個互相垂直平面的兩對散射光，同時測量兩個速度分量，而旋轉雙孔光闌到任意角度，可接收測量平面上任意方向的兩個速度分量。
4.3 雙光束-雙散射模式
5.多普勒信號處理
如圖5所示是激光多普勒測速系統圖，光學系統測量運動物體，產生多普勒頻移信號，光電檢測器完成信號的收集及光電轉換。但是，實際上接收到的多普勒信號很小且存在噪聲，所以信號要進行放大和濾波等處理。根據多普勒信號的特點，已研制出多種信號處理系統，如：頻譜分析儀、頻率跟蹤器、計數型處理機、F-P掃描干涉儀、濾波器組、光子計數相關法、快速傅里葉變換[5]。
其中，頻率跟蹤是目前性能較優，在國內外使用最廣泛的信號處理機，其最大優點是可用于信噪比較低的場合，同時可以得到實時速度信息。頻率跟蹤法是應用一個閉環負反饋信號跟蹤系統實現信號的連續實時測量，其原理如圖6所示。多普勒信號首先經過濾波、放大電路后，濾掉低頻信號，獲得信噪比較高的純凈的多普勒信號，然后輸入到頻率跟蹤電路，由其中的壓控振蕩器輸出瑞引出方波頻率信號，由高線性F/V轉換電路轉換為線性模擬電壓，再由A/D轉換。
6.激光多普勒測速技術的應用
激光多普勒測速具有許多優點，它廣泛地應用于空氣動力學和流體力學，用來測量風洞、水筒、水工模型、射流元件等各場合中流體的流場分布和有關的物理參量，它也適用于邊界層流體的測量和二相流的測量。近來，已能測量亞音速、超音速噴氣流的速度，所以被用來研究噴氣過程、燃燒過程，為燃氣輪機、氣缸、鍋爐、原子能反應堆等方面的設計研究提供了實驗數據和測試結果[6]。激光多普勒速度計已從科研的實驗室進人工廠現場，如測鋁板、鋼板的軋制速度，固體粉末輸送速度，天然氣輸送以及控制棉紗、紙、人造纖維的運動速度以提高產品質量。結合其他技術，還可以擴大測速儀的用途，同時測量濃度，或者振動等其他物理參量。現在，激光多普勒測速技術已逐漸在國民經濟各部門得到實際應用，并取到了良好的效果。這一技術本身也正在不斷地深入發展，以適應迅猛發展的科學研究與生產的需要。
7.結論
闡述了激光多普勒測速技術的基本原理，介紹了三種光路模式和多普勒信號處理方法，最后總結了該測量技術的應用領域。激光多普勒測速技術已經發展到能夠成功地進行大部分速度測量的水平。光學、電子學以及其它有關技術方面的改進促進了激光多普勒測速技術的進展。以后，激光多普勒測速技術應該朝著提高信號質量和從噪聲信號中更加準確地提取信息的方向努力，并且使之變得更簡便、更易于操作。
參考文獻
[1]Yeh，Y.and Cummins，H.Z.Localised fluid-flow measurements with a He-Ne laser spectrometer.Appl.Phys.Letter.1964，176-178.
[2]沈熊.激光多普勒測速技術及應用[M].北京：清華大學出版社，2004：23-26.
[3]孫渝生.激光多普勒測量技術及運用[M].上海科學文獻出版社，1995.
[4]A new approach to flow-field measurement-A view of Doppler global velocimetry techniques.R.W.Ainsworth，S.J.Thorpe，and R.J.Manners.Int.J.Heat and Fluid Flow，Vol.18，No.1.February 1997.
[5]Recent developments and applications of laser Doppler vibrometry to cultural heritage conservation.Enrico Esposito.Conference on Lasers and Electro-Optics Europe.2005.
闡述狹義相對論基本原理范文第3篇
〔關鍵詞〕多元張力哲學;哲人科學家;批判學派;愛因斯坦
作者曾在《中國社會科學》撰文,論證了善于在對立的兩極保持必要的張力,是一種卓有成效的科學認識論和方法論準則。此后在對哲人科學家(作為科學家的哲學家或科學思想家)現象的研究中,作者注意到他們哲學思想的鮮明的張力特征。九十年代,隨著作者對哲人科學家個案研究成果———《理性的光華:奧斯特瓦爾德》、《彭加勒》、《馬赫》、《迪昂》、《愛因斯坦》、《皮爾遜》———的相繼面世,作者對該論題的認識又有一定的拓展和深化。本文擬結合案例分析,展開自己的觀點。
一、判學派的代表人物:不拘泥于一種認識論體系
批判學派是在十九世紀和二十世紀之交活躍于科學和科學哲學領域的著名學派,因其對經典力學的理論框架持批判態度而得名。批判學派是二十世紀科學革命(物理學革命)和哲學革命(維也納學派及其邏輯經驗論)的先驅,其代表人物是科學和哲學大師馬赫、彭加勒、迪昂、皮爾遜和奧斯特瓦爾德。他們當時都站在時代哲學思想的峰巔,不僅是“前”現代科學哲學的創造者和集大成者,也是“后”現代科學哲學的引線和酵素。
恩斯特•馬赫(ErnstMach,1838～1916)是奧地利著名的物理學家、生理學家、科學史家和科學哲學家。他的《力學史評》(1883)是物理學革命行將到來的先聲,愛因斯坦如實地尊奉他為“相對論的先驅”。他關于“科學中的普遍原理是觀察到的事實的簡要的經濟的描述”和彭加勒關于“普遍原理是人類精神的自由創造”的觀點,被維也納學派嘗試“結合成一個融貫的體系”,從而成為“邏輯經驗論的起源”。
馬赫哲學的目標很明確,這就是把認識論從思辨的、空泛的哲學議論發展到科學(物理學、生理學、心理學)的層次加以研究。為此,他把他的哲學奠定在要素一元論(廣義的)或感覺一元論(狹義的)的根基上,其主題自然落入經驗論的范疇——馬赫的經驗論是感覺經驗論。值得注意的是,作為馬赫主導哲學的感覺經驗論雖則在某些方面顯得徹底和激進,但并不狹隘和極端,其內和其外(與馬赫哲學中的其他組分)充滿了鮮活的張力。首先,它包容了經驗論的多個變種的成分,諸如實證論、現象論、操作論、工具論、描述論、呈現論(presentationalism)、實用主義。這些成分不僅相互交融和制約,而且馬赫對每一成分也或多或少有獨特的理解和必要的限定。例如,馬赫的實證論的意向與孔德和邏輯實證論者的截然不同:馬赫實證哲學是感覺取向的,其目的是為了統一科學和改造自然科學;孔德則反對內省心理學,力圖以物理學為范例而改造社會科學;而邏輯經驗論者則致力于改造哲學,使哲學科學化。馬赫的現象論主要并不體現在他的哲學本體論和認識論中,而充滿在他的科學研究綱領和科學觀中。其次,馬赫哲學的特色充分體現在他的進化認識論和思維經濟原理中,這本身就與他的感覺經驗論平分秋色。尤其是,進化認識論的五大內涵——世界或自然界是一個自然的、統一的整體;思想適應事實和思想相互適應是生物反應現象;科學是一種生物的、有機的現象;人生來不是一塊“白板”,而具有天生的傾向和“觀念”,它們是生物進化的產物;所有的知識和理論都是可錯的、暫定的、不完備的,其形成具有偶然性——或超越了感覺經驗論,或包容它的異質因素。同樣,從思維經濟原理的豐富內涵(布萊克默把它分為十一種:思維的經濟、精力的經濟、功和時間的經濟、方法論的經濟、作為數學簡單性的經濟、作為縮略的經濟、作為抽象的經濟、作為不完備的經濟的邏輯、本體論的經濟、自然界中沒有經濟、語言的經濟)和精神實質(思維經濟是科學的目的、方法論的原則、評價科學理論的標準、反形而上學的武10、關于知識的生物經濟學)來看，情況也是如此。
最后，也是最重要的，馬赫哲學思想中包含著諸多非經驗論的乃至反經驗論的組分，尤其是其中的理性論、約定論和反歸納主義更引人注目。馬赫認為，“我們的理性”“這種感官比其他任何感官都要豐富”，“它處于感覺之上，只有他才能發現關于世界的永久的、充分的觀點”。他早就洞察到當代科學哲學“觀察滲透理論”的命題：“幾乎任何一個觀察都已經受到理論的影響；“投有某種先人之見，實驗是不可能的”。正是基于這些言論，費耶阿本德甚至有點言過其實地認為馬赫哲學是“辯證理性論”。馬赫是約定論的先驅之一，這一點往往被人們忽視，而約定淪思想對他的感覺經驗論起到了削弱和平衡作用。馬赫對經驗論的方法論即歸納主義持強烈的保留態度，他不相信“發現是按照亞里士多德或培根的歸納圖式即枚舉相互一致的例子作出的”。在他看來，“歸納科學”是早巳過時的傳統和習俗，用不恰當的名字“歸納”稱呼的心理操作是一個相當復雜的心理操作過程，它不是邏輯過程，而是抽象和想像的過程。此外，馬赫還多次為科學的抽象本性辯護，強調普遍概念和數學概括在科學中的重大作用，同時極為重視、推崇、贊美思想和觀念——這一切也與他的感覺經驗論構成多元張力的關系。
昂利•彭加勒(HenriPoincaré，1854～1912)是法國著名的數學家、物理學家、天文學家和科學哲學家。他是相對論的名副其實的先驅和首屈一指的數學設計師，是約定論哲學的創始人和集大成者。
彭加勒的約定論內容豐贍、新意迭出：它斷言在科學理論中存在約定的成分，這尤其體現在基本原理和基本概念中；指出約定對于非約定的(準經驗的)陳述所起的作用；把認識論地位的改變，從而把約定的改變歸因于科學共同體的決定；宣布所謂的判決實驗不可能；揭示出理論的經驗內容在約定變化的條件下是不變量，這保證了科學的客觀性、合理性以及科學進步的連續性；堅持理淪多元論，于是與約定有關的理智價值評價介入到理論選擇的過程之中；隱含本體論的約定性和真關系的實在性；斷定物理幾何學本身的約定性。從上述內涵不難看出，彭加勒的約定論溶人了實在論、理性論、經驗論的要素，它是一種帶有多元張力特征的弱化約定論。
事實正是如此。彭加勒雖然說約定是“精神的自由活動”,但其本意是“充分發揮我們的能動性”。他明確指出這種“自由”“并非放蕩不羈、完全任意”,學者所思考的世界、所擁有的科學事實,并非他本人“任性創造”。而且,約定的提出既要避免邏輯矛盾,又要受實驗事實引導(注意:不是由實驗決定!)彭加勒說約定是出于方便，無所謂真假,不能被實驗證實或證偽,這并非否認客觀真理。因為這里的方便只是表達手段的方便,約定僅僅強加于科學,并未強加于自然界,實在事物的真關系即科學中的不變量依然如故。彭加勒只是強調這樣一個命題:沒有構成兩個基本因素——語言的和真實的(經驗的)假設——的實驗體制,經驗檢驗是不可能的。一個假設的證偽既可以通過把實驗的否定結果歸咎于一個輔助假設來避免,也可以通過改變語言來避免。
要知道,彭加勒也是一位關系實在論者、科學理性論者和溫和經驗論者,他是怎樣把這些異質的乃至對立哲學協調起來的呢?彭加勒通過限定約定的轄域,使之與實在論協調。也就是說,約定僅限于科學而非自然界;數學中的公理是約定,物理學中的可以檢驗的假設和中性假設均非約定,僅有一種表面看來是假設而實質是偽定義的才屬于約定;約定尤其在從定律提升為基本原理時起重大作用。對于理性論,彭加勒并未把它推到極端,而是在經驗和理性、實驗和數學、事實和理論之間保持了適當的平衡,而沒有固執于一極而排斥其他各極。他不贊成康德的先驗論(理性論的極端),他把“先驗的”沖淡為“約定的”。另一方面,他不同意康德的天賦觀念論,尤其是康德的幾何學先驗論,而用進化認識論對其加以詮釋,認為幾何學中一切本能的、直覺的東西不是個人的獲得物,而是種族的獲得物,即“祖傳的經驗”。彭加勒就是這樣用經驗論和約定論對極端理性論作了必要的限定和補充,并把理性論與實在論結合起來。這種結合集中體現在這樣的見解上:世界是統一的、和諧的、有規律的,它具有理性的結構,是人的理性可以把握的。彭加勒雖像一般自然科學家一樣處于經驗論的傳統中,但他的經驗論不同于休謨和穆勒的經驗論:他不僅強調個人經驗的意義,而且也強調祖傳的經驗的重要性。尤其是,他的經驗論并不狹隘和極端,從而并不與實在論思想沖突,他甚至很不贊成當時流行的感覺論和實證論:這二者都極力把不可觀察物這樣的“形而上學”排除到科學之外。他一方面認為實驗是真理的唯一源泉,科學必須用事實建造,但另一方面又指明實驗并非總是可能的和充分的,有時思想要超過實驗才行。他講了一句在經驗論和理性論之間保持恰如其分張力的話:脫離實驗的理論是空洞的理論,脫離理論的實驗是盲目的實驗。
皮埃爾•迪昂(PierreDuhem,1861～1916)是法國著名的物理學家、科學史家和科學哲學家,整體論的創始人和集大成者。迪昂的影響是潛在的、持續的、深廣的,這既與他涉獵廣泛、思想深邃有關,也與他的哲學思想的張力特征有關,以致不同學科、不同傾向的研究者都能從中獲取智力財富和發掘精神寶藏。迪昂對邏輯和語言的重視,直接影響了邏輯經驗論路向的分析哲學和語言哲學。迪昂的歷史主義取向,直接有助于科學哲學中的歷史學派的崛起和繁盛。迪昂的科學思想和方法論見解,也激勵了像希爾伯特和愛因斯坦這樣的哲人科學家的靈感和智慧,從而間接地有助于豐富二十世紀的科學哲學。
不用說,迪昂哲學的特色是理論整體論。其思想內涵和精神實質是:物理學理論是一個整體,比較只能是理論描述與觀察資料兩個系統的整體比較；不可能把孤立的假設或假設群與理論分離開來加以檢驗；實驗無法絕對自主地證實、反駁或否決一個理論；判決實驗不可能,歸謬法在物理學中行不通；觀察和實驗滲透、負荷、承諾理論,物理學理論中的理論描述和觀察資料兩個系統從而結合成一個更大的整體；經驗雖然是選擇理論假設的最終標準,但決斷則是由歷史指導的卓識或健全的判斷力作出的；反歸納主義,即歸納法在理論科學中是不切實際的；反對強約定論,同意弱約定論中某些與整體論相關的主張。不難看出,迪昂的理論整體論本身就包含諸多哲學體系的合理因素,是一個多元張力哲學綜合體。
事實上,迪昂哲學可用本體論背景上的秩序實在論(物理學理論趨向自然分類,自然分類是物理世界的本體論秩序之反映)、方法論文脈內的科學工具論和認識論透視下的理論整體論來涵蓋。這三種類型的異質哲學之前的定語指出其大致范圍,從而保證它們會聚于迪昂思想,雖有張力卻不致發生劇烈的沖突。然而,工具論(理論是描述現象的工具)和實在論(理論是說明實在的真理)畢竟是兩種大相徑庭的哲學,迪昂是如何把二者融會貫通的呢?
首先,在對待實在論的態度上,迪昂并未反對實在論一般或總括的實在論,而是反對實在論特殊或歷史上相對化的實在論。具體地講,迪昂在本體論上反對實體實在論而堅持樸素實在論(或常識實在論)和秩序實在論;在認識論上堅持有保留的實在論和有保留的工具論;他也部分地反對語義學的實在論。其次,迪昂關于現象實在、描述———說明二分法大體上為物理學和形而上學劃出了轄域,也為工具論和實在論概略地設置了活動范圍。關于事物的真正本性或潛藏在我們正在研究的現象背后的實在,是由形而上學告訴我們的,但是在現象王國內,科學則是至高無上的權威,具有無可爭辯的自主性。再次,迪昂的科學工具論主要是作為方法運用的,而在本體論和認識論領域,他基本上持實在論的觀點:他承認外部世界和物質實在的存在,承認科學能夠認識物質世界的真理,并持有與實在論相符或相容的真理觀。要知道,實在論的工具論是否認實在、拋棄真理的。再者,迪昂清楚地看到,工具論并不足以使科學成功,科學目標是工具論和實在論的混合方向。他明知自然分類只可接近而無法企及,深知理論融貫或統一無力用物理學方法辯護,但還是毅然采用這兩個與工具論不相容的概念,從而有助于克服工具論固有的弱點。最后,除《保全現象》(1908)洋溢著強烈的工具論傾向外,迪昂的其他著作均與此不同,尤其是他的科學哲學代表作《物理學理論的目的和結構》中的反對極端工具論、主觀論和反對貶低科學知識能力的價值的色彩是相當明顯的,表明純粹工具論的物理學僅具有貧乏的意義。迪昂鐘愛的能量學實際就是工具論和實在論兩種研究進路結合的體現:它是著眼于現象而不涉及假想實體的現象論的或工具論的理論,但是它卻趨向于自然分類,是本體論秩序的完美圖像。此外,迪昂在對科學與形而上學和宗教的關系的看法上也持有張力關系的觀點。
卡爾•皮爾遜(KarlPeason,1857～1936)是英國著名的應用數學家、統計學家、生物統計學家、遺傳學家和優生學家,也是頗有影響的科學哲學家和倫理學家以及名副其實的歷史學家(他鉆研過科學史、思想史、宗教史、藝術史、性史、中世紀史等)、民俗學家、人類學家、頭骨測量學家、語言學家,還是精力充沛的社會活動家、社會主義者、人道主義者、自由思想者和教育改革的倡導者,亦是優秀的教師、文藝作品和傳記的作家、律師。總之,他是十九世紀末期和二十世紀初期罕見的百科全書式的學者。
皮爾遜的認識論脫胎于英國土生土長的經驗論傳統。它是沿著貝克萊、休謨的觀念論的經驗論發展的,而不是循著培根、霍布斯、洛克的物質論的經驗論行進的。但是,它也溶入了后者的一些合理因素,從而顯得有點像洛克哲學那樣的“折衷”性質。皮爾遜也從大陸哲學家笛卡兒的懷疑論、康德的批判觀念論和理性論、孔德的實證論、馬赫的感覺論汲取了一些有效成分,他又直接受到當時在英國盛行的達爾文的生物進化論和斯賓塞的社會進化學說的強烈影響,以及克利福德的科學哲學的感染,加上他本人的科學創造和哲學反思,從而熔鑄成他的以懷疑和批判為先導和特征的,以觀念論自我標榜的,帶有明顯的現象論、工具論和實證論色彩的,屬于經驗論范疇的感覺論的認識論,即觀念論的感覺經驗論。這種哲學本身就蘊涵著某些張力。
作為觀念論者,皮爾遜試圖消除物質論和觀念論、物理的東西和心理的東西的人為對立。他甚至偶爾說過:“斷言意識能夠存在于物質之外,是不合邏輯的”。“幾何學的概念能夠來自物質的宇宙,但是物質的宇宙不能夠來自幾何學的概念”。皮爾遜對康德的“人為自然立法”的觀念作了進化認識論的解讀,先于邏輯經驗論者把客觀性界定為主體間性,堅持真理符合論和獲取真理的科學方法,以及旗幟鮮明地批判陳舊傳統、蒙昧迷信、教條主義、唯靈論(或泛靈論)、神學和形而上學,都對他的觀念論構成牽制的張力。作為一個經驗論者,皮爾遜也沒有忘記對理性的重視和強調:科學定律是理性和想像共同活動的產物,但要獲得關于宇宙的知識和真理,最終訴諸的是理性而非想像。知識嚴格地講是理性認識,而不是停留在低層次上的感性認識,因為未經理性思維和邏輯推理的感性認識是表面的、膚淺的、概然的。他甚至宣稱,理性和知識是道德行為的唯一因素。皮爾遜對一些具體問題的看法也是有張力特征的。例如,他在批判機械論(力學主義)的缺陷和教條時,也告誡人們不要陷入相反的極端,低估了我們關于宇宙的力學模型的驚人價值。對于科學的無知,他認為既要勇敢地坦白無知,又要積極地克服無知；坦白無知不是軟弱的坦白,而實際上是有力量的標志,它找到了未來進步的安全通行證。
奧斯特瓦爾德(WilhelmOstwald,1853～1932)是德國著名的物理化學家、顏色學家,也是真正的哲學家、科學史家、心理學家、藝術家、語言學家、作家、教師和編輯以及頗有影響的宣傳者、組織者、改革者和社會活動家,難怪人們稱其為“高級萬能博士”和“天才的綜合體”。
奧斯特瓦爾德的哲學創造是能量論或能量一元論,其方法論是現象論的方法論。這種方法論是指用直接可測量的諸量的函數關系來描述各種現象,并以此作為科學的目標,而不用超越于現象的假設來說明自然現象。盡管如此,他也沒有排除有啟發意義的假設,即作為暫定假定的原始命題。此外,奧斯特瓦爾德既重視實驗和事實,又注意整理和概括,認為立足于實驗的清晰思維是取得成果的最好途徑。他既持之以恒地從事有意識的實驗和思考,又留心傾聽無意識的突如其來的靈感。這些帶有張力特征的思想方法和科學方法貫穿在他的各種創造性的工作中。尤其是,奧斯特瓦爾德關于知識中的主觀成分和客觀成分的張力關系的分析發人深省,他的“篩子”比喻(我們可以把世界比作一堆沙礫,把人比作一個比另一個粗的一對篩子。當沙礫通過雙重篩子時,明顯相等的大小的沙礫聚集在兩個篩子之間,較大的沙礫被第一個篩子排除,較小的沙礫被第二個篩子容許通過。斷言所有的沙礫由這樣的相等大小的細沙礫組成,恐怕是錯誤的。但是斷言使細礫變成相等的東西是篩子,同樣也是虛假的)寓意深刻(我們不妨將其命名為“奧氏之篩”)，與愛丁頓的魚網比喻有異曲同工之妙,但卻先于后者。
二、愛因斯坦:發現正確比例的能手
阿爾伯待•愛因斯坦(AlbertEinstein,1879～1955)是二十世紀科學革命的主將,是偉大的科學家和思想家或哲人科學家。他從青少年時代起就博覽群書,悉心研讀科學和哲學大師們的著作。愛因斯坦的哲學發源地在于:第一,各個時代的哲學大家幾乎都是愛因斯坦的沃土,其中包括古希臘的先哲,近代哲學大師如笛卡兒、萊布尼茲、斯賓諾莎、洛克、休謨、康德、叔本華、尼采等等；第二,從開普勒、伽利略、牛頓到普朗克的諸多哲人科學家的科學思想和哲學思想；第三,批判學派代表人物的思想給愛因斯坦的哲學打上了明顯的烙印；第四,與石里克等邏輯經驗論者的交往和與哥本哈根學派的交鋒；第五,尤其在愛因斯坦對自己的科學探索過程和科學創造成果的哲學反思中。也就是說,對前人和時人的思想成果的吸收、批判和改造,對自己的科學實踐沉思、總結和提煉,構成了愛因斯坦明澈的哲學思想的取之不竭的源泉。
正是由于以上原因,愛因斯坦的科學哲學是熔實在論、經驗論、理性論、約定論、整體論于一爐的多元張力哲學。它不屬于任何一個現成的哲學體系,而是在諸多異質的乃至對立的兩極保持必要的張力或恰當的平衡,因而明顯高于其中每一個流派。愛因斯坦甚至在早期就擁有極強的獨立性和懷疑批判精神,從未成為各種哲學派別的俘虜,從未墨守單一的認識論和方法論,而力圖在事實與理論、經驗與理性、邏輯與直覺、現象與實在、意義與真理、感覺世界和思維世界的永恒反題的張力中開辟自己的道路,從而造就了一個又一個科學奇跡和閃光思想。難怪玻恩稱贊愛因斯坦“是一位發現正確比例的能手”。
愛因斯坦的經驗論思想是溫和經驗論。在早年,愛因斯坦迷戀同直接經驗接觸,偏向經驗論的一極,但并未囿于經驗論。在廣義相對論創立之后,他的哲學向理性論一極回擺,即便在此時,他也沒有放棄經驗論的合理內核,而是充分肯定觀察實驗和經驗事實在科學中的必不可少的作用:一切關于實在的知識都是從經驗開始,又終結于經驗。但是,二十世紀的物理學畢竟明顯地打上了理論化和體系化的印記,削弱了經驗的作用并淡化了經驗論,使經驗論的歸納法讓位給理性論的探索性的演繹法。愛因斯坦看清了科學發展的趨勢,清楚地認識到,概念雖然在發生學上一點也離不開我們的經驗本性而獨立,但在邏輯上則是獨立于感覺經驗的,即二者的關系是間接的、直覺的,并不具有邏輯的本性。他打了一個維妙維肖的比喻:這種關系不像肉湯和肉的關系,而倒有點像衣帽間牌子上的號碼同大衣的關系。因此,愛因斯坦在科學理論的起點和終點對經驗的作用和地位作了必要的限制。在起點,基本概念和基本原理不是經驗的邏輯推論,經驗在這里僅起提示作用。理論家必須通過理性思考和直覺領悟,發明出作為邏輯起點的前提,因為再多的經驗事實也不會導致廣義相對論和引力場方程。在終點,經驗雖則是真理的最終判定者,但是出于約定論和整體論的考慮,必須對經驗的功能作出恰當的限制:檢驗理論的經驗是經驗的總和或復合,而不是單個的經驗或經驗原子;把經驗證實沖淡為經驗的確認;用“內部完美”這一輔助評價標準補充和沖淡“外部確認”標準,從而構成所謂的雙標尺理論評價系統。此外,愛因斯坦堅決反對經驗論的極端即實證論,以及經驗論的方法論即傳統的歸納法。總之,愛因斯坦哲學中包含著雙向弱化的溫和經驗論成分,但不能說他是一位經驗論者,因為經驗論不是其哲學的主流或主要方面。
愛因斯坦的約定論思想是基礎約定論。這種約定論雖不及彭加勒的內涵廣泛,但愛因斯坦在某些方面對它作了更為明確、更為嚴格、更為深入的闡釋與發展:第一,明確地闡述了科學理論體系的結構,嚴格界定了約定主要在構筑科學理論的邏輯前提即基本概念和基本原理時起重大作用；第二,響亮地提出基本概念和基本原理是思維的自由創造、理智的自由發明、自由選擇的約定的命題,說明了從感覺經驗達到它們的直覺途徑及微妙關系；第三,形象地指出這種選擇自由是類似于猜字謎的特殊自由,以及選擇的雙重標準,其“內部完美”標準是與他的邏輯簡單性原則和準美學原則的方法論相通；第四,嚴格區分了作為純粹命題的非解釋系統和與感覺經驗或實在相聯系的解釋系統,表明真理概念僅適用于后一系統。尤其是,愛因斯坦在基礎約定論之上形成了他的卓有成效的方法論原則——探索性的演繹法,以此構造像相對論這樣的原理理論(與構造性理論相對),從而使約定論這一源遠流長的哲學思想煥發出新的活力。此外,愛因斯坦在進行科學探索時,對科學的研究對象(自然界)和研究結果(理論本體,尤其是它的形式和結構)具有一種可以確信的看法,即科學信念。這些看法是一種總括性的信條或綱領式的預設。它們是歷史的、社會的、文化的積淀和科學家個人智力的、心理的、氣質的成分相互綜合的產物。它們雖不能用科學方法辯護,但卻是科學研究的前提,實際上是一種更根本、更深邃的約定或約定式的預設。愛因斯坦的科學信念有客觀性、可知性、和諧性、統一性、簡單性、因果性、不變性等。
整體論以及其中蘊涵的不充分決定論(經驗無法充分地決定理論的取舍)是愛因斯坦哲學思想的又一個組成部分。愛因斯坦通過多年縝密的思考,把迪昂的理論整體論發展為意義整體論：單個概念或命題只有在作為一個整體的理論體系中才能獲得其意義,把它孤立起來則無意義或無法辯護。愛因斯坦的意義整體論不僅先于奎因兩年提出,而且它也包含著對經驗論兩個教條(其一是相信在分析的、或以意義為根據的而不依賴于事實的真理與綜合的、或以事實為根據的真理之間有根本的區分。另一個教條是還原論:相信每一個有意義的陳述都等值于某種以指稱直接經驗的名詞為基礎的邏輯構造)的明確反對。愛因斯坦早期決不是所謂的“純粹的經驗論者”,除理性論外,帶有不充分決定論的整體論和理論多元論的約定論也是他的哲學的鮮明特征。由于這些思想比經驗論或實證論更能容納假設和深刻的理論(如相對論),所以它們才受到愛因斯坦的青睞。而且,愛因斯坦認為,在經驗上等價的理論并非僅僅是表達方式的差異,而是在理論的深刻的本體論水平上對應著不同的實在。這意味著,對應于同一經驗總和的不同理論在層次上是不同的,進化得越充分的理論邏輯前提越簡單,其物理實在越深奧。正是在這種意義上,愛因斯坦反對科學實在論的終極的、不變的物理實在觀。此外,愛因斯坦的意義整體論和基礎約定論,決定了他對當時流行的新康德主義和邏輯經驗論所采取的批評態度:他用它們削弱或抗衡康德的先驗論和石里克、卡爾納普等人的分析——綜合命題絕然二分及意義證實原則。
科學理性論是愛因斯坦式的理性論,是古代和近性論的現代版本,是愛因斯坦把他所汲取的傳統理性論的精髓與現代科學的思想意向和精神氣質加以彼此切磋琢磨的產物,從而成為二十世紀科學和哲學的主旋律之一。愛因斯坦科學理性論的核心是:經驗使我們有理由相信,自然界是可以想像到的最簡單的數學觀念的實際體現,在某種意義上純粹思維在經驗的提示下可以把握實在。它的特色在于:它是科學自己的哲學;它立足于實在論的地基上；它清除了傳統理性論中的先驗因素和極端成分；它把探索性的演繹法和邏輯簡單性原則作為自己的方法論；它拋棄了科學觀念的“顯然性”；它與其對立面經驗論保持了必要的張力。關于后一點,尤其表現在他對理性、數學和思辨在科學中的地位和功能的富有張力的看法上。他認為,經驗事實是整個科學的根底,但是科學理論的邏輯體系則必須由理性構造入手,這才是科學的內容和它的真正本質,不過這個體系或它所代表的概念總體是同經驗對象相對應的。只有考慮到理論思維同感覺材料的全部總和的關系,才能達到理論思維的真理性。通過數學構造能夠發現概念以及把這些概念聯系起來的定律,使世界圖像盡可能達到最高標準的嚴格精確性,但是這樣做不應以犧牲與物理實在的接觸為代價,也不應排斥直覺和想像力。愛因斯坦洞察到任何理論都具有思辨性,承認科學的思辨性質已經成為公共的財富,號召科學家大膽思辨而不要堆積經驗。另一方面,他又說過,思辨并不比經驗更高超,從來也沒有一個真正有用和深刻的理論是單靠純思辨發現的。愛因斯坦的實在論是綱領實在論。這種實在論以雙重實在——本體實在和理論實在——為根基。本體實在常被愛因斯坦稱呼為外部世界、物理世界、實在世界、客觀實在和存在的實在等,它在其外在性而非不可知的意義上相當于康德意義上的“物自體”；外部世界不是直接給予我們的,是由感覺經驗間接地向我們提供關于它的信息,而我們則通過理智的構造或直覺的領悟斷言它獨立于我們感覺經驗而存在,從而具有形而上學的性質。理論實在是物理學理論中使用的物理概念或物理量所指稱的東西,物理學家正是用它們來建構簡化的和易于領悟的世界圖像的,它們是理論的本體論,對應于客觀實在。這些為數不多的基本概念并不是客觀實在直接呈現出來的,而是人們的精神的自由發明或約定,是以文字或數學符號的形式在理論中出現的。它們構成描述客觀實在的圖像的基本框架,從而把科學理論和客觀實在聯系起來。理論實在的判據是可分離性和定域性。理論實在并不像康德的范疇那樣是一勞永逸的,而是伴隨著物理學的進化而改變的,其原因在于我們從感覺經驗只能間接地得到關于外在世界的客體的知識。作為科學家,愛因斯坦看重的是理論實在,他認為理論實在并不等同于本體實在,但又反對把二者割裂開來的現象論和工具論觀點,指出前者更能深刻地反映和揭示實在。對于經驗實在或感覺實在,愛因斯坦是持否定態度的,他也不滿意甚至反對樸素實在論或常識實在論,盡管它充分肯定了其功用。愛因斯坦把物理實在(本體實在尤其是理論實在)視為一種綱領,他把實在論科學化為一種建構實在論的物理學理論的研究綱領。他不止一次地申述了他的綱領式的看法:像物理體系的“實在狀態”這樣的事是存在的,它不依賴于觀察或量度而客觀地存在著,并且原則上是可以用物理學的表述方法來描述的。由以上陳述不難看出,愛因斯坦的綱領實在論是一個充滿哲學張力的研究綱領。
綜上所述,愛因斯坦的科學哲學是一個由多元哲學構成的兼容并蓄、和諧共存的統一綜合體。這些不同的乃至異質的哲學思想相互限定,珠聯璧合,又彼此砥礪,相得益彰,保持了恰到好處的“必要的張力”,從而顯得磊落軼蕩、氣象萬千。這樣的獨特而絕妙的哲學思想很難用一兩個“主義”或“論”來囊括或指稱,我們不妨稱其為多元張力哲學。這種哲學具有巨大的解釋力量,例如愛因斯坦對“真理”概念的看法就包括著上述諸種哲學的視角和因素。這樣的哲學也具有巨大的啟迪力量,它在愛因斯坦創立狹義相對論的過程中起到了顯著作用。在這篇論文中,既有經驗論和操作論的成分(量桿和時鐘的可觀察、可操作定義,提出兩個原理的經驗啟示,推論的可檢驗性等,但相對論的語義指稱并非由量桿和時鐘組成,因為該理論也適用于微觀世界),也有理性論(對稱性的考慮,追求邏輯統一性和簡單性,用探索性的演繹法形成原理理論等)、約定論(大膽選擇假設,同時性的約定等)、整體論(該理論是一個有層次、有結構、邏輯嚴密的整體,像考夫曼之類的單個實驗很難動搖它,除非摧毀其整個基礎)、實在論(作為研究綱領已滲透在整個理論中)的諸多因素。
以往的有些研究者往往看不清多元張力是愛因斯坦哲學的特色,更認識不到它的深邃意蘊和現實力量。他們誤以為愛因斯坦的哲學“龐雜”、“多少有點混亂”,甚至指責愛因斯坦“在基本的哲學問題上居然安于作一個無原則的‘機會主義’,這顯示出他的哲學思想的矛盾和局限性。”前面的論述已使這種觀點不攻自破。我們在此只想指明,愛因斯坦的多元張力哲學不是龐雜,而是豐富多彩；不是混亂和矛盾,而是在對立和張力中和諧互補,從而形成一個有機整體；不是有局限性,而是虛懷若谷的開放性、包容性和廣博性；不是無原則的機會主義,而是既堅持原則,又審時度勢,具有高度的靈活性和應變能力——這正是愛因斯坦所謂的哲學上的“機會主義”之隱喻的真正涵義。對于政治上的機會主義者,他是很鄙視的,能夠撕下他們的假面具,他就感到痛快。至于許多哲學家(包括波普爾、費耶阿本德、法因、范弗拉森等等)或出于自己哲學體系的偏見,或囿于某種單調、狹隘的認識論立場,肢解愛因斯坦,從愛因斯坦的眾多言論中摭拾片言只語,作為證明自己觀點的“鐵證”和反對別人觀點的“旗幟”,那就純屬拉大旗作虎皮了。
三、采取多元張力哲學的緣由
像批判學派的代表人物和愛因斯坦這樣的哲人科學家為什么會采取或者要采取多元張力哲學的立場呢?我以為,其緣由有以下幾個方面。
1.他們深知自然、人、人的活動和文化以及科學本身都具有兩極張力或多極張力的特征。這些特征在帕斯卡和卡西爾的論述中得以深刻的揭示。帕斯卡說:自然不會停止于一端。自然把我們妥善地安置于中道,以致如果我們改變了平衡的一邊,也就改變了另一邊。我們頭腦里的彈力也是這樣安排的,誰要是觸動了其中一點,也就觸動了它的反面。人在自然界中到底是什么呢?對于無窮而言就是虛無,對于虛無而言就是全體,是無和全之間的一個中項。我們在各方面都是有限的,因而在我們能力的各個方面都表現出這個在兩個極端之間處于中道的狀態。一切過度的品質都是我們的敵人,極端的東西對于我們仿佛是根本就不存在似的,我們就根本不在它們的眼里；它們回避我們,不然我們就回避它們。中庸最好,脫離了中道就脫離了人道。卡西爾表明,在所有人類活動中我們發現一種基本的兩極性,這種兩極性可以以不同的方式來描述。我們可以說它是穩定和進化之間的一種張力。這種二元性可以在文化生活的所有領域看到,所不同的只是各種對立因素的比例。有時是這一因素占優勢,有時是那一因素占優勢。這種優勢在很大程度上決定了種種個別形式的特征,并且使它們各自具有自己的面貌。這種多樣性和相異性并不意味著不一致或不和諧,所有這些功能都是相輔相成的。不和諧就是與它自身相和諧；對立面并不是彼此排斥,而是互相依存:“對立造成和諧,正如弓與六弦琴。”我們所論的哲人科學家或者了解這些思想(比如迪昂熟知帕斯卡,愛因斯坦也可能獲悉卡西爾的觀點),即使有人不了解,也肯定會分享這樣的思想或擁有類似的看法。尤其是,作為哲人科學家,他們深知科學的多面張力形象——它包括理論和實驗兩個方面,它既需要理性和邏輯,也需要想像和直覺。他們深知科學的歷史是在經驗論和理性論、現象論和實在論等等的張力關系中展開的,科學創造是在諸多哲學和方法論原理的張力狀態的指引和啟示下開辟自己的道路的。這個緣由以及緊接著的第二個緣由從而成為哲人科學家采取多元性張力哲學的主動緣由。
2.他們對哲學遺產以及科學和哲學的本性有清醒的認識。哲人科學家從小就對科學和哲學懷有濃厚的興趣,他們涉獵廣泛,學識淵博,又虛懷若谷,從善如流。我們已講過愛因斯坦、皮爾遜等人的豐富的哲學源泉,其中不少人(尤其是其中的哲人科學家)都具有張力哲學的特點。再以迪昂為例,他不僅熟知帕斯卡,也熟悉亞里士多德和托馬斯。亞里士多德曾指出,任何一種技藝大師,都避免過多或不足,而尋求居間者并選取了它。美德是一種適中,它是兩種惡行——由于過度和不足而引起的——之間的中道,是以居間者為目的的。托馬斯是一位綜合和平衡的大師,他以亞里士多德的觀點作為聯系德謨克利特和柏拉圖兩個極端的中間媒介,其學說在各種對立的兩極保持了必要的張力。無怪乎有人這樣稱頌他:“從他以后基督教思想就再也沒有失去科學態度,也沒有失去對物質感性的科學態度。全宇宙是一件完整的作品,無論如何破碎的現象都不會是形而上學的棄兒:在存在的秩序中有張力,但沒有對抗,……對比的出現是在一種更高原則上來表現對立的和諧,而并非要排斥掉一個前奏曲或將二者弄模糊。”哲人科學家熟悉人類的哲學遺產,他們對于類似的睿智無疑能心領神會,甚或發生強烈的共鳴,從而在諸多的對立兩極中找到最合適的聯系中介、最恰當的互補因素和最微妙的平衡支點或比例中項。對于科學理論的本性,哲人科學家的態度既是批判的和反思的,又是本能的和自發的。前者的理性思考使他們認為理論是分類和發現的工具,后者的直覺領悟使他們認為理論指向日益精確和完美的真理。誠如迪昂所說:“在馬赫、奧斯特瓦爾德和蘭金以及所有審查物理學理論本性的所有人中,我們都能夠注意到這些相同的兩種態度,一個看來好像是另一個的平衡重量。宣稱在這里只存在不融貫和荒謬是幼稚的；相反地很清楚,這種對立是一個與物理學本性在實質上相關的基本事實,我們必須如實地記住這個事實,如有可能就說明這個事實。”對于哲學的本性,哲人科學家也心中有數。在他們看來,哲學史上任何一個認真的、嚴肅的、沉思的哲學派別,都有其長短優劣之處,都有其合理的積極因素,哪怕只是一小點思想火花。正確的思想方法是合理取舍、恰當矯正,使它們和諧互補,而不是把某元推向極端,或簡單地排斥對立的一極。正如愛因斯坦在1918年所說:“我對任何‘主義’都不感到愜意和熟悉。對我來說,情況仿佛總是,只要這樣的主義在它的薄弱處使自己懷有對立的主義,它就是強有力的;但是,如果后者被扼殺,而只有它處于曠野,那么它的腳底下原來也是不穩固的。”
3.問題的驅使。哲人科學家在科學實踐中面對各種各樣的亟待解決的前沿問題,他們手中往往缺乏現成的范式和工具,因而需要廣泛地求助于哲學思維,以便弄清楚“鞋子究竟是在哪里夾腳的?”他們也需要采取不同的思路和發明新穎的方法靈活處理問題,才能收到事半功倍的效果;而墨守一隅,偏執一端,往往難以自拔。愛因斯坦在談到科學家在理性論和極端經驗之間搖擺的原因時說:一個邏輯的概念體系,如果它的概念和診斷必然同經驗世界發生關系,那么它就是物理學。無論誰想要建立這樣一種體系,就會在任意選擇中遇到一種危險的障礙(富有的困境)。這就是為什么他要力求把他的概念盡可能直接而必然地同經驗世界聯系起來。在這種情況下,他的態度是經驗論的。這條途徑常常是有成效的,但是它總是受到懷疑,因為特殊概念和個別論斷畢竟只能斷定經驗所給的東西同整個體系發生關系時所碰到的某件事。因此他認識到從經驗所給的東西到概念世界不存在邏輯的途徑。他的態度于是比較接近理性論了,因為他認識到體系的邏輯獨立性。這種態度的危險在于,人們在探求這種體系時會失去同經驗世界的一切接觸。愛因斯坦認為,在這兩個極端搖擺是不可避免的。依我之見,這種搖擺正是在問題的驅使下,哲人科學家力圖尋找微妙的平衡和恰當的居間,從而在對立的兩極保持必要的張力。
在這方面,馬赫也有類似的精辟見解:“英國哲學家惠威爾指出,對于科學的形成來說有兩件事是必需的,即事實和觀念。僅有觀念只會導致空洞的思想,而僅有事實也不會產生有組織的知識。我們看出,一切取決于現存在的概念適應于新事實的能力。過于迅速地屈從于一個新事實會妨礙穩定的思想習慣的形成,而過分僵硬的思想習慣又妨礙觀察的自由。如果我們能夠在這種斗爭中,在判斷和預斷(成見)之間的妥協中使用該關系,那么我們理解事物的范圍就會擴展。”馬赫在這里闡明了科學家受問題的驅使在事實和觀念之間不得不保持必要的張力,同時也預示了庫恩后來關于在傳統與革新、在收斂式思維和發散式思維之間保持張力的思想。對于有人指責他陷入狹隘的或極端的經驗論,馬赫在自我辯護時講得言之有理:“有人從其他方面發現,我的觀點可以從過分重視感性和相應不了解抽象作用和概念思維的價值得到理解。須知,若不重視感性,自然科學家便不會有多大成就,而重視感性,并不會妨礙他建立明晰而精確的概念。恰恰相反!近代物理學的概念在精確性和抽象程度方面可以與任何其他的科學概念相比,同時還表現出一個好處,即人們總能輕而易舉地、確定無疑地追溯到建立起這些概念的感性要素。對于自然科學家,直觀表象與概念思維之間的鴻溝絕不是很大的、不可跨越的。我們可以順便指出,我絕沒有輕視物理學的概念,而是在過去幾乎四十年中,在許多方面都比以前更徹底地從事于評論這些概念。”事實上,馬赫確實在經驗論和理性論之間保持了張力,不過與愛因斯坦相比,他是偏向經驗論一極的。在馬赫所處的時代和環境下,他這樣做也許是合情合理的:這既是抵御新康德主義的先驗論和黑格爾思辨的自然哲學的影響的需要,也是他反對力學神話(力學先驗論和機械自然觀)的需要。不用說,到愛因斯坦之時,時代和環境均發生了巨大的變化,所以愛因斯坦順應時勢,及時調整他的哲學意向,告別馬赫,向理性論回擺。
4.外部條件的約束。也許對于以構造體系為圭臬的專業哲學家來說,他可能需要一個一元論的邏輯起點(如水、奴斯、數、理念、物質、精神、實在、存在、元氣、仁、道等等),而且為了把他的思想貫徹到底,他傾向于排斥對立的東西。可是,對于哲人科學家來說,他并不想構造洋洋大觀的龐大體系(尼采稱這樣的體系為輝煌的海市蜃樓式的主觀安慰物,愛因斯坦稱其為用蜜寫成的漿糊狀的東西),也不想蹲在一顆哲學樹下守株待兔。尤其是現實狀況迫使他必須敞開思想、博采眾長、優勢互補,從而有可能鑄造一種既有助于解決科學問題,又能說明科學基礎的哲學,這樣就自然而然地形成了具有多元張力特征的哲學。愛因斯坦說得好:“尋求一個明確體系的認識論者,一旦他要力求貫徹這樣的體系,就會傾向于按照他的體系的意義來解釋科學的思想內容,同時排斥那些不適合于他的體系的東西。然而,科學家對認識論體系的追求卻沒有可能走得那么遠。他感激地接受認識論的概念分析;但是,經驗事實給他規定的外部條件,不容許他在構造他的概念世界時過分拘泥于一種認識論體系。因而,從一個有體系的認識論者看來,他必定像一個肆無忌憚的機會主義者:就他力圖描述一個獨立于知覺作用以外的世界而論,他像一個實在論者;就他把概念和理論看成是人的精神的自由發明(不能從經驗給定的東西中邏輯地推導出來)而論,他像一個觀念論者;就他認為他的概念和理論只有在它們對于感覺經驗之間的關系提供邏輯表示的限度內才能站得住腳而論,他像一個實證論者。就他認為邏輯簡單性的觀點是他的研究工作所不可缺少的一個有效工具而論,他甚至是一個柏拉圖主義者或者畢達歌拉斯主義者。”
馬赫在談到他的思想和言論常常被批評家誤解時也講過類似的話語:“這些批評家還責難我沒有將我的思想適當地表達出來,因為我僅僅應用了日常語言,因此人們看不出我所堅持的‘體系’。按照這種說法,人們讀哲學最主要的是選擇一個體系,然后就可以在這個體系之內去思想和說話了。人們就是用這種方式,非常方便地拿一切流行的哲學觀點來揣度我的話,把我說成是觀念論者、貝克萊主義者,甚至物質論者,如此等等。不勝枚舉。關于這點,我相信自己是沒有過錯的。”在這里,愛因斯坦所謂的“機會主義”,馬赫不堅持所謂的“體系”,都意指由于外部條件的制約而不得不在種種對立的哲學極之間保持必要的張力。因此,問題的驅使和外部條件的制約就成為哲人科學家采取多元張力哲學的被動緣由。
最后,我想強調的是,哲人科學家是集偉大的科學家和偉大的哲學家或思想家于一身的時代巨人。他們是科學文化和人文文化的承載者和締造者,是人類思想史上路標的設置者。他們之所以能站在時代的科學思想和哲學思想的峰巔,一個重要原因在于他們不像搬運材料的螞蟻和吐絲結網的蜘蛛,而像采花釀蜜的蜜蜂,把人類的思想遺產和個人的思想創造綜合起來,在科學實踐中形成了富有活力的多元張力哲學,從而譜寫出一曲又一曲的人類思想中最高的音樂神韻。遺憾的是,在我們以往的哲學史中,充斥的只是職業或專業哲學家的名字,而把哲人科學家往往排斥在外,這是極其荒誕的現象,理當予以改變。
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