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愛因斯坦傳

作者:聶運偉
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第九章 普林斯頓(二) 三 「上帝精明,但無惡意」

第九章 普林斯頓(二)

三 「上帝精明,但無惡意」

英費爾德看到的這一有趣的場面,對愛因斯坦的傳記來說是很有意思的。愛因斯坦的傳記不可能是日常事件的實錄和生活細節的清單;但也不可能是刻板的公式。純個人的細節強調了貫穿在愛因斯坦生活中那種脫離日常生活的傾向。不肯繫吊帶也許是滑稽的,但不能說是可笑的。它令人感動,而且如果引人發笑的話,那麼它同時會使人想起愛因斯坦的精神生活,他為了精神生活甚至犧牲了個人的儀表。後來,當一個熟人問英費爾德:愛因斯坦為什麼不理髮,穿一件不可思議的上衣,不|穿襪子,不繫吊帶、腰帶和領帶的時候,英費爾德用愛因斯坦想擺脫日常操心事來解釋:
英費爾德寫道:「在美國,我有生以來第一次看見了充滿火和生命力的黑人舞蹈。在哈萊姆『薩沃依』舞廳裝飾成陽光灼灸,鬱鬱蔥蔥的非洲熱帶叢林。空氣在顫動。震耳的音樂和充滿熱情的舞蹈輻射著活力;觀者喪失了實在感。和黑人不同,白人們露出半死不活、滑稽可笑和卑微屈賤的模樣。他們構成一幅背景,更強烈地襯托出黑人們原始的、無限的生命力。我覺得,這種強烈的運動好像不需要任何喘息,可以永遠地繼續下去。
「『從這個窗戶望去,景色多麼美啊!』」
這個評語雖與物理學無關,但離它也不是那麼遠。在愛因斯坦那裏,對自然界的美感和對科學理論的美感是交織在一起的。在從窗戶欣賞秋日景色前幾分鐘,愛因斯坦談到了量子力學在美學上的殘缺不全。愛因斯坦對量子力學的批評在很大程度上是直覺的。
「統一場論現在已經完成……雖然我付出了全部心血,還是不能用任何辦法去驗證它。這種狀況將長年累月地持續下去,何況物理學家們不理會邏輯的和哲學的論據。」
與闡述的特點有關的構思是同對書的內容的設想相吻合的。愛因斯坦和英費爾德想避免表面效果,任何一種表面的與主題無關的點綴物。他們不想用宇宙的浩瀚無垠,星系際的距離達到數百萬光年等等同原子的體積的對比方法去敗壞讀者的想像力。此外,按照愛因斯坦和英費爾德的看法,擬議中的書不應當造成一種觀念,似乎科學同普通的健全思維有原則區別。如果科學是約定的先驗的圖式的邏輯發揮,它就不可能和從日常經驗中產生的觀念有什麼共同之處。但從愛因斯坦的認識論立場中卻得出相反的結論:科學思維和日常的健全思維走的是同一條道路,但它走得遠一些,深入到碰見新的規律性的那些領域,而日常的健全思維(至少在開初)卻認為這些規律性是反常的。
上帝精明,但無惡意。
「在我們寫這本書的時候,關於我們所想像的讀者的特徵,曾作過很長的討論,並且處處都在替他們著想。我們想像他完全缺乏物理學和數學的實際知識,但是卻具有很強的理解能力,足以彌補這些缺憾。我們認為他對物理學和哲學的觀念很感興趣,同時他對努力鑽研書中比較乏味和困難的部分有忍耐性。」
愛因斯坦對先於嚴格論述的直觀的和半直觀的圖像的興趣,是即將要寫的那本書的主要內容,而且「這是一齣戲https://m•hetubook•com.com劇,思想的戲劇。我們的書應該是一本對每一個熱愛科學的人都有意思的、極感興趣的書」。
在一九三六——一九三七年間,英費爾德幾乎每天到愛因斯坦那裏去同他見面,並多次陪他在普林斯頓散步。英費爾德關於這個階段的回憶,給愛因斯坦的肖像增添了新的細線條和色彩。在試圖描述愛因斯坦連續工作的極度緊張的程度時,英費爾德作了一個十分意外的對比。他談起一架永遠旋轉的智力機器,但為說明這個過程的不可思議的生命力,他用了另一個比方:
在愛因斯坦對成功解決問題產生疑惑後,他更加相信這種「惡意」在冥冥中控制著什麼。只是越到後來,這種希望越渺茫,愛因斯坦工作勁頭反而越大。
英費爾德回憶說:
一九四二年春天,愛因斯坦寫信給自己的醫生朋友漢斯.繆紮姆,說:
一九三六年,英費爾德在波蘭裏沃夫斯基大學任副教授。當時,法西斯烏雲已籠罩波蘭,英費爾德感到再也不可能待在波蘭大學裏了。他給愛因斯坦寫了封信,並很快收到了普林斯頓研究院的邀請書。研究院給英費爾德提供了一小筆獎學金,以便他能在愛因斯坦指導下從事理論物理學方面的研究工作。他一到普林斯頓,馬上就去敲范氏堂二〇九號的房門。那時,數學和理論物理研究所就設在那裏。一進門,英費爾德就覺得,愛因斯坦異常蒼老——他們第一次見面已過去十六個年頭了。然而,愛因斯坦炯炯有神、充滿智慧的目光卻讓英費爾德終生難忘。迅利的作風也使英費爾德感到驚異,因為愛因斯坦閃電般立即就向他說了自己今後工作的打算。他沒問英費爾德什麼時候到的,怎麼來的等等。但這裏絲毫沒有書呆子的冷漠。英費爾德理解這一點,不只是由於愛因斯坦以極大熱忱幫助了處於困境的他,親切談話的魅力這一次又感染了英費爾德。但是,愛因斯坦的心已被「超個人的」問題吸引住了。愛因斯坦開始講述他對建立統一場論所作的種種嘗試的結果。這時,勒維.契維塔——被愛因斯坦用於廣義相對論的數學方法的創立者之一——走進屋裏。勒維.契維塔當時年近六十。這位瘦小體衰的義大利數學家拒絕宣誓效忠法西斯政權,並在普林斯頓找到了一個避難處。勒維.契維塔剛一進屋就想馬上離去,以免打擾愛因斯坦同英費爾德的談話。但愛因斯坦請他留下來一起談。愛因斯坦扼要地講述了剛才談的內容,英費爾德細聽勒維.契維塔的義大利英語,難以忍住發笑,這種英語能被聽懂是因為它一半是由公式組成的。愛因斯坦的英語也掌握得不好,但畢竟比契維塔強多了,加之從容、緩慢的風格,富有表情的語調,內容的連貫性和簡潔明晰,都使他的語言保持了說母語時的魅力。
從場方程式得出運動方程式是一個艱鉅的數學課題。但是,克服數學困難伴隨著某種物理直覺,伴隨著關於上述課題對物理世界圖像的初始思想的意義的直覺的、純物理的觀念。
英費爾德的回憶錄為我們展現出普林斯頓時期愛因斯坦生活的方方面面hetubook.com.com
「如果不相信我們的理論結構能夠領悟客觀實在,如果不相信我們世界的內在的和諧性,那就不會有任何科學。這種信念是,並且永遠是一切科學創造的根本動機。在我們所有的努力中,在每一次新舊觀念間的戲劇性鬥爭中,我們堅定了永恆的求知欲望,和對於我們的世界的和諧性的始終不渝的信念……」
愛因斯坦沒有想到寫關於相對論的通俗讀物,吸引他的,後來甚至使他著迷的是另一個計劃——說明逐漸納入科學的世界圖像的基本的物理學概念的邏輯。對物理學的歷史的闡述,不可避免地要抓住走在前面的、純物理的圖像,這些圖像在進一步嚴密的和系統的說明中才被公式和計算所代替。探索以及思想衝突的羅曼蒂克就會從歷史的觀點清晰地展現出來。
愛因斯坦對宇宙的思考是一股急流,不僅對於一些比較無謂的瑣事,就是個人和社會的悲慘事件也無法使它停止或轉彎,但這決不說明他對個人或社會的命運漠不關心。愛因斯坦對他親近的人所發生的一切事是異常敏感的,社會災難使他深感悲痛,但他總是那樣緊張地堅持工作。英費爾德回憶起在愛因斯坦的妻子病危的日子裏,他是怎樣生活和工作的。一樓變成了家庭醫院,她就躺在那裏。而愛因斯坦在二樓工作。他極為沉痛地感到將要同他最親近的人永別了,但他像往常一樣地非常緊張地工作。妻子逝世後不久,愛因斯坦就來到了范氏堂,他面色蠟黃,消瘦,也蒼老多了。可是,他立即就著手討論運動工程工作中的困難。看來,極端抽象的思維對愛因斯坦來說就像呼吸一樣是不間斷的。
「我成了孤獨的老光棍,我之所以出名主要是因為出門不|穿襪子。但是,我比過去更加狂熱地工作,滿懷希望想解決我的老問題,即統一物理場的問題。這就好像是一艘飛艇,你坐在上面想入非非,但卻不能明晰地想像出怎樣著陸……也許能活到好時光來臨並在霎時間看見某種類似樂土的東西……」
「這個主意不錯,很不錯!」
英費爾德繼續回憶說:「我隨他走進一幢房子,走進有一個大窗戶的工作室,窗外是一個美麗的花園,充滿美國秋天生動的色調,在這裏,我聽到了他一整天來所講的第一句,也是唯一的一句與物理學無關的話:
強烈的社會正義感對愛因斯坦最大限度地簡化和限制自己需求的意願有重大意義。愛因斯坦在《我的世界觀》一文中寫道:
一九五三年,愛因斯坦在為他七十四歲誕辰而舉行的記者招待會上說過:
愛因斯坦和英費爾德一起搞的工作是關於運動方程式問題。這項工作的內容是:
在廣義相對論中,引力場或時空彎曲被看作是物質物體——場的源泉在時空中存在的結果。場方程式表面,時空怎樣彎曲,或者也可以說,在場源給定的條件下,在引力中心——物質物體的分佈是給定的條件下,引力場的強度也怎樣。粒子在引力場中運動著,如果它的運動定律(運動方程式)依賴於場方程式,那麼這就涉及兩個實在:一.場;二.場中運動並產生場的物體。如果說運動方程式和*圖*書不是獨立的,而已經包含在給定的場方程式中,那麼我們面前除開場之外就沒有別的實在了。如果粒子的運動歸根到底取決於場方程式,並且只取決於場方程式,這就意味著,我們可以把粒子看作是場的某個中心濃縮點。
「也許,上帝畢竟懷有一點惡意?」
「我每天無數次地提醒自己:我的外部的和內在的生活都依賴於我的同時代人和我們先輩的勞動;我必須盡力以同樣的分量來報償我正在領受和將要領受的東西。我深感必須儉樸,並且時常痛心地發覺自己佔有了比需要更多的我的同胞的勞動產品。」
應當說,這樣的讀者是有的。《物理學的進化》一書不要求具有專門的知識,但它對知識修養、對抽象思維能力、對徹底性卻提出了很高的要求。首先,它要求對人類思想的進化有濃厚的興趣,具有這樣的一些才能和愛好的讀者的實際典型的多樣性是時代的一面極其重要的旗幟。現在,許多人努力不懈地從科學史中尋求對現代問題的答案。基本答案——世界的和諧及其可知性——表現在下面幾行字裏:
「也許,我命中註定還要知道我是否有權相信自己的方程式。這只不過是一種希望,因為每一個方案都牽涉巨大的數學難題。儘管良心受到譴責並有良好願望,但我好久都沒給您寫信了,因為數學上的煩惱使我備受煎熬而我又不能擺脫,我現在任何地方都不去,我要珍惜時間,直到把一切束之高閣。您瞧,我變成了一個守財奴。在清醒的時刻,我意識到,這種對時間的吝嗇是病態的和愚蠢的。」
愛因斯坦關於正是這些圖像構成「思想的戲劇」的觀念——這一切都是同基本的認識論原理聯繫在一起的。在直觀圖象中,以清晰的形式保持著實驗驗證理論的原則上的可能性,它排除了理論的先驗性質。假如科學是認識所固有的先驗前提或約定前提的簡單的邏輯發展的結果,那麼它可以成為任何東西,但就是不成其為戲劇。假如科學是現象學論斷的彙集,是「純粹描述」,是主觀「經驗」的結果,那麼科學中就不存在「逃避顯然性」、意外的奇蹟、思想的衝突,——所有那些使科學變成戲劇以及科學史上呈現的東西就都沒有了。
二年之後,愛因斯坦又給繆紮姆寫信說:
十二年後,愛因斯坦在給索洛文的信裏承認,統一場論還不能得到驗證,因為數學上的困難不容許賦予它以單值的評價的形式。一般的、哲學的和邏輯的論據說服不了物理學家們。
可見,愛因斯坦十分儉樸的衣著是通過某種邏輯的和感情的過程,同他的內在生活的基本特徵聯繫在一起的。總之,這就是愛因斯坦的特點:生活、習慣、愛好的每個細節,歸根到底,通常是相當簡單地和明顯地同思想家的基本理想聯繫著的。這就產生了愛因斯坦形象的驚人統一的印象。
在愛因斯坦的科學研究生涯中,任何一次失敗都沒使他喪失信心,但建立統一場論的艱難及結果的不理想給了他一個沉重的迷惑。他又以他獨有的幽默自我解嘲:
當勒維.契維塔離去後,愛因斯坦和英費爾德一起回愛因斯坦家。一路上,他向英費爾德講述了https://m•hetubook•com•com自己對量子力學的態度。愛因斯坦認為,從美學的觀點看來,量子力學不能令人滿意。
然後,他向英費爾德伸出了雙手,說:
在古典物理學中有一個場方程式,依據它,知道場的來源,就可以確定場在每一點的強度,即力。場以這種力作用於處於這一點的電荷,例如,已知帶電物體的分佈,就可借助電磁場方程式知道,處於該點的電荷將以什麼樣的力被吸引或被排斥。可見,如果重力質量的分佈是已知的,由引力場的古典方程式就可以知道每一點的引力是怎樣的。在古典物理學中,與場方程式並存,還有一個運動方程式。這裏,場強是給定的量。當這個量是已知的時候,可以借助運動方程式找到物體在以後每一時刻的位置。場方程式和運動方程式在古典物理學中是獨立的。相反,在愛因斯坦引力理論中,不可把場方程式和運動方程式看成是獨立的。運動方程式可以從場方程式推導出來,但這是一個極為複雜的課題。在三〇年代末,愛因斯坦在自己學生們的協助下解決了這個課題。
這種思想是同對微觀世界理論的這種或那種態度緊密相聯的。愛因斯坦認為,統一場論可以從非統計的(不是支配機率,而是支配事實本身的)、更深刻的和更普遍的存在規律中推導出微觀世界的量子統計規律性。尤其是還可以清除從量子力學發展中生產出來的物理學中的某些實證論傾向。早在一九三八年,愛因斯坦寫信給索洛文說:「我正在幾個年輕人的支援下搞一個饒有興趣的理論,我希望它有助於克服對機率的現代迷信和對物理學中的實在概念的疏遠態度……」
「我們來幹吧!」
一九三七年初,英費爾德在經過長時間的猶豫之後,決定同愛因斯坦商量一個純個人的問題。他在普林斯頓得到了一年的獎學金。該考慮一下和愛因斯坦下一步工作的可能性了。儘管愛因斯坦力爭,英費爾德延長獎學金的申請還是遭到拒絕。這時,他想出了一個同愛因斯坦一起寫通俗讀物的主意。只要對任何一個出版社說這是愛因斯坦同意的,預支一半稿費,就足夠英費爾德在普林斯頓再待一年的生活費。英費爾德勉強克制住難為情,結結巴巴,前言不搭後語地向愛因斯坦說明了這個計劃。愛因斯坦靜靜地聽著,直到英費爾德終於講出了他想幹什麼。最後,他小聲地說:
「當他們指著黑板上的公式,自以為在講英語時,我仔細地觀察從容沉著的愛因斯坦和那位使勁做手勢的又瘦又小的勒維.契維塔。這樣的場面,加上愛因斯坦不時提一提褲子(沒繫腰帶和吊帶)的那副模樣是如此之妙,如此滑稽,以至我大概永遠也不會忘記。我盡力忍住不發笑,暗示自己:
「答案是簡單的,它也可以從愛因斯坦的孤獨、從他渴望減少同外部世界的聯繫中容易得出。在把自己的需要減少到最低限度的同時,他力求擴大自己的獨立性、自己的自由。須知,我們乃是萬事萬物的奴隸,而且我們的奴隸依賴性愈來愈增長。我們是洗澡間的奴隸,自動鉛筆的奴隸,自動打火的奴隸,電話的奴隸,無線電的奴隸,如此等等。愛因斯坦決心把這種和-圖-書依賴性減少到最低限度。長髮使他免除了經常找理髮師的必要性,不|穿襪子可以將就,一件皮夾克可以在許多年內解決上衣問題,沒有吊帶確實就像沒有襯衫和睡衣一樣過得去。愛因斯坦實現了最低限度綱領……。」
該書序言中寫道:
這一思想過程同場方程式得出運動方程式課題的解決,不是單值地聯繫著的。但是,愛因斯坦的這種推論大概含有上述潛臺詞。它同愛因斯坦建立統一場論的物理學思想的發展線索是聯繫著的。
「廣義相對論剛一完成,也就是在一九一六年,出現了一個內容如下的新問題。廣義相對論極其自然地得出了引力場論,但是未能找到任何一種場的相對論性理論。從那時以來,我盡力尋找引力定律的最自然的相對論性概括,希望這個概括性的定律將是一個場的普遍理論。在後來的年代裏,我成功地獲得了這一概括,弄清了問題的形式方面,找出了必需的方程式。但是,數學上的困難不容許從這些方程式中得出可以同觀察對比的結論。在我有生之年,完成這件事希望甚微。」
「我想:『你和世界上最著名的物理學家談話和討論物理學問題,因為他沒繫吊帶,你卻在笑。』這樣的暗示起了作用,於是在愛因斯坦開始講他最近尚未發表的關於引力波的著作的一瞬間,我忍住了笑。」
「當我觀察愛因斯坦的時候,這幅畫面常常泛現在我眼前。就像一架最富有生命力的機器永遠在他的腦子裏轉動似的。這就是被昇華出來的生命力。有時,這種觀察是令人難受的。愛因斯坦能談政治,能以他所特有的極其驚人的好心腸聽取種種請求,回答種種問題,但是,在這些外部活動後面能感覺出他在不斷地思考科學問題;他的大腦機器不停地開動,只有死才能中斷這架機器的永恆運轉。」
但是,愛因斯坦懂得,問題不僅在於接踵而來的物理理論的數學加工、數學困難的克服,以及獲得場方程式的數量上的解。對愛因斯坦來說,理論如果不包含可以同觀察相對應的物理概念,就無權叫做物理理論。
對自己獲得的結果的這種說明,愛因斯坦重複過不止一次——直到臨終前幾天,當時他已經意識到死期將至並確信,自己的理論將保持其未完成性,數學理論上的正確性保證不了物理學的單值性。
一九三八年四月,《物理學的進化》一書問世了。
愛因斯坦對已出版的書的態度是特殊的。《物理學的進化》一書的準備工作使他全神貫注,然而一旦寫完手稿,他就對它毫無興趣了,無論對清樣還是印出的樣書,他看都不看一眼。為了不得罪出版者,英費爾德只好對出版者說:愛因斯坦教授對書很感興趣,特別是書的裝幀,他很喜歡。可實際上,他連翻也沒翻過這本他親自構思的書。
對愛因斯坦來說,「上帝精明,但無惡意」不僅意味著世界和諧的存在,也不只意味著統一場論的必要性和原則上的可把握性。愛因斯坦對這一點毫不懷疑。但上述箴言也意味著,存在的和諧能否表現為精確的幾何學關係式?也就是在這裏,愛因斯坦產生了確定上述關係式的最大困難的感覺。所以,在普林斯頓散步時,愛因斯坦常說:
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