相对论下 2 ppt.ppt

《相对论下 2 ppt.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《相对论下 2 ppt.ppt（75页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、相对论的建立（二）相对论的建立（二）广义相对论的建立广义相对论的建立爱因斯坦的科学思想爱因斯坦的科学思想广义相对论的建立广义相对论的建立广义相对论的三大前提马赫对绝对时空观的批判狭义相对论的局限性广义相对论两条基本原理的提出引力场方程的建立广义相对论的预言及验证广义相对论的发展一一 广义相对论的三大前提广义相对论的三大前提1 广义相对论的数学工具非欧几何学的广义相对论的数学工具非欧几何学的建立建立欧几里德几何学公理体系21个定义5个公理5个公设第五公设：“若一直线与二直线相交，其同侧内角之和小于两直角，当此二直线无限延长时，必相交于二内角之和小于二直角的一侧。”试图证明第五公设的逻辑非独立性试

2、图证明第五公设的逻辑非独立性证明第五公设是其他公设的逻辑结果的失败从公元前3世纪至公元18世纪，所有证明结果得出一致结论：只能用另一等效的公设（如：通过任一给定点，只能作一条直线平行于给定直线）代替第五公设，无法从欧几里德几何的其他公设推导出第五公设。1799年，高斯高斯认为，可能存在一种不同于欧几里德几何的非欧几里德几何理论。1826年，俄国数学家罗巴切夫斯基罗巴切夫斯基发现了一种新的几何学：二维负常曲率空间几何罗巴切夫斯基几何。1827年，高斯高斯首次区分了曲面的内在性质和外在性质，曲面的内在性质要用度规函数来描述，他找出了这一函数高斯曲率k（x1，x1）。容易证明：欧几里德几何：欧几里德

3、几何：k0；罗巴切夫斯基几何：罗巴切夫斯基几何：k0；另一种几何：另一种几何：k0。1854年，黎曼黎曼推广了高斯和罗巴切夫斯基几何，建立了黎曼几何。这是一种正曲率空间几何，度规函数：ds2gik dxi dxk克里斯托夫、里奇等，在黎曼空间建立了张量分析。黎曼几何建立70年后，在广义相对论中第一次得到应用，它是广义相对论的重要数学工具。2 广义相对论的经验基础惯性质量与引力广义相对论的经验基础惯性质量与引力质量相等质量相等牛顿力学建立后，物理学中存在两种质量：惯性质量：牛顿第二定律 F mia引力质量：万有引力定律 F mgg由此有 a（mg/mi）g1889年，厄缶（Etvs）以扭摆实验测

4、量证明，对于各种物质，mg/mi在10-9精度内是一个常数。选取适当的单位，对于一个物体来说，mg/mi1，即惯惯性质量等于引力质量，在引力场中所有的物体都以相同性质量等于引力质量，在引力场中所有的物体都以相同的加速度下落的加速度下落。这是爱因斯坦提出广义相对论的等效原理的实验根据。3 相对性原理的扩展由伽利略相相对性原理的扩展由伽利略相对性原理到狭义相对性原理对性原理到狭义相对性原理 牛顿力学适用于惯性系，牛顿认为绝对空间就是惯性系。伽利略相对性原理所有惯性系之间在伽利略坐标变换下，力学运动方程保持协变性，即运动方程形式不变。这表明力学现象满足相对性原理，所有惯性参考系对于描述力学现象都是等

5、价的。狭义相对论发展了伽利略相对性原理狭义相对论发展了伽利略相对性原理狭义相对论证明，在洛伦兹坐标变换下，力学定律和电磁学定律在各惯性系之间变换时，其方程具有协变性。所有的惯性参考系对于描述力学现象和电磁现象都是等价的。把惯性系的有效性，从力学现象扩大到电磁现象。狭义相对性原理是伽利略相对性原理的发展1907年，爱因斯坦关于相对性原理和由此得出的结论：“相对性原理是不是只适用于非加速坐标系？相对性原理是不是只适用于非加速坐标系？”二二 马赫对绝对时空观的批判马赫对绝对时空观的批判爱因斯坦：“广义相对论使物理学没有必要引进惯性系，这是它的根本成就。”绝对空间是牛顿引入的惯性系。为了证明绝对空间的

6、存在，牛顿设想了著名的水桶实验：牛顿认为，水与桶一起转动时，水面变凹，这是由于水在相对于绝对空间作加速运动（“绝对运动”）。1880年，奥地利物理学家马赫力学发展史：“牛顿的旋转水桶实验仅仅告诉我们，水对桶壁的相对旋转不产生任何显著的离心力，而它对地球及其他天体质量的相对转动才产生这种力。没有一个人能够断言，如果桶壁的厚度和质量都增加，直到几英里时，这个实验会有什么结果。”马赫反对牛顿把惯性系、惯性质量和惯性力与绝对空间联系起来。他认为，一切运动都是相对的，惯性质量、惯性力也是相对的，它们与周围的天体有关，根本不存在绝对空间。力学发展史：“如果我们立足于事实的基础上，我们就会发现自己只知道相对

7、空间和运动，绝对空间是个没有用处的形而上学的概念。”爱因斯坦自述：“当我是一个学生的时候，这本力学发展史正是在这方面给了我深刻的影响。”1913年，爱因斯坦给马赫的信：“完全按照您对牛顿水桶实验的批判，一个必然的后果是：惯性惯性来源于一种相互作用。来源于一种相互作用。”马赫认为，惯性必须归结为物体的相互作用。爱因斯坦将马赫关于惯性的思想称为“马赫原理”，并把马赫原理作为广义相对论的基本原理之一。三三 狭义相对论的局限性狭义相对论的局限性爱因斯坦说，狭义相对论只是逻辑发展的第一步。因为它虽然取得很大成功，但仍然存在一些局限性：1 狭义相对论无法正确描述引力现象狭义相对论无法正确描述引力现象194

8、6年，自述：“当我力图在狭义相对论的框子里把引力表示出来的时候，我才完全明白，狭义相对论不过是必然发展过程的第一步。这就使我相信，在狭义相对论的框子里，是不可能有令人满意的引力理论的。”2 狭义相对论无法解释：为何惯性质量等于引力质量狭义相对论无法解释：为何惯性质量等于引力质量3 狭义相对论只适用于惯性系狭义相对论只适用于惯性系它无法回答马赫曾经向牛顿力学提出的质疑：为什么惯性系比其他参考系优越、特殊？1933年，爱因斯坦：“当我通过狭义相对论得到了一切所谓惯性系对于表示自然规律的等效性时，就自然地引起了这样的问题，坐标系有没有更进一步的等效性呢？”四四 广义相对论两条基本原理的提出广义相对论

9、两条基本原理的提出1 等效原理的提出等效原理的提出1907年，爱因斯坦关于相对性原理和由此得出的结论：“迄今为止，我们只把相对性原理，即认为自然规律同参考系的状态无关这一假设应用于非加速参考系。是否可以设想，相对性原理对于相互相对作加速运动的参考系也仍然成立？”他在这篇文章中做了一个理想实验：Fma F ma由于a a，利用 惯性质量等于引力质量，得 F F。由此爱因斯坦假设：“引力场同参考系的相引力场同参考系的相当的加速度在物理上完全等价。当的加速度在物理上完全等价。”xyzooxzayaSSm引力场无引力场“这个假设把相对性原理扩展到参考系作均匀加速平移运动的情况。这个假设的启发性意义在于

10、，它允许用一允许用一个均匀加速参考系代替一个均匀引力场个均匀加速参考系代替一个均匀引力场。”1913年，年，广义相对论纲要和引力论广义相对论纲要和引力论：（一）物理学部分“产生这个理论的基础是这样一种信念，即相信惯性质相信惯性质量同引力质量成正比是准确的自然规律，它应当在物理量同引力质量成正比是准确的自然规律，它应当在物理理论的原理中找到它自身的反映理论的原理中找到它自身的反映。我在以往的一些试图把引力质量归结为惯性质量的论文中，力图表达出这种信念。这种意图引导我做出这样的假说：在物理学上，（在无限小的体积中均匀的）引力场完全可以代替加速（在无限小的体积中均匀的）引力场完全可以代替加速运动的参

11、考系。运动的参考系。显然，这个假说也可以表述如下：在一在一个封闭箱中的观测者，不管用什么方法也不能确定，究个封闭箱中的观测者，不管用什么方法也不能确定，究竟箱是静止在一个引力场中呢，还是处在没有引力场但竟箱是静止在一个引力场中呢，还是处在没有引力场但却作加速运动（由加于箱的力所引起）的空间中呢（等却作加速运动（由加于箱的力所引起）的空间中呢（等效假说）效假说）。”2 广义相对性原理的提出广义相对性原理的提出1916年，广义相对论的基础：“这条公设我们叫它狭义相对性原理。狭义这个词表示这条原理限制在参考系作K对K匀速平移运动的情况，但 K同K的等效性并没有扩充到K对K作非匀速运动的情况。2、所以

12、要扩充相对性公设的缘由、所以要扩充相对性公设的缘由：“在古典力学里，同样也在狭义相对论里，有一个固有的认识论上的缺点，这个缺点恐怕是由E马赫最先清楚地指出来的。”这个“缺点”先验地给惯性系以特殊的地位。“如果要不使上述认识论的指责再复活起来，一切可以想像的、彼此相对作任何一类运动的空间（参考系）R1，R2等之中，就没有一个可以先验地被看成是特许的。物理学的定律必须具有这样的性质，它们物理学的定律必须具有这样的性质，它们对于以无论哪种方式运动着的参考系都是对于以无论哪种方式运动着的参考系都是成立的。成立的。循着这条道路，我们就到达了相对性公设的扩充。”3、空间时间连续区、表示自然界普遍规律空间时

13、间连续区、表示自然界普遍规律的方程所要求的广义协变性的方程所要求的广义协变性“所以，对于自然界的描述，除了把一切可想像的坐标系都看作在原则上是具有同样资格的，此外就别无出路了。这就要求：普遍的自然规律是由那些对一切坐标系都有效普遍的自然规律是由那些对一切坐标系都有效的方程来表示的，也就是说，它们对于无论哪的方程来表示的，也就是说，它们对于无论哪种坐标变换都是协变的（广义协变）。种坐标变换都是协变的（广义协变）。”广义协变原理广义协变原理广义协变原理体现了广义相对性原理对自然规广义协变原理体现了广义相对性原理对自然规律数学表示的一种形式化要求律数学表示的一种形式化要求五五 引力场方程的建立引力场

14、方程的建立格罗斯曼的帮助把黎曼几何、张量分析引入物理学，为爱因斯坦创立广义相对论提供了必须的数学工具。从等效原理和广义相对性原理出发，应用黎曼几何、张量分析等数学工具，爱因斯坦推导出引力场方程。1915年11月25日，爱因斯坦在引力场方程论文中，给出了引力场方程的完整形式：R k（T 1/2 g T）R是黎曼曲率张量，T 是能量动量张量六六 广义相对论的预言及验证广义相对论的预言及验证1 水星近日点进动水星近日点进动天文观测发现，水星近日点相对于空间 固定方位在不断缓慢的变化，每转一周轨道的长半轴转过角，这种现象称为行星进动。水星进动每100年转过5599.740.41（弧度秒）根据牛顿引力定

15、律解释的结果，还剩余42.56 0.94无法解释。1916年，爱因斯坦广义相对论的基础计算出水星近日点的进动是每100年43，完全符合天文观测数值。2 光线在引力场中偏转光线在引力场中偏转1801年，索尔顿根据牛顿光的微粒说和引力定律，计算出光线经过太阳附近要偏转0.78 角度。1911年，爱因斯坦关于引力对光传播的影响采用惠更斯原理推出结论：“光线经过引力场时必定要受到偏转；”并计算出光线经过太阳附近的偏转角度是0.83。1916年，广义相对论的基础：“光线经过太阳要受到1.7 的弯曲。”1919年5月29日，英国观测组在西非几内亚湾的普林西比岛进行日食观测，发现星光经过太阳附近产生的偏转角

16、与广义相对论的预言非常符合。3 引力红移引力红移1911年，关于引力对光传播的影响：“按照我们的观点，日光谱线同地球上光源的对应谱线相比较，必定稍向红端移动。”利用穆斯保尔效应进行实验观测，结果证实了引力红移现象。利用雷达回波延迟实验，也可观测到引力红移现象。七七 广义相对论的发展广义相对论的发展1 现代宇宙学现代宇宙学1917年，爱因斯坦发表根据广义相对论对宇宙所做的考查，首次将广义相对论应用于宇宙学。现代宇宙学由此开始。为了得到一个静态宇宙模型，他在引力场方程中加上了一个宇宙项，得出R g k（T 1/2 g T）由此爱因斯坦得出一个静态的、有界、无边的宇宙模型。1922年，苏联天文学家A

17、.弗里德曼根据广义相对论引力场方程，没有象爱因斯坦那样引入宇宙项，推导出一个均匀各向同性的演化宇宙模型。他写道：“宇宙交变类型可以设想为很不一样的情况：一个可能的情况是，宇宙曲率半径从某一值开始，随时间流逝而一直增大；更可能的情况是，曲率半径周期性地改变：宇宙收缩到一点（成为无），然后，从一点重新达到某一数值的半径，进而再减小其半径返回一点，等等。”大爆炸宇宙模型的提出大爆炸宇宙模型的检验距离时间 0 0 0周期闭合平直弗里德曼弗里德曼宇宙模型宇宙模型2 引力波的预言引力波的预言1918年，爱因斯坦发表论引力波，研究引力场传播问题。他对引力场方程做了弱场近似处理后，在适当选取坐标系的情况下，形

18、成一个线性微分方程，与经典电动力学的达兰贝尔方程类似。因为经典电动力学的达兰贝尔方程存在波动解，对应于电磁波的存在。类似地，引力场方程的弱引力场方程的弱场近似方程也存在波动解，据此爱因斯坦预言有场近似方程也存在波动解，据此爱因斯坦预言有引力波存在，并以光速传播。引力波存在，并以光速传播。3 统一场理论统一场理论爱因斯坦从20世纪20年代开始研究物理现象的统一理论，企图把引力场与电磁场统一用一种理论描述，直至其去世，未获得成功。1923年，爱因斯坦发表仿射场论，把黎曼曲率张量R 分解为对称部分和反对称部分：R 是对称部分，代表引力场，是反对称部分，代表电磁场。爱因斯坦晚年感叹其在统一场理论方面没

19、有取得成功，但坚信追求物理学理论统一的方向是正确的：“我完成不了这项工作了，它将被遗忘，我完成不了这项工作了，它将被遗忘，但是将来会被重新发现。但是将来会被重新发现。”统一场理论的发展：统一场理论的发展：弱电统一理论弱电统一理论大统一理论大统一理论科学史表明科学史表明：几乎所有那些代表一个时代的大科学家都有一些共同的特点：在自然科学定律发现方面和对于自然科学问题的哲学思考（如科学思维的本性、科学真理的基础、科学认识的方法）方面都做出重要成就，在他们身上充分体现了这两方面成就的有机结合，或者说科学同哲学的结合。例如：牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦、玻尔爱因斯坦的科学思想爱因斯坦的科学思想科学与哲学的关

20、系科学方法论思想科学认识论思想科学与宗教的关系爱因斯坦思想对现代科学哲学的影响科学需要哲学的帮助科学需要哲学的帮助直觉和演绎是创建科学理论的有效方法直觉和演绎是创建科学理论的有效方法 真实的东西一定是逻辑上简单的真实的东西一定是逻辑上简单的 科学理论基础具有科学理论基础具有“虚构性虚构性”特征特征 构造性理论和原理推论性理论构造性理论和原理推论性理论 上帝不是在掷骰子上帝不是在掷骰子 没有统一的场，就没有物理学没有统一的场，就没有物理学 没有科学的宗教是瞎子，没有宗教的科学没有科学的宗教是瞎子，没有宗教的科学是跛子是跛子 科学需要哲学的帮助科学需要哲学的帮助1 哲学是科学研究之母哲学是科学研究

21、之母1950年，物理学、哲学和科学的进步：“如果把哲学理解为在最普遍和最广泛的形式中对知识的追求，那么，显然，哲学就可以被认为是全部科学研究之母。可是，科学的各个领域对那些研究哲学的学者们也发生强烈的影响，此外，还强烈地影响着每一代的哲学思想。”科学成长的两种传统科学成长的两种传统：工匠传统、哲学家传统17、18世纪才逐渐形成了独立的科学传统2 科学需要认识论的帮助科学需要认识论的帮助1949年，对批评的回答：“认识论同科学的相互关系是值得注意的。它们互为依存。认识论要是不同科学接触，就会成为一个空架子。科学要是没有认识论只要这真是可以设想的就是原始的混乱的东西。”3 科学家自己最清楚科学家自

22、己最清楚“鞋子究竟是在哪里夹脚的鞋子究竟是在哪里夹脚的”1936年，物理学和实在：“常听人说，科学家是蹩脚的哲学家，这句话肯定不是没有道理的。那么，对于物理学家来说，让哲学家去作哲学推理，又有什么不对呢？当物理学家相信他有一个由一些基本定律和基本概念组成的严密体系可供他使用，而且这些概念和定律都确立得如此之好，以致怀疑的风浪不能波及它们，在那样的时候，上述说法固然可能是对的；但是象现在这样，当物理学的这些基础本身成为问题的时候，那就不可能是对的了。象目前这个时候，经验迫使我们去寻求更新、更可靠的基础，物理学家就不可以简单地放弃对理论基础作批判性的思考，而听任哲学家去做；因为他自己最晓他自己最晓

23、得，也最确切地感觉到鞋子究竟是在哪里夹脚的得，也最确切地感觉到鞋子究竟是在哪里夹脚的。”4 科学家怎样运用哲学观点科学家怎样运用哲学观点对批评的回答：“寻求一个明确体系的认识论者，一旦他要力求贯彻这样的体系，他就会倾向于按照他的体系的意义来解释科学的思想内容，同时排斥那些不适合于他的体系的东西。然而，科学家对认识论体系的追求却没有可能走得那么远。他感激地接受认识论的概念分析；但是，经验事实给他规定的外部条件，不容许他在构造他的概念世界时过分拘泥于一种认识论体系。因而，从一个有体系的认识论者看来，他必定象一个肆肆无无忌忌惮惮的的机机会会主主义义者者：就他力求描述一个独立于知觉作用以外的世 界 而

24、 论，他 象 一 个实实 在在 论论 者者；就他把概念和理论看成是人的精神的自由发明（不能从经验所给的东西中逻辑地推导出来）而论，他象一个唯心论者唯心论者；就他认为他的概念和理论只有在它们对感觉经验之间的关系提供出逻辑表示的限度内才能站得住脚而论，他象一个实证论者实证论者；就他认为逻辑简单性的观点是他的研究工作所不可缺少的一个有效工具而论，他甚至还可以象一个柏拉图主义者柏拉图主义者或者毕达哥拉毕达哥拉斯主义者斯主义者。”直觉和演绎是创建科学理论的有效方法直觉和演绎是创建科学理论的有效方法 归纳和演绎归纳和演绎建立科学理论的方法建立科学理论的方法1 归纳法只适用于经验科学归纳法只适用于经验科学1

25、920年理论和实践：“经验科学的发展过程就是不断的归纳过程。”1934年物理学中的空间、以太和场的问题：“适用于科学幼年时代的以归纳为主的方法，正在让位给探索性的演绎法。”1936年，物理学和实在：“没有一种归纳法能够导致物理学的基本概念没有一种归纳法能够导致物理学的基本概念。对这个事实的不了解，铸成了19世纪多少研究者在哲学上的根本错误。逻辑思维必然是演绎的，它以假设的概念和公理为基础。”1952年，爱因斯坦给贝索的信：“从经验材料到逻辑性演绎以之为基础的普遍原理，在这两者之间并没有一条逻辑的道路。因此，我不相信，存在着通过归纳达到认识的道路，至少作为逻辑方法是不存在的。”“理论越向前发展，

26、以下情况就越清楚：从经从经验事实中是不能归纳出基本规律来的。验事实中是不能归纳出基本规律来的。”2 直觉和演绎方法直觉和演绎方法1952年，爱因斯坦给贝索的信：“一般地可以这样说：从特殊到一般的道路是自觉性的，而从一从特殊到一般的道路是自觉性的，而从一般到特殊的道路则是逻辑性的。般到特殊的道路则是逻辑性的。”1952年5月7日，爱因斯坦给M.索洛文的信：“在A同之间不存在任何必然的逻辑联系，而只有一个不是必然的直觉的联系直觉的联系。”A ASSS公理体系直接经验的各种体现直觉导出命题1918年4月，在普朗克60岁生日庆祝会上讲话：“物理学家的最高使命是要得到那些普遍的基本定律，由此世界体系就能

27、用单纯的演绎法建立起来。要通向这些定律，并没有逻辑的道路；只有通过那种以对经验的共鸣的理解为依据的直觉以对经验的共鸣的理解为依据的直觉，才能得到这些定律。”爱因斯坦主张用“以直觉为基础的思辨方法以直觉为基础的思辨方法”完成从特殊到一般的认识飞跃，根据对一定经验事实的直觉的理解把握事物的本质，在此基础上创造出基本概念和原理，以此作为演绎的逻辑前提进行推理，从而得出具体的结论。爱因斯坦探索性的演绎法探索性的演绎法“真正可贵的因素是直觉”。“只有直觉才有真正的价值”。直觉：是对事物本质的洞察力，是对事物作出直接判断，提出关于事物本质的“大胆猜测”。爱因斯坦的直觉演绎方法直觉演绎方法突出了认识主体的主

28、观能动性和积极创造性。直觉认识以一定的经验事实和已有知识为依据，充分发挥思维的洞察力和创造性，力求实现认识上的飞跃。真实的东西一定是逻辑上简单的真实的东西一定是逻辑上简单的 逻辑简单性原则逻辑简单性原则1938年1月爱因斯坦给C.兰左斯的信：“逻辑简单的东西，当然不一定就是物理上真实的东西。逻辑简单的东西，当然不一定就是物理上真实的东西。但是，物理上真实的东西一定是逻辑上简单的东西，也但是，物理上真实的东西一定是逻辑上简单的东西，也就是说，它在基础上具有统一性。就是说，它在基础上具有统一性。”1932年，在哥伦比亚大学的讲话：“我们在寻求一个能把观察到的事实联结在一起的理论体系，它将具有最大可

29、能的简单性。我们所说的简单性，并不是指学生在精通这种体系时产生的困难最小，而是指这体系所包含的彼此独立的假设或公理最少。这体系所包含的彼此独立的假设或公理最少。”1933年，关于理论物理学的方法：“一切理论的崇高目标，就在于使这些不能简化一切理论的崇高目标，就在于使这些不能简化的元素尽可能简单，并且在数目上尽可能少，同的元素尽可能简单，并且在数目上尽可能少，同时又不至于放弃对任何经验内容的适当表示。时又不至于放弃对任何经验内容的适当表示。”1936年，物理学和实在：“科学的目的，一方面是尽可能完备地理解全部科学的目的，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感觉经

30、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。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。）”1946年，自述：（科学理论的）“概念体系连同那些构成概念体系结构的句法规则都是人的创造物。虽然概念体系本身在逻辑上完备是任意的，可是它们受到这样一个目标的限制，就是要尽可能做到同感觉要尽可能做到同感觉经验的总和有可靠的（直觉的）和完备的对应关经验的总和有可靠的（直觉的）和完备的对应关系；其次，它们应当使逻辑上独立的元素（基本系；其次，它们应当使逻辑上独立的元素（基本概念和公理），即不下定义的概念和推导不出的概念和公理

31、），即不下定义的概念和推导不出的命题，要尽可能的少。命题，要尽可能的少。”科学理论基础具有科学理论基础具有“虚构特征虚构特征”科学与宗教：“科学是一种长达数世纪之久的努力，通过系统的思想把这个世界中可以感知的现象尽可能完全地联系起来。它是通过概念化它是通过概念化过程对存在进行后验重建的企图。过程对存在进行后验重建的企图。”1931年，论科学：“科学规律绝不会是精确的，因为我们是借助于概念来表达规律的，而即使概念会发展，在将来仍然会被证明是不充分的。在任何论题和任何证在任何论题和任何证明的底层，都留着绝对正确的教条的痕迹。明的底层，都留着绝对正确的教条的痕迹。”1932年，在哥伦比亚大学的讲话：

32、“我们在寻求一个能把观察到的事实联结在一起的思想体系，它将具有最大可能的简单性。我们所说的简单性，并不是指学生在精通这种体系时产生的困难最小，而是指这体系所包含的彼此独立的假设或公理最少；因为这些逻辑上彼此独立的公理因为这些逻辑上彼此独立的公理的内容，正是那种尚未理解的东西的残余。的内容，正是那种尚未理解的东西的残余。”1933年，关于理论物理学的方法：“这些概念和基本原理都是人类理智的自由发明，既不能用这种理智的本性，也不能以其他任何先验的方式来证明它们是正确的。这些不能在逻辑上进一步简化的基本概念和基本假设，组成了理理论的根本部分，它们不是理性所能触动的论的根本部分，它们不是理性所能触动的

33、。一切理论的崇高目标，就在于使这些不能简化的元素尽可能简单，并且在数目上尽可能少，同时又不至于放弃对任何经验内容的适当表示。”“我刚才简略阐述的观点，即科学理论基础具有科学理论基础具有纯粹虚构的特征的观点纯粹虚构的特征的观点，决不是18世纪和19世纪流行的观点。但是，它目前正在不断地占领着阵地，因为，（科学理论的）逻辑结构变得越来越简单也就是说，支持这个结构所必须的逻辑上独立的概念元素越来越少以基本概念和基本定律作为一方，以那些必须同我们的经验发生关系的结论作为另一方，两者之间在思维上的距离也就越来越大了。”构造性理论和原理推演性理论构造性理论和原理推演性理论 A 构造性理论：构造性理论：从事

34、实中归纳出定律从事实中归纳出定律自述：“渐渐地我对那种根据已知事实用构造性的努力根据已知事实用构造性的努力去发现真实定律去发现真实定律的可能性感到绝望了。我努力得愈久，就愈加绝望，也就愈加确信，只有发现一只有发现一个普遍的形式原理，才能使我们得到可靠的结果个普遍的形式原理，才能使我们得到可靠的结果。我认为热力学就是放在我面前的一个范例。在那里，普遍原理是用这样一条定理来说明的：自然规律是这样的，它们使（第一类和第二类）永动机的制造成为不可能。”B 原理推演性理论原理推演性理论:提出一般性原理，进行演绎提出一般性原理，进行演绎自述：“狭义相对论的普遍原理包含在这样一个假设里：物理定律对于洛伦兹变

35、换是不变的。这是对自然界定律的一条限制性原理，它可以同不存在永动机这样一条作为热力学基础的限制性原理相比拟。”“我从引力论中还学到了另外一些东西：经验事实不论收集得多么丰富，仍然不能引导到提出如此复杂的方程。一个理论可以用经验来检验，但一个理论可以用经验来检验，但是并没有从经验建立理论的道路。是并没有从经验建立理论的道路。象引力场方程这样复杂的方程，只有通过发现逻辑上简单的数学条件才能找到，这种数学条件完全地或者几乎完全地决定着这些方程。”上帝不是在掷骰子上帝不是在掷骰子 坚持因果决定论思想坚持因果决定论思想1926年12月给M.波恩的信：“量子力学固然是堂皇的。可是有一种内在的声音告诉我，它

36、还不是那真实的东西。这理论说的很多，但是一点也没有真正使我们更接近这个恶魔的秘密。我无论如何深信上帝不是在掷我无论如何深信上帝不是在掷骰子。骰子。”1928年爱因斯坦在瑞士Davos所作的讲演：“相信自然现象必遵守因果规律，归根到底仅仅是以有限的成就为基础的，这些成就是作为人类理智为确立自然现象之间的相互关系所作的努力的结果而获得的。因而，这种信心没有绝对的性质。今天，对这个颠扑不破的因果性的信仰，恰恰受到了物理学的那些代表人物的威胁，而这种信仰，曾经在他们前面，作为首要的和能力无限的响导指示着他们的道路。这种趋势理应得到一切有思想的人的密切注意。”“自然界的规律是这样的，根据世界自然界的规律

37、是这样的，根据世界在某一时刻的状态，应当无歧义地得在某一时刻的状态，应当无歧义地得出它在过去和未来的其他一切状态。出它在过去和未来的其他一切状态。我应当承认，我的科学本能反对放弃我应当承认，我的科学本能反对放弃严格的因果性。严格的因果性。”“我坚定地相信：当代量子理论的本质上的统计特征，完全是由于这种理论所运用的是一种对物理体系的不完备的描述。”（一463）没有统一的场，就没有物理学没有统一的场，就没有物理学 经典物理学的两种研究纲领：粒子纲领粒子纲领：牛顿纲领、全微分方程 场纲领场纲领：麦克斯韦纲领、偏微分方程 量子力学：粒子纲领与场纲领的统一爱因斯坦：爱因斯坦：以以“场纲领场纲领”统一统一

38、“粒子纲领粒子纲领”，实现物理学的，实现物理学的统一统一量子力学建立后，爱因斯坦始终对其持谨慎的批判态度他承认量子力学在解决实际问题时的有效性，但却不认为它是理论上完备的爱因斯坦思想中根深蒂固的经典决定论观念，使其无论如何也难以接受量子力学的概率特征在他看来，量子力学的概率性是其理论不量子力学的概率性是其理论不完备的表现，它不可能为整个物理学提供完备的表现，它不可能为整个物理学提供一个正确的基础一个正确的基础 1931年，爱因斯坦在纪念麦克斯韦诞生100周年所写的文章中说：“我仍然倾向于这样的看法：物理学家不会长我仍然倾向于这样的看法：物理学家不会长期满足于对实在的这种间接的描述，即使这种期满

39、足于对实在的这种间接的描述，即使这种理论终于能以令人满意的方式适应广义相对性理论终于能以令人满意的方式适应广义相对性的假设我确信，今后我们必将回过头来力求的假设我确信，今后我们必将回过头来力求实现可以恰当地称为麦克斯韦纲领的那个纲领实现可以恰当地称为麦克斯韦纲领的那个纲领即即用那些满足偏微分方程而不带有奇点的用那些满足偏微分方程而不带有奇点的场来描述物理实在场来描述物理实在”“在理论物理学的一个特殊部门里，连续的场在理论物理学的一个特殊部门里，连续的场同质点一起看来好像都是物理实在的代表这同质点一起看来好像都是物理实在的代表这种二元论至今仍然存在，它必然会使每一个思种二元论至今仍然存在，它必然

40、会使每一个思想有条不紊的人感到不安想有条不紊的人感到不安”1932年，纪念伊李布曼的文章：“人们特别尖锐地感觉到，场论和量子力学得人们特别尖锐地感觉到，场论和量子力学得不到令人满意的综合大家相信，不到令人满意的综合大家相信，未来的统一未来的统一理论的必要组成部分会包含上述两种理论理论的必要组成部分会包含上述两种理论”1936年，年，物理学和实在物理学和实在：“在我看来，可以肯定的是：在任何一个贯彻在我看来，可以肯定的是：在任何一个贯彻一致的场论的基础中，除场这个概念以外，不一致的场论的基础中，除场这个概念以外，不应当再出现粒子概念整个理论必须只以偏微应当再出现粒子概念整个理论必须只以偏微分方程

41、和它们的不带奇点的解为根据分方程和它们的不带奇点的解为根据”（一（一357）1940年在美国科学大会上的讲话：“从一开始就一直存在着这样的企图，即要寻找从一开始就一直存在着这样的企图，即要寻找一个关于所有这些学科的统一的理论基础，它由一个关于所有这些学科的统一的理论基础，它由最少数的概念和基本关系所组成，从它那里，可最少数的概念和基本关系所组成，从它那里，可用逻辑方法推导出各个分科的一切概念和一切关用逻辑方法推导出各个分科的一切概念和一切关系。这就是我们所以要探求整个物理学的基础的系。这就是我们所以要探求整个物理学的基础的用意所在。用意所在。认为这个终极目标是可以达到的，这样一个深挚的信念，是

42、经常鼓舞着研究者的强烈热情的主要源泉。对真理的追求要比对真理的占有更可贵。”1946年，年，自述自述：“无论如何，人们可以相信，沿着法拉第和麦无论如何，人们可以相信，沿着法拉第和麦克斯韦如此成功地开创的道路前进，就能一步克斯韦如此成功地开创的道路前进，就能一步一步地为全部物理学找到一个新的可靠的基础一步地为全部物理学找到一个新的可靠的基础”“在场代表全部惯性的情况下，只有场能仍然在场代表全部惯性的情况下，只有场能仍然留下来，而粒子则不过是场能特别稠密的区域。留下来，而粒子则不过是场能特别稠密的区域。在这种情况下，人们可以希望，质点的概念连在这种情况下，人们可以希望，质点的概念连同粒子的运动方程

43、都可以由场方程推导出来同粒子的运动方程都可以由场方程推导出来那种恼人的二元论就会消除那种恼人的二元论就会消除了了”1949年，给贝索的信中：“我深信，以统计学为基础的理论，尽管取我深信，以统计学为基础的理论，尽管取得很大的成功，但还只是停留在事物的表面，得很大的成功，但还只是停留在事物的表面，人们必须以广义相对论的原理为依据，即以人们必须以广义相对论的原理为依据，即以真空引力场方程的推广为依据真空引力场方程的推广为依据”1952年，祝贺德布罗意年，祝贺德布罗意60岁生日赠文；岁生日赠文；“我通过引力场方程的推广，使广义相对论我通过引力场方程的推广，使广义相对论趋于完善，这种努力起始于这样的设想

44、：趋于完善，这种努力起始于这样的设想：合合理的广义相对论性场论，也许能为完备的量理的广义相对论性场论，也许能为完备的量子理论提供一个解决办法子理论提供一个解决办法”（一540）1953年，为 AMichel Paris的书所写序言：“我努力完成广义相对论，我努力完成广义相对论，部分是由于部分是由于推测一个灵敏的广义相对论性场论或许可提推测一个灵敏的广义相对论性场论或许可提供一个更完全的量子理论的钥匙供一个更完全的量子理论的钥匙”1955年3月爱因斯坦在逝世前一个月写的自传：“自从引力理论这项工作结束以来，到现在自从引力理论这项工作结束以来，到现在40年过去了这些岁月我几乎全部用来为了从引年过去

45、了这些岁月我几乎全部用来为了从引力场理论推广到一个可以构成整个物理学基础力场理论推广到一个可以构成整个物理学基础的场论而绞尽脑汁的场论而绞尽脑汁看来完全值得怀疑的看来完全值得怀疑的是，一种场论是否能够解释物质的原子结构和是，一种场论是否能够解释物质的原子结构和辐射以及量子现象辐射以及量子现象为寻求真理的努力所为寻求真理的努力所付出代价，总是比不担风险地占有它要高贵得付出代价，总是比不担风险地占有它要高贵得多。多。”爱因斯坦：“只要还没有统一的场，对我来说就没有物理只要还没有统一的场，对我来说就没有物理学学”爱因斯坦唯理论型的科学家爱因斯坦唯理论型的科学家：重视理性演绎方法，热衷于构造理论体系，

46、强调理论体系的逻辑一贯性和完备性，追求理论体系的宏大、精致、严谨，力求包罗万象、说明一切从狭义相对论到广义相对论，再到统一场论，爱因斯坦就是要构造一个以场概念为基础的、能包罗一切物理现象的宏大理论体系 没有科学的宗教是瞎子，没有科学的宗教是瞎子，没有宗教的科学是跛子没有宗教的科学是跛子 最不可理解是世界是可以理解的。最不可理解是世界是可以理解的。1939年5月，爱因斯坦在普林斯顿神学院的讲演：“有关是什么是什么的知识并不直接打开通向应该是应该是什么什么之门。人们可以对是什么是什么有最清楚完整的知识，可还是不能从中推论出我们人类渴望的目标是什么。客观知识为我们实现某些目标提供了强有力的工具，但是

47、终极目标本身以及对实现它的热望必须来自另一个源泉。科学只能断定是什么，而不能断定应该是什么科学只能断定是什么，而不能断定应该是什么，各种各样的价值判断在其领域之外仍然是必然的。另一方面，宗教只涉及对人的思想和行为的评价，宗教只涉及对人的思想和行为的评价，它不能正当地揭示事物和实事间的联系它不能正当地揭示事物和实事间的联系。科学只能由那些满怀追求真理和知识热望的人创造出来。而这种感情又源于宗教领域。同样属于这个来源的是如下信念：相信那些在现存世界中有效的规律是理性的，即能用理性来理解的。我不能想像哪个真正的科学家会没有这种深沉的信念。可以用一个比喻来表示这一情形：没有科学的宗教是瞎子，没有宗教的

48、科学没有科学的宗教是瞎子，没有宗教的科学是跛子是跛子。一个人越是深信所有事件的既定规律性，他就越坚信：除了既定规律之外，不存在不同本性的原因。对他来说，无论是人类的统治还是神的统治都不会作为自然事物的独立原因存在。毫无疑问，主张存在一个干涉自然事件的人格化的上帝的学说绝对不能在真正意义上被科学驳倒，因为这一学说总是能在科学知识尚未能涉足的领域中找到避难所。人类进步的精神进化越是深入，我就越是坚信：通向真正宗教之路不在于对生命和死亡的恐惧之中，也不存在于盲目信仰之中，而在于对理性知识的努力追求之中。”1930年11月：“我认为宇宙宗教感情是科学研我认为宇宙宗教感情是科学研究的最强有力、最高尚的动

49、机究的最强有力、最高尚的动机。只有那些作了巨大努力，尤其是表现出热忱献身的人，才会理解这样一种感情的力量，唯有这种力量，才能作出那种确实是远离直接现实生活的工作在我们这个物欲横流的时代，只有严肃的科学工作者才是宗教感情甚深的人。”（一p282）1929年，回答一位日本学者的问题时：“在一切比较高级的科学工作的背后，必在一切比较高级的科学工作的背后，必定有一种关于世界的合理性或者可理解性定有一种关于世界的合理性或者可理解性的信念，这有点象宗教的感情。的信念，这有点象宗教的感情。同深挚的感情结合在一起的、对经验世界中显示出对经验世界中显示出来的高超的理性的坚定信仰，这就是我的来的高超的理性的坚定信

50、仰，这就是我的上帝概念。上帝概念。”（一244）思想和见解：“你很难在造诣较深的科学家中间找到一个没有自己的宗教感情的人。但是这种宗教感情同普通人的不一样。在后者看来，上帝是这样的一种神，人们希望得到他的保佑可是科学家却一心一意相信普遍的因果关系。在他看来，未来同过去一样，它的每一细节都是必然的和确定的。他的宗教感情所采取的形式是对自然规律的和谐他的宗教感情所采取的形式是对自然规律的和谐所感到的狂喜的惊奇所感到的狂喜的惊奇，因为这种和谐显示出这样一种高超的理性，同它相比，人类一切有系统的思想和行动都只是它的一种微不足道的反映。”（一p283）1931年，宇宙宗教及其他见解和警句：“相信宇宙在本