5爱因斯坦科学美学观.docx

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1、爱因斯坦科学美学观1 9 7 9年2月，当代著名的物理学大师狄拉克在美国普林斯顿纪念爱因斯坦大会上 发表了题为我们为什么信仰爱因斯坦理论的长篇演说.狄拉克说：“爱因斯坦推崇这种思 想：凡是在数学上是美的，在描述基本物理学方面就很可能是有价值的.这实在是比以前任 何思想都要更加根本的思想.描述基本物理理论的数学方程中必须有美，我认为这首先应当 归功于爱因斯坦而不是别人.”在谈到狭义相对论时，狄拉克说：“我们为什么相信狭义相对 论，理由是因为它显出这些在数学上是美的洛伦兹变换之重要意义.对此当然没有任何一般 的哲学根据，而且我们也不能说它得到实验的支持.”在谈到广义相对论时，狄拉克说：自 从爱因斯

2、坦第一次提出广义相对论以来，我们已经做了这么多的观测.每次观察结果都确证 了爱因斯坦理论，它一直是顺利地通过了所有的检验.”在十九世纪就要结束之前，至少在物理学，似乎对和谐的追求已经达到极至.英国一位 杰出的大科学家开尔文勋爵认为当时在物理学的天空上除了两朵小小的乌云之外是一片晴 空，所有己知的物理现象都可以归纳到力学、电磁理论、热力学等高度完美的理论框架里， 也许留给后代人解决的物理问题已经不多了.然而正是这小小的两朵乌云引来二十世纪物理 学的巨大变革，导致相对论和量子论两大理论的建立.然而新的观念与传统的观念 难以调和，新的理论并不具有传统意义下的完美.传统的完美起码要符合完整、清晰的概念

3、， 但是在新的物理学里情况却不是这样：传统的清晰性被新理论内禀的一种不确定性所代替， 而完整性只有在统计和几率的意义上才能谈到.这使得科学上的巨人爱因斯坦一二十世纪一 个新生理论相对论的创立者一在最高的层次上对另一新生的理论量子力学进行毕生 的质疑，留下名言：“上帝是不掷骰子的“我深信，这个理论的基础比起我们仅仅从实验数据所能得到的支持更要有力得多.真 实的基础来自这个理论伟大的美.这此基础起源于这个事实，即爱因斯坦引进的新的空间思 想是非常激动人心的，非常优美的，不论将来我们会面临什么情况，这些思想一定会永垂不 朽.”狄拉克甚至说：“我认为，信仰这个理论的真正理由就在于这个理论本质上的美.这

4、个 美必定统治着物理学的整个未来.即使将来出现了与实验不一致的地方，它也是破坏不了的. ” 日本的粒子物理学家汤川秀树(HiclikiYukawa, 19071981)评价爱因斯坦时说：“爱因斯 坦拥有一份只有少数物理学家才拥有的美感.”爱因斯坦也曾经说：“我坦白地承认我被自然 界向我们显示的数学体系的简洁性和优美性强烈的吸引住了照凫我的道路，并不断给我 新的勇气去愉快地正视生活的理想，是善、是美和真.”1 .理论物理学的目的，是要以数量上尽可能少的、逻辑上互不相关的假设为基础，来 建立起概念体系，如果有了这种概念体系，就有可能确立整个物理过程总体的因果关系.这 里的问题不单是一种列举逻辑上独

5、立的前提问题（如果这种列举竟是亳不含糊地可能的话）， 而是种在不能通约的性质间作相互权衡的问题.指这样种努力，它要把切概念和切 相互关系，都归结为尽可能少的一些逻辑上独立的基本概念和公理.只要数学上暂时还存在 难以克服的困难而不能确立这个理论的经验内涵，逻辑的简单性就是衡显这个理论的价值的 惟一准则，即使是一个当然还不充分的准则.2 .“物理学的概念必须尽可能简单，但乂必需能推导出与事实经验相符合的结论.通 过纯粹的数学推论方法和那些把他们结合在一起的规律，我们有理由相信，自然是能以 最简单的数学概念作具体的描述.人类思想的力量，最终将从复杂纷繁的现象中发现主宰宇 宙基本定律的单纯，简洁和壮丽

6、.”我们的经验已经使我们有理由相信，自然界是可能想像 到的最简单的数学观念的实际体现.我坚信，我们可以用纯粹数学的构造来发现这些概念以 及把这些概念联系起来的定律，这些概念和定律是理解自然现象的钥匙.经验可以提示合适 的数学概念，但数学概念无论如何却不能从经验中推导出来.当然，经验始终是数学构造的 物理效用的惟一判据.但是这种创造的原理却存在于数学之中.因此，在某种意义上，我认为, 像古人所梦想的，纯粹思维能够把握实在，这种看法是正确的.3 .当基本概念和公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变 得愈来愈困难和更费时日的时候，“内部的完美”对于理论的选择和评价就一定会起更

7、大的 作用.我们所谓的简单性，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.惟一事关紧要的是基础的逻辑的简单性.一个理论的 前提的简单性越大，它所涉及的事物的种类越多，它给人们的印象也就越深.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.4 、科学家的目的是要得到关于自然界的一个逻辑卜.前后一贯的摹写.逻辑之对于他，有 如比例和透视规律之对于画家一样；而且我同意昂利一一彭加勒，相信科学是值得追求的， 因为它揭示了自然界的美.5 .虽然概念体系本身在逻辑上完全是任意的，

8、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经验的总和有可靠的（直觉的）和完备的对应美系；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命题，要尽可能地少.6 .即使观念世界是不能用逻辑的工具从经验推导出来的，而在某种意义上是思维的自由 创造，但这个观念世界还是点也离不开我们的经验本性而独立，正像衣服不能离开人体的 形状而独立一样.他强烈反对那些先验论哲学家，他们把基本概念从经验领域里排除出去， 而放到虚无缥缈的先验的顶峰上去.他并不认为思辨比经验高超，并明确指出：“一个希望 受到应有的信任的理论，必须建立在有普遍意义的事实之上.7 .在科学领域

9、，时代的创造性的冲动有力地迸发出来，在这里，对美的感觉 和热爱找到了比门外汉所能想像的更多的表现机会.8 .音乐和物理学领域中的研究工作在起源上是不同的，可是被共同的目标联系着，这 就是对表达未知的东西的企求.它们的反应是不同的，可是它们互相补充着.至于艺术上和科 学上的创造，那么，在这里我完全同意叔本华的意见，认为摆脱日常生活的单调乏味，和在 这个充满着由我们创造的形象的世界中寻找避难所的愿望，才是它们的最强有力的动机.这 个世界可以由音乐的音符组成，也可以由数据的公式组成.我们试图创造合理的世界图像， 使我们在那里面就像感到在家里一样，并且可以获得我们在口常生活中不能达到的安定.9 .爱因

10、斯坦推崇这种思想：凡是在数学上是美的，在描述基本物理学方面就很可能是有 价值的.这实在是比以前任何思想都要更加根本的思想.描述基本物理理论的数学方程中必 须有美，我认为这首先应当归功于爱因斯坦而不是别人.我们为什么相信狭义相对论，理由 是因为它显出这些在数学上是美的洛伦兹变换之重要意义.对此当然没有任何一般的哲学根 据，而且我们也不能说它得到实验的支持.自从爱因斯坦第一次提出广义相对论以来，我们 已经做了这么多的观测.每次观察结果都确证了爱因斯坦理论，它一直是顺利地通过了所有 的检验.我深信，这个理论的基础比起我们仅仅从实验数据所能得到的支持更要有力得多. 真实的基础来自这个理论伟大的美.这些基础起源于这个事实，即爱因斯坦引进的新的空间 思想是非常激动人心的，非常优美的，不论将来我们会面临什么情况，这些思想一定会永垂 不朽.我认为，信仰这个理论的真正理由就在于这个理论本质上的美.这个美必定统治着物理 学的整个未来.即使将来出现了与实验不一致的地方,它也是破坏不了的.狄拉克