爱因斯坦的科学思想方法

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向义和

爱因斯坦在青年时代所以能够在科学上做出划时代的贡献，是与他的科学思想、科学方法分不开的。他一生都非常关注对科学发现中的认识论和方法论的讨论，他晚年在“自述”中写道:“像我这种类型的人，一生中主要的东西，正是在于他想的是什么和他怎样想的，而不在于他所做的或者所经受的是什么。”这说明科学思想和科学方法对于他取得的科学成就的巨大作用。

爱因斯坦的科学思想与科学方法有以下基本特点。

第一，他坚持了自然科学的唯物主义传统。表现在他的认识论和自然观上，他相信在我们之外有一个独立于我们的客观世界。据他在“自述”中回忆说，12岁时读了一部通俗的自然科学读物后，就相信“在我们之外有一个巨大的世界，它离开我们而独立存在，它在我们面前就像一个伟大而永恒的谜，然而至少部分地是我们的观察和思维所能及的。对这个世界的凝视和深思，就像得到解放一样吸引着我们……在向我们提供的一切可能范围里，从思想上掌握这个在个人以外的世界，总是作为一个最高目标而有意无意地浮现在我的心目中。”爱因斯坦在他整个的科学探索过程中，始终坚持着这一信念，这是他的科学探索方法的一个前提。

他在科学研究中坚持以实验事实为出发点，反对以先验的概念为出发点。他在“自述”中谈到，他在大学时代的大部分时间是在实验室中渡过的，“迷恋于同经验直接接触。”他反对以先验的概念为出发点，提倡“唯有经验能够判定真理”。当迈克耳孙实验的零结果使物理学家大为震惊、失望，纷纷起来修补经典理论基础这个旧船的漏洞的时候，爱因斯坦大声疾呼:“让我们仅仅把它当作一个既成的实验事实接受下来，并由此着手去做出他应得到的结论。”他在1921年谈到他的相对论时说:“这理论并不是起源于思辨;它的创建完全由于想要使物理理论尽可能适应于观察到的事实。”

爱因斯坦不仅把实验事实作为认识的出发点，而且也把它作为定义基本物理量的方法。他指出牛顿的绝对时间概念之所以错误，就在于它不是以实验事实来定义，不能被观察到。他借助于量尺、时钟和假想的物理实验，得到了“同时”或“同步”以及时间的操作定义。爱因斯坦这一思想方法对后来量子力学的建立产生了很大的影响。海森伯(Heisenberg，1901年～1976年)在创建矩阵力学时就强调要以可观察量为出发点，批判了旧量子论中以不可观察的原子内部的电子轨道为出发点。

第二，爱因斯坦的科学思想体现了物质世界统一性的思想。自19世纪能量守恒定律发现后，许多物理学家都相信物质世界的统一性。爱因斯坦则把探索和理解自然界的这种统一性作为他的最高目的，并贯穿于整个探索过程中。正是因为他对自然界的统一性具有强烈的深挚的信念，所以他在1905年发表的几篇文章，都具有同一风格，在文章的起始都提出了不对称性问题，即统一性遭到破坏的问题。狭义相对论的第一篇论文“论动体的电动力学”开头的第一句就是:“大家知道，麦克斯韦方程应用到运动的物体上时，就要引起一些不对称，而这些不对称似乎不是现象所固有的。”这里说的“不对称”，是指牛顿力学中普遍成立的伽利略变换在电动力学中不成立。他认为这种不对称并不是自然界所固有的，问题出在这一变换所赖以建立的基础——牛顿的绝对时间、绝对空间的概念。经过时空观念上的初步变革，确立了时间和空间的内在联系，建立了洛伦兹变换，这种不对称就消失了。狭义相对论的建立进一步暴露了惯性系和非惯性系在物理理论中的不对称地位，经过时空观念上的彻底变革，确立了时空与运动着的物质之间的不可分割的联系，即建立了广义相对论后，这种不对称又消失了。

第三，爱因斯坦具有追求真理的探索精神。他善于运用思维的洞察力，深入揭露事物的本质。他往往在别人习以为常的现象中看出了不平凡，在别人认为没有问题的地方看出了问题。晚年在普林斯顿时，德国物理学家弗朗克(Frianck)问他是怎样创立相对论的，他回答道:“空间时间是什么，别人在很小的时候早就已搞清楚了;但我智力发育迟，长大了还没有搞清楚，于是一直在揣摩这个问题，结果也就比别人钻研得深一些。”他并不早慧，但想得很深。他从小富有探索精神，“追光”这一问题就使他沉思了10多年。他常用德国剧作家莱辛的一句名言来勉励自己:“对真理的追求要比对真理的占有更为重要。”

第四，爱因斯坦注意发展创造性思维能力和独立思考能力。他曾说:“提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决一个问题也许仅是一个数学上或实验上的技能而已。而提出新的问题，新的可能性，从新的角度去看问题，都需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。”他还说:“发展独立思考和独立判断的一般能力，应当始终放在首位。如果一个人掌握了他的学科的基础理论，并且学会了独立思考和工作，他必定会找到自己的道路，而且比起那种主要以获得细节知识为其培训内容的人来，他一定会更好地适应进步和变化。”这段话，一方面说明了知识与能力的密切关系，同时更强调了能力的重要性。他说:“科学的现状不可能具有终极的意义”，因此对于前人的科学文化遗产就应当批判地加以继承。当旧的理论、旧的概念与新的现象和事实相矛盾的时候，就应当独立思考，独立分析，独立判断，冲破传统观念的束缚，开辟科学的新天地。爱因斯坦创立狭义相对论的过程就是突出的一例。

爱因斯坦的逻辑思维能力和创造能力是惊人的。他本人对天才的解释是A= X+ Y+ Z，A表示成功，X表示艰苦劳动，Y表示正确的方法，而Z则表示少说空话。这个公式概括了爱因斯坦的科学生涯。

爱因斯坦不仅在物理学上做出了杰出的贡献，在科学思想、科学方法上给我们许多启迪，而且他关于人与社会关系的观点也是非常富有教育意义的。1945年5月他在《为什么要社会主义》一文中说:“是社会供给人以粮食、衣服、住宅、劳动工具、语言、思想形式和大部分的思想内容;通过过去和现在亿万人的劳动和成就，他才可能生活，而这亿万人全部都隐藏在‘社会’这两个小小字眼的背后。”他在30年代初写的《社会和个人》一文中指出:“个人之所以成为个人，以及他的生存之所以有意义，与其说是靠着他个人的力量，不如说是由于他是伟大人类社会的一个成员，从生到死，社会都支配着他的物质生活和精神生活。”由此，我们清楚地看到，爱因斯坦对人与社会的关系有十分明确的观点，就是个人不能离开社会而存在，个人的存在依赖于整个社会从历史到现实，从物质到精神的创造成果。

正是在这样的社会历史观的基础上，爱因斯坦在他的“《我的世界观》一文中指出:“人是为别人而生存的。”“我的精神生活和物质生活都依靠着别人的劳动，我必须尽全力以同样的分量来报偿我所领受的和至今还在领受着的东西。”又说:“一个人的价值首先取决于他的感情、思想和行动对增进人类利益有多大作用。”爱因斯坦的这种人的价值观在我们今天这个社会里也是具有教育意义的。爱因斯坦的著名格言是:“人只有献身于社会，才能找出那实际上是短暂而有风险的生命的意义。”