这里所讲的物理学的发展,只是用粗线条描述了最基本的观念,而由此又能作出怎样的一般结论呢?
科学并不就是一些定律的汇集,也不是许多各不相关的事实的目录。它是人类头脑用其自由发明出来的观念和概念所作的创造。物理理论试图作出一幅实在的图像,并建立起它同广阔的感觉印象世界的联系。我们头脑里的构造究竟能否站得住脚,唯一的是要看我们的理论是否已构成了并用什么方法构成了这样一种联系。
我们已经看到,物理学的进展创造了新的实在。但这根创造的链条能够追溯到远在物理学的出发点之前。客体的概念是最原始的概念之一。一棵树、一匹马以至一个任何物体的概念,都是一些根据经验得来的创造,虽然产生这些创造的印象比起物理现象的世界来还是比较原始的。猫捉弄老鼠,也是在通过思维创造它自己的原始的实在。猫见到老鼠时总是以同样方法来对付,这表明猫也形成了概念和理论,这些概念和理论就是它贯穿在它自己的感觉印象世界中的准绳。
“三棵树”和“两棵树”有些不同。而“两棵树”又不同于“两块石头”。从客体中产生,又从客体中抽象出来的这些纯粹的数的概念2,3,4,…都是在思维着的头脑的创造,它们描述着我们世界的实在。
头脑里关于时间的主观感觉,使我们能够排列我们的印象,使我们说得出某一事件是在另一事件的前面。但是用一只钟把每一时刻都联系上一个数,把时间看成是一个一维的连续区,那就已经是一项发明了。因此,欧几里得几何和非欧几里得几何的概念,以及把我们的空间看作是一个三维连续区,这些也都是发明。
物理学实际上起始于质量、力和惯性系的发明。所有这些概念都是一些自由的发明。它们导致了机械观的建立。对于19世纪初叶的物理学家来说,我们的外在世界的实在是由粒子组成的,在粒子之间作用的是简单的力,这些力只同距离有关。只要有可能,物理学家总要力图保住他的这样的信念:用这些关于实在的基本概念,就可以成功地解释自然界的一切事件。关于磁针偏转的困难,关于以太结构的困难,都诱导我们去创造一种更加精巧奥妙的实在。于是就出现了电磁场的重大发明。对于整理和理解事件,重要的也许不是物体的行为,而是物体之间的某种东西的行为,即场的行为,要充分地领会这件事,那是需要一种大胆的科学想象力的。
以后的发展既摧毁了旧概念,又创立了新概念。绝对时间和惯性坐标系被相对论抛弃了。一切事件的背景不再是一维的时间和三维的空间连续区了,而是具有新的变换性质的四维的时间-空间连续区了,这又是另一个自由的发明。惯性坐标系不再需要了。任何一种坐标系对于描述自然界的事件都是同样适用的。
量子论又创造了我们的实在的新的根本特色。不连续性代替了连续性。所出现的不是掌管个体的定律,而是关于几率的定律。
现代物理学所创造的实在同以前的实在固然相去很远,但是每一种物理学理论的目的依然是相同的。
为了整理和理解我们的感觉印象世界,我们试图借助物理理论找出一条道路,以通过观察到的事实的迷宫。我们希望观察到的事实能从我们的实在概念逻辑地推论出来。要是不相信我们的理论构造能够掌握实在,要是不相信我们世界的内在和谐,那就不可能有科学。这种信念是,并且永远是一切科学创造的根本动力。在我们的一切努力中,在每一次新旧观点之间的戏剧性的冲突中,我们都认识到求理解的永恒的欲望,以及对于我们世界的和谐的坚定信念,都随着求理解的障碍的增长而不断地加强。
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(1) 《物理学的进化——从早期概念到相对性和量子各种观念的生长》(The Evolution of Physics—The Growth of Ideas from the Early Concepts to Relativity and Quanta)是爱因斯坦同波兰物理学家英费耳德(Leopold Infeld)在1937年3—9月间合著的通俗册子,1938年以英文(在纽约和剑桥)和德文(在莱顿)同时出版。该书实际上是由英费耳德计划和执笔的,爱因斯坦只不过参加提纲的讨论,并且在听取英费耳德逐篇读了初稿后提出一些修改意见。商务印书馆曾于1947年出版过该书的节译本,1962年上海科学技术出版社又出版了周肇威的译本。这里选译自英文本,译时曾参考周肇威同志的中译本。——编译者
(2) 见《物理学的进化》,1938年剑桥英文版55—59页。——编译者
(3) 这是《物理学的进化》一书的最后一节,见1938年剑桥英文版310—313页。——编译者
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