從自然種探取原理

選自沃爾特·艾薩克森《愛因斯坦傳》

張卜天譯

    在少不更事、閱歷尚淺的時(shí)期，愛因斯坦并未強(qiáng)調(diào)這一信念，而更像是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)論者或?qū)嵶C主義者。換句話說，他已經(jīng)將休謨和馬赫的著作奉若神明，這使他拋棄了以太、絕對(duì)時(shí)間等無法通過直接觀察來認(rèn)識(shí)的概念。

    而今，隨著對(duì)以太概念的反對(duì)變得更加微妙，以及對(duì)量子力學(xué)的不滿日趨增強(qiáng)，他開始偏離這一正統(tǒng)。晚年的愛因斯坦反思道：“我不喜歡這種論證中的那種基本的實(shí)證主義態(tài)度，在我看來它是站不住腳的，它與貝克萊的原理——‘存在即被感知’（Esse est percipi）*如出一轍。”  

    愛因斯坦的科學(xué)哲學(xué)不乏連續(xù)性，因此說他的思想經(jīng)歷了一個(gè)從經(jīng)驗(yàn)論到實(shí)在論的清晰轉(zhuǎn)變是錯(cuò)誤的。 不過公平地說，他在20世紀(jì)20年代反駁量子力學(xué)時(shí)，已經(jīng)變得不那么恪守馬赫的教義，而更像是一個(gè)實(shí)在論者。正像他在麥克斯韋頌辭中所說，他相信一種獨(dú)立于我們觀察而存在的背后的實(shí)在。

    這可見于愛因斯坦1933年6月在牛津所作的一個(gè)名為“理論物理學(xué)的方法”的講演，其中概括了他的科學(xué)哲學(xué)。 講演一開始就告誡大家，要想真正理解物理學(xué)家的方法和哲學(xué)，“不要聽他們說什么，而要看他們做什么。” 

    如果我們看一看愛因斯坦做了什么，而不是聽他在說什么，那么很顯然，他相信（任何真正的科學(xué)家都是如此）一切理論的最終結(jié)論必定能被經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)所證實(shí)。他在論文結(jié)尾經(jīng)常會(huì)呼吁做這類實(shí)驗(yàn)。 

    但他的理論思考的基石，即邏輯推導(dǎo)所基于的那些原理和假設(shè)是如何獲得的呢？正如我們已經(jīng)看到的，他通常并不從需要作某種解釋的一套經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)開始。“無論把經(jīng)驗(yàn)事實(shí)收集得多么豐富，都不可能得出如此復(fù)雜的方程，”他在描述自己提出廣義相對(duì)論的過程時(shí)說。 在他的許多著名論文中，他都堅(jiān)稱自己并沒有過分依賴于任何特定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)——布朗運(yùn)動(dòng)、探測(cè)以太或光電效應(yīng)——來歸納出他的新理論。

    相反，他一般會(huì)從對(duì)物理世界的理解中抽象出來的假設(shè)開始，比如引力與加速的等效。這種等效并不是他通過考察經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)而得到的。作為理論家，愛因斯坦有一種強(qiáng)大的能力，那就是他能夠比其他科學(xué)家更為敏銳地提出他所謂的“能夠充當(dāng)出發(fā)點(diǎn)的一般原理和假設(shè)”。 

    這一過程中貫穿著從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中找到規(guī)律的直覺感受。“在考察復(fù)雜的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)時(shí)，科學(xué)家必須通過辨別某些一般特征而從自然中探尋出這些一般原理?！?在尋找統(tǒng)一理論的基礎(chǔ)時(shí)，他在致外爾的一封信中道出了這一過程的本質(zhì)：“我相信，要想取得任何真正的進(jìn)步，就必須找到一條從自然中探取的普遍原理?！? 

    一旦從自然中探明這條原理，他就會(huì)憑借著物理直覺和數(shù)學(xué)形式，朝著某些可以檢驗(yàn)的結(jié)論邁進(jìn)。他早年間有時(shí)會(huì)輕視純數(shù)學(xué)可能起的作用，但在向廣義相對(duì)論作最后沖刺時(shí)，正是數(shù)學(xué)最終幫助他收獲了勝利的果實(shí)。

    從那以后，他在探索統(tǒng)一場(chǎng)論時(shí)越來越依賴于數(shù)學(xué)形式。“廣義相對(duì)論的發(fā)展將愛因斯坦引向了抽象的數(shù)學(xué)形式、特別是張量演算，”天體物理學(xué)家約翰·巴羅寫道，“起初，一種深刻的物理洞見協(xié)調(diào)著廣義相對(duì)論的數(shù)學(xué)，但是后來，天平朝著另一個(gè)方向偏轉(zhuǎn)了。愛因斯坦對(duì)統(tǒng)一場(chǎng)論的尋求體現(xiàn)了對(duì)抽象形式本身的迷戀?！? 

    在牛津講演中，愛因斯坦先是肯定了經(jīng)驗(yàn)論：“一切關(guān)于實(shí)在的知識(shí)都始于經(jīng)驗(yàn)并終于經(jīng)驗(yàn)。”但旋即強(qiáng)調(diào)了“純粹理性”和邏輯推導(dǎo)的作用。他坦言，在用張量演算成功地提出了廣義相對(duì)論方程之后，他已經(jīng)轉(zhuǎn)而信任一種數(shù)學(xué)進(jìn)路，較之經(jīng)驗(yàn)的作用，它更強(qiáng)調(diào)方程的簡(jiǎn)潔和優(yōu)雅。

    他說，既然這種進(jìn)路能夠使廣義相對(duì)論受益，那么“我們就有理由相信，自然乃是可能設(shè)想的最簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)觀念的實(shí)現(xiàn)?！?這種信念不僅雅致，而且極為有趣。在數(shù)學(xué)“簡(jiǎn)單性”指導(dǎo)他探索統(tǒng)一場(chǎng)論的那些年里，它的確道出了愛因斯坦思想的精髓。它與牛頓在其《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》第三卷中的偉大宣言遙相呼應(yīng)：“自然喜歡簡(jiǎn)單性?！?/p>

    但愛因斯坦并未證明這一似乎與現(xiàn)代粒子物理學(xué)相對(duì)立的信念， 也從未詳細(xì)解釋他所說的數(shù)學(xué)簡(jiǎn)單性到底是什么意思。他只是堅(jiān)持了這樣一種深刻的直覺，即這就是上帝創(chuàng)造宇宙的方式?！拔掖_信我們可以借助純數(shù)學(xué)構(gòu)造來發(fā)現(xiàn)將它們彼此相連的概念和定律，”他宣稱。

    這種信念（事實(shí)上是一種信仰）愛因斯坦曾在1931年5月訪問牛津時(shí)表達(dá)過，那時(shí)是要授予他榮譽(yù)博士學(xué)位。他在講演中解釋說，他對(duì)統(tǒng)一場(chǎng)論的不懈追求更多是受到了優(yōu)雅的數(shù)學(xué)而不是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的推動(dòng)?！爸笇?dǎo)我的不是來自背后實(shí)驗(yàn)事實(shí)的壓力，而是來自前方數(shù)學(xué)簡(jiǎn)單性的吸引，”他說，“只能希望實(shí)驗(yàn)將會(huì)追隨數(shù)學(xué)的旗幟前進(jìn)。” 

    在1933年牛津講演的最后，愛因斯坦同樣表示相信，場(chǎng)論的數(shù)學(xué)方程是把握“實(shí)在”的最好方式。他承認(rèn)，到目前為止，這在似乎由偶然和概率所支配的亞原子層次并不奏效。但他告訴聽眾，他堅(jiān)信這并非最終答案。“我仍然相信可能有一種關(guān)于實(shí)在的模型——也就是說，有一種理論可以表示事物本身，而不僅僅是它們發(fā)生的概率。” 

他最大的錯(cuò)誤？

    1917年，當(dāng)愛因斯坦根據(jù)其廣義相對(duì)論作“宇宙學(xué)考察”時(shí)，大多數(shù)天文學(xué)家都以為宇宙僅僅是我們的銀河系連同其一千億顆左右的恒星在空蕩蕩的太空中飄游。不僅如此，它似乎是一個(gè)相當(dāng)穩(wěn)恒的宇宙。雖然群星游走，但卻沒有明顯地向外膨脹或向內(nèi)塌縮。

    于是，愛因斯坦給他的場(chǎng)方程補(bǔ)充了一個(gè)表示“斥”力的宇宙學(xué)常數(shù)。發(fā)明這個(gè)常數(shù)是為了抵抗引力，因?yàn)槿绻求w不能以足夠的動(dòng)量彼此飛離，引力就會(huì)把它們拉到一起。

    從1924年開始，加州帕薩迪納市威爾遜山天文臺(tái)的充滿傳奇色彩的天文學(xué)家哈勃用一百英寸反射望遠(yuǎn)鏡做出了一系列驚人發(fā)現(xiàn)。第一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)是，所謂仙女座星云實(shí)際上是大小與銀河系差不多的另一個(gè)星系，距離我們接近一百萬光年（我們現(xiàn)在知道這一距離超過兩百萬光年）。不久他又發(fā)現(xiàn)了20多個(gè)更遠(yuǎn)的星系（我們現(xiàn)在認(rèn)為存在著超過1000億個(gè)這樣的星系）。

    哈勃接下來的發(fā)現(xiàn)更為驚人。通過測(cè)量恒星光譜的紅移（光譜的紅移之于光波就如同多普勒效應(yīng)之于聲波），他意識(shí)到這些星系正在遠(yuǎn)離我們。關(guān)于四處的遙遠(yuǎn)星體看起來正在遠(yuǎn)離我們，至少存在兩種可能的解釋：1）我們處于宇宙的中心（自哥白尼以降，只有小孩子才會(huì)相信這種觀點(diǎn)）；2）整個(gè)宇宙都在膨脹，也就是說，一切物體都在四處向外延伸，因此所有星系都在彼此遠(yuǎn)離。

    當(dāng)哈勃證實(shí)，總體來說諸星系正在以和我們距離成正比的速度退行時(shí)，事實(shí)變得很清楚，第二種解釋是正確的。那些兩倍之遙的星系退行速度就快兩倍，三倍之遙的星系退行速度就快三倍。

    為了理解這一點(diǎn)，不妨設(shè)想一個(gè)點(diǎn)柵，所有點(diǎn)都分布在一個(gè)氣球的彈性表面上，彼此相距一英寸。然后氣球表面尺寸膨脹到原先的兩倍，使得現(xiàn)在點(diǎn)與點(diǎn)之間相距兩英寸。于是在膨脹過程中，開始時(shí)一英寸遠(yuǎn)的點(diǎn)又遠(yuǎn)離了一英寸。在同一時(shí)間內(nèi)，開始時(shí)兩英寸遠(yuǎn)的點(diǎn)又遠(yuǎn)離了兩英寸，開始時(shí)三英寸遠(yuǎn)的點(diǎn)又遠(yuǎn)離了三英寸，開始時(shí)十英寸遠(yuǎn)的點(diǎn)又遠(yuǎn)離了十英寸。某個(gè)點(diǎn)開始時(shí)距離我們?cè)竭h(yuǎn)，它相對(duì)于我們的退行速度就越快。從氣球上的每一個(gè)點(diǎn)來看都是如此。

    這些簡(jiǎn)單的說法意在表明，不僅星系在遠(yuǎn)離我們，而且整個(gè)空間或宇宙都在膨脹。為了理解三維的情況，不妨把各個(gè)點(diǎn)想象成烘烤過程中正在膨脹的蛋糕中的葡萄干。

    1931年1月第二次訪問美國時(shí)，愛因斯坦決定到威爾遜山（從他正在訪問的加州理工學(xué)院去那里很方便）親眼看一看。他和哈勃乘坐一輛漂亮的皮爾斯－阿洛（Pierce-Arrow）敞篷旅游汽車沿盤山公路上了山。在山頂上，他見到了因以太漂移實(shí)驗(yàn)而著稱的年老多病的邁克耳孫。

    這天天氣晴朗，愛因斯坦愉快地?cái)[弄起望遠(yuǎn)鏡的轉(zhuǎn)盤和儀表來。有人向隨行的愛爾莎解釋，這臺(tái)儀器是用來確定宇宙的范圍和形狀的。據(jù)說她回答：“我丈夫在一張舊信封背面就可以做這件事?！?nbsp;

    在大眾媒體的報(bào)道中，宇宙膨脹的證據(jù)被視為對(duì)愛因斯坦理論的一個(gè)挑戰(zhàn)。抓住公眾想象力的是一種科學(xué)的戲劇效果。有一則報(bào)道是這樣開篇的，“巨大的星體以每秒7300英里的速度飛離地球，這給阿爾伯特·愛因斯坦博士出了一道難題?！?nbsp;

    但愛因斯坦歡迎這一報(bào)道?！巴栠d山天文臺(tái)的人很是杰出，”他寫信給貝索說，“他們最近發(fā)現(xiàn)，螺旋星云在太空中基本上均勻分布，它們顯示出與距離成正比的強(qiáng)多普勒效應(yīng)，我們可以從不帶‘宇宙學(xué)’項(xiàng)的廣義相對(duì)論中將其推導(dǎo)出來?！?nbsp;

    換句話說，被勉強(qiáng)加入以解釋一個(gè)靜態(tài)宇宙的宇宙學(xué)常數(shù)顯然是不必要的，因?yàn)橛钪鎸?shí)際上正在膨脹。*“這真是令人興奮，”他對(duì)貝索說。 

    當(dāng)然，如果愛因斯坦相信他最初的方程，并且直接宣布他的廣義相對(duì)論預(yù)言了宇宙在膨脹，那將更令人激動(dòng)。倘若他果真這樣做了，那么哈勃在十幾年后對(duì)宇宙膨脹的證實(shí)將和愛丁頓證實(shí)他關(guān)于太陽引力使光線彎曲的預(yù)言一樣引發(fā)轟動(dòng)?！按蟊ā币苍S會(huì)因此而被命名為“愛因斯坦爆炸”，而且可能會(huì)像現(xiàn)代物理學(xué)那些最迷人的理論發(fā)現(xiàn)一樣永載史冊(cè)，引人遐想。  

    事實(shí)上，愛因斯坦欣然放棄了這個(gè)他從不喜歡的宇宙學(xué)常數(shù)。 在1931年新版的相對(duì)論通俗著作中，他增補(bǔ)了一個(gè)附錄 來解釋他曾經(jīng)加到場(chǎng)方程中的那一項(xiàng)為什么（謝天謝地）不再必要?！爱?dāng)我與愛因斯坦討論宇宙學(xué)問題時(shí)，”喬治·伽莫夫后來回憶說，“他指出，引入宇宙學(xué)項(xiàng)是他一生中最大的錯(cuò)誤?！?nbsp;

    實(shí)際上，愛因斯坦的錯(cuò)誤甚至要比一般科學(xué)家的勝利更吸引人，也更復(fù)雜。從場(chǎng)方程中消除這一項(xiàng)很難?！安恍业氖牵敝Z貝爾獎(jiǎng)獲得者溫伯格說，“直接拋棄宇宙學(xué)常數(shù)并不容易，因?yàn)槿魏螌?duì)真空能量密度有所貢獻(xiàn)的東西都會(huì)發(fā)揮宇宙學(xué)常數(shù)的作用?！?nbsp;

    結(jié)果證明，宇宙學(xué)常數(shù)不僅很難消除，而且仍然是宇宙學(xué)家所必需的。今天，宇宙學(xué)家用它來解釋宇宙的加速膨脹。 導(dǎo)致這種膨脹的似乎是神秘的暗能量，它們的行為就好像是愛因斯坦常數(shù)的一種表現(xiàn)。結(jié)果，每年都要進(jìn)行兩三次觀測(cè)，每次所作的報(bào)告都會(huì)以類似2005年11月的這段文字開篇：“阿爾伯特·愛因斯坦給他的方程加了一個(gè)‘宇宙學(xué)常數(shù)’來解釋宇宙的膨脹，繼而又撤回了它，但新的研究也許證明了他的天才?！?nbsp;

“物理學(xué)與實(shí)在”

    愛因斯坦與玻爾-海森伯群體關(guān)于量子力學(xué)的基本爭(zhēng)論不僅僅是關(guān)于上帝是否擲骰子，或者貓是否處于半死狀態(tài)，它也并非僅僅是關(guān)于因果性、定域性甚或完備性。它關(guān)乎的是實(shí)在。 實(shí)在是否存在？更加具體地說，獨(dú)立于我們的觀察談?wù)撐锢韺?shí)在有意義嗎？愛因斯坦指出，量子力學(xué)“問題的核心與其說是因果性問題，不如說是實(shí)在論問題”。 

    玻爾及其支持者嘲笑這樣一種觀念，即認(rèn)為超出我們的觀察而談?wù)摫澈蟮臇|西是有意義的。我們所能知道的全部就是我們實(shí)驗(yàn)和觀察的結(jié)果，而不是超出我們知覺之外的某種終極實(shí)在。

    1905年，愛因斯坦曾經(jīng)表現(xiàn)過類似的態(tài)度，那時(shí)他正在閱讀休謨和馬赫的著作，反對(duì)像絕對(duì)空間和絕對(duì)時(shí)間這樣的不可觀察的概念?！澳菚r(shí)我的思維方式比后來更接近于實(shí)證主義，”他回憶說，“只有在提出廣義相對(duì)論之后，我才遠(yuǎn)離了實(shí)證主義?！? 

    從那時(shí)起，愛因斯坦愈發(fā)認(rèn)為存在著一種古典意義上的客觀實(shí)在。盡管他前后期的思想存在著某些相通之處，但他坦言，至少在其本人看來，他的實(shí)在論代表著一種對(duì)他早期馬赫主義經(jīng)驗(yàn)論的偏離。他說：“這一信條并不符合我年輕時(shí)所持的觀點(diǎn)?！?正如歷史學(xué)家霍爾頓所指出的：“對(duì)于一個(gè)科學(xué)家來說，如此徹底地改變其哲學(xué)信念是罕見的?！? 

    愛因斯坦的實(shí)在論概念包含三個(gè)要點(diǎn)：

    1. 相信實(shí)在獨(dú)立于我們的對(duì)它的觀察而存在。正如他在自述中所說：“物理學(xué)試圖從概念把握實(shí)在，至于實(shí)在是否被觀察，則被認(rèn)為是無關(guān)的。人們就是在這種意義上談?wù)摗锢韺?shí)在’的。” 

    2. 相信可分離性和定域性。換句話說，物體位于時(shí)空中的某些點(diǎn)，可分離性對(duì)這些點(diǎn)作出了規(guī)定。“如果人們不再假定存在于空間不同部分中的東西都有其自身獨(dú)立的、實(shí)際的存在，那么我簡(jiǎn)直看不出物理學(xué)應(yīng)當(dāng)描述什么，”他寫信給玻恩。  

    3. 相信嚴(yán)格的因果性，它蘊(yùn)含著確定性和古典決定論。在他看來，無論是認(rèn)為概率在實(shí)在中扮演著角色，還是認(rèn)為我們的觀察可以使這些概率塌縮，都讓人無法接受。“包括我本人在內(nèi)的一些物理學(xué)家都不相信，”他說，“自然界中的事件竟會(huì)如同碰運(yùn)氣的賭博?！?nbsp;

    可能設(shè)想這樣一種實(shí)在論，它只包含這三個(gè)方面中的兩點(diǎn)甚或一點(diǎn)，有時(shí)愛因斯坦會(huì)考慮這樣一種可能性。雖然學(xué)者們?cè)?jīng)討論過這三點(diǎn)中的哪一點(diǎn)對(duì)于他的思考最為基本， 但愛因斯坦一直希望和相信所有這三個(gè)方面能夠合而為一。正如他晚年在給克利夫蘭的一所醫(yī)學(xué)院所做的講演中所說：“所有概念都應(yīng)當(dāng)能夠?qū)蚩臻g和時(shí)間中的物體，導(dǎo)向這些物體所遵從的定律關(guān)系?！?nbsp;

    這種實(shí)在論的核心是一種近乎宗教的、或許也是孩童般的敬畏：我們的所有感官知覺——我們每時(shí)每刻都在體驗(yàn)著的視覺和聽覺——符合一定的樣式，遵從一定的規(guī)則，而且有意義。我們會(huì)想當(dāng)然接受由這些知覺所共同拼合成的外在物體，當(dāng)這些物體的行為似乎受到某些定律的支配時(shí)，我們并不感到驚訝。

然而，就像小時(shí)候第一次見到羅盤時(shí)感到了敬畏一樣，愛因斯坦對(duì)于我們的知覺遵從一定的規(guī)則而不是雜亂無章也感到敬畏。對(duì)宇宙的這種令人驚訝的、出人意料的可理解性感到敬畏是其實(shí)在論的基礎(chǔ)，也是他所謂的宗教信念的決定性特征。

他在1936的文章《物理學(xué)與實(shí)在》中表達(dá)了這一點(diǎn)，這時(shí)他已經(jīng)通量子力學(xué)進(jìn)行過較量，為實(shí)在論做了辯護(hù)?！敖柚谒季S，我們的全部感覺經(jīng)驗(yàn)就能夠整理出秩序來，這是一個(gè)令我們敬畏的事實(shí)，”他寫道，“世界的永恒秘密就在于它的可理解性……它是可理解的這件事，是一個(gè)奇跡?！? 

    老友索洛文（在奧林匹亞科學(xué)院的日子里，愛因斯坦曾與他讀過休謨和馬赫的著作）后來告訴愛因斯坦，他覺得愛因斯坦認(rèn)為世界的可理解性是“一個(gè)奇跡或永恒秘密”很“奇怪”。愛因斯坦反駁說，按常理而言，認(rèn)為世界不可理解才更符合邏輯。“畢竟，人們會(huì)先驗(yàn)地料想一個(gè)混亂無序的世界，一個(gè)為我們的心靈所無法把握的世界，”他寫道，“在這一點(diǎn)上，實(shí)證主義者和職業(yè)無神論者的弱點(diǎn)暴露無遺。” 當(dāng)然，愛因斯坦既非實(shí)證主義者，亦非無神論者。 

    對(duì)愛因斯坦而言，認(rèn)為存在著一種背后的實(shí)在，這種信念有一種宗教感。索洛文對(duì)此感到不滿，他寫信說他對(duì)這樣的說法有一種“厭惡”。愛因斯坦不同意他的看法?！拔艺也坏揭粋€(gè)比‘宗教的’這個(gè)詞更好的詞匯來表達(dá)這種對(duì)實(shí)在的理性本質(zhì)的信念，即實(shí)在在一定程度上是可以為人的理性所把握的。如果這種感情缺失了，科學(xué)就會(huì)蛻變?yōu)槟w淺的經(jīng)驗(yàn)論?！?nbsp;

    愛因斯坦知道，年輕一輩把他看成一個(gè)孤陋寡聞的保守派，固守著陳舊的經(jīng)典物理學(xué)的確定性，因而受到蒙蔽。“即使量子理論最初所取得的巨大成功也不能使我相信[大自然]從根本上是一種骰子游戲，”他對(duì)老友玻恩說，“盡管我很清楚，我們的年輕同事會(huì)把這解釋為衰老的后果?！? 

    對(duì)愛因斯坦懷有深摯感情的玻恩同意年輕人的看法，認(rèn)為愛因斯坦已經(jīng)變得與反對(duì)他的相對(duì)論的上一代物理學(xué)家同樣“保守”，“他再也無法接受與他本人堅(jiān)守的哲學(xué)信念相左的某些新的物理學(xué)思想?！?nbsp;

    但愛因斯坦認(rèn)為自己并非保守派，而（再次）是一個(gè)反叛者，一個(gè)不循規(guī)蹈矩者，他能夠熱情而頑強(qiáng)地抵御流行的時(shí)尚。“對(duì)于把自然界看作客觀實(shí)在的觀點(diǎn)，現(xiàn)在人們認(rèn)為這是一種過時(shí)的偏見，而認(rèn)為量子理論家們的觀點(diǎn)是天經(jīng)地義的，”他1938年對(duì)索洛文說，“每個(gè)時(shí)代都有它時(shí)髦的東西，而大多數(shù)人從來看不見統(tǒng)治他們的暴君?！?nbsp;

     愛因斯坦在1938年與人合著的物理學(xué)史教科書《物理學(xué)的進(jìn)化》中強(qiáng)調(diào)了他的實(shí)在論進(jìn)路。這本書說，自古以來，對(duì)一種“客觀實(shí)在”的信念已經(jīng)造就了偉大的科學(xué)進(jìn)展，這就證明它是一種有用的概念，即使得不到證明?！叭绻幌嘈庞锌赡苡梦覀兊睦碚摻?gòu)來把握實(shí)在，不相信我們世界的內(nèi)在和諧，那么就不可能有科學(xué)，”這本書宣稱，“不論是現(xiàn)在還是將來，這種信念都將是一切科學(xué)創(chuàng)造的基本動(dòng)機(jī)?！?nbsp;

    此外，面對(duì)著量子力學(xué)的進(jìn)展，愛因斯坦還用這本書來捍衛(wèi)場(chǎng)論的用處。最好的辦法就是不把粒子看成獨(dú)立的對(duì)象，而是看成場(chǎng)本身的一種特殊顯現(xiàn)：

把實(shí)物和場(chǎng)當(dāng)成兩種截然不同的性質(zhì)是不合理的。我們能否放棄物質(zhì)概念而建立起一種純粹的場(chǎng)物理學(xué)呢？我們可以把物質(zhì)看作是空間中場(chǎng)特別強(qiáng)的一些區(qū)域。按照這種觀點(diǎn)，擲出的石塊就是一個(gè)變化的場(chǎng)，在其中場(chǎng)強(qiáng)最大的狀態(tài)以石塊的速度穿過空間。 

    愛因斯坦與人合寫這本教科書還有第三個(gè)更加私人的原因：幫助一個(gè)從波蘭逃出來的猶太人英菲爾德，他曾在劍橋與玻恩合作過一段時(shí)間，然后到了普林斯頓。 英菲爾德最初與霍夫曼一起研究相對(duì)論，他提出他們可以向愛因斯坦毛遂自薦。“看看他是否想讓我們與他共事，”英菲爾德建議。

    愛因斯坦很高興?！跋裢茖?dǎo)方程這樣的苦差事都由我們來干，”霍夫曼回憶說，“我們向愛因斯坦報(bào)告結(jié)果，然后開始討論。有時(shí)他的想法異乎尋常，顯得很古怪?！?通過與英菲爾德和霍夫曼合作，愛因斯坦1937年用優(yōu)雅的方式更為簡(jiǎn)潔地解釋了行星和其他大質(zhì)量物體的運(yùn)動(dòng)。

    然而，他們關(guān)于統(tǒng)一場(chǎng)論的工作卻從未變得明朗。有時(shí)的情況如此讓人灰心，英菲爾德和霍夫曼變得十分沮喪。“但愛因斯坦從未失去勇氣，其獨(dú)創(chuàng)性也不曾辜負(fù)過他，”霍夫曼回憶說，“每當(dāng)討論陷入僵局，愛因斯坦總是用他那蹩腳的英語說一聲，‘讓我想想。’（I will a little tink）”他德語口音很重，th音發(fā)不準(zhǔn)。屋子里安靜下來，愛因斯坦會(huì)走來走去或者繞著圈子，不停地捻著一綹他那灰白的長發(fā)?！八哪樕细‖F(xiàn)出一種夢(mèng)幻般的、悠遠(yuǎn)而沉靜的神色，沒有顯出一絲緊張和不安?！睍r(shí)間一分分地過去了，忽然，愛因斯坦似乎又回到了這個(gè)世界，“他臉上浮起一絲微笑，給出了問題的答案?！?nbsp;

    愛因斯坦對(duì)英菲爾德的幫助很滿意，他試圖勸說弗萊克斯納在研究院給英菲爾德安排一個(gè)職位，但遭到拒絕。研究院已經(jīng)勉強(qiáng)雇傭了沃爾特·邁爾，這已經(jīng)讓弗萊克斯納大為光火了。為了給英菲爾德爭(zhēng)取區(qū)區(qū)600美元的生活補(bǔ)貼，愛因斯坦甚至還親自去找了學(xué)校董事會(huì)（他很少這樣做），但沒有奏效。 

于是，英菲爾德想出了一個(gè)主意，如果與愛因斯坦合寫一本物理學(xué)史，那么肯定能取得成功，版稅平分即可。當(dāng)他找到愛因斯坦表明自己的想法時(shí)，英菲爾德變得異常吞吞吐吐，但最后還是說出了他的請(qǐng)求?！斑@主意不錯(cuò)，很不錯(cuò)呢！”愛因斯坦說，“我們來干吧。” 

1937年4月，本傳記的出版公司的創(chuàng)始人西蒙和舒斯特驅(qū)車來到普林斯頓，到愛因斯坦的家來爭(zhēng)取版權(quán)。善于交際的舒斯特試圖用幽默來使愛因斯坦就范。他說，他發(fā)現(xiàn)了某種比光速跑得還快的東西——“一位女士到巴黎購物的速度” 。 愛因斯坦樂了，至少據(jù)舒斯特回憶是這樣。無論如何，這次來訪達(dá)到了目的?！段锢韺W(xué)的進(jìn)化》現(xiàn)在已經(jīng)印刷了44版，它不僅宣揚(yáng)了場(chǎng)論所扮演的角色和對(duì)客觀實(shí)在性的信念，還使英菲爾德（以及愛因斯坦）在經(jīng)濟(jì)上更有保障。

    英菲爾德可謂知恩圖報(bào)。他后來稱愛因斯坦“也許是自古以來最偉大的科學(xué)家和最善良的人”，并且在其導(dǎo)師健在時(shí)就寫了一篇充滿溢美之辭的傳記，贊揚(yáng)愛因斯坦在探索統(tǒng)一理論時(shí)能夠藐視傳統(tǒng)思想?！岸嗄陙?，他固執(zhí)地緊隨一個(gè)問題，固執(zhí)地一再回到這個(gè)問題——這正是愛因斯坦天才的典型特征，”他寫道。 

反潮流

英菲爾德說的對(duì)嗎？固執(zhí)是愛因斯坦天才的典型特征嗎？在某種程度上，他一直被這個(gè)特點(diǎn)所護(hù)佑，特別是在探索廣義相對(duì)論的漫長而孤獨(dú)的征程中。從上中學(xué)時(shí)起，他就有意逆潮流而動(dòng)，藐視權(quán)威。所有這些在他探索統(tǒng)一理論的過程中表現(xiàn)得很明顯。

然而，盡管他不止一次說過，對(duì)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析對(duì)于構(gòu)建他的偉大理論起的作用很小，但他有一種直覺，能夠基于當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)和觀察，從大自然中攫取洞見和原理，這種能力一直使他受益良多。這一特征現(xiàn)在變得不那么明顯了。

    到了20世紀(jì)30年代末，他對(duì)新的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)愈發(fā)不聞不問。隨著弱核力和強(qiáng)核力這兩種新的力被發(fā)現(xiàn)，需要完成的不是引力與電磁力的統(tǒng)一，而是更大的統(tǒng)一?！皭垡蛩固箾]有理會(huì)這些新的力，盡管它們和另外兩種知道時(shí)間更長的力同樣基本，”他的朋友派斯回憶說，“他繼續(xù)著以前的研究，試圖將引力與電磁力統(tǒng)一起來?！? 

    不僅如此，從30年代起，一系列新的基本粒子陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，目前已多達(dá)百十種，其中既有像光子和膠子這樣的玻色子，也有像電子、正電子、上夸克、下夸克這樣的費(fèi)米子，林林總總，不一而足。對(duì)于愛因斯坦統(tǒng)一萬物的目標(biāo)來說，這并不是好兆頭。1940年加盟研究院的泡利嘲弄了他徒勞的探索：“神所分開的，人還是不要配合吧?！?nbsp;

    愛因斯坦也感到這些新發(fā)現(xiàn)隱隱使人不安，但他還是心安理得地不去過分強(qiáng)調(diào)它們?！拔覐倪@些偉大發(fā)現(xiàn)中只能獲得些許的愉快，因?yàn)槟壳八鼈兯坪醪⒉焕谖覍?duì)基礎(chǔ)的理解，”他寫信給勞厄，“奇怪的是，我并沒有放棄希望，但我覺得自己就像一個(gè)得不到入門訣竅的孩子。畢竟，在這里與我們打交道的是斯芬克斯（sphinx） ，而不是自愿的拉客妓女?！?nbsp;

    于是，愛因斯坦逆潮流而動(dòng)，不斷回退到過去。他意識(shí)到，沿這條孤獨(dú)的道路行進(jìn)很奢侈，對(duì)于那些仍在建功立業(yè)的年輕物理學(xué)家來說，這可能過于冒險(xiǎn)了。 但正如事實(shí)所表明的，通?？倳?huì)有至少兩三位年輕物理學(xué)家被愛因斯坦的光環(huán)所吸引，希望同他合作，即使大多數(shù)物理學(xué)家都認(rèn)為，他對(duì)統(tǒng)一場(chǎng)論的探索是不切實(shí)際的空想。

    年輕的助手恩斯特·施特勞斯還記得與愛因斯坦合作的經(jīng)歷，當(dāng)時(shí)所采取的方案愛因斯坦已經(jīng)研究了近兩年。一天晚上，施特勞斯失望地發(fā)現(xiàn)，他們的方程導(dǎo)出了一些明顯的錯(cuò)誤。第二天，他和愛因斯坦從各個(gè)角度研究了這個(gè)問題，但仍然沒能避免這個(gè)令人失望的結(jié)果。那天他們?cè)缭缁丶伊?。施特勞斯灰心喪氣，認(rèn)為愛因斯坦只會(huì)心情更糟。但讓他沒想到的是，愛因斯坦第二天和往常一樣熱情和興奮，他又提出了一種新的方案?！拔覀冇珠_始了一種全新的理論，經(jīng)過半年的工作又被扔進(jìn)了垃圾堆，而哀悼它的時(shí)間并不比它的前身更久，”施特勞斯回憶說。  

    愛因斯坦的探索一直被他的一種直覺所驅(qū)動(dòng)，那就是：數(shù)學(xué)簡(jiǎn)單性是大自然的一個(gè)特征，他雖然在看到數(shù)學(xué)簡(jiǎn)單性時(shí)能夠知道它，但從來沒能將它定義清楚。 每當(dāng)有特別優(yōu)美的公式出現(xiàn)時(shí)，他就會(huì)高興地對(duì)施特勞斯說：“上帝不可能放過如此簡(jiǎn)潔的東西?！?/p>

    熱情洋溢的信仍然陸陸續(xù)續(xù)從普林斯頓發(fā)出，通報(bào)他與量子理論家交戰(zhàn)的最新進(jìn)展。量子理論家們似乎迷上了概率，不愿相信有什么背后的實(shí)在。“我正在與我的年輕同事共同研究一種極為有趣的理論，我希望能夠借此擊敗迷信神秘主義和概率的現(xiàn)代人，打消他們對(duì)物理學(xué)領(lǐng)域中實(shí)在概念的厭惡，”他1938年寫信給索洛文。  

    類似地，關(guān)于各種突破的報(bào)道也繼續(xù)從普林斯頓傳出?！鞍柌亍垡蛩固共┦?，宇宙阿爾卑斯山的攀登者，正在一座人跡罕至的數(shù)學(xué)高峰之上翱翔，說他已經(jīng)看到了空間和物質(zhì)結(jié)構(gòu)的一種新樣式，”著名的《紐約時(shí)報(bào)》 科學(xué)記者勞倫斯在1935年的一篇頭版文章中報(bào)道說。而在1939年的一篇頭版文章中，同一位作者又在同一份報(bào)紙上報(bào)道說：“從無限廣袤的空間中的恒星和星系到無限小的原子內(nèi)部的秘密，在對(duì)能夠解釋整個(gè)宇宙機(jī)制的定律做了20年不懈探索之后，阿爾伯特·愛因斯坦今天透露，他最終看到了他所希冀的那塊‘知識(shí)的應(yīng)許之地’，那里可能保有解決創(chuàng)世之謎的最重要的鑰匙?！?nbsp;

    愛因斯坦年少時(shí)所取得的成功部分來自于他的一種本能，使之能夠發(fā)現(xiàn)背后的物理實(shí)在。他能夠直覺地感受到一切運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性的涵義、光速的恒定性以及引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量的等效。由此他可以基于對(duì)物理學(xué)的感受去構(gòu)造理論。然而到了后來，他變得愈發(fā)信賴那些脫離物理直覺的數(shù)學(xué)形式描述，因?yàn)檎菓{借著這種方法，他才最終完成了廣義相對(duì)論場(chǎng)方程。

    如今，在探索統(tǒng)一理論的過程中，似乎有許多數(shù)學(xué)形式描述，但極少有基本的物理洞見在指導(dǎo)他?！霸谠缦忍剿鲝V義相對(duì)論時(shí)，愛因斯坦曾經(jīng)受他的引力與加速等效的原理所指引，”在普林斯頓與愛因斯坦合作的霍夫曼說，“然而，可能導(dǎo)出統(tǒng)一場(chǎng)論的指導(dǎo)性原則在哪里？沒有人知道。甚至愛因斯坦也不知道。因此，這項(xiàng)工作與其說是探索，不如說是在沒有被物理直覺照亮的黑暗的數(shù)學(xué)叢林中摸索?！苯芾锩住げ魉固购髞碚f，這“就像是在不考慮物理學(xué)的情況下，對(duì)數(shù)學(xué)公式進(jìn)行近乎隨意的排列組合。” 

    又過了一段時(shí)間，樂觀的報(bào)道和信件不再從普林斯頓傳出，愛因斯坦公開承認(rèn)他至少在目前還處于困難境地?！拔覜]有這么樂觀，”他對(duì)《紐約時(shí)報(bào)》說。多年來，對(duì)于愛因斯坦所聲稱的統(tǒng)一理論的每一次突破，《紐約時(shí)報(bào)》都會(huì)作重點(diǎn)報(bào)道，但現(xiàn)在它的大標(biāo)題說：“宇宙之謎難住了愛因斯坦?！?nbsp;

    然而，愛因斯坦說他仍然無法“接受這樣一種看法，即大自然中的事件如同一場(chǎng)碰運(yùn)氣的賭博”，因此，他誓言繼續(xù)進(jìn)行探索。即使失敗，他也覺得這種努力是有意義的?！懊總€(gè)人都可以自由選擇他的努力方向，”他解釋說，“每個(gè)人都可以從這句名言中感到安慰：探索真理比對(duì)它的占有更寶貴。” 

    在愛因斯坦60歲生日前后，即1939年初春，玻爾來到普林斯頓做兩個(gè)月訪問。愛因斯坦對(duì)他的老朋友和爭(zhēng)論伙伴仍然有些疏遠(yuǎn)。他們?cè)谡写龝?huì)上見過幾次面，做了短暫的交談，但并未就有關(guān)量子奇異性的思想實(shí)驗(yàn)重新進(jìn)行交鋒。

    愛因斯坦在這一時(shí)期只做了一次講演，玻爾出席了。他在講演中談到了他對(duì)統(tǒng)一場(chǎng)論的最新嘗試。最后，愛因斯坦把目光轉(zhuǎn)向玻爾，說他長期以來一直試圖以這樣一種時(shí)尚來解釋量子力學(xué)。但他明確說自己不想再就這個(gè)問題繼續(xù)討論下去?！安枌?duì)此深感不快，”他的助手回憶說。 

    玻爾帶來了一些與愛因斯坦發(fā)現(xiàn)的質(zhì)能關(guān)系E=mc2有關(guān)的科學(xué)新聞。在柏林，哈恩和施特拉斯曼已經(jīng)通過中子轟擊重鈾的方法得到了一些有趣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這些結(jié)果被送到了他們以前的同事邁特納那里，她剛剛逃到瑞典，因?yàn)樗前雮€(gè)猶太人。她轉(zhuǎn)而告訴了她的侄子奧托·弗里施，他們的結(jié)論是，原子裂開了，產(chǎn)生了兩個(gè)較輕的原子核，少量丟失的質(zhì)量變成了能量。

    在證實(shí)了這些被他們稱為“裂變”的結(jié)果之后，弗里施將它們告訴了正準(zhǔn)備啟程赴美的玻爾。1939年1月底，玻爾一到普林斯頓，就在物理學(xué)家的每周聚會(huì)（被稱為“周一晚間俱樂部”）上講述了這種新發(fā)現(xiàn)。一連數(shù)日，這些結(jié)果被不斷重復(fù)，研究者們開始撰寫論述這一過程的論文，玻爾和一位還沒有獲得終身職位的年輕物理學(xué)教授惠勒也合寫了一篇。

    愛因斯坦向來對(duì)控制原子的能量或釋放由E=mc2蘊(yùn)含的能量心存疑慮。在1934年訪問匹茲堡時(shí)，他被問及釋放原子能量的可能性，他回答說：“通過轟擊使原子裂開就像在鳥兒稀少的漆黑之地打鳥?！薄镀テ澅む]報(bào)》頭版的大標(biāo)題稱：“愛因斯坦使原子能的希望破滅 / 釋放巨大能量的嘗試被指徒勞 / 著名科學(xué)家如是說?！?nbsp;

隨著1939年初的消息被披露，轟擊原子核使之產(chǎn)生裂變顯然很可能會(huì)成為現(xiàn)實(shí)，愛因斯坦需要再次面對(duì)這個(gè)問題。那年3月，在為他60歲生日所做的一次采訪中，他被問及這對(duì)人類是否有用處。“迄今為止，關(guān)于原子裂變所獲得的成果尚不能表明，在這一過程中所釋放出來的原子能量能夠?qū)嶋H加以利用，”他回答。然而，他又意味深長地補(bǔ)充說：“幾乎不可能有哪位物理學(xué)家會(huì)如此缺乏理智上的好奇，以至于僅僅因?yàn)橐郧暗膶?shí)驗(yàn)沒有得到理想的結(jié)果而冷落這一極為重要的課題?！? 

    又過了四個(gè)月，他的興趣的確快速增長了。