阐述狭义相对论基本原理

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阐述狭义相对论基本原理范文第1篇

一、理论物理学的重要方法

探索性的演绎法是理论物理学的重要方法。在爱因斯坦看来，理论物理学的完整体系是由概念，被认为对这些概念是有效的基本原理(亦称基本假设、基本公设、基本定律等)，以及用逻辑推理得到的结论这三者所构成的。因此，理论物理学家所运用的方法，就在于应用那些作为基础的基本原理，从而导出结论;于是，他的工作可分为两部分：他首先必须发现原理，然后从这些原理推导出结论。对于其中第二步工作，他在学生时代已得到很好的训练和准备。因此，如果在某一领域中或者某一组相互联系的现象中，他的第一个问题已经得到解决，他就一定能够成功。可是第一步工作，即建立一些可用来作为演绎的出发点的原理，却具有完全不同的性质。这里并没有可以学习的和可以系统地用来达到的的方法。科学家必须在庞杂的经验事实中间抓住某些可精密公式来表示的普遍特征，由此探求自然界的普遍原理。

爱因斯坦指出，一旦找到了作为逻辑推理前提的基本理，那么通过逻辑演绎，推理就一个接着一个地涌现出来它们往往显示出一些预料不到的关系，远远超出这些原理依据的实在的范围。但是，只要这些用来作为演绎出发点原理尚未得出，个别经验事实对理论家是毫无用处的。实际上，单靠一些从经验中抽象出来的孤立的普遍定律，他甚至么也做不出来。在他没有揭示出那些能作为演绎推理基础原理之前，他在经验研究的个别结果面前总是无能为力。

爱因斯坦把物理学理论分为两种不同的类型，其中之一是“原理理论”。建立这种理论使用的是分析方法，而不综合方法。形成它们的基础和出发点的元素，不是用假设造出来的，而是在经验中发现到的，它们是自然过程的普遍特征，即原理。这些原理给出了各个过程或者它们的理论表述所必须满足的数学形式的判据。热力学就是这样力图用分析的方法，从永动机不可能这一普遍经验得到的事实出发，推导出一些为各个事件都必须满足的必然条件。用探索的演绎法建立起来的相对论，就属于“原理理论”。但是物理学理论大多数是构造性的。它们企图从比较简单的式体系出发，并以此为材料，对比较复杂的现象构造出一幅图像。气体分子运动论就是这样力图把机械的、热的和扩散的过程都归结为分子运动——即用分子假设来构造这些过程。当我们说，我们已经成功地了解一群自然过程，我们的思想必然是指，概括这些过程的构造性的理论已经建立起来了。爱因斯坦认为，构造性理论的优点是完备，有适应性和明确，原理理论的优点则是逻辑上完整和基础巩固。([1]，pp．109～110)

相对论就是爱因斯坦自觉地运用探索性演绎法的杰作。它不仅以其革命性的新观念和卓有成效的理论结果为人津津乐道，而且它所体现出的科学方法的新颖、精湛以及理论的逻辑结构的严谨，也令人叹为观止。爱因斯坦在创立狭义相对论(1905)时，他依据的仅仅是光行差现象和斐索实验这两个并不充分的实验材料，著名的二阶以太漂移实验即迈克耳孙-莫雷实验，对他并没有直接影响。他主要通过对16岁时想到的“追光”思想实验的沉思，对经典力学和经典电动力学基础的深入考察，发挥了思维的自由创造，提出了两个基本假设——相对性原理和光速不变原理(美国著名科学史家霍耳顿认为，在狭义相对论中，除了被提高为公设的两个基本原理外，爱因斯坦还作了另外四个假定：一是关于空间的各向同性和均匀性，另外三个是定义钟的同步的三个逻辑性质

。霍耳顿的学生米勒后来指出，另外的四个假定也是两个基本原理的必然结果，他们不是独立的假设。参见文献[3]，p．196)。然后，他以此为逻辑前提，接二连三地推导出了关于运动学和电动力学的结论，著名的质能关系式是他先前根本没有料想到的，这些结论大大超出了两个原理所依据的实在的范围。广义相对论(1915)的建立也是这样。作为广义相对论的两个基本原理，即广义相对性原理和等效原理，前者是爱因斯坦基于把相对性原理贯彻到底的信念（从惯性系推广到加速系)提出的，后者是依据厄缶实验(惯性质量等于引力质量)和升降机思想实验提出的。

在1905年，由于爱因斯坦采用了探索性的演绎法，从而使他能够高屋建瓴、势如破竹，一举砍断了哥尔提阿斯死结(哥尔提阿斯是古代夫利基阿国王，相传他曾把自己的车乘的辕与轭用绳结系住，死得无法解开，声言能解开此死结者，得以结治亚细亚。这个死结后来被亚历山大大帝用剑砍断)，开拓了一个奇妙的新世界。那些恼人的以太漂移实验，那些使人迷惑不解的单极电机电动势的“位置”问题，在爱因斯坦的理论体系中已根本不成其为问题。但是，同时代的博大精深的科学大师，诸如洛伦兹、彭加勒，却热衷于同迈克耳孙-莫雷实验等以太漂移实验打交道，迷恋于做出种种构造性假设，建立他们的构造性理论——电子论和电子动力学。例如，洛伦兹1904年的著名论文尽管声称是以“基本假设”而不是以“特殊假设”为基础的论文，但事实上却包含有11个假设：假设有静止以太，假设静止电子是球形的，假设电子的电荷分布是均匀的，假设电子的全部质量都是电磁质量，假设运动电子收缩，假设电子之间的作用力与分子力相同等等。洛伦兹和彭加勒虽说走到了狭义相对论的大门口，但他们并没有打开这扇大门，其原因固然是多方面的。从方法论上讲，就在于他们运用的是传统的经验归纳法，而没有采用探索性的演绎法。在当时的科学发展的形势下，仅靠个别的经验事实进行归纳，是建立不起什么崭新的理论的。洛伦兹、彭加勒的电子论和电子动力学固然富丽堂皇，但毕竟只是经典物理学的最后的建筑物。它们虽然包罗万象，可是由于不适应科学发展的总趋势，最终还是被人们遗忘了，仅有历史的价值。

二、采用探索性的演绎法是科学发展的必然趋势

从文艺复兴到19世纪的经典科学，一般称为近代科学。在科学史上，这个漫长的时期主要是积累材料和归纳材料的时期。与这一科学发展状况相适应，产生了经典的科学哲学，它始于弗兰西斯•培根的归纳主义。培根认为，科学的发展是从个别上升到一般，从经验归纳出理论。他比喻说，只要及时采摘成熟的葡萄，科学的酒浆就会源源不断。到19世纪，整个科学一般说来还没有摆脱这种“原始”状态，因而经典科学哲学能够得以通过穆勒之手发展成为更完备的经验论形态，经验归纳法依然是正统的科学方法。

在物理学领域，这个时期的最大成就是牛顿力学和麦克斯韦的电动力学。牛顿力学虽则是超越了狭隘经验论的人类理智的伟大成就，但它又同人们的日常经验密切相关。力学中的许多概念都比较直观，可以直接在现实生活中找到某种原型。这种状况掩盖了基本概念和基本原理的思辨性质，甚至牛顿本人也深深陷入这一幻觉之中。他一再声称他“不作假设”，实际上却作了许多假设，他要求人们“必须把那些从各种现象中运用一般归纳法导出的命题看作是完全正确的”。19世纪的经典物理学也具有现象论和经验论的特征：它尽量使用那些接近经验的概念，因而在很大程度上必须放弃基础的统一性。热、电、光都用那些不同于力学量的各个状态的变数和物质常数来描述，至于要在它们的相互关系以及同时间的相互关系中去决定全部变数的任务，主要只能由经验来解决。麦克斯韦及其同代人，在这种表示方式中看到了物理学

的终极目的，他们想像这个目的只能纯粹归纳地从经验得出，因为这样所使用的概念同经验比较接近。从认识论上看，穆勒和马赫大概就是根据这个理由来决定他们的立场的。总而言之，这个时期的科学家和科学哲学家大都以为，“理论应当用纯粹归纳法的方法来建立，而避免自由地创造性地创造概念;科学的状况愈原始，研究者要保留这种幻想就愈容易，因为他似乎是个经验论者。直至19世纪，许多人还相信牛顿的原则——“我不作假设''''——应当是任何健全的自然科学的基础。”([1]，p．309)

但是，在某些个别的科学部门，已经悄悄地透进了新时代的曙光;尤其是非欧几何学，它仿佛故意向经验论示威一样，以毋庸置辩的方式显示了理性思维的强大威力和奇妙作用。彭加勒正是在《科学与假设》中通过对非欧几何学的深入研究以及对经典力学和经典物理学的慎密考察揭示出，科学的基本概念和原理不是经验的直接归纳，而只能以经验事实为指导，通过精神的自由活动(其产品即约定)来创造。通过研读彭加勒的科学哲学著作，尤其是通过创立狭义和广义相对论的科学实践，使爱因斯坦清楚地看到，人们可以在完全不同于牛顿的基础上，以更加令人满意和更加完备的方式，来考虑范围更广泛的经验事实。但是，完全撇开这种理论还是那种理论优越的问题不谈，基本原理的虚构特征却是完全明显的，因为我们能够指出两条根本不同的原理，而两者在很大程度上都同经验相符合。这—点同时又证明，要在逻辑上从经验推出力学的基本概念和基本假设的任何企图，都是要失败的。爱因斯坦还清楚地看到，相对论是说明理论科学在现展的基本特征的一个良好的例子。初始假设变得愈来愈抽象，离经验愈来愈远。另一方面，它更接近一切科学的伟大目标，即要从尽可能少的假设或者公理出发，通过逻辑的演绎，概括尽可能多的事实。同时，从公理引向经验事实或者可证实的结论的思路也就愈来愈长，愈来愈微妙。理论科学家在他探索理论时，就不得不愈来愈听从纯粹数学的、形式的考虑，因为实验家的物理经验不能把他提高到最抽象的领域中去。正是科学发展的这种理论化趋势，使爱因斯坦认识到：“科学一旦从它的原始阶段脱胎出来以后，仅仅靠着排列的过程已不能使理论获得进展。由经验材料作为引导。研究者宁愿提出一种思想体系，它——般地是在逻辑上从少数几个所谓公理的基本假定建立起来的。”（[1]，p.115），他进而指出：“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。”([1]，p.262)

三、爱因斯坦大胆运用探索性的演绎法的直接动因

只是在广义相对论建立之后，爱因斯坦才把探索性的演绎法作为一个方法论原则从理论上加以论述。可是，早在创立狭义相对论时，他就在研究中大胆运用这一科学方法了，并在思想上对它已有比较深刻的认识。促使爱因斯坦大胆运用探索性的演绎法的直接原因有两个：其一是赫兹、玻耳兹曼、彭加勒等人的思想影响，其二是当时的物理学现状使得他不能不那样做。

在联邦工业大学期间(1896~1900)，爱因斯坦自学了赫兹、玻耳兹曼等科学大师们的著作。赫兹在他的名著《力学原理》(1894)中试图重构力学，为此他仅利用空间、时间和质量三个原始概念。赫兹的力学体系建立在通过科学家个人的“内在直觉规律”从经验引出的公理之上，它能够导出经验预言。赫兹认为“内在直觉规律”的功能像“康德意义上的先验判断”一样，并且声称他的力学重构是演绎系统，与牛顿的《原理》(全称《自然哲学的数学原理》)有许多相同的风格。在这个公理体系中，我们可以推演出与我们的观察记录相对照的可检验的结论，依据该结论与可观察的世界一致还是不一致，来决定这个体系是否正确。尽管爱因斯坦不赞同赫兹的隐质量概念和“把自然现象追溯到力学的主要定律”

的长远目标，但是赫兹强调公理描述的威力却给他留下了深刻的印象。这种公理描述与其说在经验材料上预言理论结构，倒不如说在公理和直觉上预言理论结构。

爱因斯坦也自学了玻耳兹曼的《力学讲义》(1897)。在该书中，玻耳兹曼把力学作为物理学的核心，爱因斯坦当然不会同意这种看法的。但是，玻耳兹曼重构力学的方法的下述特点，一定会强烈地震撼爱因斯坦敏感的心弦：“恰恰是力学原理的不明晰性，在我看来不是同时以假设的智力图像为起点而得到的，而是从一开始就以与外部经验相联系的尝试而得到的。”([2]，p．127)玻耳兹曼的意思很清楚：力学原理的不明晰，在于经验归纳，而不在于智力图像。玻耳兹曼的“智力图像”概念比赫兹的“外部对象的图像或符号”更自由，爱因斯坦可能山此注意到，力学的发展已使原理凌驾于经验材料之上。

彭加勒在《科学与假设》(1902)中对约定主义的论述，对爱因斯坦的探索性的演绎法的形成必定大有裨益，爱因斯坦在“奥林比亚科学院”时期(1902~1904)曾和他的同伴索洛文、哈比希特一起研读过这本脍炙人口的畅销名著。彭加勒通过对数理科学的基础进行了敏锐的、批判性的审查和分析后得出：几何学的公理既非先验综合判断，亦非经验事实，它们原来都是约定。物理学尽管比较直接地以经验为基础，但它的一些基本原理也具有几何学公理那样的约定特征。例如惯性原理，它不是先验地支配我们的真理，否则希腊学者早就知道它了，它也不是经验的事实，因为人们从来也不能用不受外力的物体做实验，因而无法用实验证实或否证它。经过最终分析，它们化归为约定或隐蔽的定义。因此，彭加勒得出结论说：在数学及其相关的学科中，“可以看出自由约定的特征”;他进而指出：“约定是我们的精神的自由活动的产品”，“我们在所有可能的约定中进行选择时，要受实验事实的引导;但它仍是自由的，只是为了避免一切矛盾起见，才有所限制。”

彭加勒在考察了物理学的理论后认为，物理学有两类陈述——原理和定律。定律是实验的概括，它们相对于孤立的系统而言可以近似地被证实，原理是约定而成的公设，它们是十分普遍的、严格真实的，超越了实验所及的范围。彭加勒还阐述了约定主义的方法论意义。他说，当一个定律被认为由实验充分证实时，我们可以采取两种态度。我们可以把这个定律提交讨论，于是，它依然要受到持续不断的修正，毋庸置疑，这将仅仅以证明它是近似的而终结。或者，我们也可以通过选择这样一个约定使命题为真，从而把定律提升为原理。在彭加勒看来，经典力学和经典物理学的六大基本原理(迈尔原理即能量守恒原理、卡诺原理即能量退降原理、牛顿原理即作用与反作用原理、相对性原理、拉瓦锡原理即质量守恒原理、最小作用原理)就是这样形成的。

彭加勒提出约定主义并不是无缘无故的。在近代科学发展的早期，弗兰西斯•培根提出了经验归纳的新方法，这种方法对促进近代科学的发展起了巨大的作用，但后来却助长了狭隘经验事义的盛行。到19世纪，以惠威尔、穆勒为代表的“全归纳派”和以孔德、斯宾塞为代表的实证主义广为流行，把经验和归纳视为唯一可能的认识方法。到19世纪末，第二代的实证主义的代表人物马赫更是扬言要把一切“形而上学的东西”从科学中“排除掉”。另一方面，康德不满意经验论的归纳主义的阶梯，他把梯子颠倒过来，不是从经验上升到理论，而是以先天的“感性直观的纯形式”(时间和空间)和先天的“知性的纯粹概念或纯粹范畴(因果关系、必然性、可能性等十二个范畴)去组织后天经验，以构成绝对可靠的“先验综合知识”。彭加勒看到，无论是经验论还是先验论，都不能圆满地说明科学理论体系的特征。为了强调在从事实过渡到原理时，科学家应充分有发挥能动性的自由，他于是提出了约定主义。约定主义既要求摆脱狭隘的经验论，又要求摆脱经验论，它顺应了科学发展的潮流，反映了当时科学界自由创造、大胆假设的要求，在科学和哲学上都有其积极意义。

《科学与假设》一书对爱因斯坦的印象极深，他和同伴们花了好几个星期紧张地读完了它。爱因斯坦坦率地承认彭加勒对他的直接影响。他赞同“敏锐的深刻的思想家”彭加勒的约定主义观点，认为概念和公理是思维的自由创造，是理智的自由发明。他这样说过：“一切概念，甚至那些最接近经验韵概念，从逻辑观点看来，……都是一些自由选择的约定，……([1]，p．6)

一开始，爱因斯坦也对洛伦兹的电子论（是1895年的论文，而不是1904年的电子论的最终形式）发生过兴趣，这是一种构造性的理论。可是不久，他从普朗克的量子论中看到，辐射具有一种分子结构。这是同麦克斯韦理论相矛盾的，而且麦克斯韦理论也不能导致出正确的辐射压涨落。爱因斯坦在“自述”中谈到了他当时的转变：“早在1900年以后不久，即在普朗克的首创性工作以后不久，这类思考已使我清楚地看到：不论是力学还是热力学(除非在极限情况下)都不能要求严格有效。渐渐地我对那种根据已知事实用构造性的努力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，只有发现一个普遍的形式原理，才能使我们得到可靠的结果。”([1]，p．23)从此时起，爱因斯坦就断然决定用探索性的演绎法来解决问题。

四、爱因斯坦的探索性的演绎法的特色

作为科学推理的演绎法，可以说是源远流长了。早在古希腊时代，著名的哲学家、形式逻辑的创始人亚里士多德就提出了归纳和演绎这两种逻辑方法，并认为演绎推理的价值高于归纳推理。而古希腊名声最大的数学家欧几里得，在《几何原本》中把几何学系统化了，这部流传千古的名著就是逻辑演绎法的典范。牛顿在建立他的力学理论体系时虽然运用了归纳法，但其集大成著作《原理》的叙述方法却采用的是演绎法。爱因斯坦的探索性的演绎法绝不是这种古老的演绎法的简单照搬。他根据自己的科学研究实践，顺应当时理论科学发展的潮流，对演绎法作了重大发展，赋予了新的内容。也许是为了强调他的演绎法与传统的演绎法的不同，他在“演绎法”前面加上了限制性的定语——“探索性的”，这个定语也恰当地表明了他的演绎法的主要特征。与传统的演绎法相比，爱因斯坦的探索性的演绎法是颇有特色的。这主要表现在以下三个方面。

第一，明确地阐述了科学理论体系的结构，恰当地指明了思维同经验的联系问题，充分肯定了约定在建造理论体系时的重要作用。爱因斯坦把科学理论体系分为两大部分，其一是作为理论的基础的基本概念和基本原理，其二是由此推导出的具体结论。在爱因斯坦看来，那些不能在逻辑上进一步简化的基本概念和基本假设，是理论体系的根本部分，是整个理论体系的公理基础或逻辑前提。它们实际上“都是一些自由选择的约定”;它们“不能从经验中抽取出米，而必须自由地发明出来”([1]，pp．6，315)。谈到思维同经验的联系问题时，爱因斯坦说：直接经验ε是已知的，A是假设或公理，由它们可以通过逻辑道路推导出各个个别的结论S;S然后可以同ε联系起来(用实验验明)。从心理状态方面来说，A是以ε为基础的。但是在A和ε之间不存在任何必然的逻辑联系，而只有通过非逻辑的方法——“思维的自由创造”(或约定)——才能找到理论体系的基础A。爱因斯坦明确指出：“物理学构成一种处在不断进化过程中的思想的逻辑体系。它的基础可以说是不能用归纳法从经验中提取出来的。而只能靠自由发明来得到。这种体系的根据(真理内容)在于导出的命题可由感觉经验来证实，而感觉经验对这基础的关系，只能直觉地去领悟。进化是循着不断增加逻辑基础简单性的方向前进的。为了要

进一步接近这个目标，我们必须听从这样的事实：逻辑基础愈来愈远离经验事实，而且我们从根本基础通向那些同感觉经验相联系的导出命题的思想路线，也不断地变得愈来愈艰难、愈来愈漫长了。”([1]，p．372)

第二，大胆地提出了“概念是思维的自由创造”、“范畴是自由的约定”([1]，pp．407，471)的命题，详细地阐述了从感觉经验到基本概念和基本原理的非逻辑途径。爱因斯坦指出，象马赫和奥斯特瓦尔德这样的具有勇敢精神和敏锐本能的学者，也因为哲学上的偏见而妨碍他们对事实做出正确的解释(指他们反对原子论)。这种偏见——至今还没有灭绝——就在于相信毋须自由的构造概念，事实本身能够而且应该为我们提供科学知识。这种误解之所以可能，是因为人们不容易认识到，经过验证和长期使用而显得似乎同经验材料直接相联系的那些概念，其实都是自由选择出来的。爱因斯坦认为，物理学家的最高使命就是要得到那些普遍的基本定律，由此世界体系就能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，才能得到这些定律。”([1]，p，102)

为了从经验材料中得到基本原理。除了通过“以对经验的共鸣的理解为依据的直觉”外，爱因斯坦还指出可以通过“假设”、“猜测”、“大胆思辨”、“创造性的想像”、“灵感”、“幻想”、“思维的自由创造”、“理智的自由发明”、“自由选择的约定”等等。不管方法如何变化，它们都有—个共同点，即基本概念和基本原理只能通过非逻辑的途径自由创造出来。这样一来，基本概念和基本原理对于感觉经验而言在逻辑上是独立的。爱因斯坦认为二者的关系并不像肉汤同肉的关系，而倒有点像衣帽间牌子上的号码同大衣的关系。也正由于如此，从感觉经验得到基本概念和原理就是一项十分艰巨的工作，这也是探索性的演绎法的关键一步。因此，爱因斯坦要求人们“对于承担这种劳动的理论家，不应当吹毛求疵地说他是‘异想天开'''';相反，应当允许他有权去自由发挥他的幻想，因为除此以外就没有别的道路可以达到目的。他的幻想并不是无聊的白日做梦，而是为求得逻辑上最简单的可能性及其结论的探索。”([1]，pp.262~263)

关于爱因斯坦所说的“概念是思维的自由创造”和“范畴是自由的约定”，其中的“自由”并非任意之谓，即不是随心所欲的杜撰.爱因斯坦认为，基本概念和基本原理的选择自由是一种特殊的自由。它完全不同作家写小说时的自由，它倒多少有点像一个人在猜一个设计得很巧妙的字谜时的那种自由。他固然可以猜想以无论什么字作为谜底，但是只有一个字才真正完全解决了这个字谜。显然，爱因斯坦所谓的“自由”，主要是指建立基本概念和基本原理时思维方式的自由、它们的表达方式的自由以及概括程度高低的自由，—般说来，它们包含的客观实在的内容则不能是任意的。这就是作为反映客观实在的人类理智结晶的科学之客观性和主观性的统一。诚如爱因斯坦所说：“科学作为一种现存的和完成的东西，是人们所知道的最客观的，同人无关的东西。但是，科学作为一种尚在制定中的东西，作为一种被迫求的目的，却同人类其他一切事业一样，是主观的，受心理状态制约的。”([1]，p．298)

第三，明确地把“内在的完备”作为评判理论体系的合法性和正确性的标准之一。在爱因斯坦看来，探索性的演绎法就是在实验事实的引导下，通过思维的自由创造，发明出公理基础，然后以此为出发点，通过逻辑演绎导出各个具体结论，从而构成完整的理论体系。但是，评判这个理论体系的合法性和正确性的标准是什么呢?爱因斯坦晚年在“自述”中对这个问题作了纲领性的回答([1]，pp．10～11)。他认为，第一个标准是“外部的证实”，也就是说，理论不应当同经验事实相矛盾。这个要求初看起来似乎十分明显，但应用起来却非常伤脑筋。因为人们常常，甚至总是可以用人为的补充假设来使理论同事实相适应，从而坚持一种普遍的理论基础。但是，无论如何，这种观点所涉及的是用现成的经验事实采证实理论基础。这个标准是众所周知的，也是经常运用的。有趣的是爱因斯坦提出的第二个标准——“内在的完备”。它涉及的不是理论同观察材料的关系问题，而是关于理论本身的前提，关于人们可以简单地、但比较含糊地称之为前提(基本概念和基本原理)的“自然性”或者“逻辑简单性”。也就是说，这些不能在逻辑上进一步简化的元素要尽可能简单，并且在数目上尽可能少，同时不至于放弃对任何经验内容的适当表示。这个观点从来都在选择和评价各种理论时起着重大的作用，但是确切地把它表达出来却有很大困难。这里的问题不单是一种列举逻辑上独立的前提问题(如果这种列举是毫不含糊地可能的话)，而是一种在不可通约的质之间作相互权衡的问题。其次，在几种基础同样“简单”的理论中，那种对理论体系的可能性质限制最严格的理论(即含有最确定论点的理论)被认为是比较优越的。理论的“内在的完备”还表现在：从逻辑的观点来看，如果一种理论并不是从那些等价的和以类似方式构造起来的理论中任意选出的，那么我们就给予这种理论以较高的评价。

爱因斯坦看到了“内在的完备”这一标准不容忽视、不可替代的特殊作用。他指出，当基本概念和基本原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就变得愈来愈困难和更费时日的时候，“内在的完备”标准对于理论的选择和评价就一定会起更大的作用。他还指出，只要数学上暂时还存在着难以克服的困难，而不能确立这个理论的经验内涵：逻辑的简单性就是衡量这个理论的价值的唯一准则，即使是一个当然还不充分的准则([1]，pp.12、501)。爱因斯坦的“内在完备”标准在某种程度上是不可言传的，但是它在像爱因斯坦这样的具有“以对经验的共鸣的理解为依据的直觉”的人的手中，却能够有效地加以运用，而且预言家们在判断理论的内在完备时，它们之间的意见往往是一致的。

在爱因斯坦创立狭义相对论和广义相对论的过程中，充分地体现了探索性的演绎法的这三个特色。前面我们已简单地涉及到这一点，这里我们只谈谈爱因斯坦从“内在的完备”这一标准的角度是如何对自己理论进行评价的。1906年，当德国实验物理学家宣称，他在1905年完成的关于高速电子(β射线)质量和速度关系的数据支持亚伯拉罕和布赫尔的“刚性球”电子论，而同洛伦兹-爱因斯坦的理论(电子在运动方向的直径会随速度的增加而收缩)不相容，彭加勒立即发生了动摇，认为相对性原理不再具有我们先前赋予它的那种重要的价值。洛伦兹表现得更是十分悲观，他在1906年3月8日致彭加勒的信中说：“不幸的是，我的电子扁缩假设同考夫曼的新结果发生了矛盾，因此我必须放弃它，我已到了山穷水尽的地步。在我看来，似乎不可能建立起一种要求平移对电学和光学现象完全不产生影响的理论。”([2]，p．334)爱因斯坦的态度则截然相反，他对自己的理论的“内在的完备”抱有信心。他在1907年发表的长篇论文中指出：考大曼的实验结果同狭义相对论的“这种系统的偏离，究竟是由于没有考虑到的误差，还是由于相对论的基础不符合事实，这个问题只有在有了多方面的观测资料以后，才能足够可靠地解决。”他认为“刚性球”电子论在“颇大程度上是由于偶然碰巧与实验结果相符，因为它们关于运动电子质量的基本假设不是从总结了大量现象的理论体系得出来的。”正由于狭义相对论的理论前提的简单性大，它涉及的事物的种类多，它的应用范围广，它给人的印象深，所以爱因斯坦才对自己的理论坚信不疑，要知道当时还没有确凿的实验事实证实这种具有思辨性的理论。谈到广义相对论的“内在的完备”，爱因斯坦说：“这理论主要吸引人的地方在于逻辑上的完整性。从它推出的许多结论中，只要有一个被证明是错误的，它就必须被抛弃，要对它进行修改而不摧毁其整个结构，那似乎是不可能的。”([1]，p．113)他甚至说过这样的话：当1919年的日蚀观测证明了他关于光线弯曲的推论时，他一点也不惊奇。要是这件事没有发生，他倒会是非常惊讶的。

探索性的演绎法是爱因斯坦的主导哲学思想——唯物论的唯理论——的一个重要组成部分。可贵的是，爱因斯坦在这里并没有排斥或漠视经验归纳法在科学中的地位。一方面，他认为纯粹思维可以把握实在;另一方面，又认为从来也没有一种理论是靠纯粹思辨发现的，他对构造性的理论也给予了较高的评价。爱因斯坦敢于正视矛盾的两极，在唯理论和经验论之间保持了一种微妙的、恰如其分的平衡，这正是他的高明之处。他提出的探索性的演绎法，只是强调“要大胆思辨，不要经验堆积”罢了，这是理论科学在20世纪发展的必然趋势，爱因斯坦则是率先表达了这一时代要求。

参考文献

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H．Poincaré，TheFoundationsofScience,TranslationbyG．B．Halsted，TheScience,YorkandGarrison，N.Y.1913,pp.28,65.

阐述狭义相对论基本原理范文第2篇

【关键词】激光多普勒测速；频移；外差检测

1.引言

多普勒效应是19世纪奥地利物理科学家多普勒.克里斯琴.约翰（Doppler，Christian Johann）发现的声学效应。在声源和接收器之间发生相对运动时，接收器收到的声音频率不会等于声源发出的原频率，于是称这一频率差为多普勒频差或频移。1905年，爱因斯坦在狭义相对论中指出，光波也具有类似的多普勒效应。只要物体产生散射光，就可利用多普勒效应测量其运动速度。所谓光学多普勒效应就是：当光源与光接收器之间发生相对运动时，发射光波与接收光波之间会产生频率偏移，其大小与光源和光接收器之间的相对速度有关。二十世纪六十年代，激光器得以发明。激光的出现大力地促进了各个学科的发展。由于激光具有优异的相干性、良好的方向性等特点，因此在精密计量，远距离测量等方面获得了广泛的应用。伴随着激光在光学领域的应用，一门崭新的技术诞生了，这就是多普勒频移测量技术。

1964年，杨（Yeh）和古明斯（Cummins）[1]首次证实了可利用激光多普勒频移技术来测量确定流体的速度，激光多普勒测速仪（LDV）以其测速精度高、测速范围广、空间分辨率高、动态响应快、非接触测量等优点在航空、航天、机械、生物学、医学、燃烧学以及工业生产等领域得到了广泛应用和快速发展[2-3]。激光多普勒测速仪是利用运动微粒散射光的多普勒频移来获得速度信息的。

2.激光多普勒效应

3.光外差

在激光测速仪中有三种常见的外差检测光路基本模式，它们是参考光模式、单光束-双散射模式和双光束-双散射模式。

4.光路模式

4.1 参考光模式

图2所示是参考光模式，激光经分光镜分成两束光，其中一束是弱光用作参考光，另一束是强光用作照射光束，它们聚焦到测量区。光电检测器接受参考光，同时接受另一束照射光束经过粒子散射在同一方向上的散射光，它们在光电检测器件中进行光外差，从而得到多普勒频移。为了使参考光和散射光强度基本相近，必须使参考光减弱。通常参考光束和照射光束的光强比为1：99左右，这里可以用中性滤光片来减弱参考光，或者选择合适的分光镜的分光比来实现。参考光模式的光学单元具有结构紧凑、调节方便和使用灵活的优点。

4.2 单光束-双散射模式

单光束-双散射模式一般用得较少，它没有明显的优点，但是可以用它来接收两个互相垂直平面的两对散射光，同时测量两个速度分量，而旋转双孔光阑到任意角度，可接收测量平面上任意方向的两个速度分量。

4.3 双光束-双散射模式

5.多普勒信号处理

如图5所示是激光多普勒测速系统图，光学系统测量运动物体，产生多普勒频移信号，光电检测器完成信号的收集及光电转换。但是，实际上接收到的多普勒信号很小且存在噪声，所以信号要进行放大和滤波等处理。根据多普勒信号的特点，已研制出多种信号处理系统，如：频谱分析仪、频率跟踪器、计数型处理机、F-P扫描干涉仪、滤波器组、光子计数相关法、快速傅里叶变换[5]。

其中，频率跟踪是目前性能较优，在国内外使用最广泛的信号处理机，其最大优点是可用于信噪比较低的场合，同时可以得到实时速度信息。频率跟踪法是应用一个闭环负反馈信号跟踪系统实现信号的连续实时测量，其原理如图6所示。多普勒信号首先经过滤波、放大电路后，滤掉低频信号，获得信噪比较高的纯净的多普勒信号，然后输入到频率跟踪电路，由其中的压控振荡器输出瑞引出方波频率信号，由高线性F/V转换电路转换为线性模拟电压，再由A/D转换。

6.激光多普勒测速技术的应用

激光多普勒测速具有许多优点，它广泛地应用于空气动力学和流体力学，用来测量风洞、水筒、水工模型、射流元件等各场合中流体的流场分布和有关的物理参量，它也适用于边界层流体的测量和二相流的测量。近来，已能测量亚音速、超音速喷气流的速度，所以被用来研究喷气过程、燃烧过程，为燃气轮机、气缸、锅炉、原子能反应堆等方面的设计研究提供了实验数据和测试结果[6]。激光多普勒速度计已从科研的实验室进人工厂现场，如测铝板、钢板的轧制速度，固体粉末输送速度，天然气输送以及控制棉纱、纸、人造纤维的运动速度以提高产品质量。结合其他技术，还可以扩大测速仪的用途，同时测量浓度，或者振动等其他物理参量。现在，激光多普勒测速技术已逐渐在国民经济各部门得到实际应用，并取到了良好的效果。这一技术本身也正在不断地深入发展，以适应迅猛发展的科学研究与生产的需要。

7.结论

阐述了激光多普勒测速技术的基本原理，介绍了三种光路模式和多普勒信号处理方法，最后总结了该测量技术的应用领域。激光多普勒测速技术已经发展到能够成功地进行大部分速度测量的水平。光学、电子学以及其它有关技术方面的改进促进了激光多普勒测速技术的进展。以后，激光多普勒测速技术应该朝着提高信号质量和从噪声信号中更加准确地提取信息的方向努力，并且使之变得更简便、更易于操作。

参考文献

[1]Yeh，Y.and Cummins，H.Z.Localised fluid-flow measurements with a He-Ne laser spectrometer.Appl.Phys.Letter.1964，176-178.

[2]沈熊.激光多普勒测速技术及应用[M].北京：清华大学出版社，2004：23-26.

[3]孙渝生.激光多普勒测量技术及运用[M].上海科学文献出版社，1995.

[4]A new approach to flow-field measurement-A view of Doppler global velocimetry techniques.R.W.Ainsworth，S.J.Thorpe，and R.J.Manners.Int.J.Heat and Fluid Flow，Vol.18，No.1.February 1997.

[5]Recent developments and applications of laser Doppler vibrometry to cultural heritage conservation.Enrico Esposito.Conference on Lasers and Electro-Optics Europe.2005.

阐述狭义相对论基本原理范文第3篇

〔关键词〕多元张力哲学;哲人科学家;批判学派;爱因斯坦

作者曾在《中国社会科学》撰文,论证了善于在对立的两极保持必要的张力,是一种卓有成效的科学认识论和方法论准则。此后在对哲人科学家(作为科学家的哲学家或科学思想家)现象的研究中,作者注意到他们哲学思想的鲜明的张力特征。九十年代,随着作者对哲人科学家个案研究成果———《理性的光华:奥斯特瓦尔德》、《彭加勒》、《马赫》、《迪昂》、《爱因斯坦》、《皮尔逊》———的相继面世,作者对该论题的认识又有一定的拓展和深化。本文拟结合案例分析,展开自己的观点。

一、判学派的代表人物:不拘泥于一种认识论体系

批判学派是在十九世纪和二十世纪之交活跃于科学和科学哲学领域的著名学派,因其对经典力学的理论框架持批判态度而得名。批判学派是二十世纪科学革命(物理学革命)和哲学革命(维也纳学派及其逻辑经验论)的先驱,其代表人物是科学和哲学大师马赫、彭加勒、迪昂、皮尔逊和奥斯特瓦尔德。他们当时都站在时代哲学思想的峰巅,不仅是“前”现代科学哲学的创造者和集大成者,也是“后”现代科学哲学的引线和酵素。

恩斯特•马赫(ErnstMach,1838～1916)是奥地利著名的物理学家、生理学家、科学史家和科学哲学家。他的《力学史评》(1883)是物理学革命行将到来的先声,爱因斯坦如实地尊奉他为“相对论的先驱”。他关于“科学中的普遍原理是观察到的事实的简要的经济的描述”和彭加勒关于“普遍原理是人类精神的自由创造”的观点,被维也纳学派尝试“结合成一个融贯的体系”,从而成为“逻辑经验论的起源”。

马赫哲学的目标很明确,这就是把认识论从思辨的、空泛的哲学议论发展到科学(物理学、生理学、心理学)的层次加以研究。为此,他把他的哲学奠定在要素一元论(广义的)或感觉一元论(狭义的)的根基上,其主题自然落入经验论的范畴——马赫的经验论是感觉经验论。值得注意的是,作为马赫主导哲学的感觉经验论虽则在某些方面显得彻底和激进,但并不狭隘和极端,其内和其外(与马赫哲学中的其他组分)充满了鲜活的张力。首先,它包容了经验论的多个变种的成分,诸如实证论、现象论、操作论、工具论、描述论、呈现论(presentationalism)、实用主义。这些成分不仅相互交融和制约,而且马赫对每一成分也或多或少有独特的理解和必要的限定。例如,马赫的实证论的意向与孔德和逻辑实证论者的截然不同:马赫实证哲学是感觉取向的,其目的是为了统一科学和改造自然科学;孔德则反对内省心理学,力图以物理学为范例而改造社会科学;而逻辑经验论者则致力于改造哲学,使哲学科学化。马赫的现象论主要并不体现在他的哲学本体论和认识论中,而充满在他的科学研究纲领和科学观中。其次,马赫哲学的特色充分体现在他的进化认识论和思维经济原理中,这本身就与他的感觉经验论平分秋色。尤其是,进化认识论的五大内涵——世界或自然界是一个自然的、统一的整体;思想适应事实和思想相互适应是生物反应现象;科学是一种生物的、有机的现象;人生来不是一块“白板”,而具有天生的倾向和“观念”,它们是生物进化的产物;所有的知识和理论都是可错的、暂定的、不完备的,其形成具有偶然性——或超越了感觉经验论,或包容它的异质因素。同样,从思维经济原理的丰富内涵(布莱克默把它分为十一种:思维的经济、精力的经济、功和时间的经济、方法论的经济、作为数学简单性的经济、作为缩略的经济、作为抽象的经济、作为不完备的经济的逻辑、本体论的经济、自然界中没有经济、语言的经济)和精神实质(思维经济是科学的目的、方法论的原则、评价科学理论的标准、反形而上学的武10、关于知识的生物经济学)来看，情况也是如此。

最后，也是最重要的，马赫哲学思想中包含着诸多非经验论的乃至反经验论的组分，尤其是其中的理性论、约定论和反归纳主义更引人注目。马赫认为，“我们的理性”“这种感官比其他任何感官都要丰富”，“它处于感觉之上，只有他才能发现关于世界的永久的、充分的观点”。他早就洞察到当代科学哲学“观察渗透理论”的命题：“几乎任何一个观察都已经受到理论的影响；“投有某种先人之见，实验是不可能的”。正是基于这些言论，费耶阿本德甚至有点言过其实地认为马赫哲学是“辩证理性论”。马赫是约定论的先驱之一，这一点往往被人们忽视，而约定沦思想对他的感觉经验论起到了削弱和平衡作用。马赫对经验论的方法论即归纳主义持强烈的保留态度，他不相信“发现是按照亚里士多德或培根的归纳图式即枚举相互一致的例子作出的”。在他看来，“归纳科学”是早巳过时的传统和习俗，用不恰当的名字“归纳”称呼的心理操作是一个相当复杂的心理操作过程，它不是逻辑过程，而是抽象和想像的过程。此外，马赫还多次为科学的抽象本性辩护，强调普遍概念和数学概括在科学中的重大作用，同时极为重视、推崇、赞美思想和观念——这一切也与他的感觉经验论构成多元张力的关系。

昂利•彭加勒(HenriPoincaré，1854～1912)是法国著名的数学家、物理学家、天文学家和科学哲学家。他是相对论的名副其实的先驱和首屈一指的数学设计师，是约定论哲学的创始人和集大成者。

彭加勒的约定论内容丰赡、新意迭出：它断言在科学理论中存在约定的成分，这尤其体现在基本原理和基本概念中；指出约定对于非约定的(准经验的)陈述所起的作用；把认识论地位的改变，从而把约定的改变归因于科学共同体的决定；宣布所谓的判决实验不可能；揭示出理论的经验内容在约定变化的条件下是不变量，这保证了科学的客观性、合理性以及科学进步的连续性；坚持理沦多元论，于是与约定有关的理智价值评价介入到理论选择的过程之中；隐含本体论的约定性和真关系的实在性；断定物理几何学本身的约定性。从上述内涵不难看出，彭加勒的约定论溶人了实在论、理性论、经验论的要素，它是一种带有多元张力特征的弱化约定论。

事实正是如此。彭加勒虽然说约定是“精神的自由活动”,但其本意是“充分发挥我们的能动性”。他明确指出这种“自由”“并非放荡不羁、完全任意”,学者所思考的世界、所拥有的科学事实,并非他本人“任性创造”。而且,约定的提出既要避免逻辑矛盾,又要受实验事实引导(注意:不是由实验决定!)彭加勒说约定是出于方便，无所谓真假,不能被实验证实或证伪,这并非否认客观真理。因为这里的方便只是表达手段的方便,约定仅仅强加于科学,并未强加于自然界,实在事物的真关系即科学中的不变量依然如故。彭加勒只是强调这样一个命题:没有构成两个基本因素——语言的和真实的(经验的)假设——的实验体制,经验检验是不可能的。一个假设的证伪既可以通过把实验的否定结果归咎于一个辅助假设来避免,也可以通过改变语言来避免。

要知道,彭加勒也是一位关系实在论者、科学理性论者和温和经验论者,他是怎样把这些异质的乃至对立哲学协调起来的呢?彭加勒通过限定约定的辖域,使之与实在论协调。也就是说,约定仅限于科学而非自然界;数学中的公理是约定,物理学中的可以检验的假设和中性假设均非约定,仅有一种表面看来是假设而实质是伪定义的才属于约定;约定尤其在从定律提升为基本原理时起重大作用。对于理性论,彭加勒并未把它推到极端,而是在经验和理性、实验和数学、事实和理论之间保持了适当的平衡,而没有固执于一极而排斥其他各极。他不赞成康德的先验论(理性论的极端),他把“先验的”冲淡为“约定的”。另一方面,他不同意康德的天赋观念论,尤其是康德的几何学先验论,而用进化认识论对其加以诠释,认为几何学中一切本能的、直觉的东西不是个人的获得物,而是种族的获得物,即“祖传的经验”。彭加勒就是这样用经验论和约定论对极端理性论作了必要的限定和补充,并把理性论与实在论结合起来。这种结合集中体现在这样的见解上:世界是统一的、和谐的、有规律的,它具有理性的结构,是人的理性可以把握的。彭加勒虽像一般自然科学家一样处于经验论的传统中,但他的经验论不同于休谟和穆勒的经验论:他不仅强调个人经验的意义,而且也强调祖传的经验的重要性。尤其是,他的经验论并不狭隘和极端,从而并不与实在论思想冲突,他甚至很不赞成当时流行的感觉论和实证论:这二者都极力把不可观察物这样的“形而上学”排除到科学之外。他一方面认为实验是真理的唯一源泉,科学必须用事实建造,但另一方面又指明实验并非总是可能的和充分的,有时思想要超过实验才行。他讲了一句在经验论和理性论之间保持恰如其分张力的话:脱离实验的理论是空洞的理论,脱离理论的实验是盲目的实验。

皮埃尔•迪昂(PierreDuhem,1861～1916)是法国著名的物理学家、科学史家和科学哲学家,整体论的创始人和集大成者。迪昂的影响是潜在的、持续的、深广的,这既与他涉猎广泛、思想深邃有关,也与他的哲学思想的张力特征有关,以致不同学科、不同倾向的研究者都能从中获取智力财富和发掘精神宝藏。迪昂对逻辑和语言的重视,直接影响了逻辑经验论路向的分析哲学和语言哲学。迪昂的历史主义取向,直接有助于科学哲学中的历史学派的崛起和繁盛。迪昂的科学思想和方法论见解,也激励了像希尔伯特和爱因斯坦这样的哲人科学家的灵感和智慧,从而间接地有助于丰富二十世纪的科学哲学。

不用说,迪昂哲学的特色是理论整体论。其思想内涵和精神实质是:物理学理论是一个整体,比较只能是理论描述与观察资料两个系统的整体比较；不可能把孤立的假设或假设群与理论分离开来加以检验；实验无法绝对自主地证实、反驳或否决一个理论；判决实验不可能,归谬法在物理学中行不通；观察和实验渗透、负荷、承诺理论,物理学理论中的理论描述和观察资料两个系统从而结合成一个更大的整体；经验虽然是选择理论假设的最终标准,但决断则是由历史指导的卓识或健全的判断力作出的；反归纳主义,即归纳法在理论科学中是不切实际的；反对强约定论,同意弱约定论中某些与整体论相关的主张。不难看出,迪昂的理论整体论本身就包含诸多哲学体系的合理因素,是一个多元张力哲学综合体。

事实上,迪昂哲学可用本体论背景上的秩序实在论(物理学理论趋向自然分类,自然分类是物理世界的本体论秩序之反映)、方法论文脉内的科学工具论和认识论透视下的理论整体论来涵盖。这三种类型的异质哲学之前的定语指出其大致范围,从而保证它们会聚于迪昂思想,虽有张力却不致发生剧烈的冲突。然而,工具论(理论是描述现象的工具)和实在论(理论是说明实在的真理)毕竟是两种大相径庭的哲学,迪昂是如何把二者融会贯通的呢?

首先,在对待实在论的态度上,迪昂并未反对实在论一般或总括的实在论,而是反对实在论特殊或历史上相对化的实在论。具体地讲,迪昂在本体论上反对实体实在论而坚持朴素实在论(或常识实在论)和秩序实在论;在认识论上坚持有保留的实在论和有保留的工具论;他也部分地反对语义学的实在论。其次,迪昂关于现象实在、描述———说明二分法大体上为物理学和形而上学划出了辖域,也为工具论和实在论概略地设置了活动范围。关于事物的真正本性或潜藏在我们正在研究的现象背后的实在,是由形而上学告诉我们的,但是在现象王国内,科学则是至高无上的权威,具有无可争辩的自主性。再次,迪昂的科学工具论主要是作为方法运用的,而在本体论和认识论领域,他基本上持实在论的观点:他承认外部世界和物质实在的存在,承认科学能够认识物质世界的真理,并持有与实在论相符或相容的真理观。要知道,实在论的工具论是否认实在、抛弃真理的。再者,迪昂清楚地看到,工具论并不足以使科学成功,科学目标是工具论和实在论的混合方向。他明知自然分类只可接近而无法企及,深知理论融贯或统一无力用物理学方法辩护,但还是毅然采用这两个与工具论不相容的概念,从而有助于克服工具论固有的弱点。最后,除《保全现象》(1908)洋溢着强烈的工具论倾向外,迪昂的其他著作均与此不同,尤其是他的科学哲学代表作《物理学理论的目的和结构》中的反对极端工具论、主观论和反对贬低科学知识能力的价值的色彩是相当明显的,表明纯粹工具论的物理学仅具有贫乏的意义。迪昂钟爱的能量学实际就是工具论和实在论两种研究进路结合的体现:它是着眼于现象而不涉及假想实体的现象论的或工具论的理论,但是它却趋向于自然分类,是本体论秩序的完美图像。此外,迪昂在对科学与形而上学和宗教的关系的看法上也持有张力关系的观点。

卡尔•皮尔逊(KarlPeason,1857～1936)是英国著名的应用数学家、统计学家、生物统计学家、遗传学家和优生学家,也是颇有影响的科学哲学家和伦理学家以及名副其实的历史学家(他钻研过科学史、思想史、宗教史、艺术史、性史、中世纪史等)、民俗学家、人类学家、头骨测量学家、语言学家,还是精力充沛的社会活动家、社会主义者、人道主义者、自由思想者和教育改革的倡导者,亦是优秀的教师、文艺作品和传记的作家、律师。总之,他是十九世纪末期和二十世纪初期罕见的百科全书式的学者。

皮尔逊的认识论脱胎于英国土生土长的经验论传统。它是沿着贝克莱、休谟的观念论的经验论发展的,而不是循着培根、霍布斯、洛克的物质论的经验论行进的。但是,它也溶入了后者的一些合理因素,从而显得有点像洛克哲学那样的“折衷”性质。皮尔逊也从大陆哲学家笛卡儿的怀疑论、康德的批判观念论和理性论、孔德的实证论、马赫的感觉论汲取了一些有效成分,他又直接受到当时在英国盛行的达尔文的生物进化论和斯宾塞的社会进化学说的强烈影响,以及克利福德的科学哲学的感染,加上他本人的科学创造和哲学反思,从而熔铸成他的以怀疑和批判为先导和特征的,以观念论自我标榜的,带有明显的现象论、工具论和实证论色彩的,属于经验论范畴的感觉论的认识论,即观念论的感觉经验论。这种哲学本身就蕴涵着某些张力。

作为观念论者,皮尔逊试图消除物质论和观念论、物理的东西和心理的东西的人为对立。他甚至偶尔说过:“断言意识能够存在于物质之外,是不合逻辑的”。“几何学的概念能够来自物质的宇宙,但是物质的宇宙不能够来自几何学的概念”。皮尔逊对康德的“人为自然立法”的观念作了进化认识论的解读,先于逻辑经验论者把客观性界定为主体间性,坚持真理符合论和获取真理的科学方法,以及旗帜鲜明地批判陈旧传统、蒙昧迷信、教条主义、唯灵论(或泛灵论)、神学和形而上学,都对他的观念论构成牵制的张力。作为一个经验论者,皮尔逊也没有忘记对理性的重视和强调:科学定律是理性和想像共同活动的产物,但要获得关于宇宙的知识和真理,最终诉诸的是理性而非想像。知识严格地讲是理性认识,而不是停留在低层次上的感性认识,因为未经理性思维和逻辑推理的感性认识是表面的、肤浅的、概然的。他甚至宣称,理性和知识是道德行为的唯一因素。皮尔逊对一些具体问题的看法也是有张力特征的。例如,他在批判机械论(力学主义)的缺陷和教条时,也告诫人们不要陷入相反的极端,低估了我们关于宇宙的力学模型的惊人价值。对于科学的无知,他认为既要勇敢地坦白无知,又要积极地克服无知；坦白无知不是软弱的坦白,而实际上是有力量的标志,它找到了未来进步的安全通行证。

奥斯特瓦尔德(WilhelmOstwald,1853～1932)是德国著名的物理化学家、颜色学家,也是真正的哲学家、科学史家、心理学家、艺术家、语言学家、作家、教师和编辑以及颇有影响的宣传者、组织者、改革者和社会活动家,难怪人们称其为“高级万能博士”和“天才的综合体”。

奥斯特瓦尔德的哲学创造是能量论或能量一元论,其方法论是现象论的方法论。这种方法论是指用直接可测量的诸量的函数关系来描述各种现象,并以此作为科学的目标,而不用超越于现象的假设来说明自然现象。尽管如此,他也没有排除有启发意义的假设,即作为暂定假定的原始命题。此外,奥斯特瓦尔德既重视实验和事实,又注意整理和概括,认为立足于实验的清晰思维是取得成果的最好途径。他既持之以恒地从事有意识的实验和思考,又留心倾听无意识的突如其来的灵感。这些带有张力特征的思想方法和科学方法贯穿在他的各种创造性的工作中。尤其是,奥斯特瓦尔德关于知识中的主观成分和客观成分的张力关系的分析发人深省,他的“筛子”比喻(我们可以把世界比作一堆沙砾,把人比作一个比另一个粗的一对筛子。当沙砾通过双重筛子时,明显相等的大小的沙砾聚集在两个筛子之间,较大的沙砾被第一个筛子排除,较小的沙砾被第二个筛子容许通过。断言所有的沙砾由这样的相等大小的细沙砾组成,恐怕是错误的。但是断言使细砾变成相等的东西是筛子,同样也是虚假的)寓意深刻(我们不妨将其命名为“奥氏之筛”)，与爱丁顿的鱼网比喻有异曲同工之妙,但却先于后者。

二、爱因斯坦:发现正确比例的能手

阿尔伯待•爱因斯坦(AlbertEinstein,1879～1955)是二十世纪科学革命的主将,是伟大的科学家和思想家或哲人科学家。他从青少年时代起就博览群书,悉心研读科学和哲学大师们的著作。爱因斯坦的哲学发源地在于:第一,各个时代的哲学大家几乎都是爱因斯坦的沃土,其中包括古希腊的先哲,近代哲学大师如笛卡儿、莱布尼兹、斯宾诺莎、洛克、休谟、康德、叔本华、尼采等等；第二,从开普勒、伽利略、牛顿到普朗克的诸多哲人科学家的科学思想和哲学思想；第三,批判学派代表人物的思想给爱因斯坦的哲学打上了明显的烙印；第四,与石里克等逻辑经验论者的交往和与哥本哈根学派的交锋；第五,尤其在爱因斯坦对自己的科学探索过程和科学创造成果的哲学反思中。也就是说,对前人和时人的思想成果的吸收、批判和改造,对自己的科学实践沉思、总结和提炼,构成了爱因斯坦明澈的哲学思想的取之不竭的源泉。

正是由于以上原因,爱因斯坦的科学哲学是熔实在论、经验论、理性论、约定论、整体论于一炉的多元张力哲学。它不属于任何一个现成的哲学体系,而是在诸多异质的乃至对立的两极保持必要的张力或恰当的平衡,因而明显高于其中每一个流派。爱因斯坦甚至在早期就拥有极强的独立性和怀疑批判精神,从未成为各种哲学派别的俘虏,从未墨守单一的认识论和方法论,而力图在事实与理论、经验与理性、逻辑与直觉、现象与实在、意义与真理、感觉世界和思维世界的永恒反题的张力中开辟自己的道路,从而造就了一个又一个科学奇迹和闪光思想。难怪玻恩称赞爱因斯坦“是一位发现正确比例的能手”。

爱因斯坦的经验论思想是温和经验论。在早年,爱因斯坦迷恋同直接经验接触,偏向经验论的一极,但并未囿于经验论。在广义相对论创立之后,他的哲学向理性论一极回摆,即便在此时,他也没有放弃经验论的合理内核,而是充分肯定观察实验和经验事实在科学中的必不可少的作用:一切关于实在的知识都是从经验开始,又终结于经验。但是,二十世纪的物理学毕竟明显地打上了理论化和体系化的印记,削弱了经验的作用并淡化了经验论,使经验论的归纳法让位给理性论的探索性的演绎法。爱因斯坦看清了科学发展的趋势,清楚地认识到,概念虽然在发生学上一点也离不开我们的经验本性而独立,但在逻辑上则是独立于感觉经验的,即二者的关系是间接的、直觉的,并不具有逻辑的本性。他打了一个维妙维肖的比喻:这种关系不像肉汤和肉的关系,而倒有点像衣帽间牌子上的号码同大衣的关系。因此,爱因斯坦在科学理论的起点和终点对经验的作用和地位作了必要的限制。在起点,基本概念和基本原理不是经验的逻辑推论,经验在这里仅起提示作用。理论家必须通过理性思考和直觉领悟,发明出作为逻辑起点的前提,因为再多的经验事实也不会导致广义相对论和引力场方程。在终点,经验虽则是真理的最终判定者,但是出于约定论和整体论的考虑,必须对经验的功能作出恰当的限制:检验理论的经验是经验的总和或复合,而不是单个的经验或经验原子;把经验证实冲淡为经验的确认;用“内部完美”这一辅助评价标准补充和冲淡“外部确认”标准,从而构成所谓的双标尺理论评价系统。此外,爱因斯坦坚决反对经验论的极端即实证论,以及经验论的方法论即传统的归纳法。总之,爱因斯坦哲学中包含着双向弱化的温和经验论成分,但不能说他是一位经验论者,因为经验论不是其哲学的主流或主要方面。

爱因斯坦的约定论思想是基础约定论。这种约定论虽不及彭加勒的内涵广泛,但爱因斯坦在某些方面对它作了更为明确、更为严格、更为深入的阐释与发展:第一,明确地阐述了科学理论体系的结构,严格界定了约定主要在构筑科学理论的逻辑前提即基本概念和基本原理时起重大作用；第二,响亮地提出基本概念和基本原理是思维的自由创造、理智的自由发明、自由选择的约定的命题,说明了从感觉经验达到它们的直觉途径及微妙关系；第三,形象地指出这种选择自由是类似于猜字谜的特殊自由,以及选择的双重标准,其“内部完美”标准是与他的逻辑简单性原则和准美学原则的方法论相通；第四,严格区分了作为纯粹命题的非解释系统和与感觉经验或实在相联系的解释系统,表明真理概念仅适用于后一系统。尤其是,爱因斯坦在基础约定论之上形成了他的卓有成效的方法论原则——探索性的演绎法,以此构造像相对论这样的原理理论(与构造性理论相对),从而使约定论这一源远流长的哲学思想焕发出新的活力。此外,爱因斯坦在进行科学探索时,对科学的研究对象(自然界)和研究结果(理论本体,尤其是它的形式和结构)具有一种可以确信的看法,即科学信念。这些看法是一种总括性的信条或纲领式的预设。它们是历史的、社会的、文化的积淀和科学家个人智力的、心理的、气质的成分相互综合的产物。它们虽不能用科学方法辩护,但却是科学研究的前提,实际上是一种更根本、更深邃的约定或约定式的预设。爱因斯坦的科学信念有客观性、可知性、和谐性、统一性、简单性、因果性、不变性等。

整体论以及其中蕴涵的不充分决定论(经验无法充分地决定理论的取舍)是爱因斯坦哲学思想的又一个组成部分。爱因斯坦通过多年缜密的思考,把迪昂的理论整体论发展为意义整体论：单个概念或命题只有在作为一个整体的理论体系中才能获得其意义,把它孤立起来则无意义或无法辩护。爱因斯坦的意义整体论不仅先于奎因两年提出,而且它也包含着对经验论两个教条(其一是相信在分析的、或以意义为根据的而不依赖于事实的真理与综合的、或以事实为根据的真理之间有根本的区分。另一个教条是还原论:相信每一个有意义的陈述都等值于某种以指称直接经验的名词为基础的逻辑构造)的明确反对。爱因斯坦早期决不是所谓的“纯粹的经验论者”,除理性论外,带有不充分决定论的整体论和理论多元论的约定论也是他的哲学的鲜明特征。由于这些思想比经验论或实证论更能容纳假设和深刻的理论(如相对论),所以它们才受到爱因斯坦的青睐。而且,爱因斯坦认为,在经验上等价的理论并非仅仅是表达方式的差异,而是在理论的深刻的本体论水平上对应着不同的实在。这意味着,对应于同一经验总和的不同理论在层次上是不同的,进化得越充分的理论逻辑前提越简单,其物理实在越深奥。正是在这种意义上,爱因斯坦反对科学实在论的终极的、不变的物理实在观。此外,爱因斯坦的意义整体论和基础约定论,决定了他对当时流行的新康德主义和逻辑经验论所采取的批评态度:他用它们削弱或抗衡康德的先验论和石里克、卡尔纳普等人的分析——综合命题绝然二分及意义证实原则。

科学理性论是爱因斯坦式的理性论,是古代和近性论的现代版本,是爱因斯坦把他所汲取的传统理性论的精髓与现代科学的思想意向和精神气质加以彼此切磋琢磨的产物,从而成为二十世纪科学和哲学的主旋律之一。爱因斯坦科学理性论的核心是:经验使我们有理由相信,自然界是可以想像到的最简单的数学观念的实际体现,在某种意义上纯粹思维在经验的提示下可以把握实在。它的特色在于:它是科学自己的哲学;它立足于实在论的地基上；它清除了传统理性论中的先验因素和极端成分；它把探索性的演绎法和逻辑简单性原则作为自己的方法论；它抛弃了科学观念的“显然性”；它与其对立面经验论保持了必要的张力。关于后一点,尤其表现在他对理性、数学和思辨在科学中的地位和功能的富有张力的看法上。他认为,经验事实是整个科学的根底,但是科学理论的逻辑体系则必须由理性构造入手,这才是科学的内容和它的真正本质,不过这个体系或它所代表的概念总体是同经验对象相对应的。只有考虑到理论思维同感觉材料的全部总和的关系,才能达到理论思维的真理性。通过数学构造能够发现概念以及把这些概念联系起来的定律,使世界图像尽可能达到最高标准的严格精确性,但是这样做不应以牺牲与物理实在的接触为代价,也不应排斥直觉和想像力。爱因斯坦洞察到任何理论都具有思辨性,承认科学的思辨性质已经成为公共的财富,号召科学家大胆思辨而不要堆积经验。另一方面,他又说过,思辨并不比经验更高超,从来也没有一个真正有用和深刻的理论是单靠纯思辨发现的。爱因斯坦的实在论是纲领实在论。这种实在论以双重实在——本体实在和理论实在——为根基。本体实在常被爱因斯坦称呼为外部世界、物理世界、实在世界、客观实在和存在的实在等,它在其外在性而非不可知的意义上相当于康德意义上的“物自体”；外部世界不是直接给予我们的,是由感觉经验间接地向我们提供关于它的信息,而我们则通过理智的构造或直觉的领悟断言它独立于我们感觉经验而存在,从而具有形而上学的性质。理论实在是物理学理论中使用的物理概念或物理量所指称的东西,物理学家正是用它们来建构简化的和易于领悟的世界图像的,它们是理论的本体论,对应于客观实在。这些为数不多的基本概念并不是客观实在直接呈现出来的,而是人们的精神的自由发明或约定,是以文字或数学符号的形式在理论中出现的。它们构成描述客观实在的图像的基本框架,从而把科学理论和客观实在联系起来。理论实在的判据是可分离性和定域性。理论实在并不像康德的范畴那样是一劳永逸的,而是伴随着物理学的进化而改变的,其原因在于我们从感觉经验只能间接地得到关于外在世界的客体的知识。作为科学家,爱因斯坦看重的是理论实在,他认为理论实在并不等同于本体实在,但又反对把二者割裂开来的现象论和工具论观点,指出前者更能深刻地反映和揭示实在。对于经验实在或感觉实在,爱因斯坦是持否定态度的,他也不满意甚至反对朴素实在论或常识实在论,尽管它充分肯定了其功用。爱因斯坦把物理实在(本体实在尤其是理论实在)视为一种纲领,他把实在论科学化为一种建构实在论的物理学理论的研究纲领。他不止一次地申述了他的纲领式的看法:像物理体系的“实在状态”这样的事是存在的,它不依赖于观察或量度而客观地存在着,并且原则上是可以用物理学的表述方法来描述的。由以上陈述不难看出,爱因斯坦的纲领实在论是一个充满哲学张力的研究纲领。

综上所述,爱因斯坦的科学哲学是一个由多元哲学构成的兼容并蓄、和谐共存的统一综合体。这些不同的乃至异质的哲学思想相互限定,珠联璧合,又彼此砥砺,相得益彰,保持了恰到好处的“必要的张力”,从而显得磊落轶荡、气象万千。这样的独特而绝妙的哲学思想很难用一两个“主义”或“论”来囊括或指称,我们不妨称其为多元张力哲学。这种哲学具有巨大的解释力量,例如爱因斯坦对“真理”概念的看法就包括着上述诸种哲学的视角和因素。这样的哲学也具有巨大的启迪力量,它在爱因斯坦创立狭义相对论的过程中起到了显著作用。在这篇论文中,既有经验论和操作论的成分(量杆和时钟的可观察、可操作定义,提出两个原理的经验启示,推论的可检验性等,但相对论的语义指称并非由量杆和时钟组成,因为该理论也适用于微观世界),也有理性论(对称性的考虑,追求逻辑统一性和简单性,用探索性的演绎法形成原理理论等)、约定论(大胆选择假设,同时性的约定等)、整体论(该理论是一个有层次、有结构、逻辑严密的整体,像考夫曼之类的单个实验很难动摇它,除非摧毁其整个基础)、实在论(作为研究纲领已渗透在整个理论中)的诸多因素。

以往的有些研究者往往看不清多元张力是爱因斯坦哲学的特色,更认识不到它的深邃意蕴和现实力量。他们误以为爱因斯坦的哲学“庞杂”、“多少有点混乱”,甚至指责爱因斯坦“在基本的哲学问题上居然安于作一个无原则的‘机会主义’,这显示出他的哲学思想的矛盾和局限性。”前面的论述已使这种观点不攻自破。我们在此只想指明,爱因斯坦的多元张力哲学不是庞杂,而是丰富多彩；不是混乱和矛盾,而是在对立和张力中和谐互补,从而形成一个有机整体；不是有局限性,而是虚怀若谷的开放性、包容性和广博性；不是无原则的机会主义,而是既坚持原则,又审时度势,具有高度的灵活性和应变能力——这正是爱因斯坦所谓的哲学上的“机会主义”之隐喻的真正涵义。对于政治上的机会主义者,他是很鄙视的,能够撕下他们的假面具,他就感到痛快。至于许多哲学家(包括波普尔、费耶阿本德、法因、范弗拉森等等)或出于自己哲学体系的偏见,或囿于某种单调、狭隘的认识论立场,肢解爱因斯坦,从爱因斯坦的众多言论中摭拾片言只语,作为证明自己观点的“铁证”和反对别人观点的“旗帜”,那就纯属拉大旗作虎皮了。

三、采取多元张力哲学的缘由

像批判学派的代表人物和爱因斯坦这样的哲人科学家为什么会采取或者要采取多元张力哲学的立场呢?我以为,其缘由有以下几个方面。

1.他们深知自然、人、人的活动和文化以及科学本身都具有两极张力或多极张力的特征。这些特征在帕斯卡和卡西尔的论述中得以深刻的揭示。帕斯卡说:自然不会停止于一端。自然把我们妥善地安置于中道,以致如果我们改变了平衡的一边,也就改变了另一边。我们头脑里的弹力也是这样安排的,谁要是触动了其中一点,也就触动了它的反面。人在自然界中到底是什么呢?对于无穷而言就是虚无,对于虚无而言就是全体,是无和全之间的一个中项。我们在各方面都是有限的,因而在我们能力的各个方面都表现出这个在两个极端之间处于中道的状态。一切过度的品质都是我们的敌人,极端的东西对于我们仿佛是根本就不存在似的,我们就根本不在它们的眼里；它们回避我们,不然我们就回避它们。中庸最好,脱离了中道就脱离了人道。卡西尔表明,在所有人类活动中我们发现一种基本的两极性,这种两极性可以以不同的方式来描述。我们可以说它是稳定和进化之间的一种张力。这种二元性可以在文化生活的所有领域看到,所不同的只是各种对立因素的比例。有时是这一因素占优势,有时是那一因素占优势。这种优势在很大程度上决定了种种个别形式的特征,并且使它们各自具有自己的面貌。这种多样性和相异性并不意味着不一致或不和谐,所有这些功能都是相辅相成的。不和谐就是与它自身相和谐；对立面并不是彼此排斥,而是互相依存:“对立造成和谐,正如弓与六弦琴。”我们所论的哲人科学家或者了解这些思想(比如迪昂熟知帕斯卡,爱因斯坦也可能获悉卡西尔的观点),即使有人不了解,也肯定会分享这样的思想或拥有类似的看法。尤其是,作为哲人科学家,他们深知科学的多面张力形象——它包括理论和实验两个方面,它既需要理性和逻辑,也需要想像和直觉。他们深知科学的历史是在经验论和理性论、现象论和实在论等等的张力关系中展开的,科学创造是在诸多哲学和方法论原理的张力状态的指引和启示下开辟自己的道路的。这个缘由以及紧接着的第二个缘由从而成为哲人科学家采取多元性张力哲学的主动缘由。

2.他们对哲学遗产以及科学和哲学的本性有清醒的认识。哲人科学家从小就对科学和哲学怀有浓厚的兴趣,他们涉猎广泛,学识渊博,又虚怀若谷,从善如流。我们已讲过爱因斯坦、皮尔逊等人的丰富的哲学源泉,其中不少人(尤其是其中的哲人科学家)都具有张力哲学的特点。再以迪昂为例,他不仅熟知帕斯卡,也熟悉亚里士多德和托马斯。亚里士多德曾指出,任何一种技艺大师,都避免过多或不足,而寻求居间者并选取了它。美德是一种适中,它是两种恶行——由于过度和不足而引起的——之间的中道,是以居间者为目的的。托马斯是一位综合和平衡的大师,他以亚里士多德的观点作为联系德谟克利特和柏拉图两个极端的中间媒介,其学说在各种对立的两极保持了必要的张力。无怪乎有人这样称颂他:“从他以后基督教思想就再也没有失去科学态度,也没有失去对物质感性的科学态度。全宇宙是一件完整的作品,无论如何破碎的现象都不会是形而上学的弃儿:在存在的秩序中有张力,但没有对抗,……对比的出现是在一种更高原则上来表现对立的和谐,而并非要排斥掉一个前奏曲或将二者弄模糊。”哲人科学家熟悉人类的哲学遗产,他们对于类似的睿智无疑能心领神会,甚或发生强烈的共鸣,从而在诸多的对立两极中找到最合适的联系中介、最恰当的互补因素和最微妙的平衡支点或比例中项。对于科学理论的本性,哲人科学家的态度既是批判的和反思的,又是本能的和自发的。前者的理性思考使他们认为理论是分类和发现的工具,后者的直觉领悟使他们认为理论指向日益精确和完美的真理。诚如迪昂所说:“在马赫、奥斯特瓦尔德和兰金以及所有审查物理学理论本性的所有人中,我们都能够注意到这些相同的两种态度,一个看来好像是另一个的平衡重量。宣称在这里只存在不融贯和荒谬是幼稚的；相反地很清楚,这种对立是一个与物理学本性在实质上相关的基本事实,我们必须如实地记住这个事实,如有可能就说明这个事实。”对于哲学的本性,哲人科学家也心中有数。在他们看来,哲学史上任何一个认真的、严肃的、沉思的哲学派别,都有其长短优劣之处,都有其合理的积极因素,哪怕只是一小点思想火花。正确的思想方法是合理取舍、恰当矫正,使它们和谐互补,而不是把某元推向极端,或简单地排斥对立的一极。正如爱因斯坦在1918年所说:“我对任何‘主义’都不感到惬意和熟悉。对我来说,情况仿佛总是,只要这样的主义在它的薄弱处使自己怀有对立的主义,它就是强有力的;但是,如果后者被扼杀,而只有它处于旷野,那么它的脚底下原来也是不稳固的。”

3.问题的驱使。哲人科学家在科学实践中面对各种各样的亟待解决的前沿问题,他们手中往往缺乏现成的范式和工具,因而需要广泛地求助于哲学思维,以便弄清楚“鞋子究竟是在哪里夹脚的?”他们也需要采取不同的思路和发明新颖的方法灵活处理问题,才能收到事半功倍的效果;而墨守一隅,偏执一端,往往难以自拔。爱因斯坦在谈到科学家在理性论和极端经验之间摇摆的原因时说:一个逻辑的概念体系,如果它的概念和诊断必然同经验世界发生关系,那么它就是物理学。无论谁想要建立这样一种体系,就会在任意选择中遇到一种危险的障碍(富有的困境)。这就是为什么他要力求把他的概念尽可能直接而必然地同经验世界联系起来。在这种情况下,他的态度是经验论的。这条途径常常是有成效的,但是它总是受到怀疑,因为特殊概念和个别论断毕竟只能断定经验所给的东西同整个体系发生关系时所碰到的某件事。因此他认识到从经验所给的东西到概念世界不存在逻辑的途径。他的态度于是比较接近理性论了,因为他认识到体系的逻辑独立性。这种态度的危险在于,人们在探求这种体系时会失去同经验世界的一切接触。爱因斯坦认为,在这两个极端摇摆是不可避免的。依我之见,这种摇摆正是在问题的驱使下,哲人科学家力图寻找微妙的平衡和恰当的居间,从而在对立的两极保持必要的张力。

在这方面,马赫也有类似的精辟见解:“英国哲学家惠威尔指出,对于科学的形成来说有两件事是必需的,即事实和观念。仅有观念只会导致空洞的思想,而仅有事实也不会产生有组织的知识。我们看出,一切取决于现存在的概念适应于新事实的能力。过于迅速地屈从于一个新事实会妨碍稳定的思想习惯的形成,而过分僵硬的思想习惯又妨碍观察的自由。如果我们能够在这种斗争中,在判断和预断(成见)之间的妥协中使用该关系,那么我们理解事物的范围就会扩展。”马赫在这里阐明了科学家受问题的驱使在事实和观念之间不得不保持必要的张力,同时也预示了库恩后来关于在传统与革新、在收敛式思维和发散式思维之间保持张力的思想。对于有人指责他陷入狭隘的或极端的经验论,马赫在自我辩护时讲得言之有理:“有人从其他方面发现,我的观点可以从过分重视感性和相应不了解抽象作用和概念思维的价值得到理解。须知,若不重视感性,自然科学家便不会有多大成就,而重视感性,并不会妨碍他建立明晰而精确的概念。恰恰相反!近代物理学的概念在精确性和抽象程度方面可以与任何其他的科学概念相比,同时还表现出一个好处,即人们总能轻而易举地、确定无疑地追溯到建立起这些概念的感性要素。对于自然科学家,直观表象与概念思维之间的鸿沟绝不是很大的、不可跨越的。我们可以顺便指出,我绝没有轻视物理学的概念,而是在过去几乎四十年中,在许多方面都比以前更彻底地从事于评论这些概念。”事实上,马赫确实在经验论和理性论之间保持了张力,不过与爱因斯坦相比,他是偏向经验论一极的。在马赫所处的时代和环境下,他这样做也许是合情合理的:这既是抵御新康德主义的先验论和黑格尔思辨的自然哲学的影响的需要,也是他反对力学神话(力学先验论和机械自然观)的需要。不用说,到爱因斯坦之时,时代和环境均发生了巨大的变化,所以爱因斯坦顺应时势,及时调整他的哲学意向,告别马赫,向理性论回摆。

4.外部条件的约束。也许对于以构造体系为圭臬的专业哲学家来说,他可能需要一个一元论的逻辑起点(如水、奴斯、数、理念、物质、精神、实在、存在、元气、仁、道等等),而且为了把他的思想贯彻到底,他倾向于排斥对立的东西。可是,对于哲人科学家来说,他并不想构造洋洋大观的庞大体系(尼采称这样的体系为辉煌的海市蜃楼式的主观安慰物,爱因斯坦称其为用蜜写成的浆糊状的东西),也不想蹲在一颗哲学树下守株待兔。尤其是现实状况迫使他必须敞开思想、博采众长、优势互补,从而有可能铸造一种既有助于解决科学问题,又能说明科学基础的哲学,这样就自然而然地形成了具有多元张力特征的哲学。爱因斯坦说得好:“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,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,他必定像一个肆无忌惮的机会主义者:就他力图描述一个独立于知觉作用以外的世界而论,他像一个实在论者;就他把概念和理论看成是人的精神的自由发明(不能从经验给定的东西中逻辑地推导出来)而论,他像一个观念论者;就他认为他的概念和理论只有在它们对于感觉经验之间的关系提供逻辑表示的限度内才能站得住脚而论,他像一个实证论者。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,他甚至是一个柏拉图主义者或者毕达歌拉斯主义者。”

马赫在谈到他的思想和言论常常被批评家误解时也讲过类似的话语:“这些批评家还责难我没有将我的思想适当地表达出来,因为我仅仅应用了日常语言,因此人们看不出我所坚持的‘体系’。按照这种说法,人们读哲学最主要的是选择一个体系,然后就可以在这个体系之内去思想和说话了。人们就是用这种方式,非常方便地拿一切流行的哲学观点来揣度我的话,把我说成是观念论者、贝克莱主义者,甚至物质论者,如此等等。不胜枚举。关于这点,我相信自己是没有过错的。”在这里,爱因斯坦所谓的“机会主义”,马赫不坚持所谓的“体系”,都意指由于外部条件的制约而不得不在种种对立的哲学极之间保持必要的张力。因此,问题的驱使和外部条件的制约就成为哲人科学家采取多元张力哲学的被动缘由。

最后,我想强调的是,哲人科学家是集伟大的科学家和伟大的哲学家或思想家于一身的时代巨人。他们是科学文化和人文文化的承载者和缔造者,是人类思想史上路标的设置者。他们之所以能站在时代的科学思想和哲学思想的峰巅,一个重要原因在于他们不像搬运材料的蚂蚁和吐丝结网的蜘蛛,而像采花酿蜜的蜜蜂,把人类的思想遗产和个人的思想创造综合起来,在科学实践中形成了富有活力的多元张力哲学,从而谱写出一曲又一曲的人类思想中最高的音乐神韵。遗憾的是,在我们以往的哲学史中,充斥的只是职业或专业哲学家的名字,而把哲人科学家往往排斥在外,这是极其荒诞的现象,理当予以改变。

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