编者按著名美国科学哲学家亨波尔教授来沪讲学时,曾特别提到布里奇曼的操作主义和相对论的关系,认为操作主义在西方科学界有广泛影响。本文评述了爱因斯坦和操作主义的关系,介绍了操使主义的若干基本观点,以供参考。

为了更深刻地理解爱因斯坦的哲学世界观,首先是他关于科学认识方法的观点,批判地分析操作主义哲学具有重要意义。操作主义是著名的美国学者、高压物理学家(诺贝尔奖获得者)布里奇曼1882 ~ 1961)创立的。布里奇曼试图从操作主义立场来批判地重新认识现代物理学,尤其是爱因斯坦相对论的内容。1949年,爱因斯坦和布里奇曼发生了争论,他们为《阿尔伯特 · 爱因斯坦:哲学家和科学家》一书撰写的文章反映了这场争论。

操作主义的主要问题是物理概念内容的确定问题。众所周知,物理学不同于数学的地方在于,物理理论方程中的数值与观察和实验的结果相关。物理学要求对自己的形式体系作经验的解释。通常认为,物理概念与实在的、用物理实验手段表现出来的客体属性是相适应的。正是这些属性味定了物理概念的内容。

布里奇曼对此表示不满。按照他的意见,理概念的内容并非取决于物体的属性,而是取决于实现该概念的操作。他写道,“操作主义分析的基本思想是相当简单的,那就是:未经操作的确定,就不能清楚地知道概念的意义,我们或我们的同行只有通过操作才能把概念运用到某种具体状态中。”

布里奇曼认为,狭义相对论不仅完全满足操作主义的解释,而且是它的一个重要论据。根据布里奇曼的看法,爱因斯坦在狭义相对论中所做的主要是,“他承认,术语的意义能够在运用这一术语的操作中发现。像‘长度’或‘同时性’这样的术语,如运用到具体的物理状态中,那它们的意义就可以在操作中找到:通过操作来确定具体的物理客体的长度,或者确定两个具体物理事件是否同时。”

操作主义表面上装着反对对物理认识作直观解释的样子,认为它没有足够评价测量的作用。不过,操作主义本身对测量操作在物理学中的作用,包括在狭义相对论中作用的评价也是不正确的。从操作主义的观点看来,狭义相对论所描述的并不是物理世界,而仅仅是测量操作和仪器的读数。例如,长度的相对性并无客观的基础,它仅仅是操作所具有的。布里奇曼指出助于在运动过程中长度变化的精确方法才能定义运动客体的长度。

从任何物理学家都有的自发唯物主义观点看来,操作主义是站不住脚的。自发唯物主义认为测量并不创造相对论效应,而只是反映它。测量也不是构想的手段,而是用来认识客观世界的属性。

在狭义相对论发展进程中有过一种解释,即对明可夫斯基空间的解释,不仅没有观察者的地位,而且甚至没有操作主义所理解的仪器和测量操作的地位。在明可夫斯基空间中,区分不同体系的长度轴和相应的时间间隔与测量程序无关,而表现同一空间间隔或时间间隔在不同坐标系中具有不同投影长度的简单结果。显然,这一解释同操作主义是相对立的,而认为操作主义是站不住脚的明可夫斯基却拒绝这种解释。然而事实上,它对狭义相对论的发展,以及从狭义相对论过渡到广义相对论都有重要意义。

操作主义的方法论不仅是主观主义的,而且是经验主义的。从中可以得出物理学所运用的概念很有限的结论。倘若我们不是从操作的意义来解释概念,那么操作主义就认为其结果是空泛的,因而必须从物理学中排除出去。不难看出,运用这一方法论来看待广义相对论就会得出这样的结果。广义相对论抽象的数学形式同操作主义的科学知识观是矛盾的,因为它的许多概念与物理操作没有直接的联系。

布里奇曼在着手批判地分析广义相对论的时候讲到,他并不打算批判它的物理 - 数学方面,而只是对其哲学基础很感兴趣。他写道:“广义相对论有两个方面。首先,它的数学方程组是正确的,用它能标记相关的物理操作的结果。其次,是它的所谓哲学思维方式,在得出方程时这种思维方式被用作论据,而又期望由此得到的方程具有物理意义……在这篇文章中,我们宁肯只触及爱因斯坦的哲学,而不触及他借助于自己的哲学所得出的方程。”

不过,这种说法完全是装腔作势。爱因斯坦的哲学与他的方程是紧密联系的。因此,布里奇曼所争辩的就不仅是广义相对论的哲学假设,而且也是它的物理 - 数学内容。按照操作主义的观点,广义相对论的一系列基本概念都是不能接受的。首先是事件”的概念。布里奇曼认为,用三维空间和一维时间坐标来表征的事件毫无物理意义。坐标在任何时候都是某种实在的物理客体的坐标。在物理基质之外,我们不可能得出用坐标来表征的空间。因此,作为四维空 - 时连续区的事件概念是物理学的虚构。

布里奇曼对任意坐标系概念也有不少异议,认为它没有操作的意义;只有同观察者及其工具相联系的坐标系才有物理意义。

爱因斯坦在广义相对论中所采用的协变性概念也遭到了同样的命运。布里奇曼由于它没有操作的意义而拒斥它。

然而,众所周知,事件、任意坐标系、协变性是广义相对论的基本概念。摈弃这些概念广义相对论就成了一座废墟。布里奇曼的文章有如下一段话“相信有可能排除任何特殊的坐标系,认为这样的步骤是富有成效的,把事件看作某种第一性的和不可分析的东西,他(即爱因斯坦——引者)正是从这些非批判的前爱因斯坦的观点出发得出了广义相对论。他在狭义相对论中已经令人信服地表明,这种观点潜伏着失败的可能性。”

爱因斯坦当然注意到布里奇曼的文章,他的回答写在这本书《对批评的回答》一文中。爱因斯坦并没有详细分析布里奇曼的观点,但他还是简要地指明了他的相对论观点与操作主义的区别。他写道:“为了使一个逻辑体系能被认为是物理理论,没有必要要求它的全部论断都能被独立地解释,并且在操作上’是可检验’的;事实上,这种要求从来没有一个理论达到过,而且也根本不可能达到。为了使一个理论能被认为是物理的理论,只要它一般地包含着经验上可以检验的论断就行了。”爱因斯坦文集》第一卷第475页)。

爱因斯坦和布里奇曼的上述评论,足以表明这两位学者对创造方法和对物理认识的本性的看法有分歧。爱因斯坦认为,对于物理学家最紧要的是所谓认识的假设演绎图式。其实质在于:最初形成的是理论原理,然后从中演绎出经验结论;而且,基本的理论原理是科学家理智的“自由创造”。

关于科学原理是自由创造的看法,爱因斯坦在许多著作中都提到。例如,在关于理论物理学的方法》中,他写道:“理论物理学的体系是由概念、被认为对这些概念是有效的基本定律,以及用逻辑推理得到的结论这三者所构成的。这些结论必须同我们的各个单独的经验相符合……这种体系的结构是理性的产品;经验内容及其相互关系都必须在理论的结论中表示出来。整个体系,特别是那些作为它的基础的概念和基本原理,其唯一价值和根据,就在于这种表示的可能性。此外,这些概念和原理都是人类理智的自由发明,既不能用这种理智的本性,也不能以其他任何先验的方式来证明它们是正确的(同上,第313 ~ 314页)不过,爱因斯坦所说的“自”,并非是说可以主观地随意地去创造理论原理。

爱因斯坦对自由的解释,其主要意义是反归纳主义,因为有可能在纯逻辑的基础上形成理论原理,而不必直接从经验中引申而来。正是这样的自由在广义相对论的假设中得到了体现。在这里,有必要适当地强调:广义相对论并不是从唯一的经验事实一一引力质量和惯性质量等效引申出来。仅仅这个事实本身并不能导致广义相对论。只有在一定解释的条件下,广义相对论才与此有关。如果解释相应改变了的话,那么它也可能被认为不是广义相对论的经验基础,而是另外的理论,例如标量 - 张量引力论的具体成分。然而,即使如此,引力质量和惯性质量等效的事实也还可以解释为导致广义相对论,但已不再是它的充分基础了。由此也不能引申出重力的几何性质以及引力场的协变方程。为了达到这些结论,还必须有数学上的辅助假设。

按照爱因斯坦的看法,假设 - 演绎图式同基本理论原理的自由构造相关,它并不是相对论物理学的特殊情况。全部物理学都体现出这个图式,而现代物理思想的发展则典型地说明了这一点。

操作主义不接受爱因斯坦所说的假设 - 演绎方法。这一方法要求作为整体的物理学理论要有综合的经验基础。然而,布里奇曼却认为用经验来检验理论的局部因素——分别地联系概念和原理的因素才是我们的任务。这样的分析才能显示理论的丰富内容和经验基础。

布里奇曼企图借助于单个的经验检验来决定每一个物理学原理的命运是没有根据的。问题在于,物理学永远都不仅有可以用直接经验来解释的概念,而且有同经验并无直接联系的抽象的理论结构。按照操作主义的逻辑,他们必定会排除物理学理论。然而,没有理论,物理学就不能存在,更不能实现其功能。因而排除理论是办不到的。

布里奇曼力图从这样的逻辑胡同中找条出路,他扩大了对操作的解释,认为物理概念的内容不仅可以通过工具操作,而且可以通过思维程序来达到。他写道,“常常有人断言,操作主义的意义标准要求所有给予物理概念以意义的操作都是工具性的。我认为这种观点是错误的。简单的观察表明,物理学家接受某种有效的概念,其意义并不能在实验室所进行的工具操作中发现……所有这些非工具的操作,总合起来可以称之为‘思维’操作。”布里奇曼的思维操作包括纸 - 笔操作和口头操作。

布里奇曼扩大操作的概念根本解决不了问题。一方面,由于运用思维操作并没有严格的标准和界限,因而可以随意地假定一种理论构造(如量子力学中的波函数)的正确性并否定其他的假定(广义相对论的任意坐标系)。另一方面,尽管布里奇曼声称允许思维操作,但归根到底还是认为只有实际的物理操作才决定概念的内容。下述一段话特别表明了这一点“操作决定着我们的物理概念的意义,简而言之,物理学的操作是实际上完成的。”

布里奇曼经验主义的一个集中表现是他否定理想实验。他认为,理想实验在解决观察问题时必定会带来思辨成分,因而物理学家不能接受。既然从物理学中排除了理想实验,而代之以实在的实际所完成的实验,观察问题就应转换为实际的实验所能接受的形式。

布里奇曼所说的理想实验与爱因斯坦有关,主要是指广义相对论。在创建广义相对论的过程中,爱因斯坦确实广泛运用了理想实验的方法。但这个方法并非是爱因斯坦所专用的。在物理学的初创时期就运用了这一方法没有理想实验,甚至连第一个力学定律——惯性定律也不可能提出来。当代,不仅相对论物理学运用理想实验,而且量子力学、基本粒子物理学也运用。没有理想实验,物理学认识的发展是困难的。

理想实验本身在解决观察问题时并不包含思辨的成分。相反,它倒可能更简洁地来解决这个问题。恰恰是在理想实验的基础上,提出了观察性原理的概念。

众所周知,物理学观察的对象是能被测量的客体。可观察性也就是可测量性(Нзмряемосмь不过,在许多情况下并不是指事实上的测量,而是原则上测量的可能性。这就意味着,我们有可能排除测量程序的技术困难,这种困难与工具不够完善有关,也与另一些现象所测定的数值的影响有关。在从实际的实验到理想实验的过渡中,完成了可观察问题的抽象。有可能在理想实验条件下测量的,也就是所谓原则上可观察的。

理想实验使原则上不可观察客体的概念更准确了,这种客体应从理论中排除出去。原则上不可观察的客体可以分为两类:具有内在科学意义的抽象的理论结构和经验客体。理论所禁止的并不是所有原则上不可观察的客体,而只是那种被赋予经验地位的客体。

后者是什么呢?看来,这样的客体不仅实际的实验,而且理想实验也无法规定。它们之所以不能被揭示,并不是由于技术上的困难,而是受物理规律的制约。可见,理想实验有可能摆脱所有技术上的事,此类事无助于解决经验客体原则上可观察还是不可观察的问题。理想实验还形成了如下原则上不可观察性的明确标准,即假定原则上不可观察客体的实在性是与知的物理学原理和定律相矛盾的。

狭义相对论和广义相对论对可观察问题的解决不会使它成为思辨的公式。恰恰相反。相对论物理学不同于古典物理学,它的空间一时间概念是严格地经验决定的。因为,狭义相对论揭示了不同地点事件同时性概念的物理意义,而古典物理学的代表们认为同时性是直观地明显的,这才是纯粹的思辨。广义相对论则实现了从抽象几何到物理几何的过渡。此外,爱因斯坦的可观察观念从物理学中排除了去考查原则上不可观察的客体,例如,洛仑兹的以太。

有这样一种看法,爱因斯坦在创立了狭义和广义相对论之后,改变了对可观察问题的态度,认为这个问题对物理学并没有什么重大意义。例如,在给著名的英国哲学家波普尔的信中,爱因斯坦写道:波普尔“没有看出当代时髦的实证主义倾向抱住可观察性不放”。不过,这种说法未必能解释为爱因斯坦对可观察性原理持否定态度。爱因斯坦所拒斥的完全不是可观察原理本身,而只是对它的实证主义解释,这一解释把它与导致记录陈述的还原论等同起来了。爱因斯坦和逻辑实证主义者不同,他认为经验上的可观察性依赖于理论。关于爱因斯坦在这个问题上的看法,海森堡曾指出:“某种现象可观察还是不可观察,依赖于理论。正是理论应该确定什么是可观察的,什么是不可观察的。”当然,可观察性依赖于理论并不是要取消可观察性原理,而只是阐明它,揭示原则上可观察客体的本性以及这一原理的本质。

布里奇曼认为,操作主义的方法论提高了物理学的严密性。其依据是,操作主义排除了物理学的任意构造,保证了理论和实验更紧密的联系。同时,这种严密性并不是以科学的贫乏为代价而取得的。布里奇曼写道“我看不出有什么理由操作主义的方法要妨碍理论的任何规律形态。操作主义的影响是良好的,因为它导致提高科学的严密性。”

实际情况与上述说法有本质上的区别。操作主义要求在实际的实验条件下来定义物理学的概念,这就使物理学局限在很狭窄的范围。把这个要求贯彻到底的话,物理学将不再是一门理论科学。正因此,布里奇曼不指望完全实现操作主义的纲领。不过,即使在部分实现的情况下,它也排除了物理学的一系列重要问题和分支。例如,布里奇曼断言研究者永远也不可能知道星球内部的情况或者百万年以前的情况。天文学和宇宙学表明,这种看法是背离科学的思辨性假设。

在这里,我们想看看操作主义的宗旨同二十世纪初基础数学中出现的布劳威尔的数学直观主义的相同性。布劳威尔及其后继者认为,古典数学危机的原因在康德二律背反的理论中有所反映,它利用了数学结构不可控制的、以实无限概念为基础的抽象性。为了克服数学的危机,使之建立在更坚实的基础上,他们提出数学要局限于研究有结构的客体,也就是那种其结构有算法的客体。数学直观主义的修正实际上通向二律背反。但这是以数学内容的贫乏为代价的,它排除了一系列重要的数学分支。

显然,布里奇曼是赞赏数学直观主义纲领的。在任何情况下,他都坚持这个方向并表现出对它的赞许。他提出的修正物理学的任务,就好像直观主义者在数学中的修正一样。他也像数学直观主义的拥护者那样,以对科学理论提供更严密的基础为名,抛弃了科学理论的丰富内容。

物理学中尚待解释的数学形式化的经验根据,是操作主义修正的主要对象。布里奇曼有意使物理学从“过多的”数学中解脱出来,使实际的实验不要被数学所拴住。不过,这个方法论纲领对物理学没有什么成效。

爱因斯坦对数学形式化的态度不同。他认为像布里奇曼那样毫无必要地把它局限起来是不适当的。相反,他允许数学形式化以多少抽象的形态自由发展。这种态度有可能更充分地发挥数学对经验科学的启发作用。

爱因斯坦创立广义相对论方程的事实,以及方程的进一步发展体现了这一方法的成效。广义相对论方程有着比爱因斯坦本人所理解的更为丰富的内容。爱因斯坦最初认为,他的方程只有静力学解。由此出发,他得出的宇宙模型的空间尺度在时间中是不变的。他进一步得出结论说,广义相对论所允许的唯一可能的空间结构是尺度不变的空间结构。但这一结论是不正确的。1922年,A. 弗里德曼指出,爱因斯坦的方程不仅满足静态的空间结构,而且满足随时间尺度而变化的空间结构。以后哈勃又发现了红移定律,表明恰恰是进化的模型而非静态的模型才是实在世界结构的写。方程比它的创造者更“聪明”。

上述事例并不是独一无二的。在其他物理学理论中还可以找到类似的,摆脱了数学形式化发展的操作主义局限性的事实。这里可以举出麦克斯韦关于电磁场的纯数学的预言,以及狄拉克关于反粒子的预言等等。

这就表明,布里奇曼的经验主义的论断必将导致对物理学所谓更“实际”的理解。按照这种理解,物理学就应排除抽象的理论构架,排除对经验的概括,排除一切没有直接经验基础的思想。这样物理学就成了简单的现象的记录、事实的编目。不过,其中也会包含某些绝对“可靠的能提供物理世界的客观观念的真理。一般地说,在逻辑上是允许这种对物理学的经验主义修正的变种的。然而,如果是指布里奇曼的经验主义的话,那就非但不能增加物理知识的客观价值,反而带来了主观主义的解释。

有两种情况决定着布里奇曼对物理学的主观主义的理解。

第一,对物理概念内容的操作主义解释。布里奇曼反对概念的认识论,按照这种认识论,概念是客观世界相应的“报告摘要”。(рефeрент)而在布里奇曼看来,概念的内容并非取决于客观世界对象的属性,而取决于我们的操作。在这种情况下,概念就脱离了对象而与世隔绝。

布里奇曼强调操作因素在形成概念中的作用,其动机是可以理解的。他出来反对对物理知识与客体关系的素扑 - 直观的解释。这从下述论断中看得很清楚。布里奇曼写道:“属性是创造出来的概念,它决定于事物的某些方面,而事物是自身存在的,不依赖于我们知道它还是不知道它。但是,引出事物属性的概念却永远是有害的。在这种情况下我们什么也得不到。因而我们认为,属性应在操作中寻求自己的意义。”

布里奇曼不喜欢把对物理概念的素扑 - 直观解释同他的主观主义挂起钩来。诚然,在操作之外无论如何也不能表述物理世界的属性,这种操作包括实际的测量和理论的描述。操作在概念的内容中打下了烙印。在这个意义上布里奇曼是正确的。进一步还可以认为:引起人们注意操作因素在形成概念中的作用是他的功绩。然而,断言操作创造事物的属性却是错误的。实验的工具操作并不创造物理客体的属性,而只是有助于揭示它。

第二,布里奇曼的主观主义还表现在他强调科学活动单独的、个人的因素,而否定科学的普遍性和社会性。他写道,“不能离开这样的事实:正是我的实验创造了物理理论,也正是我是研究的中心,由我来进行研究。我认为,试图贬低这个事实那就是蓄意抹杀实验的明显结构。

为了发展科学活动个体性的观念,布里奇曼竟否定科学所研究的是对全部研究者都是共同的客观规律。他批评爱因斯坦的观点,爱因斯坦认为在人类意识之外存在共同的物理规律,这些规律能以协变的形式表现出来。布里奇曼写道,“在广义相对论中,爱因斯坦表达了他最奇特的世界观。他相信有可能超越个别观察者的狭隘观点而建立普遍的、共同的’和实在的’观念。对此我很感兴趣,并仔细分析了它的各个方面,认为我们在物理学中所做的不可能超越个别观察者的基本观点。”

布里奇曼的这些论断是站不住脚的。科学的价值在于它提供了世界的客观知识,而不能归结为个人的观点,归结为个别科学家的个人知觉。爱因斯坦强调这一点并不是什么他的哲学立场的弱点,而恰恰表现了它的力量。

当然,爱因斯坦的创造方法也有不正确的地方,不能认为他在任何时候都是正确的。例如,他的方法有一定片面性,从而影响了正确评价量子力学。大家知道,他批评海森堡和玻恩对量子力学的解释,不同意量子力学所确立的认识方法。按照这种方法,物理理论所描述的不是客体自身,而是由于物理测量过程所形成的客体状态。爱因斯坦认为,通过建立适当的数学模型能够多少“思辨地”认识物理客体。数学模型的合理性只能通过检验理论的经验结果来鉴别。然而,爱因斯坦的理性主义,他对有可能用纯粹理智来理解微观世界的信念,并不符合量子力学认识的本质。

尽管有某些不足之处,但爱因斯坦关于物理认识的实质的看法,关于物理理论的经验基础的方法,和布里奇曼的操作主义相比具有无可置疑的长处。

[Эǔнщmеǔн Й Фuлософскue Пpοòмы Φuзuкu ХХ σeкα,《uαукα》,1979]