阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)1879年出生于德国,1955年在美国去世,其论著《狭义相对论》、《广义相对论》享誉科学界而历久不衰。他的成名历程及其思想值得我们关注,为此,美国兰顿书店出版了由约翰·布罗克曼(John Brockman)编写的《我的爱因斯坦》一书,书中从多个方面揭示了爱因斯坦许多鲜为人知的思想活动和宗教见解,值得推荐。以下择要介绍该书内容,以飨读者。
爱因斯坦已经逝去半个世纪了,但他仍无处不在。当我们在夜间仰望天空时,大量星星依靠时空的曲率聚集在一起,发出的光以每秒18.6万英里的速度向四周散射。这些天象的解释无不包含在爱因斯坦的科学思想之内。在美国加利福尼亚州威尔逊山上,埃德温·哈伯(Edwin Hubble)首先发现宇宙在膨胀,将广义相对论转化为宇宙起源的论述。普林斯顿大学的爱因斯坦档案馆中珍藏着爱因斯坦写给弗兰克林·罗斯福(Franklin Roosevelt)、西格蒙德·弗洛伊德(Sigmund Freud)和伯特兰·罗素(Bertrand Russell)等人,给奉承他的孩子们,甚至给企图驳倒他的学说的人所写的信,信中的一些话至今仍然熠熠生辉。
许多年来,爱因斯坦在我脑海中的出现可以凝集为一幅3个爱因斯坦的图像,代表爱因斯坦个人的3个方面,就像希腊哲学家亚里士多德描述的天球那样,一层套一层地存在着,这就是偶像爱因斯坦、科学家爱因斯坦和哲学家爱因斯坦。
偶像爱因斯坦在文化素养上给予我极具震撼力的影响;科学家爱因斯坦以神蛇般的公式和学说启迪我;而哲学家爱因斯坦则达到我内心的最深处,引发我概念上的美和灵感。是什么把这三个方面联系在一起的呢?是爱因斯坦无所顾忌地创造性的神奇才能。在他的公开宣言,他的理论阐述和他对宗教的思考中,他对现有的公式定论进行了深刻的审视,抛弃了已存的观念,自由地重新定义了一些术语,如空间和时间、和平主义和上帝,以搜索其更深奥的含义。
偶像爱因斯坦
1884年,爱因斯坦和妹妹玛雅(Maja)合影。正是那个时候,爱因斯坦开始对宇宙产生好奇心
爱因斯坦作为伟人的象征,在我成长过程中给予我最深刻的教育,就像过去80年里无数学子受过他的教育一样。爱因斯坦小时候是一个资质平庸的孩子,但最终成长为一个天才,他是远远地走在时代的前面,而把他的同伴抛在了后面。那时他不得不还在瑞士专利局当一名普通的职员,却孜孜不倦于研究E=mc2的秘密。爱因斯坦支持发展原子弹,却花费了生命的晚年于呼吁和平和国际合作。他是一个超世俗的存在,一头乱蓬蓬的头发,令人视为不修边幅的人,但他却发出了优美而可接受的警句:“上帝是微妙的,但它不是邪恶的。”又说:“惩罚我是因为我藐视权威;命运使我自己成了权威。”
爱因斯坦自1905年发表《狭义相对论》后,他在学术界的声誉得以确立,而在他于1915年发表《广义相对论》后声誉急剧上升。但达到顶点是在1919年发生的一次日食,当时英国著名物理学家亚瑟·埃丁顿(Arthur Eddington)通过天文观察,证实太阳的引力使一颗恒星通过太阳时发出的光线恰如爱因斯坦所预言的那样产生了弯曲。这一宣布使爱因斯坦声誉鹊起,他的照片从物理杂志转移到世界各大报纸的首页上,成为科学界一颗闪闪发光的明星。
赞誉确实改变了爱因斯坦,但没有使其自我陶醉。他仍然坚定不移地沿着一条独立的道路去探索物理的奥秘,寻找一个能统一所有自然界定律的理论。他出版了许多关于统一场论的文章,最后证明却走进了令人泄气的死胡同,但他仍然坚持探索,直到生命告终。据报道,他临终前要来一本笔记本放在床头,希望在临终前最后一瞬间产生灵感,能完成他最后30年的目标,但没能如愿而与世长辞。
即使爱因斯坦的科学灵感黯淡了,名声还是显示了他的另一伟大之处。即他深刻地理解随着名声俱来的责任,他清醒地知道他自己已经成为科学家的代表人物。但他却用一种玩世不恭的方式来对待这一角色,到处可见的“艾伯特叔叔”的和蔼面貌冲淡了科学家冷心肠唯物主义者的古板形象,“上帝”在被引用时也是这样的。爱因斯坦知道,如果科学忽视了宗教,将永远得不到公众的满足,甚至包括他自己在内。
在政治上,爱因斯坦也小心地在政府当局和他对当局的藐视之间作出权衡。他总是一个强烈的反国家主义者和一个和平论者,他曾强烈地反对过第一次世界大战,使他的许多支持大战的德国同事们感到吃惊。一战后他仍然执著地信守这种理想,但已认识到盲目追随意识形态,即使是理想的和平主义意识形态的危险性。1931年在加利福尼亚技术学院的一次谈话中,他对他如何改进了他说的话进行了解释:“我不仅是和平主义者,也是一个军事和平主义者。我愿为和平而战斗。”一个人为他的信仰而死,如为和平而死,岂不是比之遭受他所不信仰的战争而死更强些?当纳粹发展原子弹即将成为现实时,他在由物理学家里奥·西拉德(Leo Szilard)起草的请罗斯福总统批准原子弹研制计划的一封信上签了字。然而他又执著他的基本信仰,为战后裁军和各国政府维护和平而大声疾呼。
在爱因斯坦之后的几代科学家中,有谁能像爱因斯坦那样表示明确的政治态度?看看几位活着的著名科学家,例如斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)或詹姆斯·沃森(James Watson),他们对世界科学都有重大贡献,但对当今的主要政治和社会问题却很少涉及。
科学家爱因斯坦
在偶像的底下,就是作为科学家的爱因斯坦。爱因斯坦在理论上的重大突破使他得到的荣誉和随之而来的一切受之无愧,他远非仅是一个浅薄的激进主义者。物理学家班尼什·霍夫曼(Banesh Hoffman)曾是爱因斯坦的合作伙伴和《爱因斯坦传记》的作者。他描述爱因斯坦是一个“创造者和叛逆者”。爱因斯坦破坏了经典的真理,只有这样他才能揭开更深一层的真理。牛顿曾设想一个建筑在绝对空间中的宇宙,一支看不见的尺能度量所有的运动。爱因斯坦将牛顿的宇宙更换为建筑在绝对定律上的宇宙。这意味着从所有方向观察,光速和其他基本物理量均将保持不变。另外还有一种观点,却认为各种物理学定律必须随着观察者与某些不可测、不可知的参比框架的相对运动而变,这种观点现在看来是荒谬的。但在爱因斯坦之前,每一个自然哲学家上至亚里士多德和其前人,却都在某种程度上接受这种观点。
爱因斯坦提出狭义相对论,几乎纯粹由于他在当时流行的物理学学说中发现了逻辑缺陷,这是一些任何人都能看到的缺陷。美国阿斯彭物理研究中心的物理学家默里·盖尔曼(Murray Gell-Mann)说,在处理麦克斯韦的电磁方程式上,爱因斯坦比麦克斯韦本人更加严密,并能发掘出伽利略的相对运动理念和牛顿引力模型的全部内涵。这是爱因斯坦强烈支持自由思考而获得的光辉回报。他坚持在比他的先行者更为严格的水平上对世界的运动进行检验,直到他完全明确了整个系统的意义为止。
爱因斯坦的成功并不是出于新奇的实验,而是依靠严格的逻辑思维;并不是针对当时深奥难懂的问题,而是针对最基本的问题。他说过一句著名的话:“所有的物理学说,虽然有它们的数学表达方式,但最终应将它们表述得如此简单,以致即时孩子们也能懂得。”同样,他把他的学说所提出的问题描述得如同孩子们提的一些基本问题,由他带着进入成人的思想领域。
爱因斯坦经常突出地用他对宇宙性质的思考所做思想试验来构筑问题的框架。他提出一个概念性的问题说,一个人如果能赶上光线,那么他将能看到些什么?牛顿的空间学说认为,这是可能的,他什么都能看到;而麦克斯韦的光学说则认为,什么也看不到。狭义相对论则告诉我们如何通过抛弃我们所观察不到的(牛顿的绝对空间)来解释什么是我们观察到的(麦克斯韦定律)。这种思想上的图像使爱因斯坦坚信,一定并非如他的同事们所认为的那样,而是在一个更为一贯和基本的基础上运行。于是他创建了自己的物理学,找出测量空间和时间的新方法以弥补不足。
根据他后来的回忆,爱因斯坦的最大灵感之一发生在1907年的一次灵光闪现。“一个观察者从房顶上自由落下,就在下落的瞬间,至少在他的身边不存在引力场。”换句话说,即由引力作用产生的加速度正好抵消引力场作用的力。爱因斯坦又从另一角度观察问题:一是静止的观察者在封闭的电梯内以引力加速度向上提升。从理论上说,此时观察者不能说他是不是在地球表面上是不动的,还是感到引力在拉着他在空间移动,以加速度的相等速度被推向上。这就是爱因斯坦的等值原理,它说明均匀的加速度和均匀的引力场等值或无区别。
爱因斯坦将这些概念纳入他的广义相对论中,是对牛顿的引力学说的归类和扩大;而广义相对论在重新定义空间和时间上超越了狭义相对论。不仅在如何测量上,而且在如何将时空联系起来这点上,找到了对现实世界作更清晰、更综合性的描述方法。时空的扭曲是外空探测用的概念,实际上也是我们每天生活经验的一部分。它把巨大的银河系星簇聚合在一起,但它也是我们每次坐在椅子上或向前跨一步所体验的。
哲学家爱因斯坦
相对论,特别是广义相对论,将我直接从科学家爱因斯坦引向哲学家爱因斯坦。爱因斯坦用广义相对论完成了一项从古希腊开始的试图决定自然界定律的范围,从而确定我们与宇宙之间关系的大工程。按照希腊的概念,大地的定律和元素是有缺陷的,只有天球是完美的。天球遵循完美的圆形运动,并构成完美的第五元素“以太”。这种天堂与地上分割的概念到了后世有所削弱,通过牛顿的绝对空间和19世纪的重新认识,以太被认为是一种不可见而到处弥漫的介质,能在真空中传递光线,并可作为所有运动的背景参照框架。
中年爱因斯坦 喜爱音乐的爱因斯坦
在爱因斯坦的宇宙中不存在第五元素。他在完成他的广义相对论后不久,发表了一篇以严肃术语表明这一观点的论文,主要是开创了宇宙学的领域,将宇宙作为一个整体来进行研究;同时他也为说明科学与宗教之间的关系创造了一些术语。
将宇宙作为单一的事物,为单一的一组定则所主宰,可能使人感到神秘。爱因斯坦说:“神秘主义事实上是对人民不能理解我的学说的唯一责备之词。”他实际上是一个无神论者,但为了解释他的观点常常爱用神学的词汇,并对普通常用词汇加以重新定义和扩充。他说:“我所看到的宇宙是一个宏大的设计,我们只能非常不完整地了解它。人们只能以谦逊的态度观察宇宙。这真正是一种宗教的感受,但与神秘主义完全无关。”
爱因斯坦喜欢用熟知的语言揭示更宏大的真理。他认为科学已经扩展到一个关节点上,不仅需要重新定义人与宇宙的关系,而且需要重新定义人与“神”的关系。爱因斯坦的宇宙没有为天国留下地方,地球上的物理学无所不及。但当他推翻一个旧的秩序时却又面临了一个新的更深一层的秩序。他为这种更深的秩序从斯宾诺莎的哲学中找到了一种宗教的解释。
在爱因斯坦的晚年,他经常重复使用上帝一词,这是一个经过深思熟虑的哲学态度。他说,真正的物理学说和宇宙学说是具有神学的内涵。他在1941年的一篇文章中写道:“基督教传教士将愉快地认识到,宗教将因科学知识而更加被人尊重,更加意义深远。”
爱因斯坦与亚瑟·斯坦利·爱丁顿爵士在剑桥
迄今为止,爱因斯坦宇宙学方面的理论遗产到处存在。广义相对论为宇宙大爆炸提供了理论基础,并引入了宇宙常数的概念,“暗能量”的模型被认为是宇宙膨胀在加速的原因。现代宇宙论完全立足于爱因斯坦时空弯曲的概念、物质大规模均匀化和所有参考框架的等值化之上;而许多科学家忘记了在不到一个世纪之前,这些概念还是激进的猜测。然而,试看爱因斯坦的哲学遗产,柜子里看起来都是空空的。
至今很少有研究人员讨论过爱因斯坦的“宇宙宗教”,许多科学家和历史学家也绝口不谈爱因斯坦使用过的“宗教”和“上帝”,这是爱因斯坦遗产中黯淡的一面。政治家和社会活动家接受了他的关于和平和团结一致的世界的梦想,物理学家正在努力创建统一的自然界定律。对匀称与和谐的探索,爱因斯坦将它视为科学美学的核心,正指导着今日的物理学,从宇宙起源到弦理论。而宗教极端主义的复活,似乎只会把人们驱赶到离爱因斯坦的理想更远。
看来这仅仅是时间的问题。狭义和广义相对论是我们时代最伟大的理论,只有量子力学和达尔文的进化论可与之媲美。但这两种相对论经过了多少年才获得普遍接受,并没有获得诺贝尔奖。宇宙宗教具有更大的争议性,而且是不具体的,没有一个类似日食实验那样的实验来验证它。只能作为一个哲学问题留待人们思考。