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1911年秋,巴黎大学的亨利·彭加勒教授收到一封来自瑞士苏黎世工学院的邮件,邮件的内容是就一项新的人事任命——聘任阿尔伯特·爱因斯坦为该校物理学教授——向同行专家征求意见。彭加勒很 快作出了回复,在信中他这样写道:“爱因斯坦先生是我所知道的最有创造思想的人之一;尽管他还很年轻,但已经在当代一流科学家中享有崇高的地位。我们应该 特别欣赏他易于适应新概念,并从这些概念中导出结果的能力。他不受缚于经典理论,每当面临一个物理学问题时,他会很快想到各种可能性,并在头脑中产生一些 可能在未来得到实验验证的新现象的预言。不过,我想说,并不是他的所有期待在实验成为可能的时候都经得住检验。相反,因为他在不同方向上摸索,我们可以预 料到,他所走的路大多数都将是死胡同;不过,我们同时也应当希望,他所指出的方向中会有一个是正确的,这就足够了。”
彭加勒被誉为“相对论的先驱”
彭加勒是 19世纪和20世纪之交最重要的科学家之一,在数学、物理和哲学领域都有划时代的贡献。特别是在物理学领域,他率先提出了相对性原理——即物理定律在所有 惯性系中都具有相同的表达形式、光速不变原理,以及同时性的定义问题——前两者后来成为狭义相对论的两条最基本公设,后者也对相对论的提出起到了关键性的 启发作用。同时,彭加勒还是最早给出洛伦兹变换——即狭义相对论中的尺缩钟慢效应——的准确数学形式的人。他甚至预言,人们会找到一种以相对性原理和光速不变原理为前提的“新动力学”,来解决当时物理学中存在的“以太疑难”问题。所有这些成就,使彭加勒被誉为“相对论的先驱”。而爱因斯坦,尽管还没有像后来那样家喻户晓,但凭借1905年以来的一系列物理学成就,在当时也已成为物理学领域一颗冉冉升起的新星,而相对论正是他最重要的成就之一。从这个角度说,彭加勒和爱因斯坦似乎本应在相对论上有更多的共同语言。苏黎世工学院就爱因斯坦的任命专门征求彭加勒的意见,很可能也考虑到了这个因素。
但奇怪的是,彭加勒在他的评语中并没有正面提到相对论,相反,尽管他对爱因斯坦的才学和能力给予了积极评价,但字里行间却显示出对爱因斯坦学术观点的不以为然——尽管没有明说,但他的表述很容易让人感觉到是直接针对相对论的。而这也是彭加勒唯一一次公开地对爱因斯坦作出评价。在彭加勒晚 年的数次公开演讲中,在论及20世纪初量子力学和热力学的发展时,也曾偶尔提及爱因斯坦的贡献,但对于爱因斯坦在相对论方面的成就,他却始终置若罔闻,仿 佛它们根本不存在。相反,在谈及他所谓的“新动力学”时,他谈论的内容仍然停留在洛伦兹早先的工作上——一种假设以太与物质中的电子相互作用造成物体沿运 动方向收缩,并以此来解释“以太疑难”问题的理论。种种迹象表明,这位“相对论的先驱”并不赞成相对论,相反,可能还对这套新理论有些抵触。
爱因斯坦本人的说法也证实了这一点。尽管爱因斯坦在创立相对论的过程中深受彭加勒思想的启发,并且直到晚年仍然高度评价彭加勒的贡献,但在1911年的一次学术会议上与彭加勒会面后(这也是两人的唯一一次会面),他第一时间对后者作出的评价是:“彭加勒(对相对论)非常否定,而且尽管他才思敏捷,但他表现得对相对论的情形一点儿都不了解。”
哲学信念是彭加勒拒斥相对论的原因
彭加勒为什么对相对论保持沉默?或者更直接地说,他为什么拒绝接受相对论?人们公认的是,这绝不可能是出于嫉妒。之所以这样说,不仅是因为彭加勒一 贯表现出来的谦逊、宽厚,还可以对比他对洛伦兹的态度——同样作为“新动力学”的备选方案,他一直毫不讳言地对“洛伦兹理论”表示支持,并且率先提议用 “洛伦兹变换”来命名新动力学中的高速运动物体的坐标变换方程,而绝口不提自己在其中的贡献,事实上,这一变换的完整形式正是他本人给出的。
因此,彭加勒对爱因斯坦和相对论的态度只能是源于学术理念上的分歧。对此,曾有学者提出,彭加勒之所以反对相对论,是因为他坚持以太理论,而爱因斯坦从根本上否认以太的存在。也有人猜测,可能正是因为爱因斯坦早期论文中的很多概念深受彭加勒影响,以至于彭加勒粗略翻看爱因斯坦的论文后,误以为他没有做出太多自己不知道的创新,从而忽视了其中更深刻的物理学洞见。还有人援引科学哲学中的范式理论,将爱因斯坦与彭加勒的分歧归结为不同范式间的不可通约性。
这些说法无疑都言之成理,但不是过于笼统,就是纠缠于细节,不能切中要害。事实上,要理解彭加勒对相对论的态度,必须要从他的哲学思想入手。众所周知,彭加勒在 哲学上以提出“约定论”而著称。他指出,科学中的一些基本概念和公理从本质上说是无法通过逻辑推导或经验事实证明的,它们只是科学共同体的一种“约定俗 成”。当然,这些约定不是随意的,一方面不能与既有的经验事实相矛盾;另一方面要符合思维简单性原则。比如光速不变原理,就是这样一种约定:首先,实验已 经表明,光相对于不同坐标系的速度变化是无法测到的;其次,假设光速在任何坐标系下都不变有助于帮助人们更简单地理解实验结果。同样,相对性原理也是这样 的约定,它首先建立在一个坐标系相对于“以太”的运动状态无法通过实验加以判断这一由大量实验构成的事实的基础上。反过来说,一旦这个经验事实被证伪,那 么相对性原理当然也就不得不被抛弃或重新约定了。
因此,对于彭加勒而言,相互竞争的科学理论,只要能够与经验事实相符,那么就不存在绝对的对错,因为它们都只不过是约定而已。当然,它们之间仍有优劣之分,即它们中哪一种更符合思维简便性原则,符合者则为最优。因此,从彭加勒的视角看,爱因斯坦的理论与洛伦兹理论并没有什么本质区别,只不过洛伦兹将物体沿运动方向的收缩约定为基本原理,而爱因斯坦采取了另外的约定,以至物体沿运动方向的收缩这一事实变成了理论的推论。
而决定彭加勒在两种理论中更偏爱洛伦兹理论的,则是同时代另一位物理学家兼哲学家皮埃尔·迪昂提出的“整体论”思想。迪昂是彭加勒的同胞,比彭加勒小 7岁。在哲学思想上,他们俩一直相互影响,并相互把对方的哲学理论作为自己理论的一部分。整体论的核心思想是认为科学理论是一个整体,现存科学理论建立在 已经确立的大量经验事实的基础上,因此不可能凭借单一的“判决性实验”将现有理论全盘推翻,科学进步必须建立在现有理论的基础上,通过引入新的经验事实对 旧理论进行合理修正来实现。
按照这一标准,洛伦兹理论正是符合规定的理想理 论。除了根据实验事实做出洛伦兹收缩等一系列新约定以外,它基本上没有触动原有的经典物理学框架。而爱因斯坦则不同,他对原有的物理学框架几乎完全置之不 理,仅凭相对性原理和光速不变原理,以及一些基本的几何学原理从头构建了一个新的物理体系。如果说洛伦兹的工作是在已经建成的经典物理学大厦上修修补补, 那么爱因斯坦则是彻底地另起炉灶,而这正是整体论所反对的。
1912年4月,在他生前最后一次关于科学的公开演讲中,彭加勒在结尾这样说:“旧理论建立在大量的数值一致上,这种一致不能归因于机遇。因此,我们无法把那些已经结合在一起的东西分开;我们不再能够破坏这个框架,我们必须试着‘弯曲’它。”
对已经建成的几近完美的物理学大厦的敝帚自珍,可能正是彭加勒不愿面对相对论的原因吧。
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