【原】爭鳴：愛因斯坦的卓識，還是愛因斯坦的錯誤？丨展卷

返樸 2022-07-10 發(fā)布于北京

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著有多部物理教科書的美國佛蒙特大學(xué)物理系兼職教授漢斯·C·歐翰年（Hans C. Ohanian）在《愛因斯坦的錯誤》一書中，用一種無所畏懼、事無巨細(xì)的態(tài)度，考察了愛因斯坦的科學(xué)歷程，他以一手德文文獻(xiàn)等豐富的材料對愛因斯坦進(jìn)行了多重批評。《新科學(xué)家》認(rèn)為，這本書讓愛因斯坦的研究學(xué)者也深受教益。然而也有物理學(xué)者對此書觀點做了直率的批評。下文即為爭鳴之一。也歡迎各位朋友留下您的見解。

（新星出版社，2022年5月；潘濤譯、范岱年校），點擊文末“閱讀原文”可購買此書。

撰文 | 韓鋒（新疆師范大學(xué)物理學(xué)教授（退休））

在所有的科學(xué)家中，我最欽佩的是愛因斯坦（沒有之一）。這倒不僅僅是因為他的狹義與廣義相對論，因其思想的精湛和形式的優(yōu)美著稱于世，成為人類迄今為止最高的智慧結(jié)晶，而更主要的是，他在人生和社會問題上所表現(xiàn)出來的通透和深刻。他是一個有高度社會責(zé)任感的理想科學(xué)家。

當(dāng)然，為尊者諱也絕不是科學(xué)的態(tài)度。愛因斯坦是人不是神，是人就會犯錯誤。實事求是地說，正因為有錯誤才會有真理的發(fā)現(xiàn)，個人崇拜是沒有道理的。愛因斯坦本人尤其反對和厭惡個人崇拜，他說：“誰要是把自己標(biāo)榜為真理和知識領(lǐng)域里的裁判官，他就會被神的笑聲所覆滅?！?/span>

十年前，有一本《你錯了，愛因斯坦先生！》，名字很雷人，我趕緊郵購了一本，先睹為快。原來，作者是仿效伽利略《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》，讓五位著名科學(xué)家愛因斯坦、牛頓、海森堡、費曼和作者自己（化身哈勒爾教授），就量子力學(xué)的原理和解釋展開對話。目的是想用這樣一種方式把量子力學(xué)介紹給讀者，使得一般民眾也能夠了解這個理論的基本特征。眾所周知，那一場持續(xù)了很長時間的愛因斯坦與玻爾的世紀(jì)大論戰(zhàn)，最終還是以愛因斯坦的失敗而告終（盡管愛因斯坦一直并不認(rèn)輸）。愛因斯坦由于其機(jī)械唯物論的世界觀，終于不敵量子力學(xué)的哥本哈根詮釋，在對量子力學(xué)的認(rèn)識上，愛因斯坦確實錯了。

現(xiàn)在的這本《愛因斯坦的錯誤》，有一個副標(biāo)題：“天才的人性弱點”。作者是普林斯頓大學(xué)的物理學(xué)博士漢斯·C·歐翰年，譯者是北京大學(xué)哲學(xué)博士潘濤老師。著名科學(xué)史家范岱年先生校閱，清華的劉兵教授作序，承蒙譯者惠贈，我花了幾天認(rèn)真地拜讀了它。

實際上，書中所說的某些“錯誤”，其實并不是錯誤，而是對科學(xué)思想、科學(xué)方法的不同觀點所致。比如，關(guān)于概念是不是思維的“自由創(chuàng)造”，作者認(rèn)為：自然律植根于實驗，它不是人的自由意志作出的規(guī)定。他批評對想象力和好奇心的推崇，認(rèn)為它們是神秘主義。作者不理解近代物理學(xué)中先提出公設(shè)，再用實驗去證實它，并推出一系列可以與實驗符合的推論的這一整套科學(xué)的方法，而機(jī)械地強(qiáng)調(diào)先要有實驗，看似唯物，實則形而上學(xué)。很明顯，作者在認(rèn)識水平上，遠(yuǎn)不及愛因斯坦，明顯地低了一個層次。

被作者認(rèn)為是愛因斯坦的重大錯誤的，竟然是：他在提出相對論的基本原理時，竟然沒有考慮邁克爾遜-莫雷實驗。作者批評道：“他要是不知道，就應(yīng)該知道；他要是知道，就應(yīng)該明白。”（第117頁）這真有點霸道！至少是吹毛求疵。愛因斯坦不需要借助某個實驗來建立他的理論，這本身并沒有什么錯。這反倒更說明，一個理論如果是正確的，無論通過哪個途徑，都可以達(dá)到真理。建立一個理論，并不需要太多的實驗根據(jù)。如果它是對的，任何實驗都可以證實它；如果它是錯的，不需要太多的實驗，任何一個實驗都可以證偽它。

愛因斯坦的光電效應(yīng)光量子解釋是一個杰作，簡單而明快，精致而優(yōu)美。如果說相對論是一部大作，那么他就是一首小詩。雖然包括量子理論之父的普朗克、發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)的勒納德、實驗驗證了愛因斯坦解釋的密立根，以及德高望重的洛倫茲等幾乎所有著名的物理學(xué)家都不同意愛因斯坦，但最后還是愛因斯坦獲得了他應(yīng)得的承認(rèn)。愛因斯坦因這一成果獲得諾獎，使得愛因斯坦不但名正言順地獲獎，而且也使強(qiáng)烈反對相對論的人找不到什么借口反對，諾獎委員會可謂煞費苦心，用心良苦。本書作者把愛因斯坦的成功歸之于“運氣”，偶爾的運氣是可能的，一再地好運氣總是降臨到一個人的頭上，那就不能認(rèn)為是運氣的問題了。

作者當(dāng)然知道，質(zhì)能關(guān)系 E=mc² 已經(jīng)成為愛因斯坦的標(biāo)志性成果，已經(jīng)是世界上最著名的方程之一，所以對之進(jìn)行了集中地貶損。他說人們對 E=mc² 的推崇是“炒作和胡言”，“愛因斯坦根本不是 E=mc² 的發(fā)現(xiàn)者”，它在此之前幾年就已經(jīng)被洛倫茲在處理電磁質(zhì)量問題時使用過，“這個方程在核裂變的發(fā)現(xiàn)和原子彈的發(fā)展中只起著微不足道的作用” ，與核物理的研究“沒什么關(guān)系——盡管他們偶爾使用 E=mc²，但要是沒有 E=mc²，他們也能做得很好?！?/span>（第168頁）這樣的話語真不應(yīng)該出自一個科學(xué)工作者之口。

問題的要害在于，他說愛因斯坦在對 E=mc² 的論證中有“隱藏的錯誤”，這是怎么回事？原來，作者認(rèn)為，愛因斯坦把在慢動體中的情況，外推到快動體了，這是一種“毫無根據(jù)的外推”。這種外推是一種錯誤嗎？當(dāng)然不是。理論的外推是假說，而不是證明。這種外推是否正確，需要由實驗來檢驗判斷。由此也可看出，作者的科學(xué)素養(yǎng)確實很成問題。E=mc²最終由馮·勞厄和克萊因給出了嚴(yán)格的證明，作者也承認(rèn)“愛因斯坦關(guān)于這個方程應(yīng)該適用于每一個物體和各種能量的猜想最終證明是正確的，具有重大的意義?！彼堰@歸因于“直覺引導(dǎo)他找到了正確的方程?！弊髡邩O高地評價了愛因斯坦的直覺，他說：“愛因斯坦的深刻直覺使他能夠從有缺陷的觀念得出所需要的基石，以完成最偉大的藝術(shù)品?！保ǖ?56頁）

至于一些概念或者方程，在愛因斯坦把它們組織成為一個嚴(yán)整的理論結(jié)構(gòu)之前，類似的形式曾經(jīng)被別人應(yīng)用過，這都不足為奇，而且也不構(gòu)成優(yōu)先權(quán)的問題。比如：相對性原理和光速不變原理，在彭加勒的《科學(xué)與假設(shè)》中都討論過，洛倫茲變換是洛倫茲導(dǎo)出來的，長度收縮一直被稱為裴茲杰惹收縮，就連愛因斯坦著名的引力場方程也是大數(shù)學(xué)家希爾伯特幾乎同時從變分法推出來了，然而正如希爾伯特所說：“哥廷根街上的每個男孩，都比愛因斯坦更了解四維幾何，然而，盡管如此，愛因斯坦還是做了這項工作，而不是那些數(shù)學(xué)家?！?/span>（第254頁）歷史承認(rèn)愛因斯坦的功績，也不否定此前其他人的貢獻(xiàn)，有人在這中間大作文章，真要懷疑他們的用心了。

被愛因斯坦認(rèn)為是“我一生中最幸運的想法”的重力與加速度不可分辨性或者說等效性，本書作者卻認(rèn)為“沒有什么特別的獨到之處”，因為在儒勒·凡爾納的科幻小說中曾經(jīng)有過這個橋段。這個思想“也沒有什么原創(chuàng)性”，因為人工重力可由加速度產(chǎn)生，這已經(jīng)用在從牛奶分離奶油的離心機(jī)中。我們驚嘆于愛因斯坦這個想法的高妙，作者卻想方設(shè)法地尋找例證貶低它，這種心態(tài)真的很奇怪，讓人無法理解。

作者詳細(xì)地敘述了愛因斯坦與妻子米列娃和表姐埃爾莎（他后來的妻子）之間的關(guān)系，批評了愛因斯坦在家庭中的不負(fù)責(zé)任和在婚姻中的不忠誠。確實如此，愛因斯坦在個人生活中的不檢點，一直受人詬病。據(jù)統(tǒng)計，他先后曾經(jīng)與14個女性有過曖昧關(guān)系，其中有他柏林期間的女友、晚年的秘書、普林斯頓的圖書管理員、演員，還有一個高度疑似蘇聯(lián)間諜的女人——不過沒有得到任何有價值的情報信息。在伯爾尼的愛因斯坦博物館里，關(guān)于“Einstein’personality（愛因斯坦的個性）”圖片解說的標(biāo)題，竟然是“Einstein—a lady’s man?”（“招女人的男人”）所以說，說愛因斯坦在這方面有著“人性的弱點”，也并不為過。在我有一次課堂上講到愛因斯坦時，就有一個女生說：“愛因斯坦是個花花公子?！?/span>

說到愛因斯坦的錯誤，當(dāng)然不能不說到愛因斯坦自己所說的他一生中最大的錯誤，那就是在引力場方程中人為地加入了一個代表斥力的宇宙項，以符合他所構(gòu)想的靜態(tài)宇宙模型。不過，這一次可能又讓愛因斯坦給“蒙”對了，本書作者幾乎肯定這個宇宙項就代表了現(xiàn)今一直在尋找中的“暗能量”（它導(dǎo)致了宇宙的加速膨脹）。至于是否真是這樣，學(xué)術(shù)界尚有爭論，并未得到完全肯定。

當(dāng)日全食時的天文觀測證實了愛因斯坦關(guān)于星光在引力場中的偏轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)時，引起了全球公眾極大的振奮，愛因斯坦的名字成了一個家喻戶曉的字眼。作者將此歸于新聞媒體的炒作?；蛟S有這樣的因素，但這絕不是如現(xiàn)今某些不良媒體的拙劣吹捧。當(dāng)時一戰(zhàn)剛剛結(jié)束，人們正需要一劑興奮劑以舒緩已經(jīng)疲憊不堪的精神，天時地利人和，早就了愛因斯坦的轟動效應(yīng)。

作者羅列了當(dāng)時的“反相對論公司”等一大批反對相對論的人和事。我們不奇怪他們形形色色反相對論的動機(jī)，倒是為他們——如作者所說，在對相對論概念的理解上確實“超出了他（們）的能力”而深感同情。作者似乎很遺憾像洛倫茲和彭加勒這樣偉大的科學(xué)家的觀點被置若罔聞，他們堅持認(rèn)為長度收縮和時間延緩這樣的效應(yīng)一定有一個物理機(jī)制，是某種電荷排列的變化所導(dǎo)致的量桿“真”縮短和鐘表“真”變慢。作者講了一件軼事很有意思：在1911年的第一次索爾維會議上，彭加勒問愛因斯坦：“你在物理中使用的是什么力學(xué)？” 愛因斯坦回答說：“沒有力學(xué)?！边@使彭加勒無語。事實上，包括作者在內(nèi)的這些人，確實沒有真正搞懂相對論，總想要解釋“如何使時鐘進(jìn)行時間延緩？如何使量桿進(jìn)行長度收縮？”愛因斯坦的回答沒有錯，相對論的觀測效應(yīng)不是動力學(xué)效應(yīng) ?？蛇z憾的是，作者卻不理解這一點，認(rèn)為彭加勒的問題很對，這也只能讓愛因斯坦無語。

無疑，愛因斯坦晚年花了30年的時間所致力的、企圖將電和引力統(tǒng)一在一個理論中的“統(tǒng)一場論”，是他此生最大的失敗。但這談不上是什么“錯誤”或者“悲劇”，更不是作者所說的有如“垃圾（junk）”一樣毫無價值的東西。在愛因斯坦之前，數(shù)學(xué)的無冕之王希爾伯特，天才的外爾，以及數(shù)學(xué)家卡魯查與物理學(xué)家克萊因，著名的物理學(xué)家和天文學(xué)家愛丁頓等人，這些人物都絕不是無能之輩，為了這個目標(biāo)也都曾竭盡全力，但最后也都鎩羽而歸。愛因斯坦是想把電磁場和引力場結(jié)合起來，成為一個新的統(tǒng)一場，希望新的場方程的解能夠解釋所有帶電粒子和不帶電粒子的結(jié)構(gòu)。這個理論一旦成功，那將是人類有史以來最偉大的成就！現(xiàn)在人們嘗試著在倒過來做：先把電磁相互作用與弱相互作用統(tǒng)一起來，在楊—米爾斯規(guī)范場理論的基礎(chǔ)上，弱電相互作用理論已經(jīng)大功告成。接下來就是要把弱電相互作用與強(qiáng)相互作用統(tǒng)一起來，成為一個“大統(tǒng)一”理論，這個理想現(xiàn)在還未達(dá)到，不過看來很有希望。至于能不能再把引力相互作用也統(tǒng)一進(jìn)來，那就很難說了。

現(xiàn)在回過頭來去看，電磁力和萬有引力是很不相同的。當(dāng)初愛因斯坦的失敗可能并不完全是因為當(dāng)時還沒有發(fā)現(xiàn)強(qiáng)作用力和弱作用力，而很有可能是因為：本質(zhì)上量子形態(tài)的電磁作用或許就是不可能幾何化的?，F(xiàn)在，人們是不是又走向了另一個極端？本質(zhì)上幾何形態(tài)的萬有引力恐怕是不可能量子化的，很有可能此路根本就不通?；蛟S，試圖用一個方程、一種力解釋世界上的一切，那樣的理論實際上就是不存在的，試圖解釋一切的理論實際上什么也解釋不了。霍金也有類似的想法，他說：“也許不可能用一個單獨的基本表達(dá)式將這個理論（指一種完整的統(tǒng)一的理論）描述出來。相反地，在不同的情形下，我們必須使用基本理論的不同影像。這和描繪地球表面很相似，人們不能用一張單獨的地圖，在不同區(qū)域必須用不同的地圖來代表。這就變革了我們科學(xué)定律的統(tǒng)一觀?！?“在物理學(xué)中對不同的情形需要使用不同的表述，但是兩種不同表述在它們都適用的情形下要相互一致。整族不同的表述可以被認(rèn)為是完整的統(tǒng)一理論，盡管它不是依照單獨的假設(shè)集合表達(dá)的理論?！?/span>（《時間簡史》：前言，第2、164頁）

本書的一大亮點在于，在闡述創(chuàng)建相對論和愛因斯坦的其他科學(xué)工作時，詳細(xì)披露了這些過程的大量細(xì)節(jié)?？梢钥吹?，愛因斯坦創(chuàng)造性發(fā)現(xiàn)的每一步走得都不容易，反復(fù)捉摸，一再出錯，篳路藍(lán)縷，摸索前行。這是一個痛苦的歷程，絕不是天才靈光一現(xiàn)的產(chǎn)物。要想取得成功，就要敢于獨立思考，就不能畏懼困難和失敗，愛因斯坦獲得今天這樣的崇高聲譽，自有它的道理在。

本書作者說，愛因斯坦“是一位拙劣的戰(zhàn)術(shù)家，但卻是一位卓越的戰(zhàn)略家?！?/span>（第380頁）這話有一定道理，但不全對。正如劉兵教授在“序言”中所說的：“科學(xué)的探索是曲折的，科學(xué)家們在探索的過程中，自然也不會總是一帆風(fēng)順，犯下各種'錯誤’在所難免?！卑凑兆髡叩臉?biāo)準(zhǔn)，在任何一場“戰(zhàn)役”中都沒有犯過錯誤的戰(zhàn)術(shù)家是不存在的。如楊振寧在2005年第22屆國際科學(xué)史大會的報告“愛因斯坦：機(jī)遇與眼光”中所說：“洛倫茲有數(shù)學(xué)，但沒有物理學(xué)；彭加勒有哲學(xué)，但也沒有物理學(xué)?！睈垡蛩固褂形锢韺W(xué)，也有哲學(xué)和數(shù)學(xué)，尤其是有敏銳的物理思想，能夠從遠(yuǎn)處把握住關(guān)鍵，又能從近處進(jìn)行嚴(yán)格的數(shù)學(xué)處理，所以他成功了。

不用細(xì)思，我們就能看到，愛因斯坦的科學(xué)思想和科學(xué)方法，已經(jīng)多么深地滲透進(jìn)了我們的精神生活之中，從粒子到宇宙，愛因斯坦的理論影響無處不在。尤其是他的那些關(guān)于社會生活，關(guān)于教育，關(guān)于戰(zhàn)爭與和平的名言警句，廣泛地影響著人們思考問題的方式。這是一筆巨大的精神財富，我們一定要把它繼承下來，發(fā)揚光大，成為指導(dǎo)我們繼續(xù)前行的指路明燈。