作 者 简 况
顾孟洁
1938年生于江苏无锡张泾镇。1955年毕业于江苏省苏州高级中学,1960年由南京工学院无线电工程系毕业分配至北京三机部十局(电信工业局)。从1961年起从事电子工业标准化工作历时38年,任中国电子技术标准化研究所研究员级高级工程师、原《电子标准化与品质》期刊副主编。
自20世纪60年代起潜心自修文法与逻辑、人文与社会科学特别是科学技术哲学。所编电子标准化期刊在1988年全国标准化期刊评比中获一等奖第一名。1992年获北京科技期刊编辑学会颁发的老编辑金奖。自1979年起历任中国标准化协会普及与教育工作委员会委员、学术委员会通讯委员、全国术语标准化技术委员会一分会(术语学理论与应用)委员。1983年至1985年应聘担任重要文献《当代中国的标准化》编辑部成员和撰稿人;1991年至1992年应聘担任北京师范大学哲学系硕士生导师。1998年退休后,于1999年担任《标准化百科全书》编委和撰稿人;2000年起应聘担任中国标准研究中心(现中国标准化研究院)《术语标准化与资讯技术》顾问,并于2001年应聘担任《中国标准化》期刊特约记者,现任编委。2002年至2003年应聘担任某军事院校科学技术哲学专业硕士生导师。
发表标准化科普作品和学术论文累计百余篇,其中《魔方的启示》、《对“IEC标准电压”的综合分析》
和《标准化哲理对话》等获优秀作品一等奖和特等奖;《三个世界与概念的离散度》、《论主观概念与客观概念》等三篇论文在国际上发表后获得国际术语学权威H..费尔伯(H.Felber)教授等的高度评价。主要著作:《憧憬与探索——标准化科普与学术文集》初版、修订版和第三版,先后于1995、1999和2008年由中国标准出版社出版。
摘 要:从19世纪后期物理学界探讨光和“乙太”的大背景,结合对爱因斯坦的成长经历、知识结构和个性特征的分析,全方位地追踪 和透视了“狭义相对论”的产生过程;客观地分析了在过去百年中相对论所以能占据理论物理学主流地位的深层次原因;进而以科学哲学的利器,通过对爱因斯坦原著、原文中阐释“光速不变原理”的一系列错误和矛盾的无情解剖,揭示了爱因斯坦曲解光速,并用“冒牌的洛伦兹变换”误导物理学界的实际,从而为彻底否证相对论奠定了学理基础
关键字:迈克耳孙-莫雷实验; 爱因斯坦; 相对论;光速不变原理; 否证
“科学是可以犯错误的,因为我们都是人,而人是会犯错误的。因而错误是可以得到原谅的。只是不去尽最大的努力避免错误,才是不可原谅的。但即使犯可以避免的错误,也是可以原谅的。”这是英国著名科学哲学家卡尔•波普尔(1902~1994)生前应中国译者之请,为他的中文版《波普尔科学哲学选集》所撰写的前言【1】中的一段话,其仿佛有别于常情的独到见解,让笔者联想到基督教教义中“凡事包容,凡事相信,凡事盼望,凡事忍耐”的箴言,竭力地调整自己的心态,以尽可能平和的目光来观察和对待一切世事人情。但波普尔从强调科学的人性的角度主张对科学上所出现或存在的错误应持宽容的态度,并不意味着他提倡科学工作者面对各种错误(思想、理论、方法等)应无视、无为或“不作为”,恰恰相反,波普尔的一生业绩正是以研究如何发现错误和改正(纠正)错误著称于世(“证伪主义”理论就是他的代表性杰作)。因此,在科学问题上,波普尔是最不受“权威性”的框框束缚的。在“前言”中他接着又如此写道:“这是我对科学的一个方面的看法:夸大科学的权威性是不对的。人们尽可以把科学的历史看作发现理论、摒弃错了的理论并以更好的理论取而代之的历史。……我不怀疑我们有许多科学理论是真实的;我所要说的是,我们无法肯定任何一个理论是不是真理,因而我们必须作好准备,有些最为我们偏爱的理论到头来却原来并不真实。既然我们需要真理,……我们除了对理论进行理性批判以外,别无其他选择。”这位为杰出的当代科学哲学家还如此写道:“理性的批判并不是针对个人的。……我们必须尊重个人以及由个人所创造的观念,即使这些观念错了。如果不去创造观念——新的观念甚至革命性的观念,我们就会永远一事无成。但是既然创造了并阐明了这种观念,我们就有责任批判地对待它们。”
2005年被联合国教科文组织确定为世界物理年,在全球范围内掀起了新一轮的纪念和赞颂爱因斯坦相对论重大学术建树的高潮。但是与此同时,在互联网并包括一些平面媒体上,质疑、挑战(或云“超越”)乃至否定相对论的声音亦不绝如缕;当今2008中国奥运盛年,在神州大地上围绕相对论正误的大辩论更趋透明化和白热化。纵观百年来科学界和哲学界一次次“批相”、“倒相”,而另一股力量则不住地“护相”、“颂相”。与当年“日心说”同“地心说”两大派的激烈较量相比,两者无分伯仲地可以并称为人类科学史上既“凄美”而又“壮烈”的奇观,所不同的是,在自然科学领域今天不存在“宗教裁判所”的干预,而互联网的普及,则大大方便、促进和加速了不同观点的“交锋”。(——在此,必得衷心感谢相关网站的创建和维护者所做出的艰辛努力和无私奉献!)笔者正是凭借这股东风暖流以及波普尔的科学哲学博大精神为世人所提供的莫大激励,本着探求人生真谛和科学真知之大旨,把本人积20多年来对爱因斯坦相对论中所存在的症结问题的逐步深入探索,特别是进入新世纪以来精心思考之下形成的一孔之见,奉献给亲爱的读者,并恳切地盼望各个方面的识者不吝赐教,俾得有助于共同推进学术,加速祖国和世界的科技进步、经济繁荣和人类和谐相处。
本文将不仅避免使用枯燥而繁琐的数学公式和物理图表等,而且在行文上尝试着借鉴、运用科普类和人文类作品的表述方式,以期让读者在流览过程中心情轻松和愉悦,从而增加阅读的兴趣。
一、神秘诱惑称“奇迹”
卓别林是举世闻名的电影艺术家和幽默大师。在1930年~1933年,爱因斯坦应【美】加州理工学院校长密立根(Robert Milliken)之邀,每年都去该学院讲学数月【2】。此期间,相距不远的好莱坞大明星常请爱因斯坦去参加电影首次公演,爱因斯坦则非常推崇卓别林的电影。名人之间的交往别具风采,有一则广为流传的趣闻云:
一次爱因斯坦在给卓别林的一封信中写道:“你的电影《摩登时代》,世界上的每个人都能看懂。你一定会成为一个伟人。爱因斯坦。”
卓别林在回信中写道:“我更加钦佩你。你的相对论世界上没有人能弄懂,但是你已经成为一个伟人。卓别林。”
1930年代,距离爱因斯坦的“奇迹年”(1905年)已有20多年了,然而他的相对论“重大理论建树”依然为世人所不解。一种根本无人能懂的理论居然能够享誉全球,这实实在在称得上是一项“人间奇迹”。对此,爱因斯坦也不乏卓别林式的幽默风度。还是在1921年,当爱因斯坦接受一家荷兰报纸采访时,曾经将其名人效应归结为他的工作对于普通人的神秘性:“无论在这儿,还是在那儿,人们根本不理解我的理论,这难道不会对我有一个很愚蠢的印象吗?我认为,发生这种现象是很滑稽和有趣的。我相信,真正吸引他们的是不理解所带来的神秘性;这使他们印象深刻,因为它具有神秘的诱惑力。”那么,当此之际爱因斯坦向公众作这样颇为“滑稽”的表述,所体现的究竟是大智者的高超幽默,还是一种圆滑、巧妙而又是出于无奈的自嘲呢?!英国剑桥大学教授John D.Barrow在2005年发表的世界物理年随笔中如此写道:“爱因斯坦恢复了人们对科学之不可理解的信仰。每个人都知道爱因斯坦在1905年(和1915年)做了一些重要的事情,但几乎没有人能够说清楚他到底做了些什么。……近百年来,没有人对爱因斯坦在布朗运动和光电效应方面的工作激动不已,但相对论却将整个世界搞得天翻地覆。”【3】
20世纪20年代至30年代在德国,20年代至50年代在苏联,以及50年代至60、70年代在中国,都曾掀起过批判相对论的“浪潮”,其社会背景、批判者的身份和批判的角度不一,而相对论则始终不乏支持和拥护派。但更加滑稽的情况则正如M.V.劳厄(普朗克的助手)在早年所曾经描述过的那样:“许多人赞扬,也有许多人反对。值得注意的是,无论在这一方或者在另一方,那么叫得最响的人几乎一点也不理解它。”【4】
光阴荏苒,人事代谢,时过境迁,但质疑和挑战相对论的又一轮更大更高和更壮阔的浪潮在世界进入网路时代的新世纪展开,就显得格外精彩和出奇——将近80年前的1929年4月24日,纽约犹太教堂牧师(拉比)赫伯特•哥耳德斯坦(Herbert Goldstein)向世界科学大明星爱因斯坦发了一个仅有五个词(指英文)的海底电报到柏林“你信仰上帝吗?”爱因斯坦在当日就发了回电,并被第二天(4月25日)的《纽约时报》刊发,爱因斯坦的答复电文是:“我信仰斯宾诺莎的那个在存在事物的有秩序的和谐中显示出来的上帝,而不信仰那个同人类的命运和行为有牵累的上帝。”【5】那么,爱因斯坦的学识乃至人品在他生前和身后如此地被世人反复评议和“折腾”,是由于上帝不满意他在宗教信仰问题上的表态而在同他的肉身和灵魂开玩笑吗?
二、毁誉成败人鲜知
质疑爱因斯坦相对论的声音并非始于20世纪20至30年代的德国。事实上,直接引发爱因斯坦写出1905年那篇“奇迹论文”的三位学界“大腕”——测光速专家兼“干涉仪”发明者迈克耳孙、理论物理电动力学专家洛伦兹和“全能数学家”庞加莱莫不对相对论抱着怀疑、不屑乃至厌恶的态度。今天在物理学界相当普遍地将洛伦兹和庞加莱推崇为“相对论的先驱”,但是我们从历史文献中发现,洛伦兹并不认为爱因斯坦的作品是继承和发展了他和其他有关人士已有成果的产物,如他在1927年曾明确地说过:“因为必须变换时间,我引入了当地时间的概念,它在相互运动的不同坐标系中是不同的。但是我从未认为它与真实时间有任何联系。……那时,我把我的时间变换仅看作为一个启发性的工作假设,所以相对论实际上完全是爱因斯坦的工作,……在这方面是与以前的各种理论无关的。”【6】洛伦兹本人对相对论始终疑惑不解,据波恩说,他在洛伦兹逝世前前去看望时,洛伦兹对相对论的怀疑态度依然如故【7】。庞加莱对相对论则长期保持沉默,他颇为藐视相对论的理论水准,但又苦于不能直接指明其非;在庞加莱临死前一年(1911年),他在给爱因斯坦写的推荐信中,盛赞爱因斯坦“是我曾经认识的最富创建的思想家之一……已经在当代第一流科学家中间具有最崇高的地位……”,然而在后面则又说“……既然他是在各个方面进行探索,我们就应当想到他所走的道路之中大多数是死胡同”【8】。至于“迈-莫实验”的主角迈克耳孙,对相对论更有特殊的感触。据有的资料记述:迈克耳孙并不认为自己的实验有什么重要意义,他觉得实验之所以有意义,是设计了一个灵敏的干涉仪,并以此自我安慰。直到晚年,他还亲自对爱因斯坦说,他自己的实验引出了相对论这样一个“怪物”,他实在是有点后悔的。爱因斯坦所深为崇敬的迈克耳孙,甚至至死都怀疑和厌恶相对论。【9】以上这些情况,至今却鲜为人知。
以1905年德国物理学杂志《Annalen der physik》所发表的《论动体的电动力学》一文为标志的爱因斯坦的所谓“狭义相对论”,始终让众多的物理学家读后感到“不知所云”……年复一年地过去,这种格局始终不曾有过任何松动。但新的奇迹居然出现在世人面前:英国天文学家于1919年5月29日在巴西和几内亚湾观测日食,证实爱因斯坦“广义相对论”所预言的星光受太阳引力场的偏转的爆炸性新闻报导,使爱因斯坦在一夜之间由人变为“神”——英国皇家学会会长J.J.汤姆孙宣称爱因斯坦的理论是“人类思想史中最伟大的成就之一”。【10】于是,爱氏及其相对论(不管是“狭义”还是“广义”),很快变成了不明底细的社会大众并包括专业物理学研究工作者(不是全部)所信仰并顶礼膜拜的对象……这种境遇不免使爱因斯坦日显踌躇滿志,一方面意气风发地同他的对立面(诸如“德国自然哲学家研究小组”——爱因斯坦愤怒地贬之为“反相对论公司”,以及他的强敌、1905年诺贝尔物理学奖获得者勒纳德)进行面对面的斗争;【11】另一方面,则进一步深化阐发他的创新理论(从狭义到广义,从物理学到科学研究方法论),并到各地宣讲。在科学研究方法论上他特别强调“理智的自由发明”(即直觉)的重大作用以及“经验知识和理性知识永恒对立”的观点(详见后文),并强调数学推导的奇特力量,以此为Joho.D.Barrow所称的“爱因斯坦恢复了人们对科学之不可理解的信仰”提供诠释。
若干年之后,当七十岁来临的时候,爱因斯坦向挚友道出了“感到在我的工作中没有一个概念会很牢靠的站得住的……”这样低沉并似乎有点悲观的心声,并称“活的太长了,真正的爱因斯坦早就死了”,等等。【12】他的这种晚年落寞和自省的心境,则更加鲜为人知。
三、离经叛道仗“直觉”
当代科技领域以发明与创新著称于世的“顶级”成功人士非爱迪生与爱因斯坦莫属。发明大王爱迪生说过:“天才是百分之九十九的勤奋(汗水),加上百分之一的 灵感。”众所周知,少年时代的爱迪生因搞发明做实验闯了祸而吃巴掌,一只耳朵被打聋。但是他痴心不改,搞发明创造一往情深,毕生以其无数的发明成果为人类造福无穷。他的发明的成果是物质类型的,诸如电灯、电话、留声机、发电机、电动机……从构思、设计、制造到应用,一丝不苟,立竿见影,来不得半点虚假和“诡辩”。因此,他的“天才+勤奋”以及在此过程中激发出来的灵感是不折不扣的;“失败是成功之母”,错误的灵感和直觉很自然地会经不起实践检验而被淘汰或舍弃。
被誉为“氢弹之父”的美籍物理学家泰勒就表示:他有许多直觉的见解,“这些见解不一定都是对的,恐怕90%是错的;不过没关系,只需要10%是对的就行了,”而且他不怕他讲的见解可能是错误的。这种坦率和虚心的治学的精神有利于他避免错误,且以此勉励后学,感人至深。【13】
爱因斯坦则不然,他是“理论物理学的大师”,他的发明创新成果是一系列又一系列的抽象甚至是空洞的观念。(须知:正确的观念可以形成知识并上升为理论,而错误的观念形成不了知识,只不过是一堆毫无用处的资讯垃圾,若扩散传播还可能对社会产生误导。)因此,搞理论光靠主观上的勤奋(只针对具体对象埋头用功读书和思考等)是远远不够的,还需要营造相关领域的全方位的合理的知识结构,再加上对相关事物反复不断地深入观察和实际体验,“盘马弯弓”、“衣带渐宽终不悔”地沉迷、探索和追求……这样才能使百分之九十九的勤奋所激发出来的百分之一的灵感(直觉)会有较高的正确率或“命中率”。此外,天分的高低(与遗传因数有关)当然也是重要的,但“勤能补拙”,通过后天的勤奋努力可以弥补先天的不足,再者扬长避短是人生处世行事之道,勉强地去做那种非自身能力所及的“大事情”或“大学问”,是不明智的表现。
所谓的“相对论”长期不能被人“弄懂”,其唯一能成立的理由是“有些人写的东西,他自己也不懂,因此别人也不懂。”(语出伽利略《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》【14】 )今对爱因斯坦及其相对论的“成功之道”试作剖析如下:
许多相关资料介绍爱因斯坦在学校里只是中等学生,并不是高材生。用1953年爱因斯坦74岁时自己的话说:“我现在很清楚了,我并没有特别高的才能。在好奇、求知欲、忍耐固执与自我批评的带引下找到我的理论。我并没有特别强的思考力,或是只有中等程度。很多人有比我更好的脑筋,但并没有做出任何有价值的新贡献。”【15】爱因斯坦的勤奋则为举世所推崇,几近妇孺皆知。他的流传极广的一句名言是“在天才和勤奋之间,我毫不迟疑地选择勤奋,它是几乎世界上一切成就的催产婆。”另一则流传极广的是爱因斯坦喻成功的公式A=X+Y+Z即“成功=艰苦的劳动+正确的方法+少说空话”。但比较不被人注意的是爱因斯坦从幼年时代起就在学业上有偏科的倾向,在大学生活期间已发展到了极致。略举数例:①(在读中学时)对“以权威压人的教师和死记硬背”就感到厌恶。在学校几乎交不到朋友,陷入了孤独,别人给他起了个“比达麦亚”(死脑筋、认死理)的绰号。②16岁时,参加瑞士苏黎世联邦工业大学的入学考试,由于现代语言、动物学和植物学的成绩不好,没有被录取。③作为苏黎世联邦工业大学的学生,爱因斯坦并不是一个准时上课、认真听讲的学生。……他讨厌考试,爱独立思考,最喜欢一门心思探讨自己的课题,考试只是做个样子而已。他的头脑中无疑塞满了未解决的物理问题。看起来毕业考试对他是一次十分艰辛的经历,以至于往后的一年中他都不愿意思考物理问题。【16】爱因斯坦的勤奋好学、刻苦钻研主要是在物理和数学方面,而文科则是他的知识结构中的薄弱环节,在其中,文法与逻辑基本知识的缺失,对他尔后所走的学术探索道路所产生的负面影响(如他本人七十岁时自我表述的“我感到在我工作中没有任何一个概念会很牢靠地站得住的,我也不能肯定我所走的道路一般是正确的”)是最明显不过的。
对于爱因斯坦相对论受到世界上不名底细者(包括若干或“众多”物理学领域的专家学者)的“百年吹捧”,在今天同样可以作出客观性的评量,这就是属于“人才学ABC”的“成功=天才(天资、天分)+勤奋+机遇”说。爱因斯坦称得上是天分略有不足,勤奋绰然有余,而在“机遇”上则是受到了命运之神的格外的垂青:是“迈-莫实验”所带来的大困惑,开尔文勋爵的“乌云惊呼”所造成的学界“大恐慌”以及洛伦兹与庞加莱的时空变换假说的“名人效应”,等等,造就了相对论“出台”(破土而出)的时世和土壤,而不乏伶俐乖巧的“爱因斯坦脑袋”则借天时、地利与人和之便“大出新招、奇招”,写出来一篇“竟然完全撇开乙太的存在就能直接给出洛伦兹变换的完全证明”的论文,这让一些学界人士既震惊又获得“大旱之年逢甘雨”般的莫名欣慰……终于,在名流捧场、媒体炒作和他本人的百倍勤奋努力之下,始终无人能弄懂的“相对论(狭义+广义)”被学界人士请进了神圣的科学殿堂,爱因斯坦成为了世界科学大明星——用他一系列古怪的“直觉”,编织成一只在经典物理学晴朗天空“搏击乌云”的“幺蛾子”,将整个世界搞得天翻地覆!
人贵有自知之明。无疑爱因斯坦在一定程度上是有自知之明的,这表现在他曾经不止一次地用“离经叛道”来描绘他自己。如1936年他给格罗斯曼(Grossmann)夫人的信中称他自己是“一个离经叛道的和好梦想的人”。【17】在逝世前一个月还说到自己是一个“流浪汉和离经叛道的怪人。”【18】“离经叛道”几个字刻划了他一生的科学旅程,难怪要深深地印在他的心上。那么,在爱因斯坦的词典里,离经叛道就是意味着科学的革命吗?这就要看饱经沧桑和最公正无偏的时间老人到头来将会做出怎样的评说。
爱因斯坦在他的讲演或文稿中一再强调“直觉”。他说:“物理学家的最高使命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。”(1918年4月在柏林物理学会举办的麦克斯•普朗克六十岁生日庆祝会上的讲话)【19】但是,诸如“时间、品质是速度的函数”、“钟慢尺缩”,等等,“无论在这儿,还是在那儿,人们根本不理解我的理论,这难道不会对我有一个愚蠢的印象吗?”如果爱因斯坦的直觉与“那种以对经验的共鸣的理解为依据”能沾上边,何以会如此尴尬。而终于,爱因斯坦不再光是简单地强调直觉了,他又在侈谈“关于理论物理学的方法”时加入了新的元素,这就是“经验和理性的永恒对立论”和“理智的自由发明论”。他说道:“考察一下理论体系的发展,并且特别注意理论内容同经验事实的总和之间的关系。我们所关心的是,我们这门科学里的知识的两个不可分割的部分,即经验知识和理性知识之间的永恒对立。”“……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,就是在于这种表示的可能性。此外,这些概念和基本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。”(1933年6月10日在英国牛津大学所作的斯宾塞讲座的讲话)【20】
百年史实表明,基于爱因斯坦知识结构的片面乃至畸形的发展,加上理论与实践严重地脱节(所谓的“异想天开”和“做白日梦”竟成了他智慧的源头),他的大思路以及相应的文字表述(包括1905年的“奇迹论文”在内)总是不通顺而让人不好理解的;在他的脑海中所涌生的种种“直觉”往往是错误的或片面的(详见后文剖析);在这个前提下他任凭自己“理智的自由发明”纵横驰骋,毫无顾忌地滥用演绎推理,并把他最“擅长”的那些数学方程演算掺杂在其中,令人“悚然起惊”乃至“莫敢仰视”——如此这般,恰如同为皇帝制作新衣的“织布匠”的那些让旁观者默然的装腔作势的动作,而正是在“皇帝新装效应”之下,爱因斯坦相对论这只横空出世的“特大幺蛾子”终于“天下无敌”了!
四、曲解光速费心机
所谓“狭义相对性原理”、“光速不变原理”和“同时性的相对性”是爱因斯坦构建其“狭义相对论”的三大支柱。在此三者中,“狭义相对性原理”错在片面引用和无限夸张(扩张)上;“同时性的相对性”是巧妙地利用人们的错觉和思维不设防区进行“脑筋急转弯”式的诡辩;“光速不变”则绝对是他精心构思和布局的一个“特大陷阱”——可惜他自己一生深深地掉在自己构筑的这个大陷阱中而不能自拔,致使他1905年的“奇迹论文”(以及尔后几十年间的整个相对论“奇迹大厦”)他自己也不懂,因此别人也不懂,酿成一场世界级的“百年闹剧”。
本文重点剖析误导世人百年的“光速不变原理”说之误。
1.关于光速的的一般性概念
光是一种弥漫性的物质,却又不同于液体或气体那样的由物质分子所组成的流体。迄今学界对光(从红外、可见光到紫外)是特定频段的电磁波已无争议,但对它的物理本质究竟是什么(微粒说、波动说、光量子说、波粒二象性说、由麦克斯韦波动方程表述的交变电磁场说,以及“乙太涡旋说”等等)及其在真空中传播的物理机制(微观过程)究竟怎样,却是歧见丛生、未有定论。但20世纪无线电广播、通讯和雷射技术的迅猛发展,似乎有力地显示出了“应用压倒理论”的自然和必然倾向——理论上的穷尽只是理想化的极限,但理论研究必须与应用技术的现实需要相适应,这就是既要寻真又须求实之意吧。“光之谜”与“引力之谜”,如同“生命之谜”和“神之谜”那样,或许需要人类永恒地去思考、求索——对于甚为有限的“人类集体智慧”来讲,这些谜团也许是永远打不开的“黑箱”!
对光速的测定无疑是基础理论和科学技术研究中的紧迫需要。第一个试图测定光速的人是伽利略(1564~1642),但因他所用的手段太原始而未能成功。近、现代的物理学家们对于光速的测定方法和手段不断地改进和完善,测定的资料越来越精确。如今公认的光速(在真空中)精确值为c=299776公里/秒(有的资料记载c=2.99792458×108米 /秒);美籍物理学家迈克尔孙(1852~1931)则是光速测定的国际中心人物。今日科技界普遍用光速的近似(化整)值c=30万公里/秒来进行各种运算,这在工程技术上已是足够精确了。
把光的“波前”视为运动着的一个质点,它在单位时间(1秒钟)内移动的距离,就是我们一般称之为“光速”的最基本、最朴素的概念。
2.迈克耳孙“吃蜘蛛”引得节外生枝
迈克耳孙以其过人的聪明才智发明了一种号称灵敏无比的“干涉仪”,在19世纪80年代试图用来测定地球在“乙太海洋”中的漂移速度。从当时起直到今天,由于人们(包括物理学家和天文学家们)对光的物理本质,光在真空中传播的物理机制(微观过程)、“乙太”究竟有无、若有的话又是什么,以及地球在所想像的“乙太海洋”中的运行速度和方向如何(须知:从地球→太阳系→银河系→……→总星系→……都在以循次增加的速度和不同的方向上自传与公转)等等,在认识上和实际把握上都是不清楚、不一致和不确定的,因此,单凭在地球表面一隅之地进行“双光束干涉仪实验”(即“迈-莫实验”),测不出任何结果(未达到按照实验设计者凭借“想当然”所预期的目的),就惊呼“经典物理学晴朗天空出现乌云”,以及急不可待地忙于修改经典力学理论中已有成果(——其实,质点运动学与“电动力学”属于不同的研究领域),提出诸如“时间膨胀”、“长度缩短”等等奇特的假说,实属其时物理学研究中的一种浮躁和轻率的表现。(对“迈-莫实验”和“洛伦兹变换”在技术设计上和科学哲学范畴的“本体论”认知上存在的大误区,殊有必要进行专题分析与讨论,但对这方面的深入探讨同本文所要否定的爱因斯坦所提出的“光速不变原理”并无关联,故暂略之。)
迈克耳孙并不认为自己的实验有什么重要意义,这是心胸坦荡且有自知之明之言。在科学探索中,吃蜘蛛与吃螃蟹的情况均不足为奇。可是,离弦之箭却不再属于射手了,为迈克耳孙始料不及的,是由于他的实验竟然引出来“相对论”这个“怪物”。
其实,通过全面、系统、深入地审读爱因斯坦“相对论”,不仅发现它本身完全不能成立(包括其理论前提、推导过程和结论),而且发现它同迈-莫实验和洛伦兹变换在实质上也没有关联,但是若将事发前后过程联系起来看,爱因斯坦相对论确实又是迈克耳孙“吃蜘蛛”节外生枝的产物。
3.与光速变化相关的一些物理现象
物理学中涉及光速变化的相关知识或理论十分有限,可大致地梳理出如下一些内容:
——光速因透光媒质的种类而异。通过理论分析和实测表明,光在真空、空气、水和玻璃等透光媒质中的传播速度略有不同。如1862年傅科用实验方法测定了水中的光速,证实水中的光速小于空气中的光速。又如有文献记载,空气中的光速比真空中的值小0.03%左右。
——不同频率的光在同一个透光媒质中的传播速度亦存在差异,具体表现在由各种频率复合起来的复色光(如太阳光、白炽灯光等)在通过三棱镜时所出现的色散现象,其原因是各种频率的光在玻璃中的传播速度各不相同,因而经玻璃到空气介面时的折射率便不同。再如彩虹的形成,以及肥皂泡和油膜表面的色彩花纹的成因,亦大体类此。
在物理学的光学理论和实验研究中,“光速不变”构不成命题;“光速不变”的提法纯属无的放矢,只能令人莫名其妙。
4.光速与源速关系问题的纠葛
按照迄今对光速的实测精确值c=299776公里/秒,同通常所用的化整值(近似值)30万公里/秒之间的差值为224公里/秒。而迄今人造物体的飞行速度以航太领域的多级运载火箭达到的第二宇宙速度v =11公里/秒为最,它远小于光速化整值与实测值之间的误差(224公里/秒)。因此,从物理实验的角度把光速同源速(无论是光源移动或观察者移动)联系起来进行讨论是没有实际意义的,且会令人感到匪夷所思。
自从1905年爱因斯坦的《论动体的电动力学》一文得到普朗克的赏识并在德国物理学杂志《Annalen der Physik》上发表之后,“光速不变原理”作为一个“生造”的片语(术语)和未经论证的命题进入了物理工作者的视野,而它从最初提出到被物理学界的主流专家学者“确认”或“接受”,乃至形成理论物理学界的“共识”,则是颇存在一些纠葛的。在此过程中,爱因斯坦的直觉思维和“思想实验”通过媒体宣传大显其神通,加上名流大腕捧场和“皇帝新装效应”,几使天下英豪尽入彀中!
波的运动和微粒的运动具有不同的物理机制。微粒的运动和发射体的速度有关,即存在着其自身的运动速度与初速(即发射体的速度)相叠加的问题。而波的传播情况则不同。机械波和声波只与传播媒体有关,与产生波的振动源的速度无关。例如超音速飞机的马达(声源)可以超前于它所发出的声波。若按照麦克斯韦电磁理论推导出的波动方程,电磁波的传播速度是一个恒量,与其发射源(如飞机上的雷达天线)是静止还是运动并无关系——然而紧接着又有一个新的问题冒出来了:光和电磁波的发射与机械波不同,它是像“微粒”(“光量子”?)那样被射出,麦克斯韦理论确定的光速c,不是相对于静止的乙太空间,而是相对于发射体。这一理论如果成立,当然与伽利略变换的速度加法定理一致了,即发射体速度与光速之间存在着相互叠加的关系……当此决定“光速不变”与否(指光速与源速的关系)的关键性时刻,支持“光速不变”之说的“救星”终于降临了,这就是“天文学家对于双星观察的结果”——在1900年前后及1913年,天文学家西特尔(Willem de Sitter,荷兰人)进行了精细的双星(double stars)观察,其结论是:光速与光的发射体的运动状态无关。【21】
本来,在科学界对电磁辐射的微观物理机制未有确切定论,以及光速远大于光源位移速度的情况下,试图论断光速与其源速有无牵连,这对于科学研究和人类生活并无紧迫的现实意义。可是对于爱因斯坦来说则不然,因为在他看来,“光速不变”对于他试图创建的“新理论”关系至为重大,因此他几乎是不择一切手段(杜撰、生造、牵强附会地引证和不拘一格的“推理”等等),务要把所谓的“光速不变原理”提到“公设”的高度之上。
5.爱因斯坦曲解光速之伎俩揭秘
爱因斯坦在“炮制”相对论过程中所犯的不同性质、不同形式的错误(包括常识性错误、逻辑性错误、哲理性错误、数学运算法错误以及张冠李戴弄虚作假的障眼法等等),仅有少数是比较明显的(如把零当除数),多数是比较隐蔽的(如逻辑性和哲理性的),唯独“曲解光速”系集诸般性质的错误之大成,因而最难识破。而“光速不变原理”正是他“建树相对论”的最核心的理论武器,故一经揭穿其中错误的奥秘,整座相对论的(虚拟)大厦便自然坍塌了。
⑴凭空引用,莫名其妙
在1905年发表的《论动体的电动力学》一文中,未交待任何出处而直接提出并应用“光速不变的原理”。【22】由于“爱因斯坦这篇文章中,没有多讨论将光速不变作为一个基本公设(原理)的根据,因此曾经受到一些人的指责。针对这种情况,爱因斯坦在后来的文章和谈话中,不止一次地明确地回答了这个问题。……”【23】
⑵正式引用,囫囵吞枣
在1907年发表的《关于相对性原理和由此得出的结论》一文中,将“光速不变原理”作为一种“假设”,并标明其出处是洛伦兹1895年《关于动体中的电和光现象的理论研究》以及斐索实验等。【24】在此后的1909年9月21日爱因斯坦所作的《论我们关于辐射的本质和组成的观点的发展》报告中,较具体地介绍了斐索(Fizean)所设计的干涉实验以及洛伦兹1895年那篇论文,那都是探讨在光的传播过程中,乙太是静止还是随物质运动之类的问题。而爱因斯坦便据此称:“当一支光束在真空中传播时,按照洛伦兹理论,对于一个在乙太中静止的坐标系K,它总是具有确定的速度c,而不管发光体的运动状态是怎样的。我们称这条命题为光速不变原理。……”【25】
⑶冠冕堂皇,引经据典
在1911年11月28日的《泰晤士报》上发表“我的理论”为题(后收入文集时题名改为“什么是相对论”)的文章中,爱因斯坦若胸有成竹,堂而皇之地称:狭义相对论所根据的第二条原理是“真空中光速不变原理”。这原理断言:光在真空里总有一个确定的传播速度(同观测者或者光源的运动状态无关)。物理学家之所以以信赖这条原理,是由于麦克斯韦和洛伦兹的电动力学所得到的成就。【26】由此我们看到,爱因斯坦是双管齐下,一方面是从理论上打着“麦克斯韦和洛伦兹电动力学”的旗号,另一方面是从实践验证上借助西特尔的“双星观察结果”,如此地大动干戈,所论证的却是“光在真空里总有一个确定的传播速度(同观测者或者光源的运动状态无关)”这样一个对现实的科学研究和人类生活称得上无关宏旨(因为光速c>>源速v ,笔者在前文中已有说明)的结论。
以惯于“异想天开”为性格特征的爱因斯坦,对此必然有所图谋,这是可想而知的事。
⑷偷梁换柱,以售其私
“醉翁之意不在酒,在乎山水之间也”。爱因斯坦强调“光速不变(即与源速无关)”是假,欲推出他的“私货”即所谓的“狭义相对论”是真。而为达此目的,他又必须施展集障眼法、诡辩术以及张冠李戴冒名顶替、浑水摸鱼、移木接木等不正当的手段于一体的特殊“伎俩”——笔者姑以“偷梁换柱”这一美称以名之。其大致步骤为:
① 反复强调“光速不变”(设局1);
② 编造出一个“相对性原理(狭义)”,用两个坐标系(静系和动系)之间的相互平移关系来制造“浑水”,以便“摸鱼”(设局2);
③ 凭空炮制出一个“同时性的相对性”伪命题(设局3);
④ 将所谓“点事件”即“在真空发出一道光线”这一颇称怪诞的“事实”,按照其上面的设局,用光点(波前)移动分别在相互作平移的两个参照系中表示其时空关系、且座标方向相反的数学联立方程式,进一步搅浑人们的头脑,制造“神秘气氛”;
⑤ 趁人不备,偷换“光速不变”之概念,并采用“零当除数”等违规手法,完成其“座标时间变换”;
⑥ 张冠李戴,将所推出的“座标时间变换” 私货,从起初时的小心翼翼到最后堂而皇之地称之为“洛伦兹变换”,遂完成其偷梁换柱之大业!
⑸穷追不舍,揭其原形
为了叙述上的方便和避免发生概念混淆,在此殊有必要对爱因斯坦的“冒牌的洛伦兹变换”进行正名,姑简称之为“爱氏变换”。全面剖析“爱氏变换”的错误,需要按部就班循次地进行,这需要一个复杂的解读过程。但集中剖析他如何曲解“光速不变”则不失为一条捷径,并且最具有说服力的乃是直接公开其原著和原文。
爱因斯坦1905年发表的《论动体的电动论学》和1907年发表的《关于相对性原理和由此得出的结论》两文,都称得上是他阐述所谓“狭义相对论”的经典之作(后者比前者在陈述上似乎条理稍清晰,篇幅则更冗长)。但从此二文中一系列观点的推理过程和立论来看,都是出于作者“理智的自由发明”纵横驰骋的产物,其最大的特色在于“主客不分”、“心物混乱”而令人不堪卒读。试摘引其中的几个段落如下:
①设有一静止的刚性杆……我们设想,在杆的两端(A和B),都放著一只同静系的钟同步了的钟,也就是说,这些钟在任何瞬间所报的时刻,都同它们所在地方的“静系时间”一致;因此,这些钟也是“在静系中同步的”。我们进一步设想,在每一只钟那里都有一位运动着的观察者同它在一起,而且他们把(前述)关于两只钟同步运行的判据应用到这两只钟上。设有光线在时间tA从A处出发,在时间tB于B处被反射回,并在时间tA返回到A处。考虑到光速不变原理,我们得到……因此,同动杆一起运动着的观察者会发现这两只钟不是同步运行的,可是处在静系中的观察者却会宣称这两只钟是同步的。【27】
②……那末我们就得到这样的命题:如果A处有两只同步的钟,其中一只以恒定速度沿一条闭合曲线运动,经历了t秒后回到A,那末,比那只在A处始终未动的钟来,这只钟在它到达A时,要慢12 t(v/c)2秒。【28】
③设有一点事件,相对于S(静系)用变数x,y,z,t来确定,相对于S(动系)用变数x,y,z,t来确定,其中S和S非加速地相对运动着。我们要问,把第一类变数和第二类变数联系起来的方程是什么。
……因为光在空虚拟空间中传播的速度参照于两个参照系都等于c,所以下面两个方程x2+y2+z2=c2t2和x2+y2+z2=c2t2 必定是等价的。【29】
注:读者切切不可粗心大意和轻信爱氏信口雌黄,他称“光在空虚拟空间的传播的速度参照于两个参照系都等于c”,是明明白白地偷换了在前所反复强调的“光速不变原理”的概念内涵(或命题内容),称“两个方程必定是等价的”更是足以惑乱人心的欺人之谈。(详见后文中的具体分析。)
在精心阅读上面所摘引的爱因斯坦“奇迹论文”的原文时,我们仿佛有进入今日儿童所喜闻乐见的“动漫境界”之感受;画面中的“钟”既会“发光”,又能“反光”,不时又出现运动着的“刚杆”,而转瞬间,作为“观察者”的人体、人眼、人脑又跃然于画面了。特别“引人入胜”的是:两只同步的钟,其中的一只绕行一圈回到原处时,居然两只钟不同步了。这种“理智的自由发明”,堪称“匠心独具”——至于爱因斯坦在此中所表现出来的由于在“本体论”【ontology , 即研究“存在(bing)”的学问,亦被称为“第一哲学”】基本知识乃至“常识”方面的严重缺失,从而在“主客关系”、“心物关系”认知能力上的高度幼稚和荒唐,只能令人遗憾和叹息!
1895年~1905年这10年间,在欧洲大陆各大城市之间的“时钟校对”依然是人们普遍感到棘手的问题,特别是像如何保证各大城市火车站的大钟的远端同步的问题。自幼好发奇想的爱因斯坦到了专利局工作之后,开始承担鉴定评价精密计时方面的专利申请的任务。1904年,瑞士和法国已爆发出利用无线电波发送时间协同信号这类相关的活动。1905年,美国海军正式使用了无线电波控制使用的时钟。但此时爱因斯坦所热衷的并不是这类属于技术层面的问题,他所深思的是“以何种意义说两个远端事件是同时的?”这类无比“新鲜”和“出奇”的问题;在看似哲学的脉络里,爱因斯坦将“思想实验”推进到无限远离仪器的制约,更不用说专利局生涯的日常考虑。【30】——爱因斯坦是于1902年6月16日开始在伯恩专利局担任三级技术专家的工作的,在那里他主要负责电磁专利的评价,1906年被提升为二级技术专家,但由于他以工余之暇在物理学和数学领域出奇地勤奋好学,在之前的1905年就完成了“六篇论文”,自1906年起,他在物理学界已声名鹊起;1909年他辞去了专利局的工作,被聘为苏黎世大学的副教授,……1913年德国的普多士科学院高票通过爱因斯坦为该院院士。
如前所述,爱因斯坦以中等的天分、“出奇”的勤奋,加上“机遇”或“命运之神”对他的特殊关照,造就了他初出茅庐即在理论物理学界乃至世界舞台上“青云直上”的格局——但这一切正如他所说的:“我自己受到了人们过分的赞扬和尊激,这不是由于我自己的过错,也不是由于我自己的功劳,而实在是一种命运的嘲弄。”【31】
⑹抓住“狐尾”,曝诸天光
爱因斯坦在1905、1907、1909、1911年所发表的一系列阐述“狭义相对论”的论文和报告,其说理的内容是不连贯和不完整的,反而是一些繁琐的方程变换(好比是“天书”,亦如“皇帝新装”中织匠之所为)让人感到摸不著头脑,而终于不堪卒读,何谈全面发掘其中的破绽和矛盾。但他于1916年撰写了《狭义与广义相对论浅说》(以下简称《浅说》),1917年正式出版(我国早于1922年出过中译本,1964年又出版了新译本)。爱因斯坦终于在这个单行本中和盘托出了创建“相对论”的完整的独立思考过程、论证方法及其论据,因而在客观上为后人提供了一个质疑、批评乃至否定“相对论”的公开的和公共的靶子 ——拥相、护相派在此平台上亦可提出辩护和反驳的理由;这是一场在明处的公正交锋!
《浅说》内容包括正文三个部分和五个附录。下面让我们来精细地审读《浅说》中涉及“光速不变”的相关原文:
——火车车厢在铁轨上以恒定速度v行驶;一个人在车厢里以速度w从车厢一头走到另一头……1秒钟里他总共相对于路基走了距离W=v+w。我们以后将会看到,表述了经典力学的速度相加定理这一结果,是不能加以支持的。
——荷兰天文学家De Sitter根据双星的观察,……指出,光的传播速度不能依赖于发光体的速度。
——(列车在前进)我们设想路基上面的空气已经抽空。如果沿着路基出发一道光线,……这道光线的前端将相对于路基以速度c传播。现在我们假定我们的车厢仍然以速度v在路轨上行驶,其方向与光线的方向相同。……于是光线相对于车厢的传播速度(w)就出现了小于c的情况(即w=c-v)。……这个结果是与第5节所阐述的相对性原理(即:“如果……K是相对于K作均速运动而无转动的坐标系,那么,自然现象相对于坐标系K的实际演变将与相对于坐标系K的实际演变一样依据同样的普遍定律。这个陈述称为狭义相对性原理”。——笔者注)相抵触的。因为,根据相对性的原理,真空中光的传播定律,就像所有其他普遍的自然界定律一样,不论以车厢作为参考物体还是以路轨作为参考物体,都必须是一样的。但是从我们前面的论述看来,这一点似乎是不可能成立的。如果所有的光线相对于路基都以速度c传播,那么由于这个理由似乎光相对于车厢的传播就必然服从于另一定律(即w=c-v——笔者注)——这是一个与相对性原理相抵触的结果。
——相对论就是在这个关头产生的。由于分析了时间和空间的物理概念,人们开始清楚地看到,相对性原理和光的传播定律实际上丝毫没有抵触之处,如果系统地贯彻这两个定律,就能够得到一个逻辑严谨的理论。这个理论已称为狭义相对论。【32】
如今,我们在光天化日之下进行瓮中捉鼈,将易如反掌;在常识、公理、真理和事实的“照妖镜”下面,“百年狐精”的尾巴再难隐藏,特将爱因斯坦曲解光速之谬误所在曝诸天光如下:
① 地球、月亮、太阳等各种天体都是呈球形,其运行轨道都是圆弧形(圆、抛物线、双曲线——如人造卫星、太空飞船的发射过程所演示)的。由于万有引力的存在,在宇宙自然界(从宇观、宏观到微观领域)单纯作直线运动的物体实际上是不存在的(近距离、小范围内的工程计算和操作不在此列,例如每一节铁轨都是笔直的,但地面上的所有铁路都是在弧形的地表上延伸)。在光速(c=30万公里/秒)条件下,侈谈“直线运动”,特别是称“两个坐标系相对地作匀速直线运动”,并将之作为演绎推理(包括数学推导)的前提,这是在数理上极度无知的基础上的典型的“离经叛道”行为。(有必要指出,庞加莱首创的“相对性原理”,这种新的“经院式研究思维方式”诱发了爱因斯坦的所谓“狭义相对性原理”,它们都是有悖于常识、公理、真理和事实的;由于对这个方面的分析探讨与本文所针对的“光速不变原理”关系并不密切,故此处不详及。)
② 在光速c>>源速v以及迄今对电磁辐射(包括光)的微观物理机制未有确切、统一的定论的情况下,坚称“光在真空里有一个确定的速度(同观测者或者光源的运动状态无关)”并无特别必要和实际意义,但既然称De Sitter的双星观察已经表明“光的传播速度不依赖于发光体的速度”,确认这一点亦未尚不可。
③ 光源在某一确定地点(设为A处)、某一确定时刻(设当t=0秒时)瞬间发射光波后,其“波前”在单位时间(1秒钟)内所行进(移动)的路程(距离),构成了“光速”的基本概念,常用值c=30万公里/秒,按照这一朴素而明确的“光速”定义来思考:
——“光速”就是c=30万公里/秒,它同“路基”、“车厢”或者坐标系(K和K)等等是无关的;将光源置于路基、车厢、K或者K上,都不影响光的“波前”在1秒钟内行进30万公里这个事实!
——如果光是从路基(或静系K)上的A点出发的,那么它的“波前”相对于以速度v在轨道上行驶著的车厢(或动系K)的传播速度(w),应是两个运动物体之间的相对速度(即w=c-v),这个相对速度本来就不是光速,并且当然要小于光速!
——如果光是从行驶著的车厢(或动系K)上的A点发出的,由于Sitter的双星观察结果已表明“光速与源速无关”(即“动光源”本身的速度v不能叠加到它所发射的光的传播速度c上),这就让我们更加坚定地认为此时光在真空中的传播速度依然是c,而不会是“c+v”——那么,此时光的“波前”相对于以速度v在轨道上行驶著的车厢(即动系K本身)的传播速度(w)必然还是“c-v” (即w=c-v)。
注:我们此时千万要保持清醒的头脑,明确当t=1秒时光的“波前”与t=0秒时A点所在位置之间的距离是30万公里,而当t=1秒时光的“波前”与t=1秒时A点所在位置之间的距离就只能用公式w=c-v来计算了,那当然是要小于光速的。此外,爱因斯坦把“光的波前与车厢之间的相对速度”称之为“光线相对于车厢的传播速度”,这种含混的措辞在误导人们对“光速”的概念上亦产生著微妙的影响,这一点也是不可不察的。
五、旷世天才原是虚
1. 世无英雄,遂使竖子成名
人类的智慧是有限的,而宇宙自然界的奥秘却是无穷无尽的。以极其有限的智慧试图解读大自然的无穷奥秘,也许正是体现出了人性中的一大弱点,这个弱点就是不自量力。2008年“平安夜”北京崇文门堂发放的《信仰之旅》创刊号(圣诞特辑)上,所载“悟道者”的“Proof of God(证明上帝)?”一文是发人深省的,文中如此写道:
19世纪存在主义哲学家、丹麦的祁克果曾经曰:“你要证明上帝的存在吗?那是你对上帝的最大侮辱!”因为无限的创造主上帝还不至于惨到需要被一个被造有限的人用其被造有限的理性来“证明” 这位无限者“存不存在”的地步!无论最终“证明”的结果是上帝“有”还是“没有”,这个人都是先绝对化了自我理性并将之作为判断真理的标准,这种行为无疑是把自我的位格无限高举,甚至高举过了上帝。上帝能被我的理性理解,我就承认他存在;上帝不能被我的理性理解,我就不承认他存在。如此,“我”的有限理性居然成了判断上帝存在与否的唯一标准!
但事实是,存在的上帝既不会因为人承认他的存在而变得“更加存在”;也不会因为人不承认他的存在就变得不存在。上帝的存在,是不必、也不需要任何证明的。甚至一块存在的石头,都不需要“被证明”。……
即如笔者在前文所已表述过的在经过长期思索之后所形成的“应用压倒理论”的观点中提到:“光之谜”与“引力之谜”,如同“生命之谜”和“神之谜”那样,或许需要人类永恒地去思考、求索——对于甚为有限的“人类集体智慧”来讲,这些谜团也许是永远打不开的“黑箱”!
从19世纪末期直到今天,物理学界和天文学界对光的物理本质、光在真空中传播的物理机制(微观过程)、“乙太”究竟有无、若有的话又是什么,以及地球在所想像的“乙太海洋”中的运行的速度和方向如何(须知:从地球→太阳系→银河系→……→总星系→……都在以循次递增的速度和不同的方向上自转与公转),等等,在认识上和实际把握上都是不清楚、不一致和不确定的。在这样一个人类科学技术发展史大背景下,当代人试图对“迈-莫实验”的“否定结果”(或称“零结果”)作出理性的解释,并用揭示时间、空间、物质和运动相互关系的数学方程组来表述,无论W. 伏格特、L.拉摩、费兹吉罗德、洛伦兹以及庞加莱等人的数、理造诣达到何等高度,这种企图都可以说是属于一种不自量力的表现。(注:在“洛伦兹变换”的方程组中竟然用“标量”来表示速度,以及后来又自我辩解“引入了当地时间的概念……而又从未认为它与真实时间有任何联系”云云,简直称得上是“语无伦次”……)。但波普尔说得好:“我们必须尊重个人以及由个人所创造的观念,即使这些观念错了。如果不去创造观念——新的观念甚至革命性的观念,我们就会永远一事无成。但是既然创造了并阐明了这种观念,我们就有责任批判地对待它们。”(注:值得一提的是:波普尔对于科学理论固有的“可错性”的颖悟,是由科学界对爱因斯坦的广义相对论的检验而诱发的。具体说是1919年5月29日爱丁顿率领的“探险队”在非洲某个日全蚀最佳观测点拍下一些宝贵的照片,证实了爱因斯坦关于“光在引力场中的弯曲”的论断;之后波普尔又亲耳聆听到了爱因斯坦在维也纳的一次讲演,而使他深受震撼——不是爱因斯坦对牛顿理论的批判态度,而是他对自己理论的批判态度,极大地震撼了波普尔:爱因斯坦认为相对论的引力理论仅仅是通向更好理论的一个过渡环节……如果在检验中被否证,那么他就坚决放弃自己的理论。波普尔觉得如果没有爱因斯坦的话,就永远得不出他自己的这一套独特见解,即任何理论不管曾获得何等的成功,也不管曾受过何等严格的检验,都是可以被推翻的。【33】尽管波普尔生前是作为爱因斯坦相对论的信奉者和推崇者提出来他的“证伪说”,但他的这一真知灼见同样成为了指导我们在今天否证爱因斯坦相对论的果敢尝试的有力的思想武器。这应该说是一桩意味深长的事。
接续前面的话题:由“迈-莫实验”所带来的大困惑和开尔文勋爵的“乌云惊呼”所造成的学界对“经典物理学面临危机”的大恐慌,促使费兹吉罗德、洛伦兹以及庞加莱等学界大腕临阵磨枪、仓促应对;尽管他们以调和折衷的态度对牛顿经典力学理论作了削足适履式的不伦不类的“修修补补”,却完全不能掩盖他们在科学理论“革新”上的模糊和软弱……然而当此之际,就在庞加莱和洛伦兹联手抛出“洛伦兹变换”假设的同一年中的不久之后,爱因斯坦这位后生可畏者却以跃马横枪的高昂姿态发表了他的像模像样、出新出奇的“狭义相对论”,并声称“这样一个理论允许一下子预见到迈克耳孙和莫雷实验的否定结果”。【34】就这样地,“由于山中无老虎,猴子终于要称霸王了!”
2.“竖子”经历不寻常
在这里我们仍有必要补充了解一些爱因斯坦的成长经历。在童年时代被一个罗盘激发出惊奇,少年时代又被一本神圣的几何学小书(欧几里德几何学)引发独立思考爱好的爱因斯坦,当17岁那年作为数学和物理学的学生进入苏黎世工业大学师范系时,已经超前地学过一些高等数学和理论物理学了。在大学生活期间,他“不久就学会了识别出那种能导致深邃知识的东西,而把其他许多东西撇开不管,把许多充塞脑袋、并使他偏离主要目标的东西撇开不管。”【35】他的落拓不羁的性格和独立思考的习惯,为教授们所不满,但他我行我素坚定地走着自己所选定的科学探索之路。爱因斯坦所悉心思考和钻研的深邃知识,是当时物理学领域的一些前沿研究课题,特别是光和乙太、电磁波和引力(质点之间的超距作用力)等等。对麦克斯韦电磁场理论的入迷,以及从恩斯特•马赫(Ernst Mach)的《力学史》对牛顿经典力学理论的挑战中所受到的激励,无疑大大加深了他对物理学革命的向往之情……
值得顺便一提的是,爱因斯坦在12岁那年就果断地中止了童年时代在社会环境薰陶下所建立起的一点儿宗教信仰,并且开始对所有的权威都产生了怀疑。他在67岁时所写的“自传”中如此写道:“由于读了通俗的科学书籍,我很快就相信,《圣经》里的故事有许多不可能是真实的。其结果就是一种真正狂热的自由思想,……对任何社会里都会存在的信念完全抱一种怀疑态度,这种态度再也没有离开过我,即使在后来,由于更好地搞清楚了因果关系,它已失去了原有的尖锐性时也是如此。”【36】
1900年他大学毕业之后,在就业问题上几经周折,1902年经友人大力帮忙推荐,终于在伯恩专利局有了一份稳定的工作。之后的一些岁月,正是他的科学生涯中最富于创造性的年代。在专利局的工作之余,爱因斯坦研究了他非常有兴趣的物理学问题。早于1895年他十六岁时所进行的第一个思想实验(“倘使一个人以光速跟着光波跑,那末他就处在一个不随时间而改变的波场之中……”,这被后人命名为“追光思想实验”),在经过10年间断断续续的反复思考之后,面对物理学危机告急和学界对“迈-莫实验”的结果注家蜂起的态势,终于灵感
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