相对论对哲学的影响问题，本文主要内容关键词为：相对论论文,哲学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
［中图分类号］B013 ［文献标识码］A ［文章编号］1004-518X(2004)06-0051-06
哲学的任务当然包括“改造世界”，但今天哲学的主要任务仍然是“解释世界”。因为解释是改造的前提，人类如果不能正确地“解释世界”，“改造”就会变成“破坏”。物理学是研究客观物质世界本质的科学，相对论是现代物理学两大支柱理论之一，所以对哲学影响甚大。相对论对哲学产生影响的过程曲折，方式和结果复杂，以致我们不能简单地说：相对论对哲学产生了什么影响。本文着重分析在相对论对哲学产生影响方面存在的种种问题，希望此分析有助于搞清楚自然科学与哲学如何相互影响。
一、问题出现的原因
自然科学的重大进步，本来应当对于哲学产生正面的推动作用。相对论实际所起的作用不尽如人意，她的一些被歪曲表达的结论，成了哲学进步的障碍。
1.科普的错误造成哲学的误解
相对论是知道的人最多，而真正懂得的人最少的一门自然科学。20世纪50年代美籍俄国人乔治·伽莫夫对于相对论所做的科普宣传，比任何科普宣传更深入人心。因为这种运动中尺子缩短和时钟变慢的神奇故事，与美丽而古老的神话相呼应，给人一种“我们可以征服一切”的精神享受。然而，乔治·伽莫夫对相对论的宣传是完全错误的。
本来，爱因斯坦的狭义相对论认为，观测者在对运动物体进行测量时，因为观测者和物体所处的坐标系不同，所观测到的物体长度会沿运动方向收缩，即用s表示观测到的长度，
表示物体原有长度，则
为收缩系数。这是因为光以有限速度c传播，光速大约为每秒30万公里。在这里v表示两个坐标系相对运动的速度。这种测量结果的收缩是有条件的：(1)必须是惯性系；(2)只在沿物体运动方向上发生，在垂直于运动线的任何方向上都不会发生；(3)当观测坐标还原时，收缩效应即消失。第三个条件的本质是：两坐标系相互运动速度恢复为零时，根式中的v即是0，长度当然不收缩（系数为1）。惯性系的意思是：观测者与运动物体之间保持匀速直线运动状态，即不能改变速度，不能转弯。违背三条中的任何一条，对狭义相对论“尺缩效应”的理解都不正确。
爱因斯坦同时给出了“时间变慢”公式：
式中t表示静止坐标系中的观测者看运动坐标中的“时间”，
表示原来的时间，即观测者和物体处于同一坐标系中听测得的时间。这里需要注意两条：其一：时间变慢和长度收缩是同一效应的两个方面，不是不同的效应。因此，当长度收缩消失时，时间变慢也就消失。乔治·伽莫夫忽视了这一原则。其二，根据侠义相对论的理论分析，长度收缩是永远看不到的，所渭“测量长度”仅仅是一种理论上的分析；而“时间变慢”则不同，是可以看得到的现象（虽然科普材料上引用的主要事例还不属于“时间变慢”）。这不说明前者不真实，后者才真实，而是因为要看到两者的条件不同。要看到运动中的长度收缩，必须让运动系统中的时间不变慢，因为相对论是真理，这是不可能的；换言之，如果谁真看到了长度收缩，他就证明了狭义相对论错了。而要看到时间变慢，必须让静止坐标系中的长度保持稳定，这一点不成问题，所以“时间变慢”可以看到。相对论的所谓“复杂”、“难懂”集中表现在这些问题上。出现这种“必须固定时间才能看清空间变化”和“必须固定空间才能看清时间变化”的相互关联性，说明“尺缩钟慢”是一个完整的物理效应，是同一件事，即光以有限速度传播造成的测量结果。可以设想，如果光速c是无穷大，即传播多远都不需要时间，那么这里所说的一切“效应”就都不存在了。
乔治·伽莫夫对我们说，“时间变慢”就是：“山中方七日，世上已千年”是科学真理，不是神话。当坐标还原时，“效应”不再消失，把这一切因测量出现的“效应”全部描述成为“真实的物理存在”。由此可以造出无数神奇有趣的故事。当范伯格快子理论说相对论允许超光速运动存在时，人们以为人类可以超光速飞行。根据“相对论”，运动超过光速时，时间会倒流，因此老人可以因乘坐宇宙飞船旅行而变得年轻，还可以回到恐龙时代去观察霸王龙与异特龙的战争我们要告诉读者：时间变慢与空间收缩同源，我们的空间会因运动而收缩吗？宇宙飞船如果速度太快会变短的活，那还真麻烦呢！回到地面上以后，里面的“扁人”可以横着出来，而外面的正常人就再也别想进去了，因为飞船舱门变得太窄。既然“坐标还原，效应消失”，这一切就都是不可能的。所有这一切不可能性雄辩地说明：乔治·伽莫夫对相对论的理解和宣传是完全错误的！
由于条件限制，我国哲学界的多数论者不懂相对论，不知乔治·伽莫夫这一套是“错误科普”，反而把这种违背常识的描述当作“科学新发现”，写进自己的哲学教科书中，并尽力为这些说法寻找其“哲学意义”，人为拔高它的地位和作用，在我国哲学界长期造成不良影响。
令人深感不安的是：乔治·伽莫夫对相对论的错误解释，近年还被很多人当作“科学”到处推介。例如，韩树英主编的《通俗哲学》，某杂志上说的“横竿过窄门”，某报纸上所说的“潜水艇悖论”，都在宣传尺缩效应是“真实的物理存在”，违背了爱因斯坦的本意。
本来，科普工作者只要认真阅读一下权威大学的专业教科书，在哲学立场正确的前提下就不会犯此类错误。例如，上海交通大学出版社1991年8月出版的《大学物理教程》第一册（吴锡珑主编）第259页，在介绍了尺缩钟慢效应以后说，“最后应强调，时间延缓和动钟变慢都是相对运动的效应，并不是事件内部机制或钟的内部结构有什么变化。”同书第261页指出：“当然，这缩短也是相对运动的效应，是空间距离的量度具有相对性的反映，并非尺的材料真的收缩了。”中国科学技术大学出版社1990年出版的张家铝等编著的《相对论物理 热力学 统计物理》一书，对此有相似的说明。吴锡珑主编的书中还指出，牛顿对于力所下的定义是F=d(mv)/dt，即同相对论对力所下的定义完全一致，不是F=ma。（F=ma是恩斯特·马赫对牛顿力学所做的“修改”）然而我国众多的科普书刊仍然把牛顿力学中力的定义说成是后者，而不是前者。张家铝的书中还雄辩地说明，狭义相对论的时空是绝对时空，只在没有任何物质的理想空间有效。而我国众多的“自然辩证法工作者”，仍然把狭义相对论时空说成“相对时空”。很多论者还没有读过这些大学教材就发表文章，更不要说对这些教材也应抱着讨论、研究的态度去阅读了。有这样的治学态度，科普的错误很难避免。
2.哲学与物理学学科性质的混淆
对“尺缩钟慢”在物理学界就存在不同理解。除了狭义相对论以外，洛仑兹认为“尺缩”是真实物理存在，原因是运动物体和宇宙物质发生相互作用；英国物理学家洛治则认为，不需要假定长度收缩，因为迈克尔逊试验测不出地球相对以太的运动速度，是因为地球牵着以太跑，它对地球的速度当然是零。哲学工作者虽然没有完全弄懂这是怎么一回事，大可不必因为在物理界内部都众说纷纭的“结论”而“修改”哲学。哲学具有非实证的、驾驭全局的特性，不能对局限条件非常严格的个别物理现象进行无限制的“哲学概括”。试想，由“尺缩钟慢”引出的结论对于人类社会适用吗？用于生物体又如何？生物跑得越快耗能越大，新陈代谢太快会招致早死。把哲学当成实证科学，出现解释不了的现象就赶快修改原理，是不尊重哲学的学科属性。而且这种对原理的随意修改，必然使自己的论述矛盾百出，不能自圆其说。
3.自然科学结论“上升”到哲学的方法错误
我国哲学界对于从狭义相对论结论“上升”为哲学结论，有两种不同的做法。一种是用哲学术语直接替换物理术语，比如把“尺子”换成“空间”，把“时钟”换成“时间”，说相对论“把洛仑兹变换看成是空间、时间本身的变化。……这是由于空间自身的伸张性和时间自身的持续性随着运动状态变化的结果。”[1](P139-140)这种“上升”方法最省力，但完全不合逻辑。“尺子”、“时钟”是个别、局部、具体，而“空间”、“时间”是一般、全局、抽象，二者怎能等同呢？提出这种论断者也许知道爱因斯坦把“尺缩”看成与测量有关的运动学效应，而不是与引力有关的动力学效应，为了说明时空真的变了，就采取了上述做法。第二种是用具体物质变化说明时空变化。如认为“狭义相对论揭示了牛顿力学所没有的新现象，如运动的尺子会缩短，运动的时钟会变慢。……就是说，空间的广延性和伸张性是随着物质运动的变化而变化的。……时间的间隔性也是随着物质运动的变化而变化的，而不是绝对不变的。”[2](P84)这里讲尺子和时钟本身在变，不说时间和空间在变，而说空间的广延性、伸张性和时间的间隔性在变。这就避免了无限时空（哲学时空）还会变来变去的逻辑错误，说明论者用语谨慎。但是，这种说法把“尺缩钟慢”说成真实的物理存在，违背了爱因斯坦的本意。这两种意见尽管不一致，却从来没有进行过认真争论，由此也看出人们对问题的马虎态度。
二、对唯物辩证法的严重歪曲
由于对科普中的错误缺乏鉴别能力，又违背哲学的学科性质而将物理结论硬塞进哲学体系中，辩证唯物主义被歪曲得不成样子。这是哲学发展史上的空前灾难。以上歪曲狭义相对论结论所生成的哲学衍生物，通常被称为“相对时空观”，由之推出的一系列结论令人吃惊。
1.时空失去客观性
时间、空间到底是客观的存在形式还是主观感觉的产物？这是我们同所谓“相对时空观”的根本分歧。相对时空观把“尺缩”看成真实的物理存在，这样，时间和空间就没有客观性了。因为每位观测者都有属于他自己的时间、空间，时间、空间随着观测者的状态改变而改变，它只能是主观的。恩格斯所说“时间和空间是存在的基本形式”之“基本”二字就被否定了。
2.靠“坐标变换”改变客观事物的性状
这种观念更神奇的地方是：靠坐标变换可以改变客观事物的性状。如果我选用静止坐标系，物体A长度为100米；我改用运动坐标系，假定运动速度为
，物体长度就只有50米了。物体长度要随着我选用何种坐标系而变来变去，这比“意念致动”更神奇。但是唯物主义者知道：不消耗能量，物体就不会真正变化，坐标变换仅仅是“理想试验”。只有唯心主义者才会相信：不消耗能量就会使物体发生变化。
3.辩证法真的成了“变戏法”
我们可用一个实验为例说明“相对时空观”有多么神奇。
假设有一条未接通的串联了电源、灯泡的电路，A、B为正负极，相距L；另有一金属板，长度也是L，两端点分别为P、Q。设PQ与AB在同一条直线上相对运动，如果运动速度很慢，到某时刻，A点正好同P点重合，B点正好同Q点重合，线路接通，灯泡就亮了。问题是：当运动速度极快时，如果观测者跟随电路，按相对时空观，金属板PQ处于运动状态，应该收缩变短，灯泡就永远亮不起来了。但人是万物之灵，他可以选择跟金属板在一起，让AB收缩，这样灯泡会亮得时间更长。灯泡亮不亮完全取决于人选择何种坐标系！主观操纵客观。
读者需注意的是：正确理解相对论认为，狭义相对论理论不适用于这个问题，这个问题应用经典力学解决。
4.总结：主观唯心主义代替唯物辩证法
爱因斯坦曾经提出“可分离原则”，强调客观不依赖于主观。而且狭义相对论的结论“看不到尺缩说明其存在”排斥了“感觉原则”，更说明客观事物完全不依赖于人的主观感觉。主观唯心主义不应该是相对论对哲学的“贡献”，然而不幸的事情毕竟发生了，值得探究其原因，减少今后类似事件的发生。
三、相对论本应对哲学做出的贡献
相对论本来至少可以在以下四个方面对哲学做出贡献：
1.立场不同，结论不同
可以打这样的比方说明狭义相对论：一只茶壶肚子外面转圈写有五个字：“可以清心也”。从正面看是这样，从侧面看可能就是“也可以清心”、“心也可以清”、“清心也可以”、“以清心也可”，都说得通，本质上就是一句话五个字。狭义相对论告诉我们的是：站在不同坐标系观测同一事物，会得到不同的结论，而本质上它们是一件事。我们已经很久不讲立场问题了，其实立场问题至关重要，对同一件事，立场不同结论就不同，这是典型的哲学问题。
2.条件变了，规律要变
不同坐标系赖以区别的本质是它们确立的条件。狭义相对论的规律在惯性系内有效，在非惯性系就无效，所以广义相对论不承认光速不变。对于哲学的意义就是“条件变了，规律一定要变”，所以我们要“与时俱进”，要不断创新，把创新看成是党的生命，民族的生命，国家的命运所系。
3.可分离原则——爱因斯坦对唯物主义科学观的朴素描述
可分离原则虽然和相对论没有直接关系，但正如前文所说，看不到“尺缩”才说明狭义相对论正确，这表明：客观事物是完全不依赖于主观的，是独立存在的。这就是爱因斯坦可分离原则的本质。可分离原则是1935年爱因斯坦在与两位朋友合写的文章（又称“EPR论证”）中提出来的，文章认为物理实在的判据存在两个假设：(1)物理实在是独立于人的感觉、意识之外的客观实在；(2)物理实在在空中可以分离开来独立存在。后者即称为可分离原则。(1)与(2)在逻辑上是分不开的，即前者成立后者才成立，后者成立，前者也一定成立。然而很多论者却在承认假设(1)的条件下反对假设(2)，连起码的逻辑规则都不讲。这实际上是爱因斯坦对辩证唯物主义科学观的朴素描述。这种科学观认为，科学是用来预测未知的；未知世界是与人的感觉无关的客观存在，所以“由已知可以推论未知”是唯物主义原则，也是人类需要科学的理由。
4.正确认识哲学的地位和作用
哲学是非实证的，以上三条都是实践的，而不是实证的；是普遍有效的原则，而不是针对某具体学科的，所以它们是相对论对于哲学的启示。哲学不是科学的奴仆，但也不是“总科学”。哲学是科学之林中的一棵参天大树。哲学的研究对象具有非实证特性，凡是实证性命题，或迟或早都要归具体科学去处理，不再是哲学研究的任务。但是哲学必然对具体科学发生影响，因为具体科学中包含有哲学问题。
四、认真总结经验，改变哲学落后现状
哲学落后于实际需要，这是不争的事实。
1.哲学落后于自然科学的原因
哲学落后的原因很多，与人的素质有关，但不能简单地归结于个人素质。20世纪以来，自然科学分门别类地快速发展，使任何人想要弄懂其中的一门科学已属不易，更不要说在懂这门科学的基础上研究它的哲学问题。但是不懂这门科学，又怎么可能对它有中肯的哲学分析呢？哲学工作者只好通过科普了解科学，而科普本身常常出错，哲学落后就是必然的。
要克服上述困难，可以有几种办法。其一是科学家认真学习哲学，自己从事与本门科学有关的哲学研究。这样做难度很大，因为实证科学（如物理）工作和哲学工作的思维方式不一样，要让以实证为主要特征的头脑从事纯思辨的研究，而且熟悉其中的规则，非下大力气不可。这样做可能没有实物发明的机会，没有得奖的机会，无疑是一种牺牲。其二是让有成就有经验的科学家从事科普工作，减少科普的错误。这条路看来轻松一些，但如果不谨慎也会犯错误，乔治·伽莫夫就是专业物理工作者，不是一般科普作家。这就要求自然科学家有坚定的辩证唯物主义立场。哲学工作者根据这样的科普材料研究哲学，虽不会有大的进步，也可少犯些错误。
2.科普是联结科学与哲学的桥梁
克服困堆的第三种办法，是科普作家对科学有深刻了解，又有很高的哲学造诣。在科普作品中充满哲理，把可读性、思想性、科学性真正融为一体。科普既然是联结哲学与科学的桥梁，就应该提出这样的高标准、严要求。换言之，在部分科普作家是文艺家的同时，另一些水准更高的科普作家应该是哲学家。只有到了这时，哲学才会赶上自然科学前进的脚步。
造成困难的更深层根源，还在自然科学本身。所以克服困难的第四种办法是深化自然科学自身的研究。对很多问题，不是我们说不清楚，而是科学家自己还没有研究清楚，对于相对论所涉及的问题也应这样看。比如让很多人感觉迷惑不解的是：既然“尺缩”是一种测量效应，为什么基本粒子在运动中的增质又是“真实的物理存在”呢？科学家没说清楚这件事，是研究工作还不深入。专业物理工作者有一种误解：科普是文艺界的事。其实，你对一个问题不能通俗地解释清楚，说明你的研究还不到位，还存在某种不足。基本粒子在运动中增质是引力效应，不是运动学效应。因为增质需要消耗大量能量，这些能量转化为基本粒子的质量。宇宙射线中粒子的能量有来自太空，也有地心引力的作用；大型回旋加速器中的粒子增质，更是不断消耗能量的结果。这和“尺缩”完全是两回事，“尺缩”不涉及能量问题。
3.重视哲学的非实证特性
波普不满意哲学的这一特性，把不能证实也不能证伪的结论排除在科学之外，所以认为哲学不是科学。我们不赞成波普的观点。我们认为科学与非科学的分界不在结论的实证与否，而在于是否对人类的行为进行规律性的正确指导。能正确指导人类社会行为，达到既定目标的就是科学，因此社会科学、人文科学、哲学都是科学。但哲学的特殊性在于其非实证性，否认或忽视这一点就会犯错误。讨论相对论对哲学的影响，有助于加强对哲学特殊性的认识。
4.哲学对物理学也要产生影响
哲学时空观的错误阻碍着物理学的发展。由于“相对时空观”的影响，人们不承认牛顿力学和相对论的一致性，就连专业物理工作者也要在牛顿和爱因斯坦之间划上一道鸿沟，这已经给物理学的发展造成了障碍。例如，人们未能全面准确地理解和运用牛顿力学中运动质点（注：根据需要研究的问题，物体大小和形状可以忽略不计时，我们把这种物体看作是没有大小和形状，只有质量的点，并称其为“质点”。）的能量公式。这一公式只反映动能，也只在“理想平面”上有效，地面不是理想平面。在地面上，因为物体重力垂直于运动方向，我们把地心引力的作用忽略了，公式近似地可用。在强引力场和质点以较高速度运动时，与质点运动方向垂直的引力就不能忽略，然而我们有些物理工作计算结果是对垂直方向引力“忽略不计”，这就得出牛顿力学不能应用于高速运动的结论。
爱因斯坦通过自己的工作，强调“条件变了，规律要变”，这给了我们启示。假设质量为m的质点在地面上由静止加速到速度v，按牛顿力学，需要的能量是
。一个高速沿地平面运动的质点，质量不变，重量却会减轻，即它摆脱了部分地心引力，这就要消耗能量，上述公式无法包括这部分能量。当v大于每秒7.9公里时，质点会脱离地心引力，逐渐飞上太空。这就增加了势能，当然要消耗能量，公式仍然不包括这些能量。要解决这一问题，需要对牛顿力学进行更深入细致的研究，因受“牛顿爱因斯坦根本对立”错误观念影响，物理学界在一定程度上忽视了这件事。计算表明，在特定引力场中，当质点的运动速度达到光速时，这种因上升消耗的能量也正好是
。因此，在引力场中将一个质点从静止加速到光速c，需要消耗的总能量是两种方式消耗能量的总和，即有公式：
这就是质能关系式。质能相当理论是爱因斯坦对物理学的贡献，但它完全在经典力学范围内。这关系式说明质量也和能量一样，是物质的一种性质或能力，而不代表物质的量。由此结论向前继续讨论，以两者关于力的定义的一致性为基础，牛顿力学和相对论就统一起来。比如光线途经太阳附近时发生偏折，按“牛顿力学”计算是0.87秒（注：秒是角度单位，1秒等于3600分之1度。）；按广义相对论计算是1.75秒，人们就说牛顿力学不正确，因为计算结果只有正确结果的一半。但是根据我们前面的分析，在质点以光速运动时，公式不能说明光子的全部能量，光子的总能量是
，由总能量换算成光子的“运动质量”增加了一倍，受太阳的吸引力就增加一倍，偏折也增加一倍。这不就同相对论一致了吗？还有很多问题，不是一篇短文可以说得清楚的。但由此例可见，现代物理学的很多论断还不能简单地看成“定论”。这是哲学工作者必须注意的事实。
标签：哲学论文; 相对论论文; 狭义相对论论文; 哲学研究论文; 物理科普论文; 数学论文; 牛顿力学论文; 爱因斯坦论文; 物理论文; 牛顿论文; 力学论文; 科学论文; 自然科学论文;