爱因斯坦与霍金科学哲学思想异同初探——纪念爱因斯坦逝世50周年和相对论发表100周年，本文主要内容关键词为：爱因斯坦论文,霍金论文,周年论文,哲学思想论文,异同论文，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］B01 ［文献标识码］A ［文章编号］1009—8267[2005]3—0028—04
爱因斯坦是举世公认的伟大科学家，他在科学上的辉煌成就至今为世人所景仰，我们生活的现实世界和观念世界无处不渗透着爱因斯坦的科学思想与科学成就的巨大影响。同时，他还是一名伟大的哲学家，其思想中包含着丰富而又深刻的哲理，许多哲学家现在仍广泛引用和研究爱因斯坦的哲学思想。霍金是英国剑桥大学教授，他提出了许多新的独特的理论，被誉为继爱因斯坦之后世界上最著名的科学思想家和最杰出的理论物理学家。特别是他身患顽疾，长期被禁锢于轮椅之中，甚至丧失了语言能力，但他身残志坚，仍努力攀登科学高峰，并取得了突出的成就，受到了全世界人民的崇拜。作为两位最伟大的科学家，他们的思想无疑有着相同而又相互区别之处。本文试图就他们的科学哲学思想的异同进行初步比较分析，以管窥两位科学大师的思想。
一
1、爱因斯坦——实在论者
从总体上看，爱因斯坦是一位实在论者。爱因斯坦所论及的实在概念主要包含两个方面的内容，即本体论意义上的实在和科学理论意义上的实在。如，他在与英费尔德合写的《物理学的进化》中说：“我们企图理解实在，多少有些像一个人想知道一个合上了表壳的表的内部机构。”[1]这里的“实在”就是本体论意义上的实在。但是，爱因斯坦认为，我们不能从逻辑上证明外在世界的存在，因此他从科学研究基础和动力的意义上去认识这种本体论意义上的实在，把实在看作潜在于科学研究者的科学活动之中的强烈而又神秘的推动力。
对于科学理论意义上的实在，爱因斯坦认为这种实在概念随着科学的发展而发展变化。他认为，牛顿体系中的物理实在是由空间、时间、质点和力等概念来表示的，质点是表示实在的唯一形式。在麦克斯韦以后，物理实在是由连续的场来代表的，它服从偏微分方程。在爱因斯坦看来，从牛顿到麦克斯韦的实在概念的变革，是物理学自牛顿以来的一次最深刻和最富有成效的变革，但同时这种变革不是最终的，实在的概念会随着科学的发展而发展。
对于理论与实在的关系问题，爱因斯坦并不十分注重理论与实在的简单对应关系，而是更偏重于理论体系的简单性与逻辑完备性。他认为，命题如果是在某一逻辑体系里按照公认的逻辑规则推导出来的，它就是正确的。例如，早在广义相对论被证实的五年前，爱因斯坦就对广义相对论表示“非常满意”，他说：“不管对日蚀的观测成功与否，我对于整个体系的正确性已经不再怀疑。这件事的道理太明显了。”[2]
2、霍金——实证论者
尽管霍金也说过，“在我认为存在一个有待于人们去研究和理解的宇宙的意义上，我愿承认自己是个实在主义者”，[3]但从总体上看，霍金是一位实证论者。他不仅公开宜称“我是实证主义者”[4]，而且，在他的著作中经常出现“从实证主义哲学的观点看”和“对于我这样的一名实证主义者而言”等字眼。虽然科学哲学的发展早就越过了逻辑实证主义的阶段，但霍金认为实证主义并未过时，那些认为实证主义已过时的人是对实证主义的污蔑。霍金还高度评价实证方法对科学研究的重要性，他说：“我所概括的实证主义似乎是人们为描写宇宙而寻找新定律新方法的仅有的可能的立场。”[3]他还宣称：“至少对一名理论物理学家而言，把理论视作一种模型的实证主义的方法，是理解宇宙的仅有手段。”[3]
根据实证主义的立场，科学理论仅仅与经验发生联系，与实在无关。所以，作为实证论者的霍金，实在不会出现在他的研究视野之内。因此，当涉及理论的真理性问题时，霍金不是求助于实在，而是强调理论本身的逻辑自洽。他认为，在发展理论物理中，寻求逻辑自洽总是比实验结果更为重要，优雅而美丽的理论会因为不和观测相符而被否决。相反，如果该理论是优雅的模型，它能描写大量的观测，并能预言新观测的结果，则它就是一个好理论。除此之外，问它是否和实在相对应就没有任何意义，因为我们不知道什么与理论无关的实在。
3、爱因斯坦——科学的确定性
爱因斯坦终生所追求的理论都是确定性的理论，他的名言“上帝不会掷骰子”就是对他这种科学信念的真实写照。也主要是由于他对科学的确定性的信仰，导致他与哥本哈根学派进行了长时间的论战。他认为，物理规律无论在宏观世界还是在微观世界都是确定的，量子力学采用的几率解释是肤浅的、不真实的，其原因是因为量子力学本身发展的不完善，所以人们应当为量子力学的成功而感到羞愧。
对确定性科学的信仰使得爱因斯坦孜孜不倦地追求决定论和因果性，坚决反对非决定论，甚至认为他的科学本能都反对放弃严格的因果性。在他看来，属于量子物理学的非决定论是主观的非决定论，它必定同某种东西有关，否则就毫无意义。由于对客观世界的确定性与因果性的坚定信念，他坚决反对电子有自由意志的说法，他表示“决不愿意被迫放弃严格的因果性，而对它不进行比我迄今所已进行过的更强有力的保卫。”他说，如果电子有自由意志的话，“我宁愿做一个补鞋匠，或者甚至做一个赌场里的雇员，而不愿意做一个物理学家。”[5]在爱因斯坦的著作中，我们经常可以看到类似的论述。
4、霍金——科学的不确定性
与爱因斯坦坚决反对量子力学相反，霍金吸取了量子力学的思想，并把这些思想作为科学研究的基本信念，其中最具有代表性的就是霍金接受了海森堡的测不准原理，并把它推而广之，认为不确定性是量子力学的精髓，不确定性原理是研究整个宇宙的法则。对于不确定性原理对科学研究的影响，他说：“事实上，我们已经重新将科学的任务定义为发现能使我们在由测不准原理设定的极限内预言事件的定律。”[6]霍金从宇宙的不确定性出发，认为宇宙应该拥有所有多种可能的历史，每种历史各有其概率，多重宇宙之间的通道是虫洞，而且多重宇宙的思想可以解决由不确定原理所导致的二律背反问题。鉴于此，霍金认为，我们不应该只研究现实的存在，还应该研究可能的存在。
霍金把科学的不确定性应用到宇宙学的研究上。他认为，与大尺度比较而言，不确定原理在小尺度时更为重要。他说：“当宇宙尺度很大，正如它今天这样时，骰子被投掷的次数极为巨大，其平均结果就会得出某种可预见的东西。这就是为何对于大系统经典定律有效的原因。但是，当宇宙尺度非常微小时，正如它在邻近大爆炸的时刻，投掷骰子的次数就很少，而不确定性原理则非常重要。”[7]
二
1、弘扬非理性因素
在科学创造的活动中，爱因斯坦特别强调幻想、想象、直觉、灵感和信念等非理性因素的作用。他认为，在我们的思维和语言表述中所出现的各种概念，不能从感觉经验中归纳地得到，它们都是思维的自由创造。在这种思维的自由创造中，非理性因素自然会发挥至关重要的作用。另一方面，在公理和它们的可证实的结论之间有一条很宽的鸿沟，应当允许科学家有权去自由发挥他的幻想，因为除此以外就没有别的道路可以达到目的。而且，爱因斯坦认为这种幻想并非“白日做梦”，而是为求得逻辑上最简单的可能性及其结论的探索。正是爱因斯坦少年时期的追求幻想，奠定了他后来创立相对论的一些基本思想。
爱因斯坦在《论科学》一文较为集中地论述了非理性因素对科学研究的影响，他说：“我相信直觉和灵感”。紧接着，他强调了想象力的作用，这句话被奉为经典而被广泛地引用，“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。严格地说，想象力是科学研究中的实在因素。”继而，他阐述了科学信念对他的影响：“相信世界在本质上是有秩序的和可认识的这一信念，是一切科学工作的基础。这种信念是建筑在宗教感情上的。我的宗教感情就是对我们的软弱的理性所能达到的不大一部分实在中占优势的那种秩序怀着尊敬的赞赏心情。”[5]
虽然霍金认为自己是一位实证主义者，对于通过非理性方式如想象、直觉等得到的思想要得到证明或证实后才会相信它。如他说：“我很依赖直觉，我试图猜出一个结果，但是之后必须证明之，”[3]但由于霍金的主要研究领域是现代物理学特别是宇宙学，所以，思辨是必不可少的方法，而思辨的过程中非理性因素将得到充分的发挥。因为，相对于人而言，宇宙是如此之大，以至于所有的宇宙学理论都不能完全用实证的方法来把握；而且，研究宇宙学又必定会涉及到基本粒子的研究，相对于人而言，基本粒子又是如此之小，也不能完全用观测的方法来认识。
研读霍金的著作，我们能感受到他严谨的科学精神，因为他的理论都建立在严密的逻辑推理和科学论证的基础上，同时，我们也会为他丰富的想象力所折服。例如，霍金在《时间简史》、《果壳中的宇宙》等著作中提出并论述的时间旅行、祖父佯谬、虫洞和虚时间等理论和概念，充分表现了霍金那非凡的想象力。霍金把量子力学应用于宇宙学而提出了黑洞辐射理论，认为黑洞不但有进，而且有出。又如，他提出的“膜的新奇世界”，在这个世界中，时空是10维或11维的，我们有可能就生活在多维空间中的一张“膜”上，等等。没有丰富的想象力是很难提出这些理论和思想的，而且这些理论目前根本无法验证。
2、追求科学的统一性
对统一性的追求既是爱因斯坦重要的科学哲学思想，又是指导他进行科学研究的重要方法论原则。他认为，物理学研究“从一开始就一直存在着这样的企图，即要寻找一个关于所有这些学科的统一的理论基础，它由最少数的概念和基本关系所组成，从它那里，可用逻辑方法推导出各个分科的一切概念和一切关系。”[5]可见，爱因斯坦进行科学研究的目标就是寻求世界的统一性，而且他认为这种目标在很大程度上是能够实现的。从他的第一篇科学论文（在这篇论文中他试图理解毛细现象与引力这两种似乎相互矛盾的作用力）到狭义相对论，再从广义相对论到统一场论，对统一性的追求贯穿于爱因斯坦整个科学生涯。
虽然爱因斯坦在追求科学的统一性道路上取得了辉煌的成就，但也遇到了重大的挫折，如在他生命的最后三十多年时间内从事的统一场论研究最终未能取得成功，甚至在与哥本哈根学派的争论后期渐处下风，日益陷入孤独之中。不过，爱因斯坦的科学实践却给当代的物理学发展提供了大量值得借鉴的宝贵思想。可以说，下述霍金的统一性思想在一定意义上也部分来自爱因斯坦。
霍金也是统一理论的执着追求者。在霍金看来，只要宇宙是受确定的定律所制约的，那么人们最终肯定能将这些部分理论合并成一套能描述宇宙中任何东西的完整统一理论，而且这种理论能描述所有可能的观测。对此，他进行了艰苦的探索。
他认为，量子力学和广义相对论是当代科学家用以描述宇宙的两个基本理论，但这两个理论不是互相协调的，它们不可能都正确。所以，他试图创立量子引力论，把二者合并到一起，初版于1988年的《时间简史》就以此为主题。在《时间简史》的最后，霍金对统一理论的前景表示了乐观。他说：“在谨慎乐观的基础上，我仍然相信，我们可能已经接近于探索自然的终极定律的终点。”[6]但是，到了2001年，霍金对终极理论又没有那样充满信心了。他在《果壳中的宇宙》的前言中写道：“当1988年《时间简史》初版时，万物的终极理论似乎已经在望了。从那时开始情形发生了什么变化呢？我们是否更接近目标？正如在本书将要描述的，从那时到现在我们又走了很长的路。但是，这仍然是一条婉蜒的路途，而且其终点仍未在望。”[7]不过，霍金在《果壳中的宇宙》一书中对统一性问题继续进行探索，他认为“M理论”有可能就是这种理论。尽管霍金在探索统一理论的征途上取得了一定的成绩，并且这些成绩明显超过了爱因斯坦，但我们似乎从他身上看到了当年爱因斯坦的影子。
三
综上，我们可以看出，爱因斯坦的科学哲学思想中包含实在论与追求确定性科学的思想，而霍金的科学哲学思想中则包含实证论和追求不确定性科学的思想，这是二者的主要区别，而他们的共同点是弘扬非理性因素和追求统一理论。爱因斯坦的实在论思想是历史地形成的，其间他吸取了许多哲学家和科学家的思想精华。尽管爱因斯坦也重视理论的证实，但相对于霍金来说，他的实证思想淡得多。霍金的实证论思想是在当代科学发展的大环境中形成的，尽管他的科学理论许多都不能证实，而且从科学哲学的发展来看实证主义确实有点“过时”，但当代科学技术的发展总体上还是实证性的，这可能是霍金的实证论思想形成的历史原因。
爱因斯坦追求科学的确定性是很自然的，因为爱因斯坦所创立的主要科学成果，如狭义相对论、广义相对论等都是确定性的科学，同时他又极力排斥量子力学的几率解释和不确定原理，这必然使他相信确定性的科学，而把量子力学视为不科学的。霍金试图统一广义相对论和量子力学，而不确定原理是量子力学的基本原理，要达到统一二者的目标，霍金必然要接受不确定原理。也正因为如此，使得霍金的理论充满了不确定性，他的许多思想目前乃至以后相当长的一段时间内根本无法验证，使得他在短期内不可能获得诺贝尔奖，这也与他的实证思想相映成趣。
从爱因斯坦与霍金对科学认识活动过程中非理性因素的重视和对统一理论的追求这两个共同点出发，我们可以窥探出当代科学发展的某些趋势。当代科学的发展突出了创新的重要意义，而非理性因素在创造活动过程中起着至关重要的作用。科学研究必须突破前人，为此科学家必然要充分发挥主观能动性，凭借想象、直觉等非理性因素自由创造新概念、新理论，再对之进行实验检验。当然，科学活动中逻辑推理等理性方法也十分重要，但非理性因素的作用决不应该被忽视。这可以说是爱因斯坦与霍金作为科学家对哲学意义上的认识论和方法论的重要贡献。
追求统一是众多科学家的梦想，也是爱因斯坦和霍金从事科学研究的重要指导思想与方法论原则。20世纪物理学的发展主要有两大趋势，一是追求统一性，另一就是探求复杂性，爱因斯坦与霍金可以说是追求统一性的两位杰出代表。虽然爱因斯坦在晚年陷入孤独，但美国著名科学史学家霍耳顿在《爱因斯坦，历史和其他激情》的著作中却认为，在爱因斯坦逝世后好几十年的现在，比起在其生命的最后二十年期间所应得到的信任来说，物理学的许多分支更加意识到他那富有生命力的作用。[8]无独有偶，杨振宁也高度评价爱因斯坦的统一性思想，他说：“曾经有一段时间，在一些人中有这样的印象，认为统一的想法是在爱因斯坦的老年侵袭了他的某种成见。是的，它是成见，但这是关于理论物理学的基本结构应该是怎样的一个有洞察力的成见。我还要加上一句，这种洞察力是今天物理学中经常出现的主题。”[9]尽管爱因斯坦与霍金的经历已表明追求统一性这条道路的艰辛程度，但我们可以预见，统一理论这一迷人的梦想必将吸引更多的科学家为之长期奋斗。而且，霍耳顿把西方科学思想中对统一性的追求与现代科学为什么于十七世纪在欧洲而不是在中国出现的原因联系起来。[8]鉴于此，我们应该重新审视爱因斯坦在生命的最后几十年中所付出的努力，并结合包括霍金在内的当代物理学家的研究对统一性重新进行认识。
当然，作为两位科学巨匠，爱因斯坦和霍金的思想博大精深，其科学哲学思想也绝非上述几点可以全面概括，笔者只是希望通过对两位科学大师的科学哲学思想的初步对比分析，以期收抛砖引玉之效，推动对他们的科学哲学思想的深入研究，从而对其思想有更深、更全面的认识。
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