论爱因斯坦的统一性思想，本文主要内容关键词为：爱因斯坦论文,思想论文,统一性论文，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〕N02 〔文献标识码〕A 〔文章编号〕1008-2689(2003)03-0081-03
统一性思想不仅是哲学上，也是科学上的重要思想。20世纪物理学大师——爱因斯坦的学术生涯中处处体现出了这一光辉思想，“世界是和谐统一的”，也成为爱因斯坦心目中最高、最神圣的追求目标。
论及爱因斯坦的统一性思想，应追溯及他的孩提时代。从孩提时对大自然那深深热爱之中，爱因斯坦便深切体会到了自然界的美丽、和谐、统一。爱因斯坦总是认为，一定有什么东西深深地隐藏在事物的后面，宇宙的这种神秘感，按他自己的话说：“这是一切真正艺术创作及科学发明的灵感的源泉。”[1](90)当爱因斯坦逐渐地掌握了科学知识，了解了大自然的规律后，他对世界的和谐、统一性更是深信不疑。斗转星移，春华秋实，昼作夜息，秩序井然，一切都那么和谐！他为大自然的神秘而感到惊奇。当他在宇宙奥秘中艰辛探索时，他从自然界的统一性中得到的是“壮丽”的感觉。“探索大自然的统一性”这项伟大而壮丽的事业时时伴随着他直至终身，也给他的生活带来了无穷乐趣：“感觉到在直接知觉中呈现出的互不相关的诸现象的整个综合体的统一性是多么美妙啊！”[1](91)1901年，爱因斯坦在《物理杂志》上发表了第一篇科学论文《由毛细管现象所得的推论》，虽然后来他对这篇论文的评价是“毫无价值”，但这篇论文却初次体现着他的统一性思想。
一、统一性思想是科学发展的重要源泉
爱因斯坦所推崇的统一性思想有它悠长的历史渊源，有强大而旺盛的生命力。早在文化灿烂的古希腊时期，原始唯物论者就把纷繁复杂的大千世界的统一看成是顺理成章的。泰勒斯（活跃于公元前580年左右）认为世界是由水组成的，道尔顿(1766-1844)的科学原子论把原子作为构成世界的基本粒子，奥斯特瓦尔德(1853-1932)把能作为物理世界的统一本原。统一思想不仅是哲学的基本思想，而且也是自然科学的基本思想。普朗克曾说：“自然科学从一开始就把各种各样的物理现象概括成一个统一的体系作为自己最伟大的目标。”[1](91)人们在一次次寻求着可以统一物质世界的特殊材料。
世界的统一性思想对具有理性思维的人来说似乎是不言而喻的，但对缺乏哲学头脑的人来说，却很难看出隐藏于复杂世界后面的统一性。著名数学家莱布尼兹(1646-1716)于1712年被聘为宫廷顾问，经常与国王谈论哲学问题。一天莱布尼兹向国王讲解“同一律”，指出天地间没有两个完全不同的东西。国王不信，马上派卫士和宫女到御花园中去找两片完全不同的树叶。当莱布尼兹指出它们之间的统一之处时，国王还是颇感迷惑不解。因为没有哲学头脑的国王不懂得世界统一性的思想，以及统一性思想的深刻哲学背景。
世界是物质的，世界统一于物质。恩格斯(1820-1895)的一段精辟而透彻的话也许能给我们带来一些启发：“两种不同的物体总有某些质是它们所共有的，一些质是在程序上不同的，还有一些质可是这两种物体之一所完全没有的。如果我们拿两种极不相同的物体——例如一块陨石和一个人来比较，那末我们由此得到的共同点便很少，至多只有重量和其他一般物体属性是二者所共有的。”[1](92)世上万物之间的差异是存在的，统一性也是实实在在的。
在人类历史发展的长河中，灿烂的思想火花闪耀不止，统一性思想则是其中炫目无比的一朵。千百年来，它激励着无数充满智慧的科学家去探寻世界的奥秘。开创经典物理学的一代宗师牛顿，以其运动定律把物质世界变幻多姿的运动统一起来。大至辽阔宇宙中的恒星，小至微小粒子，无不遵循这神奇的三定律。对于苹果落地与行星运转这两类极不相同的现象，也找出了支配它们的共同的力——万有引力。由此牛顿建立起经典力学的雄伟大厦。到19世纪，伟大的麦克斯韦又建立起了一组方程，把更加变化无常的电、磁、光统一起来，赫兹(1857～1894)测定电磁波传播的速度恰恰等于光速的实验更加明确了这一理论的正确性……
然而，在20世纪科学界高举“世界统一性”思想大旗的无疑应首推爱因斯坦。从青少年时期对“统一性思想”的浓厚兴趣，到创立相对论等一系列辉煌的科学成果，他始终不渝地坚信和应用着这一思想。这不仅是他为科学奋斗不息的重要力量源泉，也是他探索科学、追求真理的一大目标。检阅爱因斯坦一生半个多世纪的科学工作，虽然内容繁多，却无一不贯穿着统一性思想。
二、不懈的追求
1901年，爱因斯坦在给格罗斯曼的信中说，他曾想把原子之间的引力推广到气体分子之间，找出分子引力与牛顿的超距作用力之间的内在联系。他说：“以那些看来同直接可见的真理十分不同的各种现象中认识到他们的统一性，那是一种壮丽的感觉。”[1](93)苏联著名物理学家约飞曾忆起爱因斯坦说过的一句话：“只要还没有统一的场，对我来说就没有物理学。”[1](93)要理解爱因斯坦的这种思想境界，就必须对他的自然观和科学观有所了解。对于他，全部自然界，特别是全部的物理学是一个统一的、在其内部不可能存在尚未解决的矛盾的整体。
从1900年的第一篇科学论文到1954年的最后一篇科学论文；从研究毛细管现象、布朗运动到研究光量子效应；从狭义相对论、广义相对论到统一场论；无一不渗透着他对统一性思想的追求。
爱因斯坦在其《关于光的产生和转化的一个启发性观点》文章的一开始，便用统一性观点分析了当时物理学的现状：“物理学家们关于气体或其他重物体所形成的理论观念同麦克斯韦关于所谓空虚空间中的电磁过程的理论之间，有着深刻的形式上的分歧。”[1](94)正是为了消除这种形式上的分歧，他大胆提出光量子论，指出光不仅具有波动性也具有粒子性。光的波粒二象性思想使关于光的本性的几百年来飘摇不定的争论从此画上一个圆满的句号。
爱因斯坦有关布朗运动的著名论文，提出通过分子无规则的布朗运动测定原子大小的方法的建议。这篇论文的成功在很大程度上也要归功于对统一性的追求。在这篇论文的开始爱因斯坦指出，在古典热力学中存在着这样一个理论上的不统一性：溶质有渗透压而悬浮体则没有。爱因斯坦最辉煌的理论、人类知识宝库中的重要财富——相对论理论，其中统一性思想更是熠熠闪光。狭义相对论在运动学的水平上把力学运动和电磁运动统一起来，把互相独立的时间和空间的量度与物质运动状态联系起来，得到了比较统一的理论。广义相对论则是在引力几何化的基础上，在引力的时空几何性与物质运动的能量和动量之间建立起紧密的联系，得到了更具统一性的理论。
三、孤独的探索
相对论及一系列重大科学理论建立后，爱因斯坦所信仰的心中的上帝——彼此作用着的物体相对运动构成的世界，呈现出了它那和谐统一的面目，使他欣喜不已。然而宁静和喜悦是短暂的，因为引力作用和电磁作用的区别在科学中还保留着，这同他的世界和谐统一的理想格格不入。它又是那样地引人注目，似乎上帝在同爱因斯坦开玩笑，然而又不是玩笑。不久，在基本粒子的运动中发现了一些特殊性，它们也不能纳入上述世界理想和谐的图式中。测不准原理——粒子的位置和动量不能同时精确地规定，不仅与经典牛顿力学而且也与后来的爱因斯坦力学相背离，因为在它们那里粒子的位置和动量可以由初始条件及其互相作用同时地规定。
在广义相对论取得决定性成功之后，爱因斯坦毫不松懈地立即开始攀登那更高、更广的统一性山峰——将引力场和电磁场统一在一起的统一场论。虽然历经艰险与磨难，他也从未丧失热情与信心。他孤独自信地探索了近40年，耗费去他半生的精力也从未奥悔。
爱因斯坦把统一场理论的研究视为他的相对论研究发展的第三阶段，它不仅要把电磁场和引力场统一起来，而且要把相对论和量子论统一起来，为物理学的未来发展提供合理的理论基础。他希望在试图建立的统一场理论中，能够找到可以用来描述粒子的没有奇点的解，也就是企图用场的概念解释物质的分立的结构和量子现象。
1936年，爱因斯坦得到了一个不带奇点的场方程，认为有望达到统一场论。1937年，在两个助手的合作下，他从引力场方程推出运动方程作为广义相对论的重大发展，也是他科学创作的最后一项重大成果。统一场的进展则困难重重，一次次的希望都泡沫般地破灭了。爱因斯坦孤独而艰难地跋涉在“统一场”的研究道路上，距离当时新的旺盛的科学领域越来越远，几乎没有人与他同行在这渺茫的路途上。
1945年爱因斯坦发表《相对性引力论的一种推广》，逻辑上的成功令他满意，但物理上仍有许多困难。1948年，他已意识到成功无望：“我完成不了这项工作了，它将被遗忘，但将来会被重新发现。”[1](100)但他还在继续探索。1950年他发表《非对称场的相对性理论》，作为统一场论30年探索的最后成果，仍不具有物理意义。1952年他通过《通俗科学月刊》向公众宣布，他的努力尚未成功。
四、不朽的结局
前苏联科学史家库兹涅佐夫(1903-1984)对爱因斯坦在统一场论领域的研究“力图回答又未获结果”，而在精神上留下深深的伤痕，说成是“思想的悲剧”，并认为“正因为这出悲剧是思想的客观悲剧同时又是个人的、生活的悲剧，所以成了爱因斯坦“不朽的保证”。[2](365)我们要说，爱因斯坦的悲剧是强者的客观悲剧。“悲剧”像“孤独”一样有“强者的”和“弱者的”之分。弱者的悲剧令人怜悯，强者的悲剧给人启迪。
1953年，德国物理学家海森伯提出一个非线性旋量场方程，企图从它导出基本粒子的质量谱并解释它们之间的相互作用，但未成功。翌年年杨振宁和米尔斯把韦耳的规范场推广，开辟了用规范原理统一各种基本相互作用的新途径。从60年代开始，在这种思想指导下探索弱相互作用和电磁相互作用的统一描述，经许多物理学家20多年的努力，终于获得了成功，美国的格拉肖、温伯格、巴基斯坦的萨拉姆因弱电统一方面的成就获得了1979年诺贝尔物理学奖。这种成功又激励着物理学家们致力于包括强相互作用在内的大统一理论以及进一步把引力作用也统一进来的超统一理论。
前苏联著名物理学家约飞为此评价说：如果说这献身于统一场论的最后30年并未留下一些有用的成果的话，但却激发了许多深邃的思想而且为此后的物理学提出了一系列的问题。由于爱因斯坦受到当时物理学发展水平的限制，他的统一场论没有取得富有物理意义的结果。但他对自然作一个统一描述的梦想，已经照亮了当代物理学家探索宇宙规律，找出最根本最简单本质的道路。[1](103)
“上帝难以捉摸，但是不怀恶意”。这是爱因斯坦1921年初次访美时在普林斯顿讲过的一句话，爱因斯坦的上帝与众不同，他的上帝是“大自然”——他显示于存在事物的秩序的和谐中。
〔收稿日期〕2003-03-03