編者按
2019年3月14日，是愛因斯坦誕辰140周年紀念日。在愛因斯坦去世（1955年4月18日）后的半個多世紀里，有許多人和許多著作從各種角度解讀愛因斯坦其人及其思想。在此，我們也想提請廣大讀者注意關于愛因斯坦的兩個有趣的社會學現(xiàn)象：大多數(shù)未經(jīng)過物理專業(yè)訓練的民間物理學愛好者的宏大理想是推翻愛因斯坦的相對論而非物理學的其他理論，證明愛因斯坦是錯的對于他們來說是無比重要和輕而易舉的；大多數(shù)接受過基礎物理教育的優(yōu)秀學子進入物理學往往是基于其對相對論的或深或淺的理解和初嘗而萌發(fā)的巨大興味，而在邁入物理學的大門之后，他們則絕少繼續(xù)對相對論進行深入挖掘和拓展，而是四散在物理學的廣闊疆域馳騁縱橫——可以找到許多此類例子，比如創(chuàng)立矩陣力學的海森堡和發(fā)展了量子電動力學的費曼。即便這兩個現(xiàn)象不是慣常的看待愛因斯坦及其成就的視角，它們也為我們認識愛因斯坦的偉大提供了參照。無論是將愛因斯坦奉為神明或將其貶為一文不名，都足以使我們走近愛因斯坦，但同時又造成我們對其思想的疏離——也許這是所有偉大人物的幸與不幸。
《物理學的進化》這本出自愛因斯坦之手的小書，也許能稍微消解一點這種疏離，使我們對于這位偉大人物關于物理學的深刻認識有所知解。面對廣大的物理學愛好者，也許我們應該像拉普拉斯稱揚歐拉那樣提說愛因斯坦：讀讀愛因斯坦，他是我們所有人的老師。
《物理學的進化》
[美]阿爾伯特·愛因斯坦 [波]利奧波德·英費爾德 著
張卜天 譯
正如《紐約時報》前任科學編輯瓦爾德馬·肯普佛特（Waldemar Kaempffert）所說，這本書證明，最能清晰簡潔地利用其理論的仍然是愛因斯坦本人。這里節(jié)選書中一部分愛因斯坦關于科學的討論，以饗讀者。
撰文 | 愛因斯坦、英費爾德
翻譯 | 張卜天
責編 | 于同旭
愛因斯坦談科學是什么？
科學研究成果往往會迫使人們改變對有限科學領域以外的問題的哲學看法?？茖W的目的是什么？一個試圖描述自然的理論應該滿足什么條件呢？這些問題雖然超越了物理學的界限，但與物理學密切相關，因為正是科學提供了素材，使這些問題得以產(chǎn)生。哲學概括必須以科學成果為基礎。而哲學概括一旦形成并且被廣泛接受，又常常會指出諸多可能道路中的某一條路，從而影響科學思想的進一步發(fā)展。等到業(yè)已接受的觀點被成功地推翻，又會出現(xiàn)意想不到的全新發(fā)展，從這些發(fā)展中又會產(chǎn)生新的哲學觀點。若不能從物理學史上引用一些例子來加以說明，這些話聽起來一定是模糊不清和不得要領的。
現(xiàn)在我們就來談談最早的哲學家是如何設想科學的目的的。這些思想極大地影響了物理學的發(fā)展，直到近100年前才因為新的事實和理論證據(jù)而被拋棄，而這些新的事實和理論證據(jù)又成了新的科學背景。
從希臘哲學到現(xiàn)代物理學的整個歷史中，一直有人嘗試把看起來復雜的自然現(xiàn)象歸結為幾個簡單的基本觀念和關系。這正是整個自然哲學的基本原則。它甚至表現(xiàn)在原子論者的著作中。2300年前，德謨克利特（Democritus）寫道：
甜是約定的，苦是約定的，熱是約定的，冷是約定的，顏色也是約定的。但實際上只有原子和虛空。也就是說，我們通常以為感官的對象是實在的，但其實并非如此。只有原子和虛空才是實在的。
在古代哲學中，這種觀念只不過是別出心裁的想象罷了。將陸續(xù)發(fā)生的事件聯(lián)系在一起的自然定律，希臘人是不知道的。事實上，從伽利略開始，科學才把理論與實驗聯(lián)系在一起。我們已經(jīng)追溯了導向運動定律的初始線索。在200年的科學研究中，力和物質始終是理解自然的所有努力中的基本概念。我們想到其中一個概念就必定會想到另一個概念，因為物質通過作用于其他物質而證明自己是力的來源。
讓我們考慮最簡單的例子：兩個粒子，彼此之間有力作用著。最容易設想的力是引力和斥力。在這兩種情況中，力矢量都在質點的連線上。為了滿足簡單性，我們只能設想粒子相互之間吸引或排斥，因為關于作用力方向的任何其他假設都會導致復雜得多的圖像。關于力矢量的長度，我們也能作出同樣簡單的假設嗎？即使想避免過于特殊的假設，我們也仍然可以說：任何兩個已知粒子之間的力就像萬有引力一樣，只與它們之間的距離有關。這看起來已經(jīng)足夠簡單了。我們還可以把力設想得更為復雜，比如不僅與距離有關，而且與兩個粒子的速度有關。倘若把物質和力當成基本概念，我們幾乎無法設想還有什么假設能比力沿著粒子的連線作用并且只與距離有關更簡單。但僅憑這種力能否描述所有物理現(xiàn)象呢？
力學在其各個分支中所取得的偉大成就，在天文學發(fā)展中的驚人成功，以及力學觀念在那些非力學的、明顯不同的問題中的應用，所有這些都使我們相信，可以通過固定不變的對象之間簡單的力來解釋所有自然現(xiàn)象。在伽利略之后的兩個世紀里，這樣一種努力有意無意地表現(xiàn)在幾乎所有科學創(chuàng)造中。大約在19世紀中葉，亥姆霍茲（Helmholtz）明確表達了這一點：
因此我們發(fā)現(xiàn)，物理科學的問題在于把自然現(xiàn)象歸結為強度只依賴于距離的不變的引力和斥力。要想完全理解自然，就得解決這個問題。
因此，按照亥姆霍茲的說法，科學發(fā)展的路線是已經(jīng)決定了的，它嚴格遵循著這樣一條固定的路徑：
一旦把自然現(xiàn)象完全歸結為簡單的力，并且證明自然現(xiàn)象只能這樣來歸結，科學的使命就完成了。
在20世紀的物理學家看來，這種觀點是單調(diào)而幼稚的。想到偉大的研究工作可能很快就會結束，一幅絕對可靠但卻單調(diào)乏味的宇宙圖景被一勞永逸地建立起來，他一定會感到恐懼。
即使這些信條能把對所有事件的描述歸結為簡單的力，也還有一個問題沒有解決，那就是力與距離是什么關系。對于不同的現(xiàn)象來說，這種關系可能是不同的。從哲學的觀點來看，必須為不同的事件引入許多種不同類型的力，這肯定不能讓人滿意。盡管如此，亥姆霍茲清晰表述的這種所謂力學觀在當時起了重要作用。物質運動論的發(fā)展就是直接受到力學觀影響的最偉大的成就之一。
愛因斯坦（Albert Einstein，1879-1955）與英費爾德（Leopold Infeld，1898–1968）
科學并不是一堆定律，或者不相關事實的目錄，而是人類心靈的創(chuàng)造，有著自由發(fā)明的觀念和概念。物理理論試圖形成一幅實在圖景，并且建立它與感官印象世界的聯(lián)系。因此，我們的這些心靈構造是否正當，僅僅取決于我們的理論是否以及以何種方式形成了這樣一種聯(lián)系。
我們看到，物理學的進展已經(jīng)創(chuàng)造了新的實在。但這條創(chuàng)造之鏈可以追溯到物理學的起點之前很遠。最原始的概念之一是物體。一棵樹、一匹馬乃至任何物體的概念都是經(jīng)驗基礎上的創(chuàng)造，雖然與物理現(xiàn)象的世界相比，產(chǎn)生它們的印象還很原始。貓捉弄老鼠，也是在用思想創(chuàng)造它自己的原始實在。貓以類似的方式對付所有遇到的老鼠，這表明它形成了概念和理論，把它們作為自己感覺印象世界中的準則。
“三棵樹”與“兩棵樹”有些不同。而“兩棵樹”又不同于“兩塊石頭”。純粹的數(shù)2、3、4……的概念產(chǎn)生于物體，又不受物體約束，它們是思想心靈的創(chuàng)造，描述的是現(xiàn)實世界。
憑借心理上對時間的主觀感覺，我們對印象進行整理，說一個事件先于另一個事件。但通過鐘把每一個時刻與一個數(shù)聯(lián)系起來，把時間看成一個一維連續(xù)區(qū)，已經(jīng)是一項發(fā)明。歐幾里得幾何和非歐幾何的概念以及空間被視為三維連續(xù)區(qū)也都是發(fā)明。
物理學實際上是從發(fā)明質量、力和慣性系開始的。所有這些概念都是自由發(fā)明，由它們引出了力學觀。19世紀初的物理學家會認為，我們實際的外部世界是由粒子和其間只與距離有關的簡單作用力構成的。他會盡可能長地保持自己的信念，認為憑借這些關于實在的基本概念，他定能成功地解釋一切自然事件。與磁針偏轉和以太結構有關的困難都促使我們創(chuàng)造出一種更為精妙的實在。電磁場的重大發(fā)明出現(xiàn)了。對于整理和理解事件而言，重要的不是物體的行為，而是介于物體之間的場的行為。要想充分認識到這一點，需要大膽的科學想象力。
后來的發(fā)展既摧毀了舊概念，又創(chuàng)造了新概念。絕對時間和慣性坐標系被相對論拋棄了。所有事件的背景不再是一維的時間連續(xù)區(qū)和三維的空間連續(xù)區(qū)，而是具有新的變換性質的四維時－空連續(xù)區(qū)，這又是一項自由發(fā)明。我們不再需要慣性坐標系，任何一個坐標系對于描述自然事件都同樣適用。
量子理論同樣為實在創(chuàng)造了新的本質特征：不連續(xù)性取代了連續(xù)性；出現(xiàn)的不再是支配個體的定律，而是幾率的定律。
現(xiàn)代物理學創(chuàng)造的實在與昔日的實在相距甚遠，但每一物理理論的目的仍然相同。
我們試圖憑借物理理論找到一條道路，穿過觀測事實的迷宮，整理和厘清我們的感官印象世界。我們希望觀測到的事實能從我們的實在概念中邏輯地推出來。倘若不相信我們的理論構造能夠把握實在，不相信我們世界的內(nèi)在和諧，就不會有科學。這種信念是而且永遠是一切科學創(chuàng)造的根本動機。在我們的所有努力中，在新舊觀點每一次戲劇性的斗爭中，我們都看到了尋求理解的永恒渴望以及對我們世界和諧性的堅定信念。理解上的障礙越多，這種渴望和信念就越強。
譯后記
張卜天
《物理學的進化》是由著名物理學家阿爾伯特·愛因斯坦和利奧波德·英費爾德合作出版的科普經(jīng)典讀物，介紹了物理學從伽利略、牛頓時代的經(jīng)典理論到現(xiàn)代場論、相對論和量子理論的發(fā)展演化歷程，引導讀者思考其背后涉及的哲學思想和觀念的變化。它面向普通公眾，避免使用任何數(shù)學公式，對物理學基本觀念的解釋非常清晰和生動，堪稱愛因斯坦最優(yōu)秀的科普著作。雖然由于出版較早，書中沒有談及物理學的一些最新發(fā)展，而且包含著愛因斯坦本人的一些思辨和猜測，但正如英費爾德所說：“本書只討論物理學的重要觀念，它們本質上沒有變化，所以無需對書中內(nèi)容作出修改?！?/span>
愛因斯坦之所以答應合作編寫此書，部分原因是為了在經(jīng)濟上幫助英費爾德。英費爾德是一個從波蘭逃出來的猶太物理學家，曾在劍橋與物理學家馬克斯·玻恩合作過一段時間，然后到了普林斯頓，協(xié)助愛因斯坦研究物理學。愛因斯坦試圖幫助英費爾德在普林斯頓高等研究院找到一個永久性職位，但沒有成功。英費爾德因此想到或許可以與愛因斯坦合作出版一本物理學史的大眾讀物，并認為肯定能取得成功，版稅與愛因斯坦平分即可。當他找到愛因斯坦吞吞吐吐地表明了自己的想法之后，愛因斯坦說：“這主意不錯，很不錯呢！”“我們來干吧?！笔聦嵶C明，英費爾德的想法是完全正確的。該書最初由劍橋大學出版社在1938年出版，并獲得了大眾的廣泛好評。據(jù)《愛因斯坦傳》的作者沃爾特·艾薩克森說，《物理學的進化》到現(xiàn)在已經(jīng)印刷了44版。
1945年，商務印書館即出版了劉佛年先生譯述的《物理學的進化》繁體豎排中譯本。1962年，上?？萍汲霭嫔缬殖霭媪酥苷赝壬g的中譯本，后來該譯本由湖南教育出版社在1998年再版。在主編《世界科普經(jīng)典譯叢》的時候，《物理學的進化》是我最先想到必須收入的名著之一，是幾乎每一位物理愛好者的必讀書。我讀本科時，閱讀這本書給我?guī)砹藰O深的印象和極大的享受。不知為什么，周肇威先生的中譯本已經(jīng)絕版十多年，市面上早已買不到，而且譯文中也包含著一些小錯誤*和語詞啰嗦的地方。故此，我參考周肇威先生的舊譯，滿懷對此書的感激和崇敬之情重新翻譯了此書，希望能使更多讀者欣賞到物理學的奧妙和樂趣。
*編注：此處僅以老譯本在該書目錄中的兩處誤譯舉例：
1 The kinetic theory of matter，原譯“物質動力論”，應為“物質運動論”；
2 Field and matter原譯“場與實物”，應為“場與物質”。
