上演「宇宙之舞」的為什麼是愛因斯坦？

1955年4月18日凌晨1時，76歲的愛因斯坦在普林斯頓走完了他的一生。幾個小時後，普林斯頓醫院的病理學家托馬斯·哈維對他的屍體做了例行解剖，並取走了他的大腦。儘管愛因斯坦的家人聽聞後驚駭萬分，但由於不知能夠主張什麼權利，在其後的43年，愛因斯坦的大腦便成為哈維的「私產」。

哈維的這一瘋狂舉動，是希望通過研究愛因斯坦的大腦，在大腦結構與科學成就之間建立某種確定性的關係。遺憾的是，多年來，從哈維處獲得愛因斯坦大腦切片的數十位科學家，只有三位發表了極少量的學術論文，且不足以解釋這種關係。

100年來，公眾在理解作為相對論的創立者和作為偶像的愛因斯坦之間，存在著巨大的鴻溝。一方面，只有極少數人真正理解相對論，另一方面，罕有一位理論物理學家能像愛因斯坦那樣在活著的時候受到如此熱烈的追捧，不僅「愛因斯坦」是天才的代名詞，他睿智的眼神、蓬鬆的頭髮，也像一塊巨大的磁鐵，吸引著人們津津樂道。

三次孤獨的探索

回想100年前，1915年11月，在柏林的一個普通公寓，36歲的愛因斯坦正經受著婚姻破裂和胃病的折磨，在稿紙上縱情地塗改、演算，最終，他用一套優美的方程表達了一生中最幸福的思想——廣義相對論。公寓之外，柏林以及整個歐洲，在戰爭的泥淖中瘋狂而難以自拔，歐洲文明岌岌可危。在歐洲動蕩的背景之下，是他個人生活的悲苦，物理學是他的慰藉。

1915年廣義相對論的發表，既是愛因斯坦個人在理論物理學領域創造力的巔峰，也是當時人類智力探索所能達到的最高成就。愛因斯坦在科學上的探索大致分為三個階段：1895年（16歲）至1905年（26歲）、1905年（26歲）至1915年（36歲）以及1915年（36歲）至1955年（76歲逝世）。

在1905年26歲時，他發表了狹義相對論，事實上，在同一年，狹義相對論發表前後，他還發表了有關輻射和光的能量特性、測定原子的實際大小、液體中微觀粒子的不規則運動（布朗運動）、以及著名的質能關係式E=MC2四篇重要的研究成果。這些發現中的任何一項在今天看來都能得一次諾貝爾獎，但在當時幾乎沒有引起科學界的注意，甚至當他拿著狹義相對論去申請一份高中數學教師的職位時，他面對的是被拒斥的命運。三年後，當普朗克（量子力學的創始人，因發現能量量子化獲1918年諾貝爾物理學獎）這樣的學界名流開始理解他的思想洞見時，愛因斯坦已經著手將相對論思想擴展到加速系，即廣義相對論，並於1915年11月完成了他的第二次探索。此後在他輝煌的名人生涯背後，是他的第三次科學探索，即試圖容納廣義相對論和量子力學的統一場論，直至臨終前，他的床邊還放著十二頁刪改的密密麻麻的方程稿。愛因斯坦的第三次探索沒有成功，在他之後的大半個世紀，以及未來的很長時間，將解釋微觀領域的量子力學和解釋宏觀領域的相對論統一起來的宇宙學定律，仍將是物理學領域的「聖杯」。

天才背後的「統一場」

身處當下的人，回溯歷史總是百感交集。歷史是一種觀念，也是一種幻象。「一個民族，千百萬人裡面才出一個天才；人世間數百萬個閑暇的小時流逝過去，方始出現一個真正的歷史性時刻。無比豐富的事件集中發生在極短的時間裡，一如整個太空的電流聚集於避雷針的尖端。平素緩慢地先後或平行發生的事件，凝聚到決定一切的唯一瞬間。」斯蒂芬·茨威格的這段話道出了人們對歷史的真實感受。

是什麼造就了天才呢？當我們試圖追溯愛因斯坦和相對論誕生的那段歷史，能在歷史的迷霧中尋得一個清晰的因果鏈條嗎？時代背景、天賦、勤奮、機遇……如果將聚焦的鏡頭推得足夠廣闊和深遠，我們就能看見一個多維度的「統一場」，它囊括了時代的危機與變革、歐洲心靈與智識的氛圍，以及他個人成長、生活和社交的種種細節。

在愛因斯坦成長的年代，物理學正處於一個危機與變革的時期。自1687年牛頓發表《自然哲學的數學原理》，經過一代又一代科學家200年的推廣和開拓，在牛頓力學的基礎上，發展了聲學、光學和電磁學等經典物理學，宇宙秘扃，無不盡辟。一方面，經典物理學的嚴格決定論，將歐洲心靈推上前所未有的樂觀狀態，另一方面，出現了越來越多的與理論不符的「反常現象」，讓科學家們常感不安。這種表面平靜卻暗流涌動的狀態，似乎迫切需要一個天才帶著一個革命性的理論橫空出世。但是無人知曉會是何人？在何時出現？

當狹義相對論問世，不存在「絕對同時性」的概念顛覆了經典物理學的一根支柱——牛頓的絕對時間概念。幾乎與此同時，量子力學摧毀了經典物理學的另一根支柱——牛頓經典力學，很快，廣義相對論與量子力學以摧枯拉朽之勢，取代了經典物理學，成為建立現代物理學的兩根支柱。

與量子力學領域裡那些學界巨擘不同，愛因斯坦在提出相對論時只是伯爾尼專利局的一個小公務員，用今天的衡量標準，只是一個「超級民科」。有什麼跡象表明，一個寂寂無名之輩能成為現代物理學革命的發動者和創造者呢？

愛因斯坦傳記作者艾薩克森說，要緊的是我們應該關注他的「心靈」如何運作，而不是大腦。權威科學史家阿瑟·米勒認為，愛因斯坦自由的天性和創造力之間，有著密不可分的關係。從對德國僵硬教育和軍國主義的天然厭惡，到對瑞士自由氣氛的熱愛；從16歲想像自己追著一束光奔跑，到與朋友組建「奧林匹亞科學院」，系統地研讀和討論文學、科學和哲學經典；從專利局公務員的職責到工作之餘縱情地思考和探索……都可見他天性中無盡的好奇心、巨大的專註力、挑戰權威的勇氣和超然於世的叛逆。在他聲名鵲起之後，他反對不義之戰，因擔心希特勒擁有核武器，他一面最先建議美國發展核彈，一面警告核戰爭的危險，並建議戰後對核武器實施國際控制。他的一生，一半科學一半政治。作為科學家，他是相對論的創立者，同時也是量子力學的創立者之一。作為思想家，他是那個時代最卓越的科學哲學家們的思想集大成者和發揚光大者，同時，他對人性有著深刻的悲憫，對人類文明有著豐沛的激情，是一個積極反思科學的人文主義者。或許，他的性格、經歷、科學探索和政治活動，與20世紀之交物理學的危機與變革、歐洲文明的浴火與重生、世界秩序和人類心靈的混亂與重建，糾纏在一起，構成了愛因斯坦自己的「統一場」，像時間、空間、質量、能量等宇宙的各個組成部分，上演著一場驚心動魄的宇宙之舞！

科學史和科學哲學也應是科學家的任務

像愛因斯坦那樣充分地自由探索，對今天的科學研究者來說，或許太過浪漫。一方面，今天的科學環境遠遠不同於一個世紀之前，科學越來越離不開政治和資本的支持，也離不開大量科研人員的合作；另一方面，科學已經演變為體現國家競爭實力、引領民族進步的期待性力量和指標，科學變得沉重起來。

不過，有一點特別值得一提，科學史家對愛因斯坦1905年發表狹義相對論時讀過的書和期刊等進行系統研究發現，在「奧林匹亞科學院」期間，愛因斯坦和同伴們系統地讀過索福克勒斯的《安提戈涅》、塞萬提斯的《堂吉訶德》、休謨的《人性論》、馬赫的《感覺的分析》和《力學史評》、斯賓諾莎的《倫理學》、龐加萊的《科學與假設》等經典著作，尤其是休謨、馬赫和龐加萊等人深刻地影響了他的科學方法和科學思想。

這究竟意味著什麼呢？

關於科學的本質和成長，有不同的科學哲學解釋。波普爾的否證主義觀點認為，科學始於一個問題，通過猜想提出一個解釋性的理論，經實驗檢驗和觀察檢驗，被否證掉的理論遭淘汰，經受住檢驗的理論暫時留下，成為事實知識。暫時留下的理論，在後來的觀察中與某些現象不相容，就會出現新的理論猜想，再接受檢驗和否證，如此循環往複，構成了一個科學理論進步的鏈條。否證主義在解釋單個科學理論的替代方面有很強的力量，但在解釋不同科學理論框架的轉換方面略顯乏力。

比如，在牛頓思想統治科學界100年後，越來越多的實驗觀察與他的理論不符，即大量的「反常現象」湧現，為何牛頓理論並不能立即被另一種理論代替？按照庫恩的範式理論，一種科學理論代替另一種科學理論，需要經歷一個危機和革命的過程。

大量和牛頓理論不符的觀察現象出現，恰恰表明，在一個學科內，對基本原理的拷問和挑戰依賴於科學自身的成長。我們可以將愛因斯坦描繪成一個勇於挑戰物理學基本原理的英雄，但是我們不能忽視，正是科學家們在牛頓理論框架內200年的工作，才使得科學發展到能讓愛因斯坦提出創新性理論的地步。除此之外，哲學著作對牛頓基本思想持續不斷地批判，也給了愛因斯坦啟發。比如馬赫在1883年發表《力學史評》，對牛頓力學進行系統地批判，龐加萊在20世紀初先後寫了三本書，明確、系統而全面論述了物理學危機。甚至歷史學家認為，龐加萊離提出相對論僅一步之遙，而愛因斯坦正是在洞悉龐加萊的思想後，才獲得相對論思想的靈感。

長久以來，在科學家那裡，科學史與科學哲學被當作無用之物。如果不關心科學史和科學哲學，我們只能看到科學的結果，而看不到科學的過程。科學的結果，既是一種有益的知識，也是一種有害的教條。而科學史和科學哲學，則能讓我們看到科學理論猜想與反駁、繼承與創新的動態發展。從這個意義上來說，科學史和科學哲學，並非僅僅只是科學史家和科學哲學家的任務，也應該是科學家的任務！

本文寫作參考文獻：

沃爾特·艾薩克森 《愛因斯坦傳》

李醒民 《激動人心的年代——世紀之交物理學革命的歷史考察和哲學探討》