相對論中愛因斯坦的美學思想探討

1、1相對論中愛因斯坦的美學思想探討相對論中愛因斯坦的美學思想探討1905年，愛因斯坦（AEinstein，1879~1955）先后發(fā)表了5篇具有劃時代意義的論文，為相對論的建立和發(fā)展奠定了基礎，也為量子理論的發(fā)展做出了重要貢獻，因此，這一年被稱為人類歷史上的“奇跡年”。為了紀念相對論誕生100周年以及愛因斯坦逝世50周年，聯(lián)合國大會將2005年確定為“國際物理年”，這是聯(lián)合國首次為一個學科確定的全球規(guī)模的紀念活動。為慶祝“2005國際物理

2、年”，本文特探討相對論中愛因斯坦的美學思想。20世紀初，以愛因斯坦為代表的一批青年物理學家發(fā)起了世紀之交的三次物理學革命，從根本上動搖了經(jīng)典物理學大廈，導致了人類對自然認識的重大革命。其中愛因斯坦幾乎是單槍匹馬地完成了狹義相對論和廣義相對論兩次革命，并以光量子學說的建立直接促進了第三次革命——量子力學的產(chǎn)生。對于愛因斯坦的巨大科學貢獻，法國物理學家郎之萬（LangevinPalil，1872~1946）1931年在題為《愛因斯坦的貢獻與

3、天文學》的論文中評價說：“在我們這一時代的物理學家中，愛因斯坦的地位將在最前列。他現(xiàn)在是并且將來也還是人類宇宙中有頭等光輝的一顆巨星。很難說他是否和牛頓（IsaacNewton，1643～1727）一樣偉大，或者比牛頓更偉大，不過，可以肯定地說，他的偉大是可以同牛頓比擬的。按照我的見解，他也許比牛頓更偉大，因為他對于科學的貢獻，更深入到人類思想基本概念的結構中?！辈贿^，愛因斯坦的美學思想對其巨大的科學貢獻，曾經(jīng)起過重大的影響和指導作用。

4、日本的粒子物理學家湯川秀樹（HiclikiYukawa，1907~1981）評價愛因斯坦時說：“愛因斯坦擁有一份只有少數(shù)物理學家才擁有的美感?！睈垡蛩固挂苍?jīng)說：“我坦白地承認我被自然界向我們顯示的數(shù)學體系的簡潔性和優(yōu)美性強烈的吸引住了……照亮我的道路，并不斷給我新的勇氣去愉快地正視生活的理想，是善、是美和真?！边@里充分顯示了愛因斯坦的美學思想。1、簡單與對稱愛因斯坦認為，評價一個理論美不美，標準是原理上的簡單性。這里的簡單性是指邏輯簡

5、單性，即在科學理論中，作為邏輯出發(fā)點的彼此獨立的初始命題（假設或公理）的數(shù)量要盡可能的少，通過邏輯演繹概括盡可能多的經(jīng)驗事實。因為“理論的前提簡單性越大，它所涉及的事物種類就越多，它的應用范圍就越廣，給人們的美感就越深”。愛因斯坦把邏輯簡單性作為建構科學理論的方法論原則，也作為科學創(chuàng)造的一個美學思想。因為簡單性是秩序感的表現(xiàn)，它使人易于把握事物的特征，具有重大的審美價值。愛因斯坦在創(chuàng)立相對論的過程中就十分強調(diào)邏輯簡單性。首先，在狹義相對

6、論中，作為邏輯前提的是光速不變原理和狹義相對性原理，從這兩個假設推演出：諸如同時性的相對性，運動物體的空間收縮效應和時間變慢效應，運動物體的質(zhì)量增加效應，質(zhì)能關系式等推論。它們組成了狹義相對論的理論體系。這里順便指出，愛因斯坦的質(zhì)能關系式深刻地揭示了自然界微觀、2Emc???宏觀、宇觀無數(shù)質(zhì)能變化的規(guī)律，但形式卻十分簡潔，具有很強烈的審美價值。我國出版紀念愛因斯坦的郵票上，印上了這個簡潔的公式，它代表這位偉大的科學家對人類巨大貢獻的精華

7、。其次，在廣義相對論中，作為邏輯前提的是等效原理和廣義相對性原理，從這兩個假設出發(fā)推演出的結論主要有：光線的引3狹義相對論建立之后，愛因斯坦又從引力場中一切物體都具有同一加速度這一古老而平凡的實驗事實出發(fā)，引出了“等效原理”，經(jīng)過艱巨的努力，創(chuàng)立了廣義相對論。廣義相對論進一步揭示了時間、空間同物質(zhì)運動的統(tǒng)一關系?？臻g的結構取決于物質(zhì)的分布，物質(zhì)的存在使時空產(chǎn)生了彎曲，時空性質(zhì)由十個度規(guī)張量表征，引力效應由時空的幾何性質(zhì)體現(xiàn)。德布羅意（L

8、ouisdegv?Broglie，1892－1987）在《阿爾伯特愛因斯坦科學工作概況》中談到廣義相對論時說：“依靠黎曼（GRiemann，18261866）的彎曲空間理論，借助于張量運算，廣義相對論提出一種萬有引力現(xiàn)象的解釋，這種解釋的雅致和美麗是無可爭辯的，它該作為20世紀數(shù)學物理學的一個最優(yōu)美的紀念碑而永垂不朽?！绷硗猓档靡惶岬氖菒垡蛩固惯€是一個出色的“第一小提琴手”，又能彈一手好鋼琴，具有極好的藝術直覺能力，能夠把音樂的自然本

9、質(zhì)上升到理性的高度，領悟到科學和音樂的和諧融貫性。根據(jù)愛因斯坦的夫人愛爾莎介紹，在愛因斯坦醞釀狹義相對論的那段日子里，他時而彈鋼琴，時而停下來用筆寫些什么。從不會見客人，甚至很少下樓吃飯，直到他的論文完成。可見，“音樂形象”所追求的和諧對稱美，也賦予了愛因斯坦科學的聯(lián)想力和靈感。從經(jīng)典物理到狹義相對論，從狹義相對論到廣義相對論，生動地體現(xiàn)了愛因斯坦在科學探索中的和諧統(tǒng)一的美學思想。正如愛因斯坦的首席傳記作家阿伯拉罕派斯（Abrahamp

10、ais）所說：“如果說狹義相對論以其完美性使人想起莫扎特（WAMozart，1756—1791）的作品，那么他的引力理論則充滿貝多芬（LVBeethoven，1770—1827）作品的力度”。順便指出，廣義相對論建立以后，在歷史條件不成熟的情況下，愛因斯坦全力以赴探索統(tǒng)一場論，并為之奮斗了近四十年，直到生命的最后一刻，這種對真理的探索精神永遠為后人所敬仰。愛因斯坦的努力給后繼者以啟迪和鼓舞，經(jīng)過幾代人的努力，物理學家們終于在前人失敗的地

11、方找到了進一步實現(xiàn)統(tǒng)一的方向。這個統(tǒng)一場既非愛因斯坦的幾何統(tǒng)一場，也非海森堡（Heisenbergwerner，1901—1976）的量子統(tǒng)一場，它是由韋爾、福克、倫敦、楊振寧、希格斯等人在30多年里逐漸發(fā)展起來的規(guī)范場?！爸袊四苤浮?、著名的原子核物理學家盧鶴紱院士指出：“愛因斯坦的相對論僅僅適用于地球而并不適用于整個宇宙；愛因斯坦的相對論在地球可以，在宇宙中就無法適用?！闭f明相對論有其局限性。我們要用不斷發(fā)展相對論來紀念愛因斯坦相

12、對論誕生百年，愛因斯坦的相對論需要我們?nèi)グl(fā)展和充實。積累、繼承和借鑒前人的科學技術成果是科學技術發(fā)展的重要前提，這既包括直接汲取前人科學遺產(chǎn)的精華，也包括從前人某些思想中獲得啟示，從而產(chǎn)生新的設想、新的概念。在接力賽中，沒有前人跑下的那一棒，那有你賽跑的機會?，F(xiàn)在相對論已發(fā)展到四維時間的邊緣，四維時間就是原時加虛空間，所謂時空對稱就是“現(xiàn)在”虛、實空間的鏡象對稱。只要認識到虛數(shù)的意義是時間，就可以理解四維時間了。四維時間是建立在相對論的