第一篇 愛因斯坦自述
作者:阿爾伯特·愛因斯坦 著
發布時間:2023-06-12 17:50:58
字數:11161
1946年的自述①(片段)
今年我67歲了,來日無多,現在坐在這里打算寫點東西,就權當自己的訃告了。之所以要做這件事,除了希爾普博士的說服外,更重要的是我自己也覺得這么做很有意義。我想,給那些奮斗中的人們講一講自己的人生體驗必是一件好事,這些體驗包括了一個人如何看待他當年努力和探索過的事情。不過,我在稍作考慮以后必須事先承認,不要對這種嘗試的結果抱有什么十全十美的期望與幻想,它肯定不會是完美無缺的。因為要把一生中值得講的東西講清楚確實不是簡單事,不論我的一生是怎樣的短暫和有限,且不論其間經歷的歧途是怎樣的占優勢,畢竟現在的我已完全不同于50歲、30歲或者20歲的時候了。由于任何回憶都會染上眼前的色彩,所以有些地方是不能完全相信依靠的。諸如此類的考慮可能會使我產生畏難而退的想法,不過基于心中的一個信念,我覺得我值得一試。這個信念就是,一個人完全將自己的經驗里的一些東西提取出來講給別人聽。
大多數人花畢生的時間去追逐一些毫無價值的希望和努力,這是一個我在少年時期就已深切意識到的道理。不久,我發現這種追逐并不輕松,甚至有些殘酷。不過,這在當年,甚至今天,被精心地用偽善和漂亮的字句偽裝起來。參與這種追逐只是因為每個人都有個胃,這基本上是注定的。通常情況下,這種追逐很可能使他的胃得到滿足。當然,有思想、有感情的人例外。在這種情況下,選擇宗教便成了第一條出路,每一個兒童正是通過傳統的教育機構得到第一手宗教理論的。因此,我是一對完全沒有宗教信仰的(猶太人)夫婦的兒子,但12歲以前,我仍然深深地信仰著宗教。之所以12歲那年我突然終止了這種信仰,是因為通俗的科學書籍引導了我。通過閱讀這些書籍,我開始質疑《圣經》里故事的真實性。其結果就是染上了一種狂熱的自由思想,并且交織著這樣一種令人瞠目結舌的疑問:國家用謊言將年輕人欺騙了。這種經驗給我帶來延及終生的影響,那就是懷疑態度。我會對所有權威產生懷疑,敢于對任何社會環境里既存的信念完全持一種懷疑態度。后來,由于要更清楚地弄明白因果關系,我的懷**神失去了原有的鋒利性,不過它從未離開過我。
有一點我很清楚,少年時代的宗教天堂就這樣一去不復返了,這是我對“僅僅作為個人”這種桎梏的首次反抗,這是最原始的感情、愿望和希望支配的結果,將實現自我救贖的一個嘗試。有一個不可知的世界在我們之外存在著,它的存在并不取決于我們人類的主觀意愿。盡管它是一個高深而永恒的謎,但值得慶幸的是,我們人類至少可以部分地用觀察和思維觸及到它。這個世界深具魅力,有如爭求自由、得到解放一樣,吸引我們的凝視深思。而且不久我就注意到,在這項事業中,許多我所尊敬和欽佩的人找到了內心的自由和安詳。我總是會有意無意地制定一個最高目標,那就是借助一切既有力量與條件,在向我們提供的一切可能的范圍里,我們從思想上掌握這個外部世界。我不乏這樣志同道合的朋友,他們囊括了古往今來的各個行業和國度,他們是一群充滿真知灼見的人士。通向宗教天堂的道路是非常平坦和誘人的,而指向這個天堂的道路卻不然。不過,我從來也沒有為選擇了這條道路而后悔過,因為它已證明是可以信賴的。
需要補充的是,我的這些說法僅僅在一定意義上是正確的,就好比是對于一個細節混亂的復雜對象,我只不過是作了一幅簡單勾勒了幾筆的畫,所能反映的只能是很有限的意義。對一個思想很有條理的人來說,在付出了其他方面的代價下,他的這一本性會愈來愈突出,并進而明顯地決定著他的精神狀況。故此,盡管他的實際經驗確實是在很多個變化的單個情況中發生的,但在這種情況下,這樣的人在回顧中所看到的,很可能只是一種一成不變的規律的發展。每一個人生活的一種原子化現象之所以會出現,就在于外界情況是千變萬化和多種多樣的,相對來說,意識的瞬息變化則比較狹窄。就我而言,在我的主要興趣方面,逐漸遠遠地擺脫了短暫的和僅僅作為個人的方面,開始轉向力求從思想上去理解和掌握事物,這就是我人生發展的轉折點。這樣看來,盡可能多的真理已經被包含在上述評述里,盡管它們是以一種簡要的綱要式的方式表現出來的。
如果要對“思維”作一個準確的界定,那是什么?“思維”并非接受感覺印象時出現記憶形象,也不是當這樣一些形象形成一個系列時,其中一個形象引出另一個形象。不過,在許多這樣的系列中某一形象若反復出現,基于這種再現,它聯結起了那些本身沒有聯系的系列,也就成為了這種系列的支配因素。換言之,這種元素是一種工具或一個概念。我認為,區別自由想象或“做夢”與思維之間的不同,可以從“概念”在其中所起的支配作用的比例來決定。雖然不是說概念一定要同通過感覺和可以再現的符號聯系起來,但沒有這樣的聯系,思維也無法交流。
大家不禁會問,在這樣一個領域里,這個人為什么可以如此輕率地運用觀念,而不作證明呢?我所給出的答復是:我們的一切思維都是概念化的一種自由選擇,而它的合理性取決于我們概括經驗所能達到的程度。所以“真理”這個概念還不能在這樣的結構應用,因為只有在這種元素和規則已經被一致認可的時候,才談得上“真理”概念。很多時候,我們的思維不需要符號也能進行,但很多時候是無意識的,這一點對我來說沒有什么疑問。否則,就不會出現我們有時候不自覺地對某一經驗感到“吃驚”了。當經驗與我們已經建立的概念世界發生沖突時,這種“吃驚”才會發生。每當我們感覺這種沖突很激烈并且不可調和時,它就會以一種決定性的方式對我們的思維進行反作用。在某種意義上,思維的結果就是不斷擺脫“吃驚”。
我記憶中第一次經歷這種“吃驚”還是在4歲的時候:父親給我一個羅盤,它的指南針準確行動方式奇特,令我感到震驚,因為在我既有的頭腦里,也即我無意識的概念世界中,它是第一個根本無法找到其相應位置的事物。這次經驗給我的印象是如此的深刻而**,以至于現在仍盤桓于我的腦際。我想,當時我就開始思考:一定有什么東西深深地隱藏在它的后面。人們對物體下落、刮風、下雨、月亮或者月亮不會掉下來,以及生物和非生物之間的區別等都不感到驚奇,因為這些事物司空見慣,人們也就見怪不怪了。
另一種性質完全不同的驚奇發生在我12歲的時候,它是由一本關于歐幾里得平面幾何的小書所引發的。我在一個學年開始時得到了這本書,書里許多具有明晰而可靠的斷言給了我極深的印象,有些命題本身雖然并不明顯,但都被切實地證明了,不能使人產生任何懷疑。比如三角形的三個高交于一點。我并沒有因為它是不用證明就得承認的公理而對它產生懷疑。在我看來是真實的命題,依據有效性就可以證明,這令我完全心滿意足。比如,印象中在我拿到這本幾何學小書之前,我就已經知道畢達哥拉斯定理了,那是一位叔叔曾經告訴我的。我付出了一番艱巨的努力,從三角形的相似性這個角度出發,成功地“證明了”這條定理。當時我就認為,直角三角形各個邊的關系完全決定于它的一個銳角,這是顯而易見的,自然無須證明;只有在類似方式中表現不“顯然”的東西,才需要去證明。而且,那些擺在明處,“能看得到和摸得到的”東西,在我看來,與幾何學研究的對象一樣,都屬于同一類型的東西。之所以存在這種原始觀念,我想根源恰恰在于不自覺產生幾何概念與直接經驗對象的聯系的想法。康德提出了“先驗綜合判斷”可能性問題的觀念,很可能就是以這種原始觀念作為根據的。
想得到經驗對象的可靠知識,用純粹思維是不可能辦到的,否則這種“驚奇”就是以錯誤為依據了。希臘人在幾何學中第一次告訴我們,對于第一次見到它的人來說,純粹思維竟能達到如此可靠而又精確程度是足夠令人吃驚的。
說了這么多,已經和剛開始有關訃告的問題不搭界了,不過既然說到這里了,我將毫不猶豫地用幾句話來概括我的認識論觀點,雖然有些話已經在前面談過了。這個觀點與我年輕時所持的觀點不相同,實際上是在很久以后才慢慢地發展和總結起來的。我會同時注意到感覺經驗的總和與書中記載的概念和命題的總和。概念和命題之間存在邏輯關聯性,而概念和命題之間的相互關系需要一些既定的規則來完成,這是邏輯學的研究對象。概念和命題要想獲得其“意義”和“內容”,必須通過與感覺經驗來完成。這兩者之間并不存在邏輯關聯性,而是純粹的直覺聯系。這種聯系是區別科學真理與憑空幻想的標準,即這種直覺能得到保證,而非其他。雖然邏輯概念體系本身是完全自由的,可是它們遵循這樣一個目標,即要盡可能對應感覺經驗的總和,又要可靠和完備;其次,它們應當是諸如不下定義的概念和推導不出的命題等,它們都是邏輯**元素(像基本概念和公理)。
按照某一邏輯體系,公認的邏輯規則推導出來的命題是正確的。而體系同經驗總和的對應,以及可靠和完備程度,決定了體系真理的內容。正確命題所屬的體系通過其中的真理內容賦予了該命題的共“真理性”。
在休謨看來,諸如因果性概念這樣的概念,是不能從經驗材料中根據邏輯方法來推導的。而康德又完全確信某些概念是必備的,他認為這些被挑選出來的概念為任何思維準備了必要的前提,并且它們不同于那些來自經驗的概念。但我相信,它沒有按自然的方式來正確對待問題,所以這種區分是不正確的……
言歸正傳,現在我們再回到訃告上來。在我12到16歲的時候,我熟悉了包括微積分原理在內的基礎數學。這時,我有幸接觸到了一些這方面的書,它們的基本思想簡單、明了,內容突出,盡管它們有些邏輯上的瑕疵,但還是給了我許多啟發。總的說來,那次學習確實讓我著迷,在我印象中,它絲毫不比初等幾何差,甚至于好幾次達到了頂峰。我當時聚精會神地閱讀了很多著作,包括《伯恩斯坦的自然科學通俗讀本》在內,這個有五六卷的著作是一部卓越的通俗讀物,它幾乎只局限于定性敘述而不拓展。我幸運地從中知道了整個自然科學領域里的主要成果和方法。17歲那年,我以數學和物理學的學生身份進入蘇黎世工業大學,其時我已經具備了一些理論物理學的知識了。
在蘇黎世工業大學,我遇到了像胡爾維茲、明可夫斯茨等幾位卓越的老師,照這樣發展下去,我應該在數學方面有所造詣。事實并非如此,我大部分時間都是在物理實驗室里度過的,因為我對直接接觸太癡迷了。其他時間,我主要用于在家里閱讀基爾霍夫、亥姆霍茲、赫茲等人的著作。為什么我會在一定程度上不在乎數學呢?我想一方面原因在于我對自然科學的興趣遠比對數學的興趣濃厚;其次還由于一次奇遇:在我看來,數學分許多專門的領域,而每一個領域都會耗去我們畢生的精力。因此,我覺得自己很難選擇,為此煩惱不已。數學當然有很多最重要的東西,而且是最根本性的東西,然而由于我在數學領域沒有天賦,以致沒有把它們學好。此外,我對自然知識興趣更濃,作為一個學生,我也不清楚物理學需要最精密的數學方法,這樣才能通向更深入的知識道路。這一點等我逐漸明白的時候,已經是**科學研究的幾年后了。
誠然,同數學一樣,物理學也分成了若干領域,每一個領域幾乎都會耗盡研究者短暫的一生,而且還可能得不到令自己滿意的研究成果。況且,已經存在但未建立充分聯系的實驗數據還有很多。與數學不同的是,我在這個領域里很快就學會了怎樣挑選識別東西,將那種有用的知識挑出來,撇下其他多余的東西,尤其是那些只會充塞大腦、并引領我偏離主要目標的東西。當然,還存在考試問題。為了應付考試,即使不愿意,也得把所有這些廢物記住。在通過最后的考試以后,有整整一年的時間,我對科學問題失去了興趣,這都是因為被強迫學習的結果。不過,說句公道話,和其他許多地方相比,我們在瑞士的學習好得多,這種令人窒息的強制少多了。在瑞士,人們只要愿意,就可以做自己想做的任何事情,但有兩次考試例外。這讓人們有了選擇的自由,可以選擇自己喜歡的科目。我有個朋友,他是上課方面的好學生,每次去聽課,都很認真地整理講課內容。我享受這種好處,并認為這只不過是微不足道的小毛病,只是偶爾會有些內疚。正是這樣,研究問題的神圣好奇心才得以保留了下來。因為現代的教學方法就像一株脆弱不堪的幼苗,除了鼓勵,更需要自由;只有自由才能挽救它,使它不至于過早地夭折。我認為,使用強制手段,或給人灌輸責任感,讓學生增進觀察和探索的樂趣,確實是犯了嚴重的錯誤。在一頭猛獸不餓的時候,用鞭子強迫它不斷地進食,特別是人們提供的食物還是經過千挑萬選的,它肯定會逐漸開始厭食的。兩者道理相同。
當時,物理學已經取得了一些細節上的豐碩成果,但教條式的頑固不化,在物理學的原則問題上仍占統治地位。這個教條就是:上帝創造了牛頓運動定律的同時,還創造了必需的質量和力。這個思想統治著一切,其他的所有東西都可以用數學的演繹法推導出來。在這個基礎上,特別是由于偏微分方程在很多方面取得的成績,使得很多人對十九世紀所取得的成就贊嘆不已。牛頓也許是第一個揭示了偏微分方程的功效的人,而且是通過他的聲傳播理論大力宣揚微分方程。其時,流體動力學的基礎已經被歐勒所創立了。但人們仍然認為十九世紀的成就只有作為整個物理學基礎的質點力學。我當時還是一個大學生,對力學在那些表面上同力學無關的領域中表現出來的成就很關注,而對非力學的專門結構或者它所解決的復雜問題不在意。
在上一世紀所有的物理學家眼中,經典力學是全部物理學,甚至全部自然科學最牢固的基礎。我們對此也不必驚奇。當時,麥克斯韋電磁理論已逐漸取得了全面勝利,很多物理學家還孜孜不倦工作著,想把它也歸為力學方面。甚至包括麥克斯韋和H.揚茲本人,他們都在不自覺地維護著他們認為的物理學基礎——經典力學?,F在,我們公道地說,其實他們正是動搖“力學作為一切物理學的基礎”的人。恩斯特·馬赫寫了一本《力學史》,他對這種教條式的信念提出了反對意見,作為一個學生,我被他的內容吸引了。我認為,正是馬赫堅不可摧的懷疑態度和**性才鑄就了他的偉大。然而,馬赫沒有將一些思想正確闡明,特別是關于科學思想中本質上是構造和思辨的問題。他反而指責理論,比如指責原子運動論就犯了這樣的錯誤。
下面我想先談一般的物理理論觀點,因為人們可以利用這些觀點去批判各種物理理論。理論應當與經驗事實相符合,這是第一。事實上,做到這點非常難,盡管它初看起來很明顯。為了堅持一種普遍接受的理論基礎,人們總是想辦法加進一些補充或假設,從而使理論與事實相符合。但不管怎樣,用現有的實際經驗來證實理論基礎是第一個觀點所涉及的內容。
除此之外,還要注意理論本身的前提問題,這是第二。它涉及的“自然性”或者“邏輯簡單性”,人們通??梢院唵味卣J為是前提(基本概念及其基礎之間的關系)。在挑選和評價各種理論時,這個觀點的作用很大,但具體怎樣表達,確實存在難度。與其說要尋找一種邏輯上**的前提問題,不如說是一種權衡兩種不能比較的問題。其次,那種最嚴格限制理論體系的理論是比較優越的理論。在這里,我只談這些理論,把它們的對象歸為一切物理現象的總和,所以理論的“范圍”,我就不再說了……
我上面講的也許讓人有點不明白,不過我也不想請求原諒。在這里,我還必須承認,我還沒有找到更合適的定義來表達上面的意思,也許我根本就缺乏這個能力。我也明白,如果非要尋找更明確的闡述方法,這還是有可能的。不管怎樣,在判斷理論的“內在的完備”時,“預言家”們之間往往存在一致意見。
?。匀ヅ凶鳛槲锢韺W基礎的經典力學)
夠了,夠了。請原諒我吧,牛頓。我們會永遠記住您所發現的道路,在您那個時代,您確實是一位具有最高思維能力和創造力的人。您所創造的概念,不管什么時候仍然對我們研究物理學起著很重要的指導作用。然而現在,我們必須用另外一些與直接經驗相去甚遠的概念取代您的這些概念,因為不這樣,物理學就沒辦法繼續進步。
“這難道算是訃告嗎?”因為這樣的文章令讀者驚奇,很容易產生這樣的疑問。
我的答案:本質上,是的。
因為,對我這種人,他所想的是什么和他是怎樣想的才是一生中主要的東西,而那些他所做的或者經受的事情,是他不關心的。因此,這些我認為在我的一生中起重要作用的思想構成了這個訃告的主要內容。一種越簡單的理論前提,越能囊括更大的應用范圍,也越能涉及更多的事物種類,而越這樣,給人的印象越深。古典熱力學給了我深刻的印象。我敢保證,這個理論是唯一具有普遍內容的物理理論,在它的基本概念所涉及的范圍內是絕不會被推翻的,這一點請喜歡懷疑的人特別注意。
在我的學生時代,麥克斯韋理論是最使我著迷的課題。這個理論之所以能夠成為革命的理論,就在于它從超距作用力過渡到以場作為基本變量。將光學歸到電磁理論范圍內,連同光速與絕對電磁單位制的關系,以及折射率與介電常數的關系,反射系數與金屬體的傳導率之間的定性關系,都是一種啟示。在這里,除了轉變為場論(他用微分方程來表示基本定律)外,麥克斯韋只用了唯一一個假設性的步驟:在真空和電介質中引進了位移電流及其磁效應,這完全是一種革新,由微分方程的形式性質規定其內容。同伽利略和牛頓一樣,法拉第與麥克斯韋,也是前者靠直覺抓住了事物的聯系,后者用公式嚴格地將這些聯系準確地表述了出來,并將它們定量地應用了。在這里,我還要說的是,我們應該特別注意這兩對之間的內在相似性。
……
1955年的自述①(片段)
1895年,我16歲,跟著父母來到了蘇黎世。此前一年是在意大利米蘭度過的,那時我沒有上學,也沒有老師。我想上蘇黎世聯邦工業大學,不過,我不知道怎樣做才能到這個學校讀書。我的那一點知識主要是靠自學得來的,很零散。對于這一點,我有自知之明。我也很固執,既然我決定想上這所學校,就不會放棄。我覺得考上大學絕不是一件輕松的事。我讀書很少背誦,加上記憶力又不強,對所有問題,只是喜歡深入理解。我報名參加了這所大學的工程系入學考試,但我一點把握也沒有。我過去所受的教育殘缺不全,在這次考試中,全部暴露出來。我沒有考上,這也是正常的。不過,有件事還是值得高興的,通過這次考試,物理學家H.F.韋伯認識了我,他說,如果我不離開這里,可以去聽他的課。但是,校長阿耳賓·赫爾措格教授卻向我提議,去阿勞州立中學上學。在那里,我可以用一年的時間,來補習以前漏學的課程。阿勞州立中學給我留下了難忘的印象,學校崇尚自由精神,教師們淳樸熱情,不會為外界的權威而動搖。而德國的中學則不同,那里一直受權威指導,沒有自己的個性。和在德國中學的六年學習相比,我感到這里的教育是自由和自我約束的。這里優越的學習環境讓我想到,虛幻的空想絕不是真正的**。
在阿勞學習期間,我有時候會想(曾思考過)這樣一個問題:假如一個人的奔跑速度可以達到光的速度,那么他所處的場就不會隨著時間的變化而發生改變了。顯然,這種事不可能發生。不過,同狹義相對論有關的樸素的理想實驗,這是第一個。雖然狹義相對論的這一發現,最終的結果同邏輯形式有關,但它絕不是邏輯思維的成就。
1896年-1900年,我在蘇黎世工業大學的師范系學習。我現在已經是一個有中等成績的學生了,對此我很滿足。但我那時還不是一個好學生,我做不到好學生的標準:要遵守秩序,老師講課時要做筆記,然后自覺地做作業;人們所教給你的那些東西,你要不惜一切代價學好;必須有能力去很輕快地理解所學習的東西??上У氖?,我發現上述的這些條件自己一個也做不到,為此我老有一種負疚感。在這個自由自在的學習環境里,我以極大的興趣去聽某些課,我依然還不是一個好學生,只能讓自己多學一些感興趣的東西,與此同時,我不感興趣的很多課程也都漏掉了。在家里,我以極大的熱情學習理論物理學,這樣做平衡(平靜)了我的內心,減輕了我的負疚感。我依然保持著原有的習慣:廣泛地自學。
這個時候,有一位叫米列娃·馬里奇的塞爾維亞女同學和我一起學習,她就是我后來的妻子。
在H.F.韋伯教授的物理實驗室里,我熱情而又努力地工作著。我也很喜歡蓋塞教授的微分幾何,他的講授是教學藝術的真正杰作,這對我后來建立廣義相對論有很大的幫助。不過,那時的我對高等數學沒有多大的興趣。我錯誤地認為,高等數學這一門課有這么多的分支學科,在任何一個分支中,想研究出一些成就來都會用盡一生的時光。我還無知地以為,只要清楚地掌握數學基本概念以備應用,對于一個物理學家來說就足夠了;而像高等數學和其他一些學科,對于物理學家來說,即使不知道也沒有多大關系。后來,數學才能的不足在我以后的研究中慢慢顯露出來,我才發現自己犯了一個不該犯的錯誤。
在工業大學,我還認識了一個同學馬爾塞耳·格羅斯曼,并很快和他成為朋友。馬特河口有一家“都會”咖啡店,我們兩個,每個星期都要去那里一次,我和他在那里談論學習,談論當下的年輕人都喜歡什么。我是個有點離經叛道的流浪漢,但他和我不一樣,他是個有內心自主性的人,能看得出來,他渾身上下透著瑞士人的氣質。巧的是,他的許多才能都是我欠缺的,比如,處理任何事情都有條不紊,理解問題很快。他的筆記做得極為出色,學習上也是出類拔萃,同學們看到他的筆記本都會自嘆不如。快考試的時候,他把這些筆記本借給我,這對我來說真是雪中送炭;要是沒有這些筆記本,我都不知道我會考成什么樣子。
擺在我們面前的這些課程,本來都是很有意義的,但我費了很大的勁,才在那些筆記本的幫助下,基本上學會這些東西。大學教育并不總是有益的,特別是對于像我這樣愛好沉思的人,我覺得我就是在強迫自己學習不喜歡的東西。幸運的是,我那段學習時期只有一年。
在我畢業后大約一年,作為我的朋友,馬爾塞耳·格羅斯曼給了我一個極大的幫助。通過他的父親,他把我介紹給瑞士專利局局長弗里德里?!す?。瑞士專利局對我進行了一次詳細的面試,合格后我就留在那里工作了。
1902年至1909年這段時間,是我最富于創造性的時期。因為我上班了,所以在這幾年中,也不用為生活操心了。拋開上班可以拿錢這一點不說,對我來說,鑒定技術專利權的工作本身就是一種真正的幸福。在鑒定的時候,你必須從各個方面去考慮,這就會用到各種知識,對自己以后在物理所研究也有所幫助。我這樣的人就適合做一種實際工作,有工作就是一種莫大的幸福。而學院里的一些年輕人則不得不寫大量的科學論文,在寫這些毫無意義的論文里慢慢趨于淺??;當然,也有一些具有堅強意志的人,頂得住在學院的壓力。作為一個平民,他只要能夠完成他的工作就可以了,他的日常生活并不靠特殊的智慧。假如有人在工作之余對科學深感興趣,那么在他的本職工作之外,他也可以研究他所愛好的問題。這樣的研究還有一點好處,那就是用不著擔心自己的研究有沒有成果。給我找到這么幸運的職位,我得再次感謝馬爾塞耳·格羅斯曼。
在伯爾尼的那幾年里,我過得很愉快。在這里,我只談一件事,這件事能表現我這一生中最富有成果的思想。我的狹義相對論提出已經有幾年了。相對性原理是不是只適用于慣性系①呢?直觀上我們會這樣回答:“好像不是!”但直到那時為止,慣性原理作為全部力學的基礎卻不允許把相對性原理推廣到其他領域。相對于慣性系,如果一個人處于加速運動的坐標系中,那么相對于這個人,一個“孤立”質點的運動就不會沿著直線做勻速運動了。一些人的思想從窒息的思維習慣中解放出來,他們會這樣問:這種行為有沒有提供慣性系和非慣性系的分辨方法呢?在至少是在直線等加速運動的情況下,他會斷定說,結果就不是那回事了。因為,相對于一個這樣加速運動的坐標系,那種物體的力學行為,人們可以把它解釋為引力場作用的結果。這件事是有可能的,有這個事實作證:在引力場中,物體的加速度總是相同的,與物體本身的性質無關。這就是等效原理。對于一個普遍的變換群,這個原理不僅有可能使得自然規律恒定(相對性原理的推廣),而且一個深入的引力理論也有可能因為這種推廣而被發現。在原則上,我絲毫也不懷疑這種思想的正確性。但具體運用就不那么容易了。首先,有這樣一個問題:開辟了狹義相對論道路的時空坐標系論斷,有一個直接的物理解釋,這和向一個更廣義的變換群過渡是不相容的(向一個更廣泛意義上的變換群過渡不是那么容易的,因為在開創狹義相對論的時空坐標系時運用的直接物理解釋與此相悖)。其次,是關于怎樣選擇推廣的變換群,這個問題暫時還不能預見到。在等效原理這個問題上,暫時就提這么多,其實關于這個問題我也走過彎路。
1909年到1912年,在蘇黎世以及布拉格大學,我講授理論物理學,那時候我就不斷地思考這個問題。1912年,蘇黎世工業大學聘請我任教,我感覺很快就可以解決這個問題了。海爾曼·明可夫斯基在這里有個分析顯得很重要,是關于狹義相對論形式基礎的。這種分析概括起來就是:實驗上可證實的空間度規特性和慣性原理,被準歐幾里得度規(不變的)決定著,這個度規在準四維空間里;洛倫茲不變的方程組形式也由其決定著。有一種特選的坐標系——笛卡兒坐標系在這個空間里,它也是唯一自然的坐標系(慣性系)。在這樣的空間中,等效原理使我們引進非線性坐標變換——非笛卡兒(“曲線”)坐標。
在上述特殊形式中,一個孤立物體的慣**就表現為一條類似直線;同這種行為相對應的,在普遍的形式中則是“短程線”。
這種陳述方式,雖然只是涉及準歐幾里得空間的情況,但是,如何達到一般引力場的道路,它也作了說明。引力場在這里還是用一種度規——一個對稱張量場gik來描述的。因此,如何滿足這樣的要求就是進一步推廣的目標:準歐幾里得就是這個場通過一種單純的坐標變換而成的。
一個對非線性坐標變換能保持不變的微分方程是否存在著呢?如果存在的話,這樣的微分方程就是引力場的唯一場方程。這樣,引力問題就歸結為一個純數學問題了。質點的運動定律后來就是由短程線的方程來規定的。
1912年,我帶著這個問題找到我的老同學馬爾塞耳·格羅斯曼,他那時任蘇黎世工業大學的數學教授。作為一個純數學家,對物理學,他還是抱有一些懷疑態度的。但我的這個問題立即引起了他的興趣。我們上大學的時候,去咖啡店里,經常在一起相互交流思想。有一次,他曾經說過這樣一句話:“不得不承認,學習物理讓我在現實生活中得到一些好處。以前,假如一個人從一張椅子上站起來離開了,然后我去坐這張椅子,我能感覺到剛剛那個人的熱量還留在這張椅子上,對此我很不舒服。如果這種事再發生,我不會這樣想了,因為熱是某種非個人的東西,這是物理學告訴我的?!?br />
最后,他答應解決這個問題,不過,他還有條件:他只幫我解決這個數學問題,對物理學的論斷和解釋都不承擔責任。他查閱了一些文獻,發現黎曼、里奇和勒維·契維塔就上面所提的數學問題早已解決了。這個問題和高斯的曲面理論有關,在這個理論中,廣義坐標系被第一次系統地使用。黎曼解決了如何從gik推導出二階微分,作出了極大的貢獻。這就解決了引力的場方程是怎么回事的問題,那就是對于一切廣義的連續坐標變換群,要求都是不變的。在1916年的時候,歷盡艱辛,這個理論終于出現了。
一想起我的這位老朋友,我就想到了我們在一起上學的時候??上У氖?,他英年早逝。1936年,一場疾病迅速奪去了他的性命。對馬爾塞耳·格羅斯曼的幫助,我要再次表示感激之情,對他的感激也使我擁有了寫這篇文章的勇氣。
引力理論提出到現在已經四十年了。這些年來,我的全部精力都用在把引力場理論推廣到一個可以構成整個物理學基礎的問題上。為了這一個目標,許多人都在努力著。后來,有許多充滿希望的推廣,但我都放棄了。最近十年,我終于找到了一個理論,在我看來,這個理論自然而又富有希望。但這個理論在物理學上是否有價值,我還不能確信,因為這個理論的基礎是目前還不能克服的數學難題,凡是應用任何非線性場論都會遇到這個難題。此外,一種場論是否能夠解釋物質的原子結構和輻射以及量子現象,還未有定論。對這個問題,現在大多數物理學家都會堅定地回答“不能”!因為他們相信,在原則上,量子問題只能用別的方法來解決。問題最后會怎樣發展,我不禁想起了萊辛①那句振奮人心的名言:與那些坐享其成的人相比,為尋求真理而付出的代價是高昂的。