愛因斯坦：我們為什麼研究物理學？_風聞
中科院物理所-中科院物理所官方账号-2021-11-16 13:38
原創：中科院物理所
阿爾伯特·愛因斯坦被認為是科學界最著名的天才。他最著名的理論是相對論和光電效應，其中光電效應為他贏得了1921年的諾貝爾物理學獎，但與此同時，愛因斯坦幾乎沒有做過任何實驗。事實上，他的大部分發現都是基於一些奇異但又令人着迷的思想實驗。
阿爾伯特·愛因斯坦在1922年訪問巴黎
那麼問題來了：愛因斯坦做研究的原則到底是什麼呢？是什麼讓他有可能解開宇宙中一些最重要的謎題？在這篇文章中，我將闡明愛因斯坦對於科學思維和想象力的一些想法。
這篇文章中的陳述和評論是由阿爾伯特·愛因斯坦本人在柏林物理學會舉行的馬克斯·普朗克六十歲生日慶祝會上發表的，文本收錄在《我的世界觀》（Mein Weltbild, Amsterdam: Querido Verlag,1934）中。
馬克思·普朗克（1858—1947年）多年來一直是柏林大學的理論物理學教授。他對物理學最傑出的貢獻是量子理論。普朗克在1900年提出了黑體輻射理論，這一理論是整個現代量子物理學的發展的基礎。因此，普朗克被認為是量子力學的奠基人之一。
緊隨普朗克之後，愛因斯坦在這個年輕的領域做出了開創性工作，其中最重要的是他的光量子或者説光子理論（1905年）和比熱理論（1907年）。愛因斯坦對量子理論的早期貢獻還包括他的啓發性猜想，他認為光的行為和聚集在一起的光子的行為相同；他還對物質中粒子的機械能的量子結構進行探索。正是他比任何人都更深刻地認識到量子概念在其它分支中的基礎性和普遍性。
愛因斯坦在演講開始時將科學比作一座神殿，並將科學家與那些為僅僅為科學殿堂的發展提供了智力產物的人進行了比較。然後，他對馬克斯·普朗克進行了評價，認為他是一定會被留在科學殿堂裏的人之一——他在很大程度上推動着科學的發展。
在科學的神殿裏有許多房屋，裏面住着形形色色的人，而促使他們到那裏去的原因也各不相同。許多人之所以喜歡科學，是因為科學會帶給他們智力強於常人的快感，科學是他們特殊的娛樂方式，他們在科學中尋找生動的體驗和對自己野心的滿足；神殿裏還有很多其他人，他們出於純粹功利的目的把他們的腦力產物奉獻在科學的祭壇上。如果上帝派出一位天使將這兩類的人都趕出神殿，那麼這裏的人將大大減少。
但是，仍然還有一些人會留在裏面，這些人中既有歷史人物也有現在的人物。我們的普朗克就是其中之一，這也正是我們愛戴他的原因。我很清楚，我們剛才在想象中隨意地趕走了許多傑出人物，他們為科學神殿的建立做出過許多甚至是主要的貢獻。天使有時也很難決定驅逐哪些人，但是有一點我可以肯定，如果只留下剛才我們提到的兩類人，科學神殿就絕不會存在，剩下的只是一些荒草。對這些人來説，只要時機合適，他們可以從事任何行業。他們會成為工程師、官員還是商人完全取決於環境的影響。
愛因斯坦解釋了為什麼有些人總會被留在科學神殿裏，而從來不會被上帝的天使驅逐。然後，他闡述了一個重要的哲學觀點，到底是什麼導致人們沉迷於科學發現的世界以及藝術中的美感和印象，即沉浸於客觀感知和思維的世界。
現在讓我們再看看那些得到天使青睞的人。
他們中的大多數人都有點古怪、沉默寡言、孤僻，儘管有這些共同點，但他們本質上非常不同。是什麼把他們帶到科學殿堂裏來的？這是一個難以回答的問題，因為不存在統一的答案。
首先，我相信叔本華的觀點，引導人們走向藝術和科學的最強烈動機之一是：逃離日常生活中痛苦的粗鄙和令人無望的沉悶，擺脱自己不斷變化的慾望的束縛。性情温和的人渴望逃離個人生活，進入客觀感知和思維的世界。這一願望就像城市居民想逃離喧鬧、擁擠的城市環境，進入高山中的寧靜的環境一樣。在那裏，眼睛得以在安靜清潔的空氣中自由地觀察，沉迷於那似乎為永恆而設計的環境中。
愛因斯坦解釋了當人們試圖去描繪所生活的世界和宇宙時個人特質的重要性，無論是畫家、科學家還是哲學家——每個人都試圖創造自己對宇宙的理解。
在所有這些有趣的想法背後，我們可能會想到一些非常重要的問題：物理學家的世界圖景在所有人的圖景中佔據什麼位置？物理學家的科學想象力如何受到約束？為了形成一個精妙而完整的理論，科學頭腦需要考慮哪些事情？
除了這個消極的動機，還有了一個積極的動機。
人類試圖以最適合自己的方式為自己描繪一幅簡單易懂的世界圖景。然後，他試圖用自己的宇宙來代替經驗世界，然後降伏它。這就是畫家，詩人、哲學家和自然科學家所做的事情，他們只是各自有各自的風格。每個人都將這個宇宙及其構造作為自己情感的支點，以便通過這種方式找到在他有限的經驗範圍內沒有的安寧。
理論物理學家的世界圖景在所有這些可能的圖景中佔據了什麼位置？它要求在描述關係時儘可能達到最高的精度，這種要求只有通過數學的語言才能做到這一點。另一方面，物理學家必須嚴格限制自己描述的主題：他必須滿足於描述我們經驗範圍內最簡單的事件。所有更為複雜的事件都超出了人類智力所能做到的極限，無法以理論物理學家所要求的微妙的準確性和邏輯的完美性來重建。物理學家需要以喪失部分完整性為代價來打達到最高純粹性、清晰性和確定性。
但是，當人們小心翼翼地忽略世界的複雜性時，深入瞭解大自然如此微小的一部分有什麼吸引力呢？這樣一些小心翼翼地努力產生的結果是否擔得起宇宙理論之名？
愛因斯坦，在1952-1955年
愛因斯坦描述了形成完整的、易理解的和完全不同的構建科學原理和物理理論的主要方法——演繹法。他進一步解釋説，這些原則和定律不能由邏輯方法形成，而只能由基於對個人經驗的直覺作用形成。這種方法確實為單一理論和對同一現象的多種理解提供了多種解釋。然而，總有一個（原理或理論）比其他的更出色。
我相信這個名字是合適的。因為理論物理結構所依據的一般規律聲稱對任何自然現象都有效。有了它們，就應該有可能通過純粹的演繹，對包括生命在內的每一個自然過程進行描述，如果這個演繹過程超出人類智力的能力不遠的話。因此，物理學家放棄其宇宙的完整性不是原則性問題。
物理學家的終極目標是找到普適的基本定律，這樣就可以通過演繹法建立起完整的世界體系。要想找到這些基本定律，嚴密的邏輯方法是行不通的。只有通過建立在經驗之上的直覺，才能得到這些定律。這種方法的不確定性讓人們可以假定存在許多合理的理論物理體系。但科學發展的過程一再表明，在同一時期的許多方案中，總有一個方案明顯優於其他的方案。
真正深入研究這一問題的人都會相信，真實世界的現象直接決定了哪個理論是最優的，儘管事實上，現象與其理論原則並不存在邏輯上的對應關係。這就是萊布尼茨所説的“前定和諧”（Pre-established harmony）。物理學家經常指責認識論者沒有對這一事實給予足夠的重視。
愛因斯坦在演講結束時提到了一些關於馬克斯·普朗克的友好評價，以及他對科學的貢獻，特別是對物理學的貢獻，這些貢獻在科學意義上是至關重要的。在談到普朗克時，愛因斯坦提到：他（普朗克）在探索和解決一些最重大的科學問題方面發揮了重要作用，希望他在量子理論與電動力學理論相結合的嘗試中取得成功。
普朗克無窮無盡的耐心和毅力的源泉是渴望看到這種前定和諧，正如我們所看到的，普朗克致力於我們科學中最普遍的問題，拒絕讓自己轉向更容易達到的目標上去。
我經常聽到同事們試圖將他的這種態度歸因於非凡的意志力和紀律，在我看來，這是錯誤的。使人能夠從事這種工作的心態類似於宗教崇拜者或戀人的心態：每天的努力並非出於刻意或計劃，而是發自內心。我們敬愛的普朗克，他坐在那裏，笑着看我玩弄第歐根尼的燈籠（古希臘哲學家曾在白天提着燈籠尋找“誠實”的人）。
簡單的語言不能詮釋我們對他的熱愛。願對科學的熱愛繼續照亮他未來的道路，引導他解決當今物理學中最重要的問題，祝他可以將量子理論和電動力學、力學統一在同一個邏輯體系裏。
阿爾伯特·愛因斯坦在柏林獲得德國物理學會頒發的馬克斯·普朗克獎章。
作者：Sunnylabh 及 A.Einstein
翻譯：Nothing
審校：Nuor
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