與眾不同之處－藍色情懷

「愛因斯坦 1905」導讀

與眾不同之處

作者:高湧泉

著名天文學家錢德拉瑟加（S. Chandrasekhar，1905-1995；1983年諾貝爾物理獎得主）是愛因斯坦的仰慕者，他曾在一場紀念歐本海默的演講中（演講稿見Am. J. Phys. 47, 212 [1979]）提出了以下的問題：「大家都認為愛因斯坦在 20世紀物理界的地位是獨一無二的。不過或許還是有人要問，為什麼如此？因為就物理學家的知識而言，我們其實可以舉出好幾個人，他們的重要貢獻可能比愛因斯坦還來的有用──無論如何，起碼和愛因斯坦的貢獻相當。以下是這類人物的一些例子：勞倫茲（ H. Lorentz）」、龐加萊（H. Poincare）、拉塞福（ E. Rutherford）、波耳（N. Bohr）、費米（E. Fermi）、海森堡(W. Heisenberg)、狄拉克(P. A. M. Dirac)、薛丁格(E. Schrodinger) 。」

錢德拉瑟加自己對這個問題的回答是：「毫無疑問的，愛因斯坦獨特之處在於：他除了對狹義相對論、布朗運動、以及光子概念的貢獻之外，還是廣義相對論唯一的發現者。」雖然廣義相對論未必和原子論一樣，應成為每個物理學家的必備知識，但是研讀過這個理論的人都會同意大數學家懷爾(H. Weyl)對它的評價：「廣義相對論是人類推理思維能力最偉大的例子」。錢德拉瑟加本人是相對論專家，很能體會愛因斯坦在廣義相對論上所表現出來的偉大創造力與卓越思維能力，所以會以廣義相對論這項工作來區別愛因斯坦與其它大物理學家。

就愛因斯坦的研究如何超越其他人而言，我當然認同錢德拉瑟加的答案，不過這個答案並沒有回答大家其實更感興趣的問題：愛因斯坦的天才如何與眾不同？但是這個問題不會有什麼客觀、有意思的答案，甚至可能有人會覺得愛因斯坦根本並沒有比，譬如說，狄拉克來得聰明。可是如果我們問：愛因斯坦在氣質上、在提問題的方式上與其他一流物理學家有什麼不同？則這問題就值得討論了。

我以為，愛因斯坦在氣質上與其他著名物理學家確有相當不同之處，尤其是小他一輩以上的海森堡、狄拉克、費米，以及二次大戰後成名的許文格（J. Schwinger）、費曼（R. Feynman）、葛爾曼（ M. Gell-Mann）、溫柏格（S. Weinberg），至當紅的葛羅斯（D. Gross）、威爾切克（F. Wilczek）、維頓（E. Witten）等人。相異之處主要在於愛因斯坦遠比他們更像是位哲學家。愛因斯坦的哲學涵養非常深厚，而且這種涵養清楚地呈現在他的物理研究上，例如對於相對論以及量子力學的研究。

愛因斯坦在其《自傳札記》(Autobiographical Notes)一文中對於如何發現狹義相對論有這樣的說明：「我16歲時已經想到（關於馬克士威方程式的）一種弔詭：如果我以速度c（光在真空中的速度）去追一束光，則我應該看到一束靜止的光，也就是在空間中來回震盪的電磁場。但是，無論就經驗或是就馬克士威方程式而言，這種現象並不存在。」愛因斯坦在 16歲便能設想出如此出色的「想像實驗」，已展現其哲學慧根。愛因斯坦又繼續說「我們看到狹義相對論的根源已經包含在這個弔詭之中。當然，今天每個人都知道，只要時間的絕對性──亦即同時性的絕對性──這項假設依然不自覺地留在我們潛意識之中，則一切想要圓滿澄清這個弔詭的企圖都註定失敗。只要能認清時間的絕對性其實只不過是任意的假設，就已看出了問題的答案。發現這項關鍵點所需要的那種批判性思考，就我而言，基本上來自於閱讀休謨（ D. Hume）與馬赫(E. Mach)的哲學性作品。」

早在1915年，愛因斯坦便已在信中對朋友許立克（M. Schlick）說他狹義相對論的思想受到了馬赫的影響，又說「而休謨的影響更大，因為就在發現狹義相對論之前不久，我認真地研讀了休謨《論人性》（Treatise of Human Nature）的德文翻譯。如果沒有研讀這些哲學作品，我便非常可能找不到答案。」愛因斯坦究竟從休謨與馬赫那裡得到甚麼啟發呢？我們知道休謨、馬赫二人的哲學立場是任何觀念必須立基於知覺經驗之上，一切超越經驗之外的觀念都必須質疑。絕對時間的概念是一種沒有經過檢驗的假設，愛因斯坦之所以能在1905年毅然地拋棄這個大家習以為常的假設，靈感就來自休謨、馬赫的哲學思想。他於 1924年回憶說：「在思考了七年（1898~1905 ）但一無所獲之後，忽然間我想出了答案，那就是我對於空間與時間的觀念與定律，除非它們是清楚地立基於經驗之上，否則是無效的；而且經驗極可能會改變(我們對於時間與空間的)觀念與定律。在將同時性的概念修正較恰當的形式之後，我便得到了狹義相對論。」一旦推翻了絕對時間的概念，光速在各個座標中都是定值這件事就不是弔詭之事了。愛因斯坦便是如此想出他的狹義相對論，其中來自哲學的啟發是關鍵。

除了狹義相對論，廣義相對論的發展與哲學也是密切相關：在還沒有徹底瞭解廣義相對論之前，愛因斯坦曾深深困惑於他自己設想出來的「空穴論證」(Hole Argument)，大略地講，這個論證所涉及的即是數學上所謂「微分同胚不變性」(Diffeomorphism Invariance)的物理意義究竟是什麼，也就是時空點到底是不是只有相對性意義(如萊布尼茲[G. Leibniz]之主張)而已的問題。此外，眾所皆知，愛因斯坦一直不肯接受量子力學(嚴格來說是不接受所謂哥本哈根對量子理論的詮釋)，他對於量子力學的詭異之處看得都比任何人都來的透徹，這種批判態度當然源自於哲學思維。

愛因斯坦曾說哲學所追求的是最一般性、最全面性的知識，因此哲學是所有科學之母。既然他對於哲學有如此認知，也對於宇宙最深刻的結構感到興趣，他投注時間與精力在哲學上便可以理解了。愛因斯坦在瑞士伯恩專利局工作期間，曾和好友索羅芬(M. Solovine)與哈比希特(C. Habicht)共同成立「奧林匹亞學院」(Olympia Academy)，一起討論學問。他們談論的主題非常廣，根據索羅芬的回憶，閱讀書單中包括大量的哲學性著作：例如，龐加萊的《科學與假設》(Science and Hypothesis)、密爾(J. S. Mill)的《邏輯系統》(A System of Logic)、皮爾遜(K. Pearson)的《科學的文理》(Grammar of Science)、馬赫的《知覺得分析以及物理世界與心靈世界的關係》(The Analysis of Sensations and the Relation of the Physical and the Psychical)、亞維鈉留斯(R. Avenarius)的《純經驗批判》(Critique of Pure Experience)、以及先前已提過的休謨的《論人性》等等。根據朋友的說法，愛因斯坦在晚年依然喜歡閱讀休謨的作品以為娛樂。

總之，愛因斯坦在哲學中吸取靈感是不爭的事實，他的思維帶有濃厚的哲學氣息也是相當明顯的。可是前面提過，當代物理學家之中，罕見像愛氏這樣愛好哲學的人，為什麼會這樣？愛因斯坦在1936 年寫了篇文章《物理與實在》(Physics and Reality)，裡頭或許有這個問題的答案。愛因斯坦寫說：「我們常聽到一種說法，這種說法不能說沒有道理，那就是科學家是糟糕的哲學家。如果真是這樣，那為什麼物理學家不乾脆把哲學留給哲學家去做就好?假如物理學家相信他已經擁有了一套固定的基本觀念與基本定律，而且這ㄧ套系統非常牢靠，完全無可懷疑，那麼在這種時候，物理學家的確不必去擔心哲學問題。但是如果他們所處的時代正好是物理根基出問題的時候，那麼物理學家便不能不理會哲學。目前實驗結果逼迫我們去追尋更新穎、更穩固的基礎，在這樣的情況之下，物理學家就不可以把對於理論基礎的批判性思考丟給哲學家，因為物理學家自己最清楚鞋子哪裡穿起來不舒服。在尋找新基礎的時候，他應該試著在腦子中想清楚，所使用的觀念有哪些是靠得住的，因此是必要的。」

毫無疑問的，愛因斯坦這段話全然是基於自己的經驗。如果他的看法確有些道理，那麼當代物理學家之所以不看重哲學，原因便在於他們已經有了「穩固的基礎」，例如像量子場論這種適用範圍極廣的理論架構。既然現今的專業科學家可以依循明確的法則來處理所面對的問題，他們和愛因斯坦相比，難免會顯得匠氣較重。愛因斯坦曾經對朋友抱怨這種狀況：「今天很多人，甚至是專業科學家，在我看來，就像是雖看過上千株樹，但卻沒見過森林的人。科學家如果瞭解科學知識的歷史與哲學背景，就能夠擁有某種獨立性，讓他免於他那一時代多數科學家所陷入的偏見。這種由哲學洞見所產生出來的獨立精神，依我的意見，可以區分ㄧ個人究竟僅僅是位工匠或專家，還是一位真正的真理追求者。」

愛因斯坦雖然喜好哲學，但很清楚哲學思維有其侷限，物理學家有時必須是個「機會主義者」，得要不按理出牌，才能繼續走下去。例如他知道自己所提出的「光子」假說不折不扣是個革命性的概念，因為這個假說背後並沒有ㄧ個和相對論一樣能夠自圓其說的理論。儘管其他物理學家已欣然地接受了光子說，愛因斯坦的哲學素養反而促使他持續地去尋找答案，因而他後來才會說：「我思索光量子的時間遠多過我思索相對論的時間。」

我們永遠不會知道愛因斯坦的天才是怎麼來的，不過我們可以看到他那親近哲學的態度，的確與眾不同。而這種對於哲學的喜好，直接、間接地幫助了他克服觀念上的障礙，提出新問題。