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為辯證唯物主義時空觀提供科學依據

        2016-11-28 17:16       字體顯示: 【

  繼1905年創立狹義相對論之后,1915年,愛因斯坦初步完成了廣義相對論的理論建構。廣義相對論創立之時,理論物理學家玻恩曾評價其是“認識自然的人類思維最偉大的成就,哲學的深奧、物理學的洞察力和數學的技巧最驚人的結合”。廣義相對論深化了人們對物質與時空的認識,對物理學、宇宙學乃至哲學的發展產生了深遠影響。今年時值廣義相對論創立100周年,學界積極回顧這一人類偉大成就,探討其如何推動思想與知識的進步。

  實現自然定律的普遍有效性

  在狹義相對論中,愛因斯坦提出光速不變與相對性原理。然而,在他看來,狹義相對論并沒有實現自然定律的普遍有效性,慣性系中的絕對加速度使物理學關于引力的理解陷入循環論證:“如果有一物體離開別的物體都足夠遠,那么,它運動起來就沒有加速度,而只是由于它運動起來沒有加速度這一事實,我們才知道它離開別的物體是足夠遠的。”

  愛因斯坦提出質疑:相對論這一自然定律是否只局限于慣性系?一個自伽利略時代就已澄清的事實——自由落體的加速度與物體的重量無關,重新進入愛因斯坦的視野。愛因斯坦抓住這一科學事實背后的意義,立足于“在引力場中一切物體都具有同一加速度”這一實驗事實,將經典力學中“引力質量等同慣性質量”這一線索上升到等效性原理的高度,從而為相對性原理擴展至非慣性系提供了可能。

  “廣義相對性原理的確立,解決了自然定律能夠應用于一切坐標系的問題,深化了對引力本質的揭示,推動了宇宙學說的發展。”上海社會科學院研究員成素梅表示,廣義相對論對我們認識物質、運動、空間和時間之間的內在關系具有重要的理論意義。

  廣義相對論為現代宇宙學、天體物理學的研究提供了理論工具。愛因斯坦于1917年發表的《根據廣義相對論對宇宙學所作的考查》一文,被認為是現代宇宙學的開端,在這篇文章中,他提出了一個靜態的、均勻的、有限但無邊的宇宙模型。基于廣義相對論所預言的引力場內的時間膨脹、譜線紅移、光線彎曲、行星軌道近日點運動等現象,此后都被觀測和實驗所驗證。

  證明時空與物質聯系在一起

  “如同牛頓力學影響了之后幾個世紀的哲學,廣義相對論的思想也深刻影響著20世紀以來的哲學發展。”華中科技大學教授萬小龍表示,僅從科學哲學角度而言,廣義相對論是石里克等人的邏輯實證主義和波普爾的證偽主義的直接思想來源之一。

  上海交通大學科學史與科學文化研究院副教授杜嚴勇告訴記者,許多哲學家熱衷于以愛因斯坦的思想論證自身哲學理論的合理性,而愛因斯坦與同時代的哲學家也曾就廣義相對論進行過多次思想交流。針對邏輯經驗主義夸大相對論的經驗主義內涵,排斥相對論的理性論特征,愛因斯坦即在寫給蘭佐斯的信中表示:“從有點像馬赫的那種懷疑的經驗論出發,經過引力問題,我轉變成為一個信仰理性論的人。”

  此外,一些后現代主義思想家也從愛因斯坦的相對論中汲取思想資源。“不同時期的哲學家都可以從愛因斯坦的理論中得到激勵和啟發,這就是革命性科學理論的獨特魅力。”杜嚴勇表示。

  正如愛因斯坦本人所言:“空間—時間未必能看作是可以脫離物質世界的真實客體而獨立存在的東西”。在杜嚴勇看來,從時空觀的角度來說,廣義相對論證明了時空與物質是聯系在一起的,這是對絕對時空觀的又一次重大突破。

  然而,一些學者因對廣義相對論缺乏深刻理解,產生了絕對的相對主義的錯誤解讀。“相對論取消了‘絕對性’,揭示了過去物理學中被先驗地賦予優先地位的那些觀念的局限性,揭示了物質運動的相對性,但這并不等同于哲學上的相對主義。”成素梅認為,恰恰相反,廣義相對論思想為恩格斯所說的“運動是物質的存在方式”、“一切存在的基本形式是空間和時間”的辯證唯物主義觀點提供了科學依據,顯示了它在科學思想史上的獨特意義。

  重視探索復雜性的科學趨向

  與科學發展征程中的其他理論學說一樣,愛因斯坦創立的相對論既有超越前人的理論貢獻,也不可避免地存在一定的歷史局限性。

  從經典力學到量子力學,愛因斯坦的相對論力學扮演了承前啟后的重要角色。成素梅認為,廣義相對論克服了經典力學的機械性,支持了自然界是相互聯系的觀點;不過,在最基礎的哲學假設中,它依然保留了決定論的因果性與經典實在論的前提。正因于此,對此后量子力學的興起,愛因斯坦從最初的奠基者轉變為批評者。

  萬小龍提出,近現代科學的一個典型特點是,為了弄清楚某類事物的本性,先弄清楚這類事物中最簡單事物的本性,以便建立簡單、明晰、嚴密和可靠的知識,因此常常運用比實際簡化的方法。而隨著經驗知識、數學知識和實驗手段等不斷積累,逐步形成對復雜事物的深入理解。從伽利略、牛頓到愛因斯坦,始終延續著這種方法論、認識論和本體論。

  在杜嚴勇看來,指導愛因斯坦創立廣義相對論的基本思想依然是世界的統一性與簡單性,但現代科學的顯著特點之一是探索復雜性。因此,愛因斯坦的思想資源雖有較大的借鑒與參考價值,但多元性、復雜性等思想必須引起足夠關注。

  任何科學理論都是階段性的,都有其適用范圍,也會被后來的科學家發展和超越,包括愛因斯坦的廣義相對論。杜嚴勇認為,這并不意味著以前的科學理論就“過時”了。像牛頓力學、愛因斯坦相對論等科學理論,都是對客觀世界某種程度的正確認識,只不過我們需要對其應用范圍有清楚的認識。

 
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