愛因斯坦的科研方法

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愛因斯坦的科研方法

愛因斯坦是歷史上罕見的出色的科學(xué)家。他所創(chuàng)建的相對論，不只使物理學(xué)獲得了革命性的進展，而且刷新了人們對時間、空間等根本概念的認識;他在光量子論、布朗運動的研究中，也獲得了嚴(yán)重成果;此外，他還在宇宙、統(tǒng)一場論等方面做了開拓性的工作。

面對如此一位科學(xué)巨人，人們不由要咨詢：他是怎么樣獲得這許多成就的?

拉普拉斯說：“認識一位巨人的研究方法，關(guān)于科學(xué)的進步，并不經(jīng)覺察自身更少用處?？茖W(xué)研究的方法經(jīng)常是極富興趣的局部。〞每一位富于制造、勇了革新的人，總有他自己的特點，他自己的“音調(diào)〞。那么，愛因斯坦的工作方法，又有什么特點呢?有什么可供我們借鑒的呢?愛因斯坦曾屢次談到，需要建立新的思想體系。建立新的思想體系，這正是他自己的工作特別突出之處。

拉普拉斯說：“認識一位巨人的研究方法，關(guān)于科學(xué)的進步人們要研究某個咨詢題，總得先搜集有關(guān)資料，盡量汲取前人的成果、方法、經(jīng)歷和教育，如此才干站在“人的肩上〞(牛頓語)。但為了比前人看得更遠，光站在肩上還不夠，還需要通過新的觀察或試驗，向大自然索取更多的新資料，并運用辯證思維，對它們進展分析整理，以獲得新的認識。至此，愛因斯坦與常人并無明顯不同，他和我們一樣，也特別注重根本理論的學(xué)習(xí)，注重來自實際的實驗和事實。〞

然而，接下去分歧便開始了。怎么樣對資料進展理論分析呢?常見的方法是把試驗結(jié)果歸納成一些經(jīng)歷定律或經(jīng)歷公式，希望通過它們合理地解釋過去并預(yù)見今后。但愛因斯坦卻不以為然，認為如此做還特別不夠，如此做不能使理論獲得嚴(yán)重進展。由于，這些公式最多只概括了局部的、有限屢次的經(jīng)歷，對全局來說，對無限的總體來說，它特別可能是錯誤的;何獎品，還“由于它忽略了直覺秒演繹思維在精細科學(xué)開展中所起的嚴(yán)重作用〞。

那么，應(yīng)該如何辦呢?愛因斯坦說：“適用于科學(xué)幼年時代以歸納為主的方法，正讓位于探究性的演繹法〞;應(yīng)該“由經(jīng)歷資料作為引導(dǎo)，提出一種思想體系，它一般是在邏輯上從少數(shù)幾個所謂公理的根本假定建立起來的。〞對這個體系的要求，應(yīng)是能把觀察到的事實結(jié)合在一起，同時它還具有最大可能的簡單性;所謂簡單性是指“這體系所包含的彼此獨立的假設(shè)或公理最少〞。大家明白，狹義相對論的公理只要兩條：相對性原理和光速不變原理。至于思想體系的內(nèi)容，它應(yīng)由“概念、被認為對這些概念是有效的根本定律、以及用邏輯推理得到的結(jié)論這三者所構(gòu)造的，也確實是通常所說的概念、公理和定理三局部。

作為自然科學(xué)史上第一個思想體系的光輝的例子是歐幾里得幾何學(xué)。假設(shè)歐幾里得當(dāng)年只滿足于把丈量土地所得的詳細結(jié)果，歸納為假設(shè)干條經(jīng)歷定律，那么，幾何學(xué)的開展也許會延誤許多年。但他不這么辦，他破天荒地開拓另一條大路，即建立了一個演繹法的思想體系。歐幾里得的宏大歷史功勛不只在于建立了一種幾何學(xué)，而且在于首創(chuàng)了一種科研方法。這方法所授益于后人的，甚至超越了幾何學(xué)自身。歐幾里得幾何學(xué)因此雄視數(shù)學(xué)界垂2000年，至今仍是每個中學(xué)生必需精讀的內(nèi)容，其緣故正在于此。“蜀地名花擅古今，一枝氣可壓千林〞(陸游詩句)。歐幾里得幾何學(xué)可以算是一枝名花了。它前無古人而后有來者，牛頓的力學(xué)，愛因斯坦的相對論，都是在它阻礙下的后起之秀。因此我們碰到了一個大咨詢題：如何建立思想體系?愛因斯坦回答說：理論家的工作可分成兩步，首先是覺察公理，其次是從公理推出結(jié)論。哪一步更難些呢?假設(shè)科研人員在學(xué)生時代已經(jīng)得到特別好的根本理論、邏輯推理和數(shù)學(xué)的訓(xùn)練，那么，他走第二步時，只要有“相當(dāng)勤奮和聰明，就一定可以勝利〞。至于第一步，媽阿找出演繹動身點的公理，那么具有完全不同的性質(zhì)。這里沒有一般的方法，“科學(xué)家必需在龐雜的經(jīng)歷事實中間抓住某些可用精細公式來表示的普遍特性，由此探求自然界的普遍原理〞，請留意“經(jīng)歷事實〞這幾個字，它們說明了愛因斯坦方法論中的主流是唯物主義。公理必需來自客觀實際，而不能主觀臆造，否那么就有陷進唯心主義泥潭的危險。

假設(shè)我們還不滿足，還要進一步咨詢到底：怎么樣才干抓住那些“普遍特性〞呢?看來，要編制一個找到它的萬能水平，是不可能的。由于這個咨詢題的處置，主要依賴于研究人員的德、智、才、學(xué)，依賴于他們的科學(xué)想象力、洞察力和勞動熱情。否那么，我們就難以理解，在類似條件下，為什么恰恰是這個人，而不是旁人，做出了明顯的成果。因此，最好仍然讓我們來研究愛因斯坦吧!

任何嚴(yán)重進展，必定有許多先驅(qū)為它獻出了智慧，最后輪到一個人或一些人來完成。這些人必需恰好站在歷史的轉(zhuǎn)機點上，太早了不行，太晚也不行。天下鼎沸，群雄逐鹿，捷足者先得。這些捷足者，依照狄德羅的說法，必需具有“精神的浩瀚，想象的活潑，心靈的勤奮〞。

青年時代的愛因斯坦擅長“驚奇〞，他對自然界的一些現(xiàn)象，不是等閑視之，是有強烈的好奇心，這使他的求知欲永遠得不到滿足，對自然的探究，也永遠不能停頓。4歲時，他曾為一只羅盤的指針而“驚奇〞：它應(yīng)有無窮多個方向可以選擇，卻為什么總是偏愛南方?他想：“一定有什么東西深深地隱藏在事情后面。〞12歲時，他又為多幾里得幾何而“驚奇〞：幾何學(xué)的“這種明晰性和可靠性人我形成了一種難以描繪的印象〞。毫無疑咨詢，幾何學(xué)對他后來建立相對論，不只提供了工具，而且給予了方法論的啟示。

青年時代的愛因斯坦，在物理、數(shù)學(xué)等方面打下了結(jié)實的根底，對一般自然科學(xué)也有濃重的興趣和廣博的知識。12-16歲時，他已經(jīng)熟悉了根底數(shù)學(xué)，包括微積分原理。17歲上大學(xué)后，“大局部時間都是在物理實驗室里工作，迷戀于同經(jīng)歷直截了當(dāng)接觸〞。其余時間，那么主要用于自學(xué)理論物理。這些，為他后來的工作做了特別好的預(yù)備，使他既能深化地理解當(dāng)前物理理論和實驗的最新成就，又能嫻熟地運用數(shù)學(xué)工具;正是這個強大的邏輯推理工具，把他的科學(xué)想象變成了科學(xué)定律。此外，他還聚精會神地閱讀了伯恩斯坦的?自然科學(xué)粗淺讀本?。這部有五六卷的優(yōu)秀作品，勝利地協(xié)助他理解到整個自然科學(xué)的主要成果和方法。從學(xué)習(xí)方法上看，愛因斯坦也有出眾之處。他擅長“識別出那種能導(dǎo)致深邃知識的東西，而把其它許多東西撇開不論〞;“在所閱讀的書本中找出可能把自己引到深處的東西，把其它一切統(tǒng)統(tǒng)拋掉，確實是拋掉使頭腦負擔(dān)過重和會把自己誘離要點的一切〞。如此，他就把全部精力集中在最能發(fā)揮自己的制造性與能動性的咨詢題上。

愛因斯坦對哲學(xué)不斷有濃重的興趣。年輕時，他和幾位摯友經(jīng)常熱烈地討論馬赫、休謨、斯賓諾莎、彭加來等人的哲學(xué)和科學(xué)著作，后來他們親近地戲稱這個小集體為奧林比亞科學(xué)院。這些著作中當(dāng)然有不少糟粕，但卻大大開擴了他們的眼界，并協(xié)助他們抓住認識論、方法論以及科學(xué)上的嚴(yán)重理論咨詢題，抓住事物的實質(zhì)和總體，而具有總體觀，乃是高級才智的一種標(biāo)志。如此，愛因斯坦既有別于縮守一隅、不見森林的科學(xué)家，由于他眼界開闊，思維豐富;也不同于不著邊沿、大而無據(jù)的思辯家，由于他根底扎實，學(xué)力深沉。

愛因斯坦富于革新精神，這是他的明顯特征。他的想象力特別活潑，而這正是制造和革新所必不可少的重要條件。雨果說：“莎士比亞首先是一種想象，科學(xué)到了最后階段，便遇上了想象。〞在愛因斯坦看來，許多所謂常識的東西，事實上不過是幻年時代被前人灌輸在心中的一堆成見，尤其是當(dāng)迷信病流行時更是如此。這堆成見是需要重新審核的。它們特別可能是前人的主觀偏見;或者是由于我們只處于宇宙的一個局部區(qū)域、一個特定的構(gòu)造層次而見到的特現(xiàn)象，并不是宇宙的一般規(guī)律。例如，物體運動時長度大約不變只見于低速世界，長度隨速度而變化才是一般規(guī)律。愛因斯坦正是抓住“質(zhì)量〞、“同時性〞等根本概念牢牢不放，最后提出相對論的兩條原理而突破的。

任何事物都不可能十全十美，愛因斯坦的科研方法也是如此。例如，他對歸納法就不夠注重。

通過愛因斯坦對一些科學(xué)家的評價，可見他特別注重下述幾種才干：

1想象力。愛因斯坦的方法既然主要是演繹的，因此他特別強調(diào)思維的作用，尤其是想象力的作用。他認為科學(xué)家在討論自然的蛙，“多少有一點象一個人在猜一個得特別巧妙的字謎時的那種自在〞，他需要極大的想象力。不過“他當(dāng)然可以猜想以不論什么字作為謎底，但是只要一個字才真正完全處置這個謎〞。同樣，自然的咨詢題也只要一個，因此最后仍然應(yīng)該受理論的檢驗。在談到想象的重要性時，他說：“想象力比知識更重要，由于知識是有限的，而想象力概括著世界上的一切，推進著進步，同時是知識進化的源泉。嚴(yán)格地說，想象力是科學(xué)研究中的實在要素〞。想象力之關(guān)于科學(xué)，其重要性不下于它之關(guān)于文學(xué)。文章如無想象，就會成為一潭死水式的幫八股。同樣，科學(xué)如無想象，就特別可能停留在一些皮表的，抓不住實質(zhì)的經(jīng)歷公式上。不過二者之間也有不同，?？茖W(xué)中的想象最后要遭到理論的旅客不留情的檢驗，而文學(xué)創(chuàng)作中的想象雖然也應(yīng)反映客觀實際，但卻比較靈敏。例如，小說中某角色的結(jié)局不用是唯一的。

2直覺的理解力。他贊揚玻爾說“特別少有誰對隱秘的事物具有如此一種直覺的理解力，同時又兼有如此強有力的批判才干〞。評論埃倫菲斯特時說：“他具有充沛開展了的非凡的才干，去掌握理論觀念的實質(zhì)，剝掉理論的數(shù)學(xué)外衣，直到明晰地顯露出簡單的根本觀念。這種才干使他居為無與倫比的教師。〞

3數(shù)學(xué)才干。這是演繹法所必不可少的。他在談到牛頓時說：〞他(牛頓)不只作為某些關(guān)鍵性方法的制造者來說是出色的，而且在擅長運用他那是地的經(jīng)歷資料上也是獨特的，同時他關(guān)于數(shù)學(xué)和物理學(xué)的詳細證明方法有驚人的制造才干〞。愛因斯坦自己的數(shù)學(xué)已經(jīng)是特別好的了，但他說：“我總是為同樣的數(shù)學(xué)困難所阻〞。由于研究的