爱因斯坦论科学直觉，本文主要内容关键词为：爱因斯坦论文,直觉论文,科学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
直觉是一个人人皆知，但界说又不清楚的概念。从认识论的角度讲，直觉是一种与逻辑推理相对立的认知过程和认识能力。直觉问题是一个古老的问题，这个领域一直被神秘的迷雾所笼罩。20世纪初，由于自然科学的超常发展和自然科学史研究的深入，许多大科学家介入了这一领域，直觉又成为一个年青的课题。在这些大科学家中，爱因斯坦是突出的一位。爱因斯坦是伟大的物理学家，也是伟大的思想家。他关于科学直觉的谈论，散见于他的著作、言论和信件之中，虽然比较零碎未成系统，但非常至确至真，其影响远远超出了自然科学思想领域。本文试图从直觉能力、直觉信念和直觉思维三个方面探讨爱因斯坦关于科学直觉论述的意义。
一、直觉能力是一种思想的自由创造力。
波恩在谈到爱因斯坦的广义相对论时，称广义相对论是人类认识大自然的最伟大的成果，它把哲学的深奥，物理学的直观和数学的技艺令人惊叹地结合在一起。德布罗意在谈到爱因斯坦的科学探索时指出：“我们可以一个接一个地举出一些例子：每个事例都会向我们证明这样一个人物的天才和独创性，他能够一眼看穿那疑难重重、错综复杂的迷宫，领悟到新的、简单的想法，使得他能够吐露出那些问题的真实意义，并且给那黑暗笼罩的领域突然带来了清澈和光明。”（注：《纪念爱因斯坦译文集》，上海译文出版社，1979年版，第249 页。）还可以列举出许多形容爱因斯坦的科学直觉能力的言辞。爱因斯坦被公认是具有极强的科学直觉能力的物理学家。
同样，爱因斯坦也把科学的直觉能力作为评价其他科学家才能的一个标准。
对于哥白尼，他认为“要令人信服地详细说明太阳中心概念的优越性，必须具有罕见的思考的独立性和直觉，也要通晓天文事实，而这些事实在那个时代是不易得到的。”（注：《爱因斯坦文集》（第一卷），商务印书馆，1976年版，第601页。）
对于玻尔，他认为“作为一位科学思想家，玻尔所以有那么惊人的吸引力，在于他具有大胆和谨慎这两种品质的难得的融合；很少有谁对隐秘的事物具有这样一种直觉的理解力，同时又兼有这样强有力的批判能力。”（注：《爱因斯坦文集》（第一卷），商务印书馆，1976年版，第179页。）
对于玛丽·居里，他认为“她一生中最伟大的科学功绩——证明放射性元素的存在并把它们分离出来——所以能取得，不仅是靠着大胆的直觉，而且也靠着难以想象的极端困难情况下工作的热忱和顽强，这样的困难，在实验科学的历史中是罕见的。”（注：《爱因斯坦文集》（第一卷），商务印书馆，1976年版，第339页。）
对于朗之万，他认为“朗之万在科学思考方面具有非凡的明确性和敏捷性，同时对于关键问题又有一种可靠的直觉眼力。”（注：《爱因斯坦文集》（第一卷），商务印书馆，1976年版，第434页。）
显然，爱因斯坦这里所说的直觉能力，即“直觉的理解力”、“大胆的直觉”、“可靠的直觉眼力”，是指一种思想的自由创造力。这种自由创造力是“在庞杂的经验事实中间抓住某些可用精密公式来表示的普遍特征，由此探求自然界的普遍原理”（注：《爱因斯坦文集》（第一卷），商务印书馆，1976年版，第76页。）的能力；这种自由创造力是通过对经验的考查，“发现有什么东西是对应于理论中的那些原始名词，以及对应于这些名词所规定的公理”（注：《爱因斯坦文集》（第一卷），商务印书馆，1976年版，第258页。）的能力。 这种自由创造力是“把真正带有根本性的最重要的东西同其余那些多少是可有可无的广博知识可靠地区分开来”（注：《爱因斯坦文集》（第一卷），商务印书馆，1976年版，第7页。）的能力。
1909年9月，爱因斯坦在德国自然科学家协会第81次大会上， 提出装有理想气体和一块固体质料板的空腔中的理想实验方案，以说明光量子假说。当时，尽管包括普朗克在内的多数物理学家不同意他的光量子论，但他还是认为“这个方案由于它的直觉性对我似乎特别具有说服力”。（注：《爱因斯坦文集》（第一卷），商务印书馆，1976年版，第63页。）在提出狭义相对论的相对性原理的过程中，爱因斯坦认为作匀速运动的观察者所作的判断，应该象一个相对于地球是静止的观察者所作的判断一样，是按照同样一些定律进行的。并且指出，这个想法在他的直觉地看来，从一开始就很清楚。
爱因斯坦的直觉能力以及他对直觉能力的理解，源于他对自然之美的认识。邦迪曾回忆说：“我记得最清楚的是，当我提出一个自认为有道理的设想时，爱因斯坦并不与我争辩，而只是说，‘啊，多丑！’。只要觉得一个方程是丑的，他就对之完全失去兴趣，并且不能理解为什么还会有人愿在上面花这么多的时间。他深信，美是探求理论物理学中重要结果的一个指导原则。”（注：阿·热《可怕的对称》，湖南科学技术出版社，1992年版，第9页。）这种引起直觉的美， 并不是感官所感觉到的那种现象的属性之美，而是一种精致的、由和谐的秩序形成的智性之美。爱因斯坦的直觉能力本质上是对世界的自然之美的直觉能力。
二、直觉信念是科学创造的强烈动机
对于爱因斯坦，科学直觉不仅是一种能力，而且是一种信念。他明确表示：“我相信直觉和灵感。”“有时我感到是在正确的道路上，可是不能说明自己的信心。”（注：《爱因斯坦文集》（第一卷），商务印书馆，1976年版，第284页。）这种不能说明的信心， 就是直觉信念。他举例说：“1919年日蚀证明我的推测时，我一点也不惊奇。要是这件事没有发生，我倒会非常惊讶。”（注：《爱因斯坦文集》（第一卷），商务印书馆，1976年版，第284页。）
1906年，《物理学杂志》上发表了德国物理学家考夫曼《关于电子的构成》的论文，他的实验测量结果，与爱因斯坦的基本假说不相符，这对刚刚问世的狭义相对论无疑是个挑战。爱因斯坦当时承认：“考夫曼先生的计算是没有错误的，因为普朗克先生利用另一种计算方法所得的结果同考夫曼先生的结果完全一致。”但他接着指出：“至于这种系统的偏离，究竟是由于还没有考察到的误差，还是由于相对论的基础不符合事实，这个问题只有在有了更多方面的观测资料以后，才能足够可靠地解决。”（注：《爱因斯坦文集》（第二卷），商务印书馆，1979年版，第181页。）语气中表现出他对自己理论的坚定信念。 因为直觉告诉他，自己的结论是符合世界的统一性和和谐性的。10年后，法国物理学家居耶和拉旺希揭示了考夫曼实验装置的毛病。因此，有人称赞爱因斯坦对科学真理的直觉，简直不能出错。爱因斯坦在去逝前的1955年3月回忆狭义相对论建立后的情况时说：当时， “狭义相对论问世已有好几年。相对性原理是不是只局限于惯性系统呢？形式的直觉回答说‘大概不’！然而，直到那时为止的全部力学的基础——惯性原理——看来却不允许把相对性原理作任何推广。如果一个人实际上处于一个相对惯性系加速运动的坐标系中，那末一个‘孤立’质点的运动相对于这个人就不是沿着直线而匀速运动。从窒息人的思维习惯中解放出来的人立即会问：这个行为能不能给我们提供一个办法去分辨一个惯性系和非惯性系呢？他一定（至少是在直线等加速运动的情况下）会断定说：事情并非如此。因为人们也可以把相对于一个这样加速运动的坐标系的那种物体的力学行为解释为引力场作用的结果。”（注：《爱因斯坦文集》（第一卷），商务印书馆，1976年版，第46页。）“在引力场中，各个物体的加速度同这些物体的性质无关，总都是相同的。这种知识（等效原理）不仅有可能使得自然规律对于一个普遍的变换群，正如对于洛仑兹变换群那样，必须是不变的（相对性原理的推广），而且也有可能使得这种推广导致一个深入的引力理论。这种思想在原则上是正确的，对此我没有丝毫怀疑。”（注：《爱因斯坦文集》（第一卷），商务印书馆，1976年版，第47页。）尽管当时的物理学缺乏这样的理论基础，但是爱因斯坦凭直觉使他坚信自己的思想原则，最终把相对性原理推广到了加速运动的参考系，并建立起了新的引力场理论。后来，爱因斯坦对量子力学所持的态度，以及与玻尔的那场历史性争论，很大程度上也是基于某种直觉信念。
三、直觉思维是科学创造成功的首要因素
1952年5月， 爱因斯坦在给索洛文的信中提出了思维同经验关系的著名图式，对科学直觉在科学创造中的作用作了明确的描述：
爱因斯坦对此图作了如下说明：
“（1）ε（直接经验）是已知的。
（2）A是假设或者公理。由它们推出一定的结论来。
从心理状态方面来说，A是以ε为基础的。但是在A同ε之间不存在任何必然的逻辑联系，而只有一个不是必然的直觉的（心理的）联系，它不是必然的，是可以改变的。
（3）由A通过逻辑道路推导出各个个别的结论S，S可以假定是正确的。
（4）S然后可以同ε联系起来（用实验验证）。这一步骤实际上也属于超逻辑的（直觉的），因为S 中出现的概念同直接经验ε之间不存在必然的逻辑联系。
但是S同ε之间的联系实际上比A同ε的关系要不确定得多，松驰得多（比如，狗的概念同对应的直接经验）。如果这种对应不能可靠无误地建立起来（虽然在逻辑上它是无法理解的），那末逻辑机器对于‘理解真理’将毫无价值（比如，神学）。
这一切的中心问题就是思维领域同感官的直接经验之间的永恒存在的有问题的联系”。（注：《爱因斯坦文集》（第一卷），商务印书馆，1976年版，第541—542页。）
根据爱因斯坦的说明，这里有三个过程：
第一，从ε到A。科学的公理体系A是以直接经验ε为基础的。但爱因斯坦认为，在A同ε之间不存在任何必然的逻辑联系， 而只有一个不是必然的直觉的（心理的）联系。
第二，从A到S。由科学的公理体系A推出个别命题S、S＇、S″，这是逻辑的道路。
第三，从S到ε。从直接经验ε验证个别导出命题S、S＇、S″，这又不是逻辑的道路。因为S、S＇、S ″中出现的概念同直接经验ε之间不存在必然的逻辑联系，所以这一步骤实际上是属于超逻辑的（直觉的）。
由此可以得出：在科学公理体系（即基本原理）的创立，以及科学命题的验证中，直觉起着重大作用，而科学公理体系的提出，又是科学创造的第一步。所以，在科学创造中，直觉思维居首要地位。
直觉思维是科学创造成功的首要因素，是爱因斯坦的一贯思想。他在1918年就说过，“物理学家的最高使命是要得到那些普遍的基本定律，由此世界体系就能用单纯的演绎法建立起来。要通向这些定律，并没有逻辑的道路；只有通过那种对经验的共鸣的理解为依据的直觉，才能得到这些定律。”（注：《爱因斯坦文集》（第一卷），商务印书馆，1976年版，第102页。 ）他还指出：“要在逻辑上从基本经验推出力学的基本概念和基本假设的任何企图，都是注定要失败的。”（注：《爱因斯坦文集》（第一卷），商务印书馆，1976年版，第315页。 ）他认为，“物理学构成一种处在不断进化过程中的思想的逻辑体系，它的基础可以说是不能用归纳法从经验中提取出来的，而只能靠自由发明来得到。这种体系的根据（真理内容）在于导出的命题可由感觉经验来证实，而感觉经验对这基础的关系，只能直觉地去领悟。”（注：《爱因斯坦文集》（第一卷），商务印书馆，1976年版，第372页。）
从直接经验ε到公理体系A和从导出命题S到直接经验ε这两个直觉过程中，以下几个问题值得特别强调：
（1）直觉以经验为基础，并非纯粹思辨。爱因斯坦历来认为， 理论必须以经验为依据。他所说的直觉的依据，是对经验的共鸣。
（2）直觉不是经验的归纳，不能单从经验中产生出来。 爱因斯坦曾说：“一个理论可以用经验来检验，但是并没有从经验建立理论的道路。”（注：《爱因斯坦文集》（第一卷），商务印书馆，1976年版，第40页。）他认为，“科学并不就是一些定律的汇集，也不是许多各不相关的事实的目录。它是人类头脑用其自由发明出来的观念和概念所作的创造。”（注：《爱因斯坦文集》（第一卷），商务印书馆，1976年版，第377页。）因此，直觉是人类智力的创造性思维。
（3）直觉是一种直接的理解和领悟。 它不经过通常的三段式推理。由直觉思维所得出的公理和概念具有类似几何学公理一样的自明性。
（4）科学命题与直接经验之间的关系不是必然的， 但科学活动中二者之间必须要建立起一种可靠和完备的对应关系。为了证明科学命题的可靠性，使其获得实在的意义和内容，科学家要进行实验。选择恰当的实验对科学命题进行验证，确定对应关系，要凭借卓越的洞察力，这种洞察力也就是直觉力。在验证过程中，不管实验做多少次，对于要验证的科学命题和结论来说，只能增强其说服力，而不能使它变成一种逻辑的必然证明。实验不能无止境地做下去，而且有的实验条件不易重复。这就需要科学家有一种直觉的判断力，确定某实验为决定性实验，以实验事实确认科学命题的可靠性。
爱因斯坦的这个思维图式，得到了许多后来科学家的赞同和验证。物理学家福克说：“伟大的、以及不仅是伟大的发现，都不是按逻辑的法则发现的，而都是由猜测得来；换句话说，大都是凭创造性的直觉得来的。”（注：王梓坤《科学发现纵横谈》，上海人民出版社，1978年版，第109页。）科学史家库恩在论述科学革命的结构时也认为， 从旧规范到新规范的变革，不是靠对常规科学的“解释事业”来获得的，而是依靠直觉。新规范通过“直觉的闪光”而产生，而且这种直觉会在“深深地处于危机中的一个人思想中突然出现。”（注：库恩《科学革命的结构》，上海科学技术出版社，1980年版，第74页。）科学哲学家邦格也认为，假说的提出，技术的发明，以及实验的设计都是直觉作用的明显事例。它们不是纯粹逻辑的操作，因为单凭逻辑是不能够使一个人产生新思想的。正像单凭语法不能激起诗意，单凭和声理论不能产生交响乐一样。
可以预言，在本世纪，爱因斯坦关于科学直觉的论述和思想，对自然科学和社会科学都将会产生重大的影响。爱因斯坦是一位具有真正人文精神的物理学家和思想家。
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