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为辩证唯物主义时空观提供科学依据

        2016-11-28 17:16       字体显示: 【

  继1905年创立狭义相对论之后,1915年,爱因斯坦初步完成了广义相对论的理论建构。广义相对论创立之时,理论物理学家玻恩曾评价其是“认识自然的人类思维最伟大的成就,哲学的深奥、物理学的洞察力和数学的技巧最惊人的结合”。广义相对论深化了人们对物质与时空的认识,对物理学、宇宙学乃至哲学的发展产生了深远影响。今年时值广义相对论创立100周年,学界积极回顾这一人类伟大成就,探讨其如何推动思想与知识的进步。

  实现自然定律的普遍有效性

  在狭义相对论中,爱因斯坦提出光速不变与相对性原理。然而,在他看来,狭义相对论并没有实现自然定律的普遍有效性,惯性系中的绝对加速度使物理学关于引力的理解陷入循环论证:“如果有一物体离开别的物体都足够远,那么,它运动起来就没有加速度,而只是由于它运动起来没有加速度这一事实,我们才知道它离开别的物体是足够远的。”

  爱因斯坦提出质疑:相对论这一自然定律是否只局限于惯性系?一个自伽利略时代就已澄清的事实——自由落体的加速度与物体的重量无关,重新进入爱因斯坦的视野。爱因斯坦抓住这一科学事实背后的意义,立足于“在引力场中一切物体都具有同一加速度”这一实验事实,将经典力学中“引力质量等同惯性质量”这一线索上升到等效性原理的高度,从而为相对性原理扩展至非惯性系提供了可能。

  “广义相对性原理的确立,解决了自然定律能够应用于一切坐标系的问题,深化了对引力本质的揭示,推动了宇宙学说的发展。”上海社会科学院研究员成素梅表示,广义相对论对我们认识物质、运动、空间和时间之间的内在关系具有重要的理论意义。

  广义相对论为现代宇宙学、天体物理学的研究提供了理论工具。爱因斯坦于1917年发表的《根据广义相对论对宇宙学所作的考查》一文,被认为是现代宇宙学的开端,在这篇文章中,他提出了一个静态的、均匀的、有限但无边的宇宙模型。基于广义相对论所预言的引力场内的时间膨胀、谱线红移、光线弯曲、行星轨道近日点运动等现象,此后都被观测和实验所验证。

  证明时空与物质联系在一起

  “如同牛顿力学影响了之后几个世纪的哲学,广义相对论的思想也深刻影响着20世纪以来的哲学发展。”华中科技大学教授万小龙表示,仅从科学哲学角度而言,广义相对论是石里克等人的逻辑实证主义和波普尔的证伪主义的直接思想来源之一。

  上海交通大学科学史与科学文化研究院副教授杜严勇告诉记者,许多哲学家热衷于以爱因斯坦的思想论证自身哲学理论的合理性,而爱因斯坦与同时代的哲学家也曾就广义相对论进行过多次思想交流。针对逻辑经验主义夸大相对论的经验主义内涵,排斥相对论的理性论特征,爱因斯坦即在写给兰佐斯的信中表示:“从有点像马赫的那种怀疑的经验论出发,经过引力问题,我转变成为一个信仰理性论的人。”

  此外,一些后现代主义思想家也从爱因斯坦的相对论中汲取思想资源。“不同时期的哲学家都可以从爱因斯坦的理论中得到激励和启发,这就是革命性科学理论的独特魅力。”杜严勇表示。

  正如爱因斯坦本人所言:“空间—时间未必能看作是可以脱离物质世界的真实客体而独立存在的东西”。在杜严勇看来,从时空观的角度来说,广义相对论证明了时空与物质是联系在一起的,这是对绝对时空观的又一次重大突破。

  然而,一些学者因对广义相对论缺乏深刻理解,产生了绝对的相对主义的错误解读。“相对论取消了‘绝对性’,揭示了过去物理学中被先验地赋予优先地位的那些观念的局限性,揭示了物质运动的相对性,但这并不等同于哲学上的相对主义。”成素梅认为,恰恰相反,广义相对论思想为恩格斯所说的“运动是物质的存在方式”、“一切存在的基本形式是空间和时间”的辩证唯物主义观点提供了科学依据,显示了它在科学思想史上的独特意义。

  重视探索复杂性的科学趋向

  与科学发展征程中的其他理论学说一样,爱因斯坦创立的相对论既有超越前人的理论贡献,也不可避免地存在一定的历史局限性。

  从经典力学到量子力学,爱因斯坦的相对论力学扮演了承前启后的重要角色。成素梅认为,广义相对论克服了经典力学的机械性,支持了自然界是相互联系的观点;不过,在最基础的哲学假设中,它依然保留了决定论的因果性与经典实在论的前提。正因于此,对此后量子力学的兴起,爱因斯坦从最初的奠基者转变为批评者。

  万小龙提出,近现代科学的一个典型特点是,为了弄清楚某类事物的本性,先弄清楚这类事物中最简单事物的本性,以便建立简单、明晰、严密和可靠的知识,因此常常运用比实际简化的方法。而随着经验知识、数学知识和实验手段等不断积累,逐步形成对复杂事物的深入理解。从伽利略、牛顿到爱因斯坦,始终延续着这种方法论、认识论和本体论。

  在杜严勇看来,指导爱因斯坦创立广义相对论的基本思想依然是世界的统一性与简单性,但现代科学的显著特点之一是探索复杂性。因此,爱因斯坦的思想资源虽有较大的借鉴与参考价值,但多元性、复杂性等思想必须引起足够关注。

  任何科学理论都是阶段性的,都有其适用范围,也会被后来的科学家发展和超越,包括爱因斯坦的广义相对论。杜严勇认为,这并不意味着以前的科学理论就“过时”了。像牛顿力学、爱因斯坦相对论等科学理论,都是对客观世界某种程度的正确认识,只不过我们需要对其应用范围有清楚的认识。

 
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