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愛因斯坦文集《我的世界觀》呈現了愛因斯坦如何理解世界,《我的人生觀》則進一步展現了愛因斯坦是如何在具體的人生處境中將這種理解落實到具體的生命實踐之中的,該書系統收錄了愛因斯坦關于人生、科學、教育、文化,以及戰爭、和平與道德等問題的思考。
下文為《我的人生觀》(中信出版社,2026年5月版)一書收錄的愛因斯坦的文章以及該書編譯者方在慶教授撰寫的導讀。書中約有一半內容首次以中文形式出版。
撰文 | 方在慶(中科院自然科學史所研究員、華東師大紫江講座教授)
1927年3月31日,牛頓逝世兩百周年。這一天,愛因斯坦坐在柏林廣播電臺的話筒前,向德國聽眾發表了一次紀念演講。今天讀來,這篇講話最令人意外之處,或許并不在于它如何評價牛頓,而在于它首先透露了愛因斯坦究竟如何理解“偉大”。
按照通常的想象,紀念牛頓,無非會談萬有引力、微積分、《自然哲學的數學原理》以及近代科學的誕生。然而愛因斯坦卻從一個完全不同的角度開始。他把人類歷史上的杰出人物分成三類:第一類是以行動和意志影響歷史的人,如政治家和軍事家;第二類是改善人類物質生活的人,如發明家、工程師和科學家;第三類則是提升人類精神境界的人,他們幫助人類獲得更深刻的理解、更高尚的倫理感和更廣闊的視野。
令人驚訝的是,愛因斯坦竟然把牛頓歸入了第三類。換言之,
在他看來,牛頓最偉大的地方并不只是發現了若干自然規律,而是改變了人類理解世界的方式。
牛頓創造的,不僅是一套新的物理學理論,更是一種理解自然的全新方法。這也許正是理解這篇文章最重要的一把鑰匙。因為1927年的世界,已經不是牛頓的世界了。就在這一年,量子力學革命正在席卷歐洲。海森伯的不確定性原理剛剛問世,玻爾的哥本哈根解釋開始形成,經典物理學建立起來的確定性世界圖景正遭遇前所未有的挑戰。作為相對論的創立者,愛因斯坦本人更是深知牛頓體系的局限性。他比任何人都清楚,牛頓關于絕對空間、絕對時間以及引力的理論已經不再是最終真理。
然而值得注意的是,在整篇文章中,我們幾乎看不到后來者面對前人的優越感。恰恰相反。愛因斯坦以一種近乎感恩的語氣回顧牛頓的事業。他坦率地指出牛頓理論的不足,也承認場論已經取代了牛頓的遠距作用觀念,但與此同時,他又反復強調:此后科學所取得的一切成就,都只是牛頓思想與方法的有機延續。這種態度本身便是一種值得珍視的科學精神。
在今天,人們常常喜歡用“顛覆”“推翻”“革命”等詞語描述科學的發展,仿佛新理論的出現意味著舊理論的死亡。然而愛因斯坦理解的科學史并非如此。在他看來,真正偉大的思想并不會因為后來被修正而失去價值。恰恰相反,正因為牛頓第一次為自然界建立起嚴格而統一的因果描述,人類才得以沿著這條道路繼續前進。即使后來者走得更遠,他們仍然站在牛頓開辟的地基之上。因此,這篇講話實際上也是愛因斯坦本人科學觀的一份珍貴自白。
尤其值得注意的是,愛因斯坦在文中高度贊揚了牛頓建立決定論自然圖景的歷史意義。他認為,牛頓第一次讓人類相信:自然界的一切現象都遵循普遍法則,都處于嚴密的因果聯系之中。對今天的讀者而言,這段論述還具有另一層意味。就在這一年,量子力學革命正在改變人們對自然規律的理解,而愛因斯坦后來與哥本哈根學派圍繞決定論問題展開的長期爭論,也使這里關于因果秩序的贊美顯得格外耐人尋味。換句話說,當愛因斯坦在紀念牛頓時,他實際上也在捍衛某種自己始終珍視的東西——對世界理性秩序的信念。
與此同時,這篇文章還讓我們看到了一個較少被提及的愛因斯坦。人們熟悉作為物理學家的愛因斯坦,也熟悉作為社會活動家的愛因斯坦,卻未必注意到他身上始終存在著一種近乎宗教性的精神氣質。文章結尾,愛因斯坦特意談到牛頓深沉的宗教情感,并認為正是這種情感賦予了他完成偉大事業所必需的力量。
這段話尤其耐人尋味。因為愛因斯坦自己雖然不信奉人格神,卻終生保持著對宇宙秩序的敬畏。他后來所說的“宇宙宗教感情”,某種意義上正與這里所贊賞的牛頓精神遙相呼應。在愛因斯坦看來,科學研究并不僅僅是一項職業,更是一種精神生活;科學發現也不僅僅是知識的積累,而是人類對宇宙奧秘永無止境的追問。
因此,這篇講話不僅讓我們看到愛因斯坦眼中的牛頓,也讓我們看到愛因斯坦自己。在紀念一位偉大前驅時,他實際上也說明了自己如何理解科學傳統、科學進步以及科學工作的精神意義。
愛因斯坦在牛頓逝世200周年之際的講話
愛因斯坦(方在慶 編譯)
下文原載于1927年《北與南:國際合作月刊》(Nord und Süd: Monatsschrift für internationale Zusammenarbeit)第 50 期第 36-40 頁。收錄于《愛因斯坦全集》第15卷文件506。
在我們欽佩或敬仰的人中,可以相當清楚地區分出三種類型。
第一類是“行動與意志之人”。
學校里的所謂“歷史課”——說得更直白些,不過是人類那些巨大暴力、國家組織機器與群體性癲狂的歷史——幾乎總是在講述他們:將軍與政治家之流。倘若不是作為歷史敘述和戲劇藝術的題材,這些人大多過不了幾代便會湮沒無聞。
第二類是憑借精神創造而使后代的外在生活得以維系、改善或豐富的人。
他們首先包括醫學、技術以及社會與經濟組織領域的發現者和發明者。
第三類——在我看來也是最為崇高的一類——則是那些引領人類共同體提升到更高層次的體驗、觀照、倫理存在與理解之境的人,他們由此創造生命中最崇高的價值。
他們包括偉大的藝術家、倫理的開路者與思想家。他們對整個人類的意義,正如動物生命之于無機的物質世界:他們是更高意識階段的承載者。牛頓便是屬于這最后一類也是最崇高類型的天才。
牛頓的科學壯舉,使他在人類精神史上永遠占據無可比擬的地位。這一壯舉其實并不難概括。牛頓第一次嘗試提出一些基本法則,使一大類自然現象的時間進程能夠被完全且極其精確地規定下來。他的運動定律與萬有引力定律結合在一起,便完全統御了天體僅在引力相互作用下所進行的一切運動。他由此實現了古代那些具有徹底唯物傾向的偉大哲人——德謨克利特與伊壁鳩魯——的夢想:
物理世界的發生應當具有一種完備無缺、毫無間隙的因果鏈條。
在這樣的成功之后,人們幾乎再也無法質疑,一切物質過程是否都必然依照法則運行一如同鐘表的運轉一般。而既然意識過程的展開又顯然與大腦中的物質過程不可分割地聯結在一起,那么一種看法也就勢所必至:動物和人類的思維與意志,同樣受制于這種嚴格的因果必然性。因此,牛頓這一壯舉,對人類世界觀產生了最深刻、最持久的影響。
誠然,引力并不是唯一的自然力。它不能解釋物體的凝聚作用,不能解釋電的效應,也不能解釋光。然而,牛頓的運動學說似乎已經足以成為理解全部物理過程的根基——只要我們再設想,除引力以外,組成物質的粒子之間還存在其他性質的作用力。牛頓本人甚至已經著手擴展這一理論,例如把它應用到光的理論之中。因此,他至少為自然規律的整體建立了一個普遍的框架,人們有理由希望,通過把一切過程還原為粒子在力的作用下的運動,這一框架終將能夠包容所有事件的法則。這一研究綱領一直延續到18世紀下半葉,并且在物理學的各個領域都被證明極其富有成果。
現在,讓我們試著稍稍窺探一下牛頓的思想工坊。伽利略與開普勒早已為這位偉大的體系奠基者預先準備好了道路。
伽利略認識到,“不受干擾的運動”是沿直線且以恒定速度進行的運動。此處“不受干擾的運動”指的是不受其他物體影響的物體運動。這便是慣性定律。也可以這樣表述:除非外力(所謂力)作用于物體,否則物體的速度和運動方向將保持不變。伽利略還認識到,在地球表面重力的影響下,自由釋放的物體向下的速度在相等時間內會均勻增加。
牛頓提出了一個更普遍的問題:當一個任意給定的力作用于一個自由移動的物體時,該物體的速度會如何變化?這是一個比伽利略所討論的問題更為普遍的問題;由于作用力的大小和方向可以隨時間任意變化,因此答案涉及物體的任意運動,并必須包含一般的運動定律。這個問題可以借助伽利略的慣性問題來解決,但這需要一種新的數學工具,而牛頓為此必須首先創造它,它就是微積分學。牛頓就像一位詩人,其詩篇如此微妙,以至于需要用一種新的語言來表達,而這種語言正是詩人自己必須首先創造的。
那么,任意運動的質點的速度究竟是什么呢?設想質點做任意運動:在兩個相隔極短的時刻(時間差為τ)之間,它分別位于空間中彼此非常接近的兩點P和G。線段P—G就表示質點在τ這段時間內的位移。如果把這段位移距離沿同一直線方向延長,并按比例放大,使其長度對應單位時間內的位移,那么我們就得到質點在點P處的速度,它可以用一個具有確定長度和方向的箭頭來表示,即所謂速度矢量。但嚴格說來,這還不完全正確。因為小時間間隔的任意選取,會對結果產生影響——盡管影響很小。我們必須更精確地規定,時間差τ取得越小,所構造的箭頭對速度的表示的精確度就將越高。這就是通過極限過程對速度矢量所做的嚴格數學定義。加速度則可以通過類似的過程用速度定義。任一時刻的速度都可以用一個具有確定長度和方向的箭頭L表示。經過一段極短的時間τ,速度發生改變,即新的箭頭M在方向和長度上與箭頭L略有不同。設想將箭頭L與M都從同一點畫出,則它們的尖端S與T并不重合。連接這兩個尖端的有向線段S—T就表示速度矢量在時間τ內的改變量。若將矢量S-T按比例延長,使其對應單位時間內速度的變化,我們便得到加速度矢量。這里同樣涉及極限過程:時間間隔τ取得越小,這種表示就越精確。
根據牛頓的理論,如此定義的加速度直接由作用于質點上的力決定。然而,表示力的箭頭并不與表示加速度的箭頭相同。因為顯然,要使一個2千克的質點以特定方式運動,所需的力是使一個1千克質點以同樣方式運動所需力的兩倍。于是,牛頓引入了物體的質量概念,并提出了他著名的運動定律:
質量乘以加速度矢量等于力矢量。
這是整個力學乃至整個理論物理學的基礎。
假設作用于質點上的力在任何時候都是已知的,那么其加速度在任何時候也都是已知的。此時,確定其在任何時刻的速度和位置就變成了一個純粹的數學問題,而不再是自然科學問題。
但牛頓是如何確定作用于天體上的力的呢?他當然不可能憑空想出這些力的正確表達式。他只能通過反向操作,即從已知的行星和衛星的運動中推導出這些力,并通過加速度來揭示它們。這一切基本上是他在23歲那年,在鄉村的隱居生活中,通過艱苦的努力完成的。
牛頓只讓我們零星地窺見他思想工作的內部過程。但事情的發展可能是這樣的。月球繞地球的運動是已知的,因而也可以計算出月球所產生的維持軌道所必需的向心加速度。同時,地球表面下落物體所獲得的加速度也是已知的。通過比較,牛頓發現,月球加速度與地表重力加速度之比,大致等于地球半徑與地月距離之比的平方。因此,地球通過引力產生的作用力似乎與距離的平方成反比。
難道所有質量不應該都像地球一樣產生作用嗎?這一假設在應用于太陽的引力作用時得到了精彩的驗證。
基于這一假設,開普勒根據第谷?布拉赫對行星的觀測所提出的行星運動定律得到了完美的解釋。然而,這并不像說起來那么簡單,因為這需要借助精細的數學運算,從力學定律和加速度定律中推導出軌道運動。但牛頓的引力定律(力的反平方定律)取得了輝煌的成就,這要歸功于開普勒卓越的分析,他使行星運動定律得以高精度地確立。
牛頓理論的唯一瑕疵是,前面提到的地球半徑與月球軌道之間的關系僅大致符合牛頓的引力定律,而并非完全精確。
然而,約6年后,讓?皮卡爾的經線測定結果表明,這一問題源于當時對地球半徑的認識不準確,因此,牛頓的理論比他之前的任何理論都得到了前所未有的確認。
牛頓在光的理論領域的貢獻同樣具有開創意義,但在此我們只能略微提及。更不必追述他外在的際遇——他曾任數學教授,也曾執掌皇家鑄幣局。然而必須指出,英國人民已經證明,他們無愧于上天賜予的這份禮物一牛頓。他對英國、對世界的意義,直到今日仍未減弱。還必須提到,牛頓的內心深深浸透著宗教的虔敬;毫無疑問,他正是從這種情感中汲取了那近乎超人的力量,而他完成畢生事業,確實需要這樣的力量。
今天,牛頓關于遠距作用力的圖式已被場論取代,他的運動定律也經歷了修訂,但此后人類所創造的一切,都只是他的思想與方法的有機延展。我們今日在德國紀念他,正是因為他是現代思想世界最偉大的奠基者之一。
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