爱因斯坦演绎法研究论文.docx

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爱因斯坦演绎法研究论文

爱因斯坦演绎法研究论文

　　一切探索，归根到底都是的探索。

爱因斯坦在创立相对论的过程中，也摸索出一套行之有效的方法。

后来，他通过对自己的科学发现进行反思，逐渐形成了他的别具一格的方法论体系，其中颇有特色的是探索性的演绎法、逻辑简单性原则、准美学原则和形象思维。

本文仅就爱因斯坦的探索性演绎法加以论述。

　　一、理论物的重要方法

　　探索性的演绎法是理论物理学的重要方法。

在爱因斯坦看来，理论物理学的完整体系是由概念，被认为对这些概念是有效的基本原理，以及用逻辑推理得到的结论这三者所构成的。

因此，理论物理学家所运用的方法，就在于那些作为基础的基本原理，从而导出结论;于是，他的工作可分为两部分：

他首先必须发现原理，然后从这些原理推导出结论。

对于其中第二步工作，他在学生已得到很好的训练和准备。

因此，如果在某一领域中或者某一组相互联系的现象中，他的个已经得到解决，他就一定能够成功。

可是步工作，即建立一些可用来作为演绎的出发点的原理，却具有完全不同的性质。

这里并没有可以的和可以系统地用来达到的的方法。

科学家必须在庞杂的经验事实中间抓住某些可精密公式来表示的普遍特征，由此探求界的普遍原理。

　　爱因斯坦指出，一旦找到了作为逻辑推理前提的基本理，那么通过逻辑演绎，推理就一个接着一个地涌现出来它们往往显示出一些预料不到的关系，远远超出这些原理依据的实在的范围。

但是，只要这些用来作为演绎出发点原理尚未得出，个别经验事实对理论家是毫无用处的。

实际上，单靠一些从经验中抽象出来的孤立的普遍定律，他甚至么也做不出来。

在他没有揭示出那些能作为演绎推理基础原理之前，他在经验的个别结果面前总是无能为力。

　　爱因斯坦把物理学理论分为两种不同的类型，其中之一是“原理理论”。

建立这种理论使用的是方法，而不综合方法。

形成它们的基础和出发点的元素，不是用假设造出来的，而是在经验中发现到的，它们是自然过程的普遍特征，即原理。

这些原理给出了各个过程或者它们的理论表述所必须满足的数学形式的判据。

热力学就是这样力图用分析的方法，从永动机不可能这一普遍经验得到的事实出发，推导出一些为各个事件都必须满足的必然条件。

用探索的演绎法建立起来的相对论，就属于“原理理论”。

但是物理学理论大多数是构造性的。

它们企图从比较简单的式体系出发，并以此为材料，对比较复杂的现象构造出一幅图像。

气体分子运动论就是这样力图把机械的、热的和扩散的过程都归结为分子运动——即用分子假设来构造这些过程。

当我们说，我们已经成功地了解一群自然过程，我们的思想必然是指，概括这些过程的构造性的理论已经建立起来了。

爱因斯坦认为，构造性理论的优点是完备，有适应性和明确，原理理论的优点则是逻辑上完整和基础巩固。

　　相对论就是爱因斯坦自觉地运用探索性演绎法的杰作。

它不仅以其革命性的新观念和卓有成效的理论结果为人津津乐道，而且它所体现出的科学方法的新颖、精湛以及理论的逻辑结构的严谨，也令人叹为观止。

爱因斯坦在创立狭义相对论时，他依据的仅仅是光行差现象和斐索实验这两个并不充分的实验材料，著名的二阶以太漂移实验即迈克耳孙-莫雷实验，对他并没有直接。

他主要通过对16岁时想到的“追光”思想实验的沉思，对经典力学和经典电动力学基础的深入考察，发挥了思维的自由创造，提出了两个基本假设——相对性原理和光速不变原理。

然后，他以此为逻辑前提，接二连三地推导出了关于运动学和电动力学的结论，著名的质能关系式是他先前根本没有料想到的，这些结论大大超出了两个原理所依据的实在的范围。

广义相对论的建立也是这样。

作为广义相对论的两个基本原理，即广义相对性原理和等效原理，前者是爱因斯坦基于把相对性原理贯彻到底的信念，他进而指出：

“适用于科学幼年时代的以归纳为主的方法，正在让位给探索性的演绎法。

”

　　三、爱因斯坦大胆运用探索性的演绎法的直接动因

　　只是在广义相对论建立之后，爱因斯坦才把探索性的演绎法作为一个论原则从上加以论述。

可是，早在创立狭义相对论时，他就在中大胆运用这一方法了，并在思想上对它已有比较深刻的认识。

促使爱因斯坦大胆运用探索性的演绎法的直接原因有两个：

其一是赫兹、玻耳兹曼、彭加勒等人的思想，其二是当时的物现状使得他不能不那样做。

　　在联邦大学期间，爱因斯坦自学了赫兹、玻耳兹曼等科学大师们的著作。

赫兹在他的名著《力学原理》中试图重构力学，为此他仅利用空间、时间和质量三个原始概念。

赫兹的力学体系建立在通过科学家个人的“内在直觉”从经验引出的公理之上，它能够导出经验预言。

赫兹认为“内在直觉规律”的功能像“康德意义上的先验判断”一样，并且声称他的力学重构是演绎系统，与牛顿的《原理》有许多相同的风格。

在这个公理体系中，我们可以推演出与我们的观察记录相对照的可检验的结论，依据该结论与可观察的世界一致还是不一致，来决定这个体系是否正确。

尽管爱因斯坦不赞同赫兹的隐质量概念和“把自然现象追溯到力学的主要定律”的长远目标，但是赫兹强调公理描述的威力却给他留下了深刻的印象。

这种公理描述与其说在经验材料上预言理论结构，倒不如说在公理和直觉上预言理论结构。

　　爱因斯坦也自学了玻耳兹曼的《力学讲义》。

在该书中，玻耳兹曼把力学作为物理学的核心，爱因斯坦当然不会同意这种看法的。

但是，玻耳兹曼重构力学的方法的下述特点，一定会强烈地震撼爱因斯坦敏感的心弦：

“恰恰是力学原理的不明晰性，在我看来不是同时以假设的智力图像为起点而得到的，而是从一开始就以与外部经验相联系的尝试而得到的。

”玻耳兹曼的意思很清楚：

力学原理的不明晰，在于经验归纳，而不在于智力图像。

玻耳兹曼的“智力图像”概念比赫兹的“外部对象的图像或符号”更自由，爱因斯坦可能山此注意到，力学的已使原理凌驾于经验材料之上。

　　彭加勒在《科学与假设》中对约定主义的论述，对爱因斯坦的探索性的演绎法的形成必定大有裨益，爱因斯坦在“奥林比亚科学院”时期曾和他的同伴索洛文、哈比希特一起研读过这本脍炙人口的畅销名著。

彭加勒通过对数理科学的基础进行了敏锐的、批判性的审查和后得出：

几何学的公理既非先验综合判断，亦非经验事实，它们原来都是约定。

物理学尽管比较直接地以经验为基础，但它的一些基本原理也具有几何学公理那样的约定特征。

例如惯性原理，它不是先验地支配我们的真理，否则希腊学者早就知道它了，它也不是经验的事实，因为人们从来也不能用不受外力的物体做实验，因而无法用实验证实或否证它。

经过最终分析，它们化归为约定或隐蔽的定义。

因此，彭加勒得出结论说：

在数学及其相关的学科中，“可以看出自由约定的特征”;他进而指出：

“约定是我们的精神的自由活动的产品”，“我们在所有可能的约定中进行选择时，要受实验事实的引导;但它仍是自由的，只是为了避免一切矛盾起见，才有所限制。

”

　　彭加勒在考察了物理学的理论后认为，物理学有两类陈述——原理和定律。

定律是实验的概括，它们相对于孤立的系统而言可以近似地被证实，原理是约定而成的公设，它们是十分普遍的、严格真实的，超越了实验所及的范围。

彭加勒还阐述了约定主义的方法论意义。

他说，当一个定律被认为由实验充分证实时，我们可以采取两种态度。

我们可以把这个定律提交讨论，于是，它依然要受到持续不断的修正，毋庸置疑，这将仅仅以证明它是近似的而终结。

或者，我们也可以通过选择这样一个约定使命题为真，从而把定律提升为原理。

在彭加勒看来，经典力学和经典物理学的六大基本原理就是这样形成的。

　　彭加勒提出约定主义并不是无缘无故的。

在近代科学发展的早期，弗兰西斯•培根提出了经验归纳的新方法，这种方法对促进近代科学的发展起了巨大的作用，但后来却助长了狭隘经验事义的盛行。

到19世纪，以惠威尔、穆勒为代表的“全归纳派”和以孔德、斯宾塞为代表的实证主义广为流行，把经验和归纳视为唯一可能的认识方法。

到19世纪末，第二代的实证主义的代表人物马赫更是扬言要把一切“形而上学的东西”从科学中“排除掉”。

另一方面，康德不满意经验论的归纳主义的阶梯，他把梯子颠倒过来，不是从经验上升到理论，而是以先天的“感性直观的纯形式”和先天的“知性的纯粹概念或纯粹范畴去组织后天经验，以构成绝对可靠的“先验综合知识”。

彭加勒看到，无论是经验论还是先验论，都不能圆满地说明科学理论体系的特征。

为了强调在从事实过渡到原理时，科学家应充分有发挥能动性的自由，他于是提出了约定主义。

约定主义既要求摆脱狭隘的经验论，又要求摆脱经验论，它顺应了科学发展的潮流，反映了当时科学界自由创造、大胆假设的要求，在科学和哲学上都有其积极意义。

　　《科学与假设》一书对爱因斯坦的印象极深，他和同伴们花了好几个星期紧张地读完了它。

爱因斯坦坦率地承认彭加勒对他的直接影响。

他赞同“敏锐的深刻的思想家”彭加勒的约定主义观点，认为概念和公理是思维的自由创造，是理智的自由发明。

他这样说过：

“一切概念，甚至那些最接近经验韵概念，从逻辑观点看来，……都是一些自由选择的约定，……

　　一开始，爱因斯坦也对洛伦兹的论发生过兴趣，这是一种构造性的理论。

可是不久，他从普朗克的量子论中看到，辐射具有一种分子结构。

这是同麦克斯韦理论相矛盾的，而且麦克斯韦理论也不能导致出正确的辐射压涨落。

爱因斯坦在“自述”中谈到了他当时的转变：

“早在1900年以后不久，即在普朗克的首创性工作以后不久，这类思考已使我清楚地看到：

不论是力学还是热力学都不能要求严格有效。

渐渐地我对那种根据已知事实用构造性的努力去发现真实定律的可能性感到绝望了。

我努力得愈久，就愈加绝望，也就愈加确信，只有发现一个普遍的形式原理，才能使我们得到可靠的结果。

”从此时起，爱因斯坦就断然决定用探索性的演绎法来解决。

　　四、爱因斯坦的探索性的演绎法的特色

　　作为科学推理的演绎法，可以说是源远流长了。

早在古希腊，著名的哲学家、形式逻辑的创始人亚里士多德就提出了归纳和演绎这两种逻辑方法，并认为演绎推理的价值高于归纳推理。

而古希腊名声最大的数学家欧几里得，在《几何原本》中把几何学系统化了，这部流传千古的名著就是逻辑演绎法的典范。

牛顿在建立他的力学理论体系时虽然运用了归纳法，但其集大成著作《原理》的叙述方法却采用的是演绎法。

爱因斯坦的探索性的演绎法绝不是这种古老的演绎法的简单照搬。

他根据自己的科学研究实践，顺应当时理论科学发展的潮流，对演绎法作了重大发展，赋予了新的。

也许是为了强调他的演绎法与传统的演绎法的不同，他在“演绎法”前面加上了限制性的定语——“探索性的”，这个定语也恰当地表明了他的演绎法的主要特征。

与传统的演绎法相比，爱因斯坦的探索性的演绎法是颇有特色的。

这主要表现在以下三个方面。

　　明确地阐述了科学理论体系的结构，恰当地指明了思维同经验的联系问题，充分肯定了约定在建造理论体系时的重要作用。

爱因斯坦把科学理论体系分为两大部分，其一是作为理论的基础的基本概念和基本原理，其二是由此推导出的具体结论。

在爱因斯坦看来，那些不能在逻辑上进一步简化的基本概念和基本假设，是理论体系的根本部分，是整个理论体系的公理基础或逻辑前提。

它们实际上“都是一些自由选择的约定”;它们“不能从经验中抽取出米，而必须自由地发明出来”。

谈到思维同经验的联系问题时，爱因斯坦说：

直接经验ε是已知的，A是假设或公理，由它们可以通过逻辑道路推导出各个个别的结论S;S然后可以同ε联系起来。

从心理状态方面来说，A是以ε为基础的。

但是在A和ε之间不存在任何必然的逻辑联系，而只有通过非逻辑的方法——“思维的自由创造”——才能找到理论体系的基础A。

爱因斯坦明确指出：

“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。

进化是循着不断增加逻辑基础简单性的方向前进的。

为了要进一步接近这个目标，我们必须听从这样的事实：

逻辑基础愈来愈远离经验事实，而且我们从根本基础通向那些同感觉经验相联系的导出命题的思想路线，也不断地变得愈来愈艰难、愈来愈漫长了。

”

　　第二，大胆地提出了“概念是思维的自由创造”、“