論愛(ài)因斯坦的探索性的演繹法

一切探索，歸根到底都是的探索。愛(ài)因斯坦在創(chuàng )立相對論的過(guò)程中，也摸索出一套行之有效的方法。后來(lái)，他通過(guò)對自己的科學(xué)發(fā)現進(jìn)行反思，逐漸形成了他的別具一格的方法論體系，其中頗有特色的是探索性的演繹法、邏輯簡(jiǎn)單性原則、準美學(xué)原則和形象思維。本文僅就愛(ài)因斯坦的探索性演繹法加以論述。一、理論物的重要方法
探索性的演繹法是理論物理學(xué)的重要方法。在愛(ài)因斯坦看來(lái)，理論物理學(xué)的完整體系是由概念，被認為對這些概念是有效的基本原理(亦稱(chēng)基本假設、基本公設、基本定律等)，以及用邏輯推理得到的結論這三者所構成的。因此，理論物理學(xué)家所運用的方法，就在于那些作為基礎的基本原理，從而導出結論;于是，他的工作可分為兩部分：他首先必須發(fā)現原理，然后從這些原理推導出結論。對于其中第二步工作，他在學(xué)生已得到很好的訓練和準備。因此，如果在某一領(lǐng)域中或者某一組相互聯(lián)系的現象中，他的第一個(gè)已經(jīng)得到解決，他就一定能夠成功�？墒堑谝徊焦ぷ�，即建立一些可用來(lái)作為演繹的出發(fā)點(diǎn)的原理，卻具有完全不同的性質(zhì)。這里并沒(méi)有可以的和可以系統地用來(lái)達到的的方法�？茖W(xué)家必須在龐雜的經(jīng)驗事實(shí)中間抓住某些可精密公式來(lái)表示的普遍特征，由此探求界的普遍原理。
愛(ài)因斯坦指出，一旦找到了作為邏輯推理前提的基本理，那么通過(guò)邏輯演繹，推理就一個(gè)接著(zhù)一個(gè)地涌現出來(lái)它們往往顯示出一些預料不到的關(guān)系，遠遠超出這些原理依據的實(shí)在的范圍。但是，只要這些用來(lái)作為演繹出發(fā)點(diǎn)原理尚未得出，個(gè)別經(jīng)驗事實(shí)對理論家是毫無(wú)用處的。實(shí)際上，單靠一些從經(jīng)驗中抽象出來(lái)的孤立的普遍定律，他甚至么也做不出來(lái)。在他沒(méi)有揭示出那些能作為演繹推理基礎原理之前，他在經(jīng)驗的個(gè)別結果面前總是無(wú)能為力。
愛(ài)因斯坦把物理學(xué)理論分為兩種不同的類(lèi)型，其中之一是“原理理論”。建立這種理論使用的是方法，而不綜合方法。形成它們的基礎和出發(fā)點(diǎn)的元素，不是用假設造出來(lái)的，而是在經(jīng)驗中發(fā)現到的，它們是自然過(guò)程的普遍特征，即原理。這些原理給出了各個(gè)過(guò)程或者它們的理論表述所必須滿(mǎn)足的數學(xué)形式的判據。熱力學(xué)就是這樣力圖用分析的方法，從永動(dòng)機不可能這一普遍經(jīng)驗得到的事實(shí)出發(fā)，推導出一些為各個(gè)事件都必須滿(mǎn)足的必然條件。用探索的演繹法建立起來(lái)的相對論，就屬于“原理理論”。但是物理學(xué)理論大多數是構造性的。它們企圖從比較簡(jiǎn)單的式體系出發(fā)，并以此為材料，對比較復雜的現象構造出一幅圖像。氣體分子運動(dòng)論就是這樣力圖把機械的、熱的和擴散的過(guò)程都歸結為分子運動(dòng)——即用分子假設來(lái)構造這些過(guò)程。當我們說(shuō)，我們已經(jīng)成功地了解一群自然過(guò)程，我們的思想必然是指，概括這些過(guò)程的構造性的理論已經(jīng)建立起來(lái)了。愛(ài)因斯坦認為，構造性理論的優(yōu)點(diǎn)是完備，有適應性和明確，原理理論的優(yōu)點(diǎn)則是邏輯上完整和基礎鞏固。([1]，pp．109～110)
相對論就是愛(ài)因斯坦自覺(jué)地運用探索性演繹法的杰作。它不僅以其革命性的新觀(guān)念和卓有成效的理論結果為人津津樂(lè )道，而且它所體現出的科學(xué)方法的新穎、精湛以及理論的邏輯結構的嚴謹，也令人嘆為觀(guān)止。愛(ài)因斯坦在創(chuàng )立狹義相對論(1905)時(shí)，他依據的僅僅是光行差現象和斐索實(shí)驗這兩個(gè)并不充分的實(shí)驗材料，著(zhù)名的二階以太漂移實(shí)驗即邁克耳孫-莫雷實(shí)驗，對他并沒(méi)有直接。他主要通過(guò)對16歲時(shí)想到的“追光”思想實(shí)驗的沉思，對經(jīng)典力學(xué)和經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)基礎的深入考察，發(fā)揮了思維的自由創(chuàng )造，提出了兩個(gè)基本假設——相對性原理和光速不變原理(美國著(zhù)名科學(xué)史家霍耳頓認為，在狹義相對論中，除了被提高為公設的兩個(gè)基本原理外，愛(ài)因斯坦還作了另外四個(gè)假定：一是關(guān)于空間的各向同性和均勻性，另外三個(gè)是定義鐘的同步的三個(gè)邏輯性質(zhì)�；舳�頓的學(xué)生米勒后來(lái)指出，另外的四個(gè)假定也是兩個(gè)基本原理的必然結果，他們不是獨立的假設。 參見(jiàn)[3]，p．196)。然后，他以此為邏輯前提，接二連三地推導出了關(guān)于運動(dòng)學(xué)和電動(dòng)力學(xué)的結論，著(zhù)名的質(zhì)能關(guān)系式是他先前根本沒(méi)有料想到的，這些結論大大超出了兩個(gè)原理所依據的實(shí)在的范圍。廣義相對論(1915)的建立也是這樣。作為廣義相對論的兩個(gè)基本原理，即廣義相對性原理和等效原理，前者是愛(ài)因斯坦基于把相對性原理貫徹到底的信念（從慣性系推廣到加速系)提出的，后者是依據厄缶實(shí)驗(慣性質(zhì)量等于引力質(zhì)量)和升降機思想實(shí)驗提出的。
在1905年，由于愛(ài)因斯坦采用了探索性的演繹法，從而使他能夠高屋建瓴、勢如破竹，一舉砍斷了哥爾提阿斯死結(哥爾提阿斯是古代夫利基阿國王，相傳他曾把自己的車(chē)乘的轅與軛用繩結系住，死得無(wú)法解開(kāi)，聲言能解開(kāi)此死結者，得以結治亞細亞。這個(gè)死結后來(lái)被亞歷山大大帝用劍砍斷)，開(kāi)拓了一個(gè)奇妙的新世界。那些惱人的以太漂移實(shí)驗，那些使人迷惑不解的單極電機電動(dòng)勢的“位置”問(wèn)題，在愛(ài)因斯坦的理論體系中已根本不成其為問(wèn)題。但是，同時(shí)代的博大精深的科學(xué)大師，諸如洛倫茲、彭加勒，卻熱衷于同邁克耳孫-莫雷實(shí)驗等以太漂移實(shí)驗打交道，迷戀于做出種種構造性假設，建立他們的構造性理論——論和電子動(dòng)力學(xué)。例如，洛倫茲1904年的著(zhù)名論文盡管聲稱(chēng)是以“基本假設”而不是以“特殊假設”為基礎的論文，但事實(shí)上卻包含有11個(gè)假設：假設有靜止以太，假設靜止電子是球形的，假設電子的電荷分布是均勻的，假設電子的全部質(zhì)量都是電磁質(zhì)量，假設運動(dòng)電子收縮，假設電子之間的作用力與分子力相同等等。洛倫茲和彭加勒雖說(shuō)走到了狹義相對論的大門(mén)口，但他們并沒(méi)有打開(kāi)這扇大門(mén)，其原因固然是多方面的。從方法論上講，就在于他們運用的是傳統的經(jīng)驗歸納法，而沒(méi)有采用探索性的演繹法。在當時(shí)的科學(xué)的形勢下，僅靠個(gè)別的經(jīng)驗事實(shí)進(jìn)行歸納，是建立不起什么嶄新的理論的。洛倫茲、彭加勒的電子論和電子動(dòng)力學(xué)固然富麗堂皇，但畢竟只是經(jīng)典物理學(xué)的最后的建筑物。它們雖然包羅萬(wàn)象，可是由于不適應科學(xué)發(fā)展的總趨勢，最終還是被人們遺忘了，僅有的價(jià)值。二、采用探索性的演繹法是科學(xué)發(fā)展的必然趨勢
從文藝復興到19世紀的經(jīng)典科學(xué)，一般稱(chēng)為近代科學(xué)。在科學(xué)史上，這個(gè)漫長(cháng)的時(shí)期主要是積累材料和歸納材料的時(shí)期。與這一科學(xué)發(fā)展狀況相適應，產(chǎn)生了經(jīng)典的科學(xué)哲學(xué)，它始于弗蘭西斯

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