（美学专业论文）爱因斯坦时期科学美思想简论——19001955.pdf

爱因斯坦时期科学美思想简论 1 9 0 0 1 9 5 5 美学专业 研究生张小华指导老师刘敏 本文从爱因斯坦时期科学美这个美学现象入手，具体考察了1 9 0 0 - - - 1 9 5 5 年问现代物理学中，以爱因斯坦为代表的四位科学家的科学美思想。他们的 思想各有侧重，各具特色，即爱因斯坦追求多样统一性的美，他看重能把旧 理论包含在内的“新”理论；玻尔的互补美象征性地表达了微观粒子既对立 又统一的本质特征；海森堡的对称美揭示了微观世界中粒子的不确定性；狄 拉克的协变美追求物理理论的数学公式在广泛变换下的不变性。 在此基础上分析了爱因斯坦时期科学美所具备的一个总体特征，即“人 与自然相统一”。其具体内容涉及三个问题，即科学美方法论的运用，非理性 因素在科研中的积极作用，真和美统一的基础。并对现代物理学和中国佛、 禅之间的联系进行深入考察，探讨二者在哲学基础上所具有的内在一致性， 即现代物理学用“人与自然相统一”的有机世界观解释自然现象，中国佛禅 用主客合一的思维方式体验世界。这为科学之美学意义的阐发提供了哲学基 础。 因为在科研实践中，科学家实际上把宇宙作为一个具有审美意义的整体 来看待。当他把认识到的“真”用完美的科学理论表达出来时，会体验到一 种自由创造的快感，这是一种纯粹的美学意义上的快感。因此，对科学之美 学理想的追求致使科学活动内在地蕴藏了丰富的人生意义，特别富有人文品 格和人文精神。这种人文精神应当属于由科学美之内容美的属性所激发出来 的那种情感，这正是科学美之魅力所在、意义所在。 关键词：爱因斯坦时期科学美相对论量子力学空触事即真 t h ei d e o l o g ya b o u tb e a u t yo fs c i e n c ei nt h ee i n s t e i na g e ( f r o m1 9 0 0 t o1 9 5 5 ) s p e o iaii t y a e s t h e t i c s g r a d u a t e ds t u d e n tz h a n gx i a o h u a s u p e r vis e ru um i n t l l i s a r t i c l ei sa b o mo n eo ft h ea e s t h e t i cp h e n o m e n ai n 血ee i n s t e i na g e b e a u t yo fs c i e n c e 。w h i c hp r o n d e sm o r ed e t a i l sf o rb e a u t yo fs c i e n c e ，t h et h o u g h t o ff o u rs c i e n t i s t s ，e s p e c i a l l yt h ek e yp e r s o n ，e i n s t e i n , i nm o d e r np h y s i c sd u r i n g t h e p e r i o do f1 9 0 m 一1 9 5 5 a no f 也唧h a v et h e i r o w l le m p h a s e sa n d c h a r a c t e r i s t i c s e i n s t e i np u r s u i t st h em u l t i f a c e t e da n du n i f i c a t i o nb e a u t ya n dh e f o c u s c so nt h eu o wt h e o r yw h i c hi n c l u d e st h e o l do n e b o h r sm u t u a l c o m p l e m e n t a r yb e a u t ys i g n i f i c a n t l yi n d i c a t e st h ee s s e n c eo fm i c r o s c o p i cp a r t i c l e s t h a tc a nb eo p p o s i t ea n du n i f i e dw i t he a c ho t h e r h e i s e n b e r g sb i l a t e r a lb e a u t y i d e n t i t i e st h el m c c n a i n t yo f p a r t i c l e si nm i c r o c o s m 丘e l d d i r a c su n j o i n t e db e a u t y i sa b o u tt h ei n f l e x i b i l i t yo fm a t h e m a t i c a le q u a t i o n sf o rp h y s i c a it h e o r i e si naw i d e r a n g eo f a l t e r a t i o n b a s e do na b o v et h ea r t i c l ea n a l y s e st h eg e n e r a lc h a r a c t e r i s t i c so fb e a u t yo f s c i e n c ei nt h ee i n s t e i na g e t h a ti st h el l o m o g e n c o u sb e t w e e nh u m a nb e i n ga n d n a t u r e t h i si n c l u d e st h r e ep o i n t sw h i c ha r et h em e t h o d o l o g ya p p l i c a t i o no f b e a u t yo f s c i e n c e ，t h ep o s i t i v ef u n c t i o no f n o - r a t i o n a lf a c t o r si ns c i e n t i f i cr e s e a r c b a n dt h ef o u n d a t i o no fu n i f i e dr e a l i t ya n db e a u t y a l s oi tt h e r o u g h l ye x p l o r e st h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nm o d e mp h y s i c sw i t hc h i n e s eb u d d l n s r na n dc h a n s e c t ， s t u d i e st h ei n h e r e n tc o n s i s t e n c eb a s e do np h i l o s o p h y , w h i c hm e a n se x p l a i n i n gt h e n a t u r a lw o r l db yu s i n gt h eh o m o g e n e o u so fh u m a nb e i n ga n dn a t u r ei nt h e m o d e r np h y s i c sa n df e e l i n gt h ew o r l db yu s i n gt h et m i f i c a t i o no fs u b j e c t i v ea n d o b j e c t i v eb e t w e e nc l l i n e s eb u d d h i s ma n dc h a r t - s e c t a sar e s u l t , i tp r o v i d e sa p h i l o s o p h i c a lb a s i sf o rt h ea e s t h e t i c a ls i g n i f i c a n c eo f b e a u t yo f s c i e n c e i l it h er e a ls c i e n t i f i cr e s e a r c h s c i e n t i s t sr e g a r dt h eu n i v e r s e sa sa na e s t h e f i c a l w h o l eo n e w h e nt h e ys u c c e s s f u l l ye x p t a i n e dt h e r e a l i t y t h e yr e c o g n i z e dw i t h p e r f e c ts c i e n t i f i ct h e o r i e s ，t h e yf e e lh a p p yf o rt h e f tf r e e l yc r e a t i n g i ti s ar e a l p l e a s u r ef r o mt h ep u r ea e s 也c r i e s t h e r e f o r e t h ep u p s u i to fs c i e n t i f i ca e s t h e t i c e n a b l e ss c i e n t i f i c a c t i v i t i e st o i n h e r e n t l yg e tg r e a ts i g n i f i c a n c e so fl i v i n gl i f e ， p a r t i c u l a r l y , t h eh u m a n i s ts p i r i ta n dm o r a l i t y t h i sh u m a n i s ts p i ms h o u l db e 锄 i i f e m o t i o na c t i v a t e db yt h eb e a u t yo fs c i e n c ed u et oh e rg r e a te s s e l l c e a c t u a t l yt h a t i st h er e a lb e a u t yo f s c i e n c e ，w h i c he m b o d i e st h ec h a n n i n ga n ds i g n i f i c a n c e k e yw o r d s ：t h ee i n s t e i na g eb e a u t yo fs c i e n c er e l a t i v i t y q u a n t u mm e c h a n i c ss u n y ap e r c e i v i n g e v c r y i n gi sr e a l i v 四川师范大学学位论文独创性及使用授权声明 本人声明：所里交学位论文，是本人在导师型塾型丝篮指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。 本人承诺：己提交的学位论文电子版与论文纸本的内容一致。如因不符 而引起的学术声誉上的损失由本人自负。 本人同意所撰写学位论文的使用授权遵照学校的管理规定： 学校作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者须授权所在大学 拥有学位论文的部分使用权，即：1 ) 已获学位的研究生必须按学校规定提交 印刷版和电子版学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索；2 ) 为教学和科研目的，学校可以将公开的学位论文或解密后的 学位论文作为资料在图书馆、资料室等场所或在校园网上供校内师生阅读、 浏毙。 ) 司丞定瓶。 参? 擞 一。i 、3 - 论文作者签名：亏乒。卜钐 卿年4 月o 日 前言 “科学”一词源于拉丁文s c i e n t i a ，原意为认识、知识、学问、学术。 1 9 世纪末，中国文献开始出现“科学”一词。迄今为止，学术界对“科学” 概念的理解很不一致，给出的定义也多有差异。现代辞书中对“科学”一词 的界定是这样的：例如，有认为科学是“研究和探讨自然、社会历史诸现象 的规律的学问。”国也有认为科学是“运用范畴、定理、定律等思维形式反映 现实世界各种现象的本质和规律的知识体系。按研究对象的不同，可分 为自然科学、社会科学和思维科学，以及总结和贯穿于三个领域的哲学和数 学。” 还有的认为科学( s c i e n c e ) 是“反映客观世界( 自然界、社会和思维) 的本质联系及其运动规律的知识体系，组织科学活动的社会建制。科学 作为知识体系，是一种社会意识形式。科学作为生产知识的活动，是一种独 特的社会劳动，并且发展为一种社会体制。” 总起来看，大多数辞书将科学 界定为一种知识体系。借鉴他人的说法，笔者认为：科学是人们创造知识的 认识活动、社会活动以及由此所建立起来的知识体系。 但值得注意的是，人们日常使用不加限定的“科学”一词时( 可加后续 词) ，如科学家、科学技术、科学普及工作等词组中的“科学”，在很多场合 下专指数学和自然科学。例如，一说到“科学家”，马上想到的是数、理、化 等方面的自然科学家，一般并不包含社会科学家和哲学家。一说到“科学技 术”，人们立即想到的是以认识自然界为使命的自然科学和以改造自然界为使 命的技术，而很少涉及哲学和社会科学。 这就是说，狭义理解的科学，或专指自然科学，或专指数学和自然科学， 有时还可能包含同数学和自然科学关系极为接近的新兴的系统科学。t 而广义 的科学概念，则包括所有科学部类的知识体系和相应的认识活动、社会活动。 本论文标题中及正文中所涉及的“科学”，就是这种狭义理解的科学。 真和美的关系闯题自古以来一直是个激动人心的话题。科学和美学的关 系就好比一棵树上的两片树叶，一片朝这个方向、一片朝那个方向，大多数 部位都是不重叠的，可根部有一小块是重叠的，这一小块也许只有5 、1 0 。 。四角号码新词典，北京：商务印书馆，1 9 5 9 年。第1 5 0 页。 。辞海1 9 9 9 年版缩印本，上海：上海辞书出版社，2 0 0 0 年，第2 1 0 7 页。 。自然辨证法百科全书，北京：中国大百群全书出舨社，1 9 9 5 年版，第2 6 4 - - 2 6 5 页 但非常奇怪的是却享有这两个领域共同的观念，所以从根源上讲，科学和美 学的关系是非常密切的。可是，二者共同的地方并不多，它们有各自的目的 和截然不同的传统，然而在最基本观念的层面，两者却令人惊讶的共享。如 果从科学和美学有密切关系的层面看，那么，二者根部的那一小块重叠的地 方正是科学美学这门学科的领地。“科学美”这个概念就生长于这一小块重叠 的地方。因为，它是科学美学学科中一个极其重要的基本概念。目前，仅就 笔者能力范围内所了解到的，跟“科学”概念的情况相类似，学术界对“科 学美”概念的理解也很不一致，给出的定义也多有差异。因此，本文不打算 给“科学美”下定义。但为了探讨的方便，比照美学原理“美有形式美和内 容美两种属性”，那么，科学美也有形式美和内容荚这两种属性。这两种属性 的揭示经历了一个历史的演进过程。 正如“科学”一词的起源在西方一样，“科学美”这个概念的起源也在西 方。由于西方民族的心智表现出强烈的认知自然界的对外意向性，他们对自 然充满了好奇，因此探索宇宙美的奥秘便成了西方文化永恒的主题之一。从 古希腊开始，西方人就承认字宙美的存在，并且认为宇宙美的表现形式是秩 序与和谐。从那时起，西方就开始了探索宇宙美的历程；人们借助直观、猜 测的主观方式来理解宇宙美，认为宇宙美是上帝创造的。例如，毕达哥拉斯 认为宇宙美统一于数；德谟克利特认为宇宙美统一于原予；都带有强烈的主 观性甚至是神秘的哲学思辨色彩。这表明西方美学从一开始就把美跟真密切 地联系在一起了；同时也意味着早期希腊应当被看作是科学美学的孕育时期。 也许正是有了这层认知，我国美学家朱光潜才认为，“在早期希腊，美学是自 然哲学的一个组成部分。”。 严格说来，“科学美”这个概念在亚里斯多德的手中得以萌芽。他说：“美 的主要形式秩序，匀称与明确，这些惟有数理诸学优于为之作证。又因为 这些( 例如秩序与明确) 显然是许多事物的原因，数理诸学自然也必须研究 到以美为因的这一类因果原因。” 这段话表明：亚里斯多德不仅看到了自然 科学( 数理诸学) 中的美，而且还用自然科学的眼光来理解美。这其中潜藏 。朱光潜：西方美学史( 合订本) ，北京：人民文学出版杜。2 0 0 2 年版。第3 7 页。 。亚里斯多德：形而上学，吴寿彭译，北京：商务印书馆，1 9 5 9 年版，第2 6 5 - - - 2 6 6 页。 2 着一个认知，即亚里斯多德已经明确地指出了自然科学与美的联系。因此， 从这个意义上讲，是亚里斯多德发现了“科学美”之形式美的属性。因为， 他看到了自然科学和美学的相通之处，即美的形式是秩序、匀称与明确。所 以，亚罩斯多德的“科学美”概念是侧重于形式美的。因为形式美的特征直 接、鲜明，即秩序、匀称与明确，并且它是美的原因。从总体上看，古希腊 时人们是用朴素的自然观来解释美的。在这样的背景下，考察古希腊的科学 理性与自然科学这两个概念，虽然不能在这二者之间完全划等号，但二者应 当属于同一个范畴。因为古希腊的科学理性是对自然科学精神的升华。 此后到牛顿时期，“科学美”之内容美的属性才被提示出来。由于自然科 学的诞生，人们可以借助实验和观察对客观世界进行冷静地、客观地科学分 析，于是，逐渐认识到：宇宙美在于其自身的物质运动因而不自觉地就用 自然的原因来解释宇宙美。特别是当牛顿力学第一次把宇宙美的原因归结为 大自然自身的运动，即用力学规律来解宇宙美时，就赋予“科学美”以内容 美，它表征为数学公式。这样，数学美被引进物理学领域。也因此，牛顿一 举奠定物理规律数学化的思想。其影响早已超越物理学界扩大到文学创作和 美术领域。但由于牛顿把宇宙美的最终根源归于上帝。因而牛顿的“科学美” 概念被打上了力学机械决定论的烙印。这说明牛顿时期人们解释宇宙美的观 念已经发生了转变，由古希腊的朴素自然观转变为机械自然观，用纯“客观“ 的方式来审美。这就是说，牛顿时期的科学美思想呈现机械决定论的特色。 从牛顿时期1 7 5 0 年期间。随着自然科学的发展，“科学美”之内容 美的属性不断被丰富和发展。但是从1 7 5 0 年2 0 世纪初期闽，“科学美” 的发展则处于停滞时期。这是因为，1 7 5 0 年鲍姆嘉通创立美学学科时，指出： “美学的研究对象就是感性认识的完善”，并且还把美学跟逻辑学相对立。 这样，美学就从哲学中分离出来并获得其相对独立性。美学的独立对其学科 自身的发展而言，意义是重大的，但同时也完全割裂了美学与自然科学的天 然联系。也就是说，由于鲍姆嘉通入为地“拆除”了科学美学学科赖以生存 的理论基础，因此，“科学美”这个概念也失去了存在的理由，就此开始其被 人遗忘的历史。直到2 0 世纪初，一方面，由于现代科学革命的发生，西方人 转引朱光潜；西方美学史，北京：人民文学出版社，2 0 0 2 年版，第2 8 9 页 3 的世界观发生了根本性的转变，科学和美学重新结合的呼声日趋高涨，致使 科学美学赖以生存的理论基础似乎是得以“恢复”。另一方面，更重要的原因 是，自美学诞生后的一百多年来，由于自然科学的迅速发展，自然科学领域 积累了很多有关自然科学理论中美学问题的素材，自然科学家们在科研实践 中发现了科学理论的审美价值，这迫切要求从理论上对它进行总结。因此， “科学美”概念又再度引发人们的兴趣，以致被重新提出来；学术界也给予 一定程度的关注，并致力于对它的专门研究。我国对科学美的关注、研究就 发生在这样的社会背景下。 但是，在现代科学条件下，由于现代科学的高速发展，人们借助精密实 验和逻辑实证( 主要指复杂的数学公式) 的方法来解释宇宙美。这就是说， 现代人解释宇宙美的方式已经发生了根本性的转变，它既不是那种直观、猜 测的朴素自然观形态，也不是那种纯“客观“的机械自然观形态，而是超越 了主客对立的思维方式，代之以全新的主客合一的思维方式，用“人与自然 相统一”的有机自然观来看待美，从而进入至u 用复杂的数学公式来表示自然 界美的形态。特别是在觇代理论物理学领域即1 9 0 0 - - - 1 9 5 5 年间，物理学家们 从各自的科学实践出发，纷纷用自己的科研成果来论证宇宙的“统一性”。即 寓杂多于整一的意思。爱因斯坦是这时期的代表性人物，他虽没明确提出 科学美学的概念，但积极主张研究科学中的美学问题，在很多地方谈到科学 美学的研究对象和研究方法。并且他独自一人创立了相对论，革新了人类的 时空观，开辟了人类认识的新途径：还对量子论做出了根本性的贡献，爱因 斯坦的“光量子理论”被认为是他对物理学最具“革命性”的贡献。更重要 的是，在萁科研实践中，他把自古希腊以来科学美学的先验性基础转到真正 的科学实证基础之上。就对科学美学所作的贡献而言，相比较跟他同时期的 玻尔、海森堡和狄拉克，爱因斯坦所作的贡献较大，因此，就用他的名字来 4 命名1 9 1 ) 0 - - - 1 9 5 5 年间现代物理学中的科学美思想。 一、科学美学的研究现状 对科学美学的研究，国内直到8 0 年代末才有学者开始关注、研究这个问 题。诸多问题都在探讨之中，因而距离其基本理论框架确立的那一刻还很远。 最早的专著当属t 9 9 1 年徐纪敏的科学美学：之后是1 9 9 2 年徐辅新、程民 治的自然科学美学；后来2 0 0 2 年又有科学之美。该问题被列为专章讨 论的牵涉到两本书：一是陶伯华的美学前沿一实践本体论美学新视野， 二是凌继尧的美学十五讲。研究科学美的论文，数量也不多，其内容分为 三类：科学美是否存在? 科学美的型态特征，真与美的关系。 就国外而言，对科学美学的研究则有悠久的历史。“美学在西方一开始就 是哲学的一个部门。” 西方美学的发源地古希腊，从一开始就把跟数学特征 有关的基本要素，诸如：数的和谐、合比例的均衡等看作美的本质，以致科 学和美学浑然一体。因此，西方美学自始至终贯穿着科学的理性精神和数学 的精确精神。1 7 5 0 年鲍姆嘉通创立荚学学科，美学就从自然科学中分离出来 并获得其相对独立性。就这样，美学与自然科学的天然联系被完全割裂了。 从美学独立之时起，科学和美学的分化就开始了，长达百多年。直到2 0 世 纪初现代科学革命时期，科学和美学重新结合的呼声臼趋高涨，但其倡导者 和响应者大多来自自然科学领域，美学家的响应则并不尽如人意。从2 0 世纪 初，西方美学对科学美的研究至少要比中国早半个多世纪。 比较有代表性的专著是英国人詹姆斯w 麦卡里斯特的美与科学 革命，美国人钱德拉塞卡的真与美：科学研究中的美学和动机，以及阿热 的可怕的对称现代物理学中美的探索。还有一大部分则是自然科学家 9 “爱囡斯坦时代”是目前使用较为广泛的一个概念，馀纪敏的( 科学美学思想史用“牛顿时代 。爱固期坦对代”俸为章标透，分别代表传绕物理学时期和现代物蓬学时斯，“这一时期，是近代物理 学的发腱中鼓撒动人心的一个时期。从普朗克挺出量子假说算起到爱固晰坦逝世，即从1 9 0 0 年判1 9 5 5 年差不多是半个世纪”青年科学向导总第3 期的文章不倦的爱园斯坦中说；。正像历史学象 认为1 7 世纪下芈叶星牛顿的时代那样人们常把2 0 世纪上半叶看成是爱因斯坦的时代因为他的相 对论开创了物理学的新纪元，几乎整个2 0 世纪物理学的创造历程都有他的巨手在指引着方向。”在 北京举行的第2 2 届国际科学史大会上的讲演中扬振宁在题为爱因斯坦的机遇与眼光中 ，也用牛 顿时代和爱困斯坦时代分别代表传统物理学和现代物理学 。朱光潜：西方美学史) ( 合订本) 北京：人民文学出版社，2 0 0 2 年版第5 l 页。 5 们谈论跟美有关的文章，内容涉及美感直觉和美感；灵感：科学研究中的美 学动机等。但是，专门研究1 9 0 0 - - 1 9 5 5 年间现代物理学中的科学美的论文似 乎还没有。因此，我想做个这方面的专题研究。以期对爱因斯时期科学美这 一美学现象有所探讨和发现。 二、选择研究对象的原因 从历史发展的眼光看，爱因斯坦时期的科学美思想在科学革命、文化演 进、荚学学科发展方面都具有深刻的意义。 ( 一) 现代科学革命：把“人”的因素注入到科学中 现代物理学是一门以实验为基础、以现代数学语言来表达其概念的一门 自然科学。其标志性的理论成果是相对论和量子力学。这两大理论中所蕴含 的“新”思想，无论是哲学的，还是美学的，在2 0 世纪5 0 年代以后迅速向 其它自然科学领域以及文艺领域渗透和扩散，其影响是深远的。因此，科学 史上把现代物理学中的这场变革称为“现代科学革命”。2 0 世纪初，现代科 学革命之所以最先发端于物理学领域，这当然跟1 9 世纪末的物理学现状有最。 直接的关系。科学史上把它简称为三大发现和“两朵乌云”。三大发现是x 射 线、放射性射线和电子；“两朵乌云”则是“以太漂移的零结果”和“黑体辐 射”。这里，三大发现给经典物理学带来危机，但也给现代科学革命提供了可 能的条件；而“两朵乌云”则意味着现代科学革命的必然发生。因为，若不 移去这两朵乌云，物理学的发展将会受阻。 事实上。现代科学革命之所以最先发端于物理学领域，最根本的原因在 于：现代物理学所揭示的新物理现象早己远离人们的日常生活图景，如果继 续沿用1 9 世纪末物理学中那种主客对立的机械自然观，即认识主体作为一个 旁观者站在自然之外，把自然看成是被动的“纯客观实体”，是与人相对立的 外在的异己力量。并且认为，科学的本质就是人站在自然的对面，用观察、 实验的手段来直接检查自然、“拷问”自然。这种主客二分的思维方式因其自 身的局限性无法给新的物理现象以科学的解释，这迫使作为认识主体的“科 学家”重新思考人在自然界中的地位，开始意识到：只有改变那种人站在自 6 然之外描述自然界的“纯客观”地位，才能对自然界进行深入地描述，即人 只有“参与”到客观对象之中去，使主客体相互统一，才有可能获得相对满 意的物理学解释。这就是说，要重视“人”的因素。因此，现代物理学迫切 需要全新的思想作指导，即要把“人”的因素注入到科学中，从而给科学带 来活力。这就给科学和美学的共生共融提供了生存的空问，于是科学美学就 应运而生。 以库恩为代表的历史主义科学观认为，科学是科学共同体按照其成员公 认的信念所进行的专业活动。库恩把这种信念叫做“范式”，它包括理论体系、 世界观、方法论、仪器等多种因素在内的一定历史时期中科学的总的活动方 式国。因此，科学之所以为科学，就在于一定范式支配下的常规研究活动，以 及在已有范式失效时及时进行范式更新的革命。 科学活动的本质在于不断地要求进步，科学进步在根本上表现为概念的 进步。而概念进步要符合合理性准则，即简单性。所谓简单性，是指科学的 概念，尤其是基本概念应当尽可能简单，同时理论所包含的独立基本概念数 目应当尽可能的少。 简单性准则的合理性首先在于符合实在。爱西斯坦因着追求理论基础的 简单性才推进了物理学从电动力学向着狭义相对论、广义相对论乃至向着统 一场论的进步。其次，简单性作为合理性准则也有其有效性的一面。这正好 符合马赫的“思维经济原理”之本意。他指出，科学家在创造概念工具时， 总是追求以最经济的方式去把握事实及其间的概念关系，从而达到最有效用 。口 科学的进步，本质上是个“扬弃”的过程，先对旧概念进行批判反思， 之后发现和提出新的概念。科学事实也证明了这一点，因为科学家们只有通 过概念的创新，才能实现科学的进步。于是思想科学史不得不星现“批判一 创造”的模式。这样看来，思想科学史是通过解决概念问题来实现其进步 的。因此，科学史归根结蒂是思想科学史。 跟古代中国的科学相比，西方科学有其自身的特质。毕竟它是唯一存留 。( 美) 托马斯库思：必要的张力：科学的传统和变革论文选 ，葩岱年、纪树立译，福州：福建 人民出版社1 9 8 1 年版，第2 9 1 - - 2 9 3 页。 。上述两段参考周晶忠：西方科学的文化精神 ，上海；上海人民出版社，1 9 9 5 年版，第2 1 5 - - 2 1 6 页 7 到今天的科学形态。从历史的和逻辑的角度看，西方科学史与生俱来地包括 两个层面，即现象科学史和思想科学史。库恩把“现象科学史”称为“常规 科学”或“科学传统”。他说：“只要仔细观察科学活动就会发现，正是常规 科学( 这里不会出现卡尔爵士的那种检验) 而不是非常规科学，最能把科学 同其他活动区别开来。”o 由此看来，库思似乎认为，一般说来，科学史在其 常态时期，以现象科学史的面目出现；在科学革命时期，则以思想科学史的 面目出现。科学事实表明：以相对论和量子力学为标志的现代科学革命就是 以思想科学史的面目出现的，海森堡对此认识深刻。 海森堡指出，牛顿开创的近代科学发展到1 9 世纪形成了一个概念图式， 就是我们今天所谓的经典物理学概念，这个框架得到时间、空间、物质和因 果性等基本概念的支持。而科学革命就是要打破这个旧的概念图式，创造新 的概念图式。他说：“科学革命的成果带来的最重要变化是十九世纪概念的这 种僵硬框架的解体。这种解体是明确地分两个阶段发生的。第一阶段是 通过相对论，发现了甚至像时间和空间这样的基本概念也能够改变，并且事 实上根据新的经验也必须改变。第二阶段是关于原子结构的实验结果迫 使人们进行的关于物质概念的讨论。”圆这段话带给我们两点启示，一是表明 现代科学革命把思想科学史作为概念史的面目暴露无遗。二是表明海森堡以 概念图式的革命来把握整个物理学史。 ( 二) 文化的继承与阐扬：对科学“生命”的深层理解 西方文化起源于古希腊的文化。而古希腊文化起源于米利都学派的自然 哲学。这种哲学同时也是科学( 按照今天之科学意义来理解) 。所以说，希腊 文化起源于自然科学。由此可知自然科学是西方文化的历史的和逻辑的起点。 古希腊哲学是对自然科学的升华，自然科学的精华以哲学形态凝结在西方文 化中，成了它的灵魂和内核，因而西方文化通体弥漫着理性主义的精神。 既然科学是西方文化的源头，那么科学史就应当是西方文化史的核心。 。( 黄) 托马斯库恩：必要的张力：科学的传统和变革论文选，范岱年，纪树立译，北京 北京 大学出版社，2 0 0 4 年版，第2 6 6 页。 。( 德) 海森堡：物理学和哲学；现代科学中的革命范岱年译北京：商务印书馆，1 9 8 1 年版- 第1 3 2 页。 8 西方科学史和西方文化史的关系，是既密切相关，又有相互独立性。尤其是 在一些关键的历史时期，两者的关系是血肉相联的。这样的历史时期有三1 0 ： 首先，是科学的产生和文化的形成。西方文化史以科学史为中心，这在 西方文化形成时期就已表现出来。古希腊民族善于“拿来”外来文化，他们 的天文学来自巴比伦，医学、几何学来自埃及。拿来之后，对其进行反思并 加以发展，这种发展不是简单地再积累，而是吸取其理论精华并加以应用。 经过批判反思。希腊人创造了自己的文化。他们有自己的数学，尤其以几何 学最发达，也有自然哲学形态的物理学。因此，克莱因指出：“希腊人在文明 史上首屈一指，在数学史上也至高无上。他们虽也取用了周围其他文明世界 的一些东西，但希腊人创造了他们自己的文明和文化，这是一切文明中最宏 伟的，是对现代西方文化的发展影响最大的，是对今日数学的奠基有决定作 用的。”。 古希腊的科学成就源于一个人：米利都的泰勒斯。他被公认为是古希腊 最早的科学家和哲学家。泰勒斯从开始就把埃及的几何学纳入到“提出一般 原理”的轨道之中。作为哲学家，他提出“万物的本原是水”由此可见，泰 勒斯仓立的科学活动同时也是一种哲学活动。因为这种哲学即“提原理性问 题”，是对自然科学即几何学精神的提炼和表达。这就是说，古希腊铸造的理 性主义发端于泰勒斯，即发端于对自然科学的反思。而哲学则通过批判反思 凝结了自然科学所蕴含的基本精神，即理性主义。 其次，近代科学兴起和文艺复兴。近代科学是由文艺复兴运动的推动而 发展起来的。近代科学以亚里斯多德的哲学为中心，其核心是科学精神：而 科学方法则以观察和实验为主。文艺复兴作为文化运动，其旗号是“人文主 义”。它反对基督教倡导的宗教神学；重视人的行动；恢复和继承了源于古希 腊的西方文化的科学传统。文艺复兴运动的主将之一但丁的神曲，既是瑰 丽的诗篇，又是概括宇宙起源及自然现象的科学著作。因此，文艺复兴文化 在当时被认为是：活着的古代文化。或者更准确地说，是亚曼斯多德学说的 科学精神活在文艺复兴的文化之中。 。对以下三个历史时期的论述参考周昌忠：西方科学的文化精神 ，上海：上海人民出版社，1 9 9 5 年 版，第2 4 4 - - 2 4 8 页 。( 美) m 克莱因：古今教学思想第1 册上海：上海科技出版社，2 0 0 2 年，第2 7 页 9 最后，现代科学革命和现代文化。相对论和量子力学是现代科学革命的 主要标志。科学理性在现代科学条件下发生了深刻的变化，它充分显示为概 念的创造活动。这是因为：现代物理学所要揭示的新的物理现象早已远离人 们的日常生活图景，如果仅仅依靠单纯的“推理”即逻辑思维是行不通的， 必须让形象思维参与其中。认识主体必须亲自“参与”到客观对象之中去， 使主客体相互统一，并充分发挥其创造才能，创造出符合新物理现象之本质 的“新”概念。只有借助这“新”的概念，才能真正理解所观察到的现象。 因此，科学发现实际上就变成了概念的创造活动。一方面，显现了心智用概 念把握本质世界的理性主义特征；另一方面，又突现了心智创造概念的心理 过程中的非理性主义特征。与此相适应，现代文化深受现代科学革命的影响， 在文艺理论中表现为：象征主义、表现主义、现代主义以及直觉主义和意识 流。前三者受现代科学的理性特征影响所致，后两者则是受其非理性特征影 响所致。尤其是意识流的方法，可以说它和科学发现作为概念创造的心理机 制，事实上是一脉相承的。由于现代科学是“加强了的”理性主义，这使得 现代自然科学高度地抽象化、形式化，以致成了一种语言意识。受其影响， 现代西方文化还表现为抽象主义和形式主义。前者主要在美术领域，后者则 盛行于西方文化的各个领域。 从上述三个关键的历史时期可以清楚地看到：西方科学史和西方文化史 二者之间那种密不可分的关系。透过这层密不可分的关系又意外地发现，西 方的科学精神即理性主义和“知识至上”的态度是西方文化的基本精神。 如果把西方科学放到文化背景中去考察，实事上考察的是西方科学的文 化精神。因此，真正的人文主义者对西方科学的“理解”，实际上是对西方科 学作“文化的理解”。这种理解实际就是萨顿所主张的“新人文主义”o 。它 并不排斥科学，相反将最大限度地开发科学：它也会赞成科学所含有的人性 意义，并使科学重新和人生联系在一起。最终“科学的时代”取代罪恶的“机 械时代”，将会建立种在人性化的科学之上的文化。这其实就是萨顿所说的 西方科学的“生命”之本意。他的原话是：“确实，大多数的文人，而且我也 。该观点发j e 表述均参洲萨顿；科学史和新人文主义，陈恒六等译，北京：华夏出版社，1 9 8 9 年版 第1 2 4 - - 1 2 5 页。 l o 要遗憾地说还有不少的科学家，都只是通过科学的物质成就来理解科学，却 不去思考科学的精神，既看不到它内在的美，也看不到它不断地从自然的内 部提取出来的美。现在我要说，在过去的科学著作中发现的那种没有也不可 能被更换的东西，也许正是我们自己研究中最重要的部分。一个真正的人文 主义者必须理解科学的生命，就像他必须理解艺术的生命和宗教的生命一 样。”回这段话蕴含着一个认知，即萨顿所谓的科学的“生命”似乎是跟精神 层面的东西有关。在科学家看来，宇宙不仅是一个认识的对象，更是一个体 验的对象，以致科学活动成了他不断对宇宙进行审美的过程。当科学家把认 识到的“真”用完美的科学理论表达出来、达到“与宇宙融为一体”的状态 时，他会体验到一种快乐一种自由创造的快感。这是由求知而来的“理 智上”的快感，是纯粹美学意义上的快感。于是，对科学之美学理想的追求 就成了科学家的人生目标和准则，他从中体验到了生命的意义和价值，由此 导致科学活动内在地蕴藏了丰富的人生意义，特别富有人文品格和人文精神， 从而把人生和科学联结在一起。这给美学能融入科学创造了一个良好的精神 空间。换句话说就是，就文化史而言，科学给美学提供了一个二者可以共生 共融的精神空间。 在探究爱因斯坦时期的科学美这一美学现象时，如果说上述两个原因似 乎是跟美学无直接关联的东西，那么，下面的这个原因则跟美学直接相关。 ( 三) 美学融入科学：。人与自然相统一” 牛顿时期的科学美思想，即以纯“客观”的机械自然观来解释宇宙美， 人们借助实验和观察对客观世界进行冷静地、客观地科学分析，用机械的力 学规律来解释宇宙美。认为宇宙美的原因在于大自然自身的运动，并把这宇 宙美的最终根源归于上帝。致使牛顿时期的科学美思想带有明显的机械决定 论的时代特色。相对而言，爱因斯坦时期的科学美则借助精密实验和逻辑实 证( 主要指复杂的数学公式) 用“入与自然相统一”的有机自然观来解释宇 宙美。认为宇宙本身就是一个有机的生命体，并且是相对于人而言才有意义 。该观点及其表述均参阅萨顿：科学史和新人文主义) 陈恒六等译，北京：华夏出版社1 9 8 9 年版， 第1 0 页 的。因为，爱因斯坦时期现代科学高速发展，它十分重视非理性因素，即以 想象、直觉和灵感为主的形象思维在科学研究中的积极作用，这不仅使非理 性因素本身得以张扬，而且更重要的是，传统的科学理性因为容纳了这非理 性因素而得以“加强”：致使现代科学的根本精神不仅是理性主义的，而且是 “加强了的”理性主义。 现代物理学所要揭示的新的物理学现象早己远离人们的日常生活图景， 如果继续沿用1 9 世纪末物理学中那种主客对立的机械自然观，即认识主体作 为一个旁观者，站在自然之外去考察自然、进而描述自然，根本不可能“正 确地”描述所观察到的新的物理现象。这迫使作为认识主体的“科学家”重 新思考人在自然界中的地位，并最终意识到：只有改变那种人站在自然之外 的纯“客观”地位，人只有“参与”到客观对象之中去，使主客体相互统一， 并充分发挥人的创造才能，才有可能获得相对满意的物理学解释。这样，在 真正理解新物理现象的过程中，现代西方人的世界观不自觉地发生了根本性 的转变，即由传统的主客对立的机械自然观转变为“人与自然相统一”的有 机自然观。因此，爱因斯坦时期的科学美就具备一个很显著的特征，即“入 与自然相统一”。这是个前所未有的突破。 具体说来，它涉及三个问题：科学美方法论的运用；非理性因素在科研 中的积极作用：真和美统一的基础。本文所谓的非理性因素，主要是指比如： 想象、直觉和灵感为主的形象思维。上述三方面内容会在论文的第二章给予 阐述，当然这种阐述以第一章的内容，即爱因斯坦、玻尔、海森堡、狄拉克 各自的科学美思想为基础。 1 2 第一章爱因斯坦时期的科学美思想 爱因斯坦时期的科学美思想集中体现在以爱因斯坦为代表的四位现代物 理学家的思想中，1 9 0 0 - - - 1 9 5 5 年间的现代物理学对宇宙的基本统一性有了深 刻的认识，爱因斯坦、还有玻尔、海森堡、狄拉克把他们在科研实践中所认 识到的有关宇宙“统一性”在不同层面上的特征揭示出来，这些思想既是对 客观世界的探索，也包含着深沉的感情体验，形成了这一时期独特的科学美 思想。 第一节爱因斯坦：多样统一性的美 爱因斯坦( a l b e r te i n s t e i n ，1 8 7 卜1 9 5 5 ) ，既是现代最伟大的物理学家， 也是杰出的哲学家，科学哲学家和科学美学家。作为1 9 0 0 一1 9 5 5 年间现代物 理学领域的代表性人物，爱因斯坦积极主张研究科学中的美。他虽然没有明 确提出科学美学的概念，但在很多地方谈到科学美学的研究对象和研究方法。 爱因斯坦的广义相对论因其理论的深刻性和独创性，被誉为科学理论中的稀 世珍宝，这是他对物理学的最重要贡献。然而他对科学美学最重要的贡献则 是狭义相对论，因为当他把时空统一的观念引入2 0 世纪的物理学中，就意味 着也把对称美引入2 0 世纪的物理学中。对称美在2 0 世纪的物理学中有着极 其重要的意义，不仅对海森堡、狄拉克产生过重大影响，而且还影响到杨振 宁、李政道、吴健雄对宇称美的研究。爱因斯坦所追求的多样统一性的美， 比寓杂多于整一的意思要丰富，他更看重那种能把旧理论容纳在内的“新” 理论，狭义相对论就是这种多样统一性的美的典范。 一、世界在本质上是有秩序的和可认识的 真和美统一的基础问题是科学美学中一个极其重要的问题，是任何一位 科学家都不能回避的一个问题。 首先，对于宇宙的本性及其规律性的认识是科学美学的一个根本问题。 这个问题，一直存在着两种不同的看法，即世界是离开人的精神而独立的实 在和世界是依存于人的统一整体。爱因斯坦坚决认为，世界是离开入的精神 而独立存在的实在。 1 3 作为自然科学家，爱因斯坦从朴素的实在论出发，相信真理是离开人类 而存在的。虽然他也认为美蕴藏在完美无缺的和谐中，但在他看来，这种完 美的和谐只体现在永恒不息、运动着的宇宙物体之中，而并不体现在万能的 人之中。这一看法源自1 9 3 0 年7 月1 4 日、他跟印度诗人泰戈尔关于实在本 性所作的一次谈话。在谈话中，泰戈尔明确表示，真和美都不是离开人而独 立的东西，即真和美都是主观的。爱因斯坦同意泰戈尔对美的这种认识，但 却不同意他对真理的看法。 爱因斯坦认为真理具有一种超乎人类的客观性。这是因为他不但相信世 界的完备定律和秩序是客观存在的，而且又坚定地相信它们是可以认识的。 他说：“相信世界在本质上是有秩序的和可认识的这一信念，是一切科学工作 的基础。” 当科学家把认识到的“真”用完美的科学理论表达出来、达到“与 宇宙融为一体”的状态时，会体验到一种快乐，这是一种自由创造的快感。 只不过这种快感不是来自感性认识，它不属于“优美”这个范畴；而是来自 理性认识，来自认识把握到自然规律的和谐所得到的狂喜和惊奇，因而类似 于“崇高”这个范畴。这种美感不太容易被人感受到，似乎是