爱因斯坦成败启示

（一）

（根据国际上公开的权威资料摘编）编者：邹晓辉

    爱因斯坦于1905年首次提出狭义相对论原理，论文发表在《物理学年鉴》上，同年，他对狭义相对论作了重要补充，并为辐射问题建立了最初形式的质能关系式。1907年，爱因斯坦完成了一篇通俗性的相对论文，其中包含一般形式的质能关系式：E＝mc2。他的卓越论文建立了全新的质量、时间和空间概念，并向同时性观念提出了挑战。相对论的伟大意义在于：它抛弃了“绝对”时空观和空间充满以太的思想；当时，以太被看作是光以及其它形式的电磁波传播媒介。现在看来，１９０５年６月爱因斯坦关于相对论的开创性论文在《物理学年鉴》上发表，是理论革命阶段的典型例子。

    玻恩１９０６年在哥廷根研究“运动物体的电动力学和光学”时，竟然还未听说过爱因斯坦和他的工作。１９０６——１９０７年间，英国剑桥大学的情况也是如此。

    按照爱因斯坦的妹妹的回忆，爱因斯坦当时“想象在有名望的、拥有众多读者的杂志上发表论文，是立即会引起注意的”。当然，他期望“强烈的反对和最严厉的批评”，但缺少反响和“冷酷的批评”反而使他“非常失望”。不久，他收到普朗克寄来的一封信，就论文中几个模糊不清之点提出问题，这使爱因斯坦感到“异乎寻常的高兴”，因为普朗克是“当时最伟大的物理学家之一。相对论后来迅速变成了物理学家们感兴趣的讨论和研究课题，这种戏剧性转变主要由于普朗克较早较深地介入相对论所引起的。

    爱因斯坦论文发表的第二年，普朗克就开始在柏林讲授相对性理论，但不是爱因斯坦理论内容，而是洛伦兹的电子理论。1907年，普朗克的助手劳厄（后来的诺贝尔物理学奖获得者）发表了一篇关于相对论的专题文章。

    1906年6月，普朗克在德国物理学会上发表关于相对论的演讲（同年刊登在杂志上）；1907年，在普朗克的指导下，莫森格尔完成了第一篇专论相对论的博士论文。佩斯指出，早期介入这一领域的人实在是太少了，乌尔茨堡的劳布和拉登伯格是为数不多的几个例外。劳厄曾经来到伯尔尼拜访爱因斯坦，他发现很难相信这个“年轻人”竟然是“相对论之父”。几年后，劳厄撰写了一篇非常出色的介绍相对论的学术论文。劳厄在1917年3月24日写给爱因斯坦的信中，表达了他对自己的革命性工作的兴奋之情：“终于实现了！我的关于波动光学的革命观点发表了”。他接着写道：在“这一紧要关头”，它们“无疑会激起每一个爱好和平的物理学家最强烈的憎恨”；但“我仍然要坚持这些备受谴责的观点”。

    除了玻恩自已介绍了他是怎样第一次听说相对论的之外，我们还从英费尔德那儿了解到当时的一些情况。英费尔德曾谈到他的朋友洛利亚教授告诉他的一件事，洛利亚的老师“克拉克夫大学的维特柯夫斯基教授（他是一个非常伟大的教师）”读了爱因斯坦1905年关于相对论的论文后，“冲着洛利亚兴奋地喊到”：“读读爱因斯坦的论文吧，又一个哥白尼诞生了！”又过了一段时间（玻恩说是1907后）洛利亚在一次物理学会议上遇到了玻恩，他向玻恩谈起爱因斯坦，并问他是否读过那篇相对论论文。结果，“不光是玻恩，在场的每一位都从未听说过爱因斯坦。”英费尔德说，“玻恩立即认识到相对论的伟大，同时感到有必要对它作形式上的推广。英费尔德认为，玻恩后来对相对论的研究工作，“是早期对这一科学领域作出的重要贡献。”

    最初，表示愿意接受爱因斯坦狭义相对论的物理学家很少，因此不足以在世界范围内开创一场科学革命，但来自德籍理论物理学家的反对意见却很多。1907年7月，普朗克在致爱因斯坦的信中说：“相对性原理的倡导者”仅仅形成了”小小的一个圈”，由此他认为，他们之间“取得一致意见倍加重要。”“相对性原理”既体现了普朗克个人偏爱的洛伦兹理论，也体现了爱因斯坦的相对论。然而，爱因斯坦的声望在持续增长，尽管仍相当缓慢。1907年秋，斯塔克（《放射性和电学年鉴》的编者）写信给爱因斯坦，要求他写一篇相对论的“评述文章”。

    一篇引用爱因斯坦相对论论文的文章是考夫曼1905年写的。他认为爱因斯坦的“研究与洛伦兹的研究在形式上是同一的，”只不过是后者的有益于推广。考夫曼最后说，他自己的实验数据驳倒了爱因斯坦和洛伦兹的电子理论。过一会儿，我们将回过来研究这个问题。

    1907年，爱伦菲斯特写了一篇以爱因斯坦理论为主题的论文。第二年（1908年），闵科夫斯发表文章，把爱因斯坦理论根本性地转化为数学形式，“大大简化了狭义相对论”。经过这样几个步骤，纸面上的革命才变成了真正的科学革命。佩斯指出，从1908年开始，爱因斯坦的名声和他的影响都在迅速提高。

    此时，爱因斯坦这颗科学界明星升起来了。1909年春，他从伯尔尼瑞士专利局一个地位低微的专利审查员，一跃而成为苏黎世大学理论物理学助理教授，这很明显是由于他在固体量子论方面所做的工作。爱因斯坦的推荐人之一写道：爱因斯坦“当属最伟大的理论物理学家之列”，“由于相对论原理方面的工作，他正受到极其广泛的重视”。1909年7月8日，爱因斯坦获得了日内瓦大学的荣誉学位，同时获得了这项荣誉的还有奥斯瓦尔德和居里夫人。他在这个职位只呆了两年，1911年3月他又来到布拉格，晋升为德国卡尔—费迪南大学正教授。在那儿工作了16个月后，弗兰克接替了这个职位。爱因斯坦又返回苏黎世，担任综合技术学院物理学教授。

    当然，影响接受狭义相对论的困难主要是概念上的，但也确实存在实验上的障碍。在1905年开创性的论文末尾，爱因斯坦推导出了一个电子横向质量公式。这个公式与洛伦兹理论中的公式极其相似，其中的差导很快就被消除了。于是，这样两种理论能给出相同的结果。但是，考夫曼在分别发表于1902年和1903年的论文中指出，他的实验结果与洛伦兹理论（同样也适用于爱因斯坦理论）的预言有很大差异。爱因斯坦对这些结果无动于衷。1906年，考夫曼在《物理学年鉴》（一年前爱因斯坦发表相对论论文的同一杂志）发表了一篇文章，详细归纳了爱因斯坦的时空观念，谈到了洛伦兹—爱因斯坦的电子理论。他总结说，他自己的测量结果与洛伦兹—爱因斯坦理论的“基本假设是不相容的。”洛伦兹因此写了一封信给彭加勒，说他自己已经走上了“末路”。他对彭加勒说，“不幸的是”，他的假说“与考夫曼的新实验矛盾”，他认为“不得不放弃它”。但爱因斯坦却深信：实验数据与理论间“系统误差”的存在说明有“未被注意的误差源”；新的更精确的实验一定会证实相对论理论。爱因斯坦的话得到了证实，1908年布歇尔发表了新的实验结果，完全符合洛伦兹和爱因斯坦的预言。1910年，胡普卡的实验对此再次予以确证。而决定性的结果是1914—1916年获得的。从那以后，各种表明相对论正确性的论据不断出现，且极为丰富。

    随着实验证据的实现，相对论本身进行了根本性重构。这项工作是哥廷根大学数学教授闵科夫斯基完成的。有趣的是，几年前，闵科夫斯基教过爱因斯坦数学。1908年，闵科夫斯基发表论文，引进四维“时空”概念，取代了孤立的三维空间外加一维时间的不相容概念，他还把相对论转化为现代张量形式（这要求物理学家们进一步学习由里奇和列维—西维塔建立的新数学理论），在相对论中引进专业术语，并明确指出：以相对论观点看，传统的牛顿引力理论已经不够用了。很明显，爱因斯坦开始并没有理解闵科夫斯基工作的意义，甚至认为把他的理论改写成张量形式是“多余的技巧”。但到了1912年，爱因斯坦终于转变过来了；1916年，他以感激的心情承认闵科夫斯基使他大大地简化了从狭义相对论到广义相对论的过渡。爱因斯坦后来着重强调了闵科夫斯基的贡献，他说：如果没有他，“广义相对论也许还在襁褓中。”

    闵科夫斯基的时空观首次公开发表是在1907年11月5日的一次演讲中，演讲的标题是“相对论原理”。但这篇演讲直到闵科夫斯基去世后6年的1915年才出版。不过庆幸的是，早在1908年和1909年发表的两篇论文，闵科夫斯基已阐述了他的时空观思想。闵科夫斯基充分认识到他的贡献的重要性，他在1907年演讲时开宗明义地说：“先生们，我想向诸位讲述的空间和时间观念……是根本性的，……因此，孤立的空间和时间本身将注定消失在阴影里。”事实上，闵科夫斯基在这篇演讲的第一稿上，把他的新时空观的“特征”说成是“革命的”，而且是“极端革命的。”可是，在演讲稿最后付印时，“革命的”词语省去了。

    玻恩向我们讲述他最初阅读爱因斯坦论文的经过，使我们懂得爱因斯坦的概念是多么深奥难懂，甚至对那些异常精通数学的人亦是如此。1907年，当洛利亚向他们介绍爱因斯坦论文的时候，玻恩正是闵科夫斯基的大学研究班成员，因此“对相对性思想和洛伦兹变换很熟悉。”他回忆说，即便如此，在阅读爱因斯论文时，“爱因斯坦的推理超出我的意料之外。”玻恩发现，“爱因斯坦理论是全新的和革命的”，是天才的创造。爱因斯坦的观点“向牛顿建立的自然哲学以及传统时空观大胆提出了挑战。”现在看来，玻恩确实认识到了爱因斯坦的思想革命和理论革命的威力，但也清醒地看到真正的科学革命尚未到来。玻恩戏剧性地指出，事实上，爱因斯坦理论是如此激进（亦即新的和革命的），以至必须“做出努力才能很好地予以消化和吸收。”而且他还提醒我们，“并不是每一个人都能够或愿意这么做。”看来当初他本人是做到了。爱因斯坦革命要求人们普遍接受爱因斯坦关于物质世界的全新思考方式。

    1909年美国科学家刘易斯和托尔曼发表的文章，清楚地说明了接受爱因斯坦假说的实际困难。他们承认爱因斯坦相对论原理“综合了大量实验事实，没有出现矛盾的反例，”其中他们列举布歇尔的实验作为支持这一理论的重要依据。然而，他们感到相对论基本“原理”的这一方面无可挑剔时，另一方面就暴露出了问题。例如，在对“绝对运动无法观察到”这一普遍原理表示理解时，他们却发现相对于任意独立观察者光速不变相对性“奇异结论”，这可能是“基于某种感官心理学上的科学幻想”。

    时间一年年地过去，越来越多的物理学家终于转变了。然而，他们当中有许多人只接受爱因斯坦公式，承认“收缩性”是光速不变性引起的空间问题的基础。但仍然坚持绝对时间和同时性的信仰（包括洛伦兹在内）。1911年4月，法国物理学家朗之万在哲学家大会上发表演说，为相对论增添了更轰动性的因素。朗之万是位卓越的科学家，爱因斯坦曾经说过，如果他没有发现狭义相对论，朗之万将会发现。在讨论时间相对性或膨胀问题时，朗之万没有采用爱因斯坦那种利用运动时钟和静止时钟解释时间效应的费解作法，而是用所谓的“双生子悖论”取代了爱因斯坦的“时钟悖论”，并立即成为大众所熟知的由相对论引起的怪物。相对论时间问题是这样产生的：如果双胞胎兄弟一个留在地球，另一个去星际空间旅行，那么当旅行的兄弟返回地球时，竟会发现双胞胎的年龄不同了。朗之万列举的一个例子是，旅行者直线飞向一颗恒星，绕它一周并原路返回。如果旅行的速度足够大（当然比光速小），最后旅行者将发现，在他两年的旅行中，地球已经度过了漫长的两个世纪。哲学家亨利·伯格森后来承认，正是朗之万1911年4月的演讲，“第一次唤起了我对爱因斯坦观念的注意”。

    时钟（或双生子）悖论很快成为（在某种程度上今天依然）相对论使人困惑或招致敌意的原因。劳厄曾谈到那些反对相对论的“思想内容”、基本公式或数学结果的人。1911年他写信告诉爱因斯坦，反对相对论的共同理由“主要是时间相对性和由此产生的悖论”。劳厄在1912年写的世界第一部相对论教科书中指出：这些悖论和其它有关时间相对性问题具有“伟大的哲学意义”，“正是由于这一原因”，“只能用哲学方法”对待这些问题。我们还注意到，1911年爱因斯坦在讨论这一见解时，使用了理想实验的方法。他假设把装有“小生物的盒子”送向“遥远的飞行里程”，结果在它返回地球时，“盒子的内部情况几乎没有变化”，而留在地球上的生物已“繁衍生息了许多代了。”

    尽管许多人不愿轻易接受爱因斯坦对物理学基本思想进行彻底重构，但他们却已在应用爱因斯坦的数学结果。劳厄（以及其它人）曾指出，这些数学结果在形式上和洛伦兹理论结果是一致的，但它们的“物理本质”却有重大差异。劳厄甚至宣称（1911），两种理论的“实质差别是不可能的”。但人们很快就认识到爱因斯坦理论更加优越，特别是在广义相对论建立之后，狭义相对论的重要性尤其显示出来。

    大约到1911年，爱因斯坦狭义相对论已有了相当数量的拥护者，导致了一场科学革命。同一年，索末菲宣布，相对论理论“已经完整地建立起来，它不再是物理学的前沿了。”1912年初，1911年度诺贝尔物理学奖获得者维恩建议：授予爱因斯坦和普朗克这项最高奖赏。他在推荐书上写道：从“逻辑的观点看，”相对论原理“应当被看作理论物理学所取得的最重要的成就之一。”他说，目前已有“实验明确证实了这一理论。”他作结论，洛伦兹是发现相对论原理数学内容”的第一人。而爱因斯坦则“成功地把相对论简化为一个简单的原理”。

伽罗华遭遇的启示——历史的教训值得注意

（根据国际上公开的权威资料摘编）编者：邹晓辉

    伽罗华获得的非凡成果，在他去世后11年才开始得到数学界的承认；期间凤云变幻，人事繁杂，而能够从中带着巨大的荣耀脱颖而出的只有年轻的伽罗华一人。

    他写出了将成为他最著名的论文（关于方程可根式求解的条件），并于1831年1月递交科学院。递交这篇论文是他最后一次尝试让数学界承认他的工作。到3月，科学院方面仍杳无音讯，于是他写信给院长打听他的文章的下落，结果又石沉大海。7月4日，他终于打听到他给科学院的那篇论文的命运：因“无法理解”而遭拒绝，审稿人泊松是这样结束其评审报告的：“我已尽了一切努力去理解伽罗华的证明，他的推理不够清晰，不够充分，我们无法判断其正确性；本报告也不能就此提出任何想法。作者宣称，该文研究的特殊对象是具有众多应用的一种更普遍的理论的一个组成部分。也许，整个理论的各个不同的部分能相互澄清，因而比孤立的部分更容易掌握。我们不妨建议作者发表其完整的结果，以便得出明确的意见。但就目前他送交科学院的部分结果而言，我们不能推荐说应给与承认。”

    站在恩赐立场上提否决意见的鉴定人，可能感到他的这个报告无可挑剔，我们也不知道他对伽罗华其后的行为有无影响。

    伽罗华写了封长信给他的朋友舍瓦利耶,其中大致描述了他的数学理论，从而给数学界留下了唯一一份它将蒙受何等损失的提要。

    他遭拒绝的是篇什么样的论文呢？1843年7月4日，刘维尔在法国科学院演说的开场白这样说：“我希望我的宣告能引起科学院的兴趣；在埃瓦里斯特·伽罗华的那些文章中，我已经发现如下漂亮的问题的一个既精确又深刻的解答：……是否根式可解？……”

    伽罗华留给世界的最核心的概念是群，这对所有时代都是最有意义的概念之一，在许多数学领域有它的应用，而且可用于物理、化学和工程学分支。

    这是个完全抽象的概念。他之所以有如此威力，原因是有大量群的实例存在，它们往往各具不同的特性。群的概念具有多面性，所以可用多种方式介绍它。
 
 
　

我们走在获诺奖的路上

——关于中国获诺奖的可能性与必要性的一些看法

邹晓辉 2000年6月中旬写于筑

    获诺贝尔奖，不仅被世界公认是科学上的最高成就，而且对获奖者所在国也具重大意义。

    中国想获诺贝尔奖的愿望虽然 由来已久，但是，像今天这样大张旗鼓地向世界谈及自己的诺奖之梦，对中国人来说，似乎还是第一次。
     
    也许是因为认识到了获诺奖对一个发展中国家的特殊意义，也许是因为已增强了获诺奖的实力和勇气，21世纪伊始，中央电视台报导了我国中青年学科带头人与六位前诺奖获得者之间的对话，前不久(2000年6月初)，又在北京军事博物馆举办了一次声势浩大的诺奖展览，同时，专家学者们也纷纷议论中国人可能获诺奖的学科领域，有人估计中国获诺奖的时间是2030至2050年，有人估计是2005年至2020年，总之，大家都认为该是中国获诺奖的时候了。朱总理曾不止一次地在公开场合说中国应该获诺贝尔奖。欧美18个机构制订的预测2025年科技发展及其对公司影响的计划指出：一个主要问题是如何衡量信息和知识的经济价值。提出这方面有效理论的学者将被授予诺贝尔奖。

    为什么解决这个问题可以达到获诺奖的学术水平呢？

    简单地说：这个问题是由形式信息革命阶段过渡到语义信息革命阶段的卡脖子的难题。
     
    如果能解决这个问题，那么，不仅能够顺利地实现科学、技术、文化、产业等范式的新旧转换，而且也能够更容易地实现产业升级，如加快整个世界的工业化及信息化进程。
     
    据悉：目前中国已有人在信息科学、信息技术、信息产业和信息经济学等领域找到了解决上述难题的钥匙。按照科学革命必须的“思想、口头、笔头、认可”四个阶段的进程来看，上述成果正处于逐步扩大认可的阶段。从该成果涉及的领域和它可能带来的积极效果这方面来看，就可以知道中国获诺奖的可能性与必要性。

    首先，在以下学科领域的突破会显著地提高人类的认识水平。
     
    哲学领域，在本体论、认识论、语言论三次大的发展或转向之后，对真理论、目的论、方法论进行了革命性的改造，以《融智学》的本真信息观化解了“哲学的双重危机”。

    物理学领域，在牛顿的绝对时空观和爱因斯坦的相对时空观之后，发现了更具普遍性的《融智学》协同时空观，并且，更好地阐述了“质、能、信”关系。

    逻辑学领域，在传统和现代逻辑学体系之后，提出了更具普遍性的《融智学》全域逻辑体系。
     
    语言学领域，在自然语言学、计算语言学和计算机程序等人工语言学现有成果的基础之上，通过一定的数学形式作为中介，建立自然语言与机器语言之间的对应转换关系，以多元数系规范了“万码（马）奔腾”的软件业。
     
    符号学及语义学领域，在指称、表达式和意义（即：“语义三角”）研究成果的基础之上，对意义理论实施变革，解决了对知识信息进行人机协同的定性、定量和结构等分析难题。
     
    心理学领域，在人类智能和人工智能研究成果的基础之上，着重从识别、理解、表达或再现几方面探求智能概念的本质，并且，明确地提出了协同智能是人类智能及人工智能发展的下一个进化阶梯。

    教育学领域，借助上述各学科领域的有关成果，在已有知识成果的基础之上提炼出文化基因元素及其组合的基因文本原型，从而发现了传递形式信息和语义信息的捷径。
     
    经济学领域，从市场经济、法制经济、网络经济、知识经济、全面生活质量原理、生态经济等多个角度，提出了有效的信息经济学基础理论——全域数码定位理论及其方法。

    然后，在科技推广方面，对相应的产业进行知识信息化改造或拓展。
     
    计算机领域，简化形式信息的处理，并形成统一的国际标准软件体系——全域数码定位体系，即：区别于现有的各种操作系统及其应用系统和知识信息数据库的融智新体系。

    通信领域，简化各种具体知识信息传递方式，以默契通信的方式最大限度地提高通信效率及效能。

    传感及传播领域，简化形式信息的输入和输出，消除人机界面知识信息数据交流的各种障碍。
     
    人工智能领域，在专家系统和领域专家的工作基础之上，构成协同智能主体及网络，在全球网上实施知识系统工程和知识产权监管，自动测评网上交流的知识信息的价值。

    新闻出版及广播电视领域，借助文化基因工程减少乃至消除冗杂文本，合理配置电子出版物与印刷出版物所占用的资源。

    教学培训领域，借助人工智能和文化基因工程等方面的新技术及新设备，提高人力资源的开发效率及效能。

    传统产业改造领域，对农业、工业、商业和服务业进行信息化改造，显著降低其生产、管理、经营等方面的成本，使之更加精细化，进而，使其产品更容易适销对路。
   
    综上所述，可见前述问题的解决是科学、技术、产业等新旧范式转换的关键。如果我国能在这一涉及语义信息革命的关键领域获诺奖，那么，我们的整体国力将从根本上得到显著的提升。