編者注
2019年3月14日，是愛因斯坦誕辰140周年紀(jì)念日。 愛因斯坦去世后的半個多世紀(jì)（1955年4月18日），許多人和許多書籍從不同角度解讀了愛因斯坦和他的思想。 在這里，我們還要提請讀者注意關(guān)于愛因斯坦的兩個有趣的社會學(xué)現(xiàn)象： 大多數(shù)沒有受過物理學(xué)專業(yè)訓(xùn)練的民間物理愛好者的遠(yuǎn)大理想是推翻愛因斯坦的相對論而不是物理學(xué)。 其他理論，證明愛因斯坦是錯誤的，對他們來說是極其重要和容易的； 大多數(shù)接受過基礎(chǔ)物理教育的優(yōu)秀學(xué)生往往是基于對相對論或深或淺的理解以及對相對論的初步認(rèn)識而進入物理領(lǐng)域的。 然而，在踏入物理學(xué)之門后，他們很少繼續(xù)探索和拓展相對論，而是分散在廣闊的物理學(xué)版圖上——這樣的例子還有很多。 例如創(chuàng)立矩陣力學(xué)的海森堡和發(fā)展量子電動力學(xué)的費曼。 盡管這兩種現(xiàn)象不是看待愛因斯坦及其成就的通常視角，但它們?yōu)槲覀兝斫鈵垡蛩固沟膫ゴ筇峁┝藚⒖肌?無論是將愛因斯坦奉為神明，還是把他貶為身無分文，都足以讓我們更加接近愛因斯坦，但同時卻導(dǎo)致我們與他的思想疏遠(yuǎn)——或許這就是所有人的幸與不幸。偉大的人物。
《物理學(xué)的進化論》這本愛因斯坦寫的小書，或許能稍微驅(qū)散這種疏離感，讓我們了解這位偉人對物理學(xué)的深刻理解。 面對廣大物理愛好者，或許我們應(yīng)該像拉普拉斯對歐拉所說的那樣提及愛因斯坦：讀一讀愛因斯坦，他是我們所有人的老師。
《物理學(xué)的演變》
[US]阿爾伯特·愛因斯坦[B]利奧波德·因菲爾德撰寫
張補田 譯
正如《紐約時報》前科學(xué)編輯瓦爾德馬·肯普費爾特所說，這本書證明，最能清晰簡潔地運用他的理論的人仍然是愛因斯坦本人。 以下是愛因斯坦關(guān)于科學(xué)的討論書中的節(jié)選，供讀者欣賞。
關(guān)于科學(xué)，愛因斯坦怎么說？
科學(xué)的哲學(xué)背景
科學(xué)研究的結(jié)果常常迫使人們改變對科學(xué)有限領(lǐng)域之外的問題的哲學(xué)觀點。 科學(xué)的目的是什么？ 試圖描述自然的理論應(yīng)該滿足什么條件？ 盡管這些問題超越了物理學(xué)的界限，但它們與物理學(xué)密切相關(guān)，因為科學(xué)提供了產(chǎn)生這些問題的材料。 哲學(xué)概括必須以科學(xué)結(jié)果為基礎(chǔ)。 一種哲學(xué)概括一旦形成并被廣泛接受，往往會指出眾多可能的路徑之一，從而影響科學(xué)思想的進一步發(fā)展。 當(dāng)公認(rèn)的觀點被成功推翻時，新的、意想不到的發(fā)展就會出現(xiàn)，而新的哲學(xué)觀點就會從這些發(fā)展中出現(xiàn)。 如果沒有物理學(xué)史上的一些例子來說明，這些陳述聽起來就會模糊且不合時宜。
現(xiàn)在讓我們談?wù)勛钤绲恼軐W(xué)家如何構(gòu)想科學(xué)的目的。 這些思想極大地影響了物理學(xué)的發(fā)展，直到近100年前，它們因新的事實和理論證據(jù)而被放棄，而這又成為新的科學(xué)背景。
縱觀歷史，從希臘哲學(xué)到現(xiàn)代物理學(xué)，人們一直在嘗試將看似復(fù)雜的自然現(xiàn)象簡化為一些簡單的基本思想和關(guān)系。 這是整個自然哲學(xué)的基本原理。 它甚至出現(xiàn)在原子論者的著作中。 2,300 年前，德謨克利特寫道：
甜度約定，苦度約定，熱度約定，寒度約定，顏色也約定。 但實際上只有原子和虛空。 也就是說，我們通常認(rèn)為感覺的對象是真實的，但實際上卻不是。 只有原子和虛空才是真實的。
在古代哲學(xué)中，這種想法無非是一種巧妙的想象。 希臘人不知道連接連續(xù)事件的自然法則。 事實上，直到伽利略，科學(xué)才將理論與實驗聯(lián)系起來。 我們已經(jīng)追蹤到了運動定律的最初線索。 在 200 年的科學(xué)研究中，力和物質(zhì)仍然是理解自然的所有努力的基本概念。 當(dāng)我們想到這些概念之一時，我們必然會想到另一個，因為物質(zhì)通過作用于其他物質(zhì)來證明自己是力的來源。
讓我們考慮一個最簡單的例子：兩個粒子，彼此強力作用。 最容易想象的力量是吸引力和排斥力。 在這兩種情況下，力矢量都位于連接粒子的線上。 為了滿足簡單性，我們只能想象粒子相互吸引或排斥，因為關(guān)于力方向的任何其他假設(shè)都會導(dǎo)致更加復(fù)雜的圖像。 我們可以對力矢量的長度做出同樣簡單的假設(shè)嗎？ 即使我們想避免過于具體的假設(shè)，我們?nèi)匀豢梢哉f任何兩個已知粒子之間的力（如重力）僅取決于它們之間的距離。 這看起來很簡單。 我們還可以認(rèn)為力更復(fù)雜，它不僅取決于距離，還取決于兩個粒子的速度。 如果將物質(zhì)和力視為基本概念，我們很難想象還有比力沿粒子連接線作用且僅與距離有關(guān)更簡單的假設(shè)。 但僅靠這種力就能描述所有物理現(xiàn)象嗎？
力學(xué)在其各個分支中的偉大成就，天文學(xué)發(fā)展的驚人成功，以及機械思想在非機械和明顯不同問題上的應(yīng)用，都使我們相信，通過固定物體之間的簡單力可以解釋所有自然現(xiàn)象。 在伽利略之后的兩個世紀(jì)里，這種努力有意無意地體現(xiàn)在幾乎所有的科學(xué)創(chuàng)作中。 19世紀(jì)中葉左右，亥姆霍茲（）明確提出了這一點：
因此，我們發(fā)現(xiàn)物理科學(xué)的問題在于將自然現(xiàn)象還原為不變的吸引力和排斥力，其強度僅取決于距離。 為了充分理解自然，我們需要解決這個問題。
因此，在亥姆霍茲看來，科學(xué)發(fā)展的路線已經(jīng)決定了把能量子概念引入物理學(xué)的物理學(xué)家，并且嚴(yán)格遵循這樣一條固定的路徑：
一旦自然現(xiàn)象完全還原為簡單力，并且證明自然現(xiàn)象只能這樣還原，科學(xué)的使命就完成了。
對于20世紀(jì)的物理學(xué)家來說，這種觀點是愚蠢而天真的。 想到這項偉大的研究工作可能很快就會結(jié)束，一幅無誤但乏味的宇宙圖景將一勞永逸地建立起來，他一定感到震驚。
即使這些信條可以將所有事件的描述簡化為簡單的力，但仍然存在一個未解決的問題：力與距離的關(guān)系。 對于不同的現(xiàn)象，這種關(guān)系可能會有所不同。 從哲學(xué)的角度來看，必須為不同的事件引入許多不同類型的力，這當(dāng)然是不能令人滿意的。 盡管如此，亥姆霍茲明確表達的所謂機械觀在當(dāng)時發(fā)揮了重要作用。 物質(zhì)運動理論的發(fā)展是受力學(xué)概念直接影響的最偉大成就之一。
愛因斯坦（1879-1955）和因費爾德（1898-1968）
物理與現(xiàn)實
科學(xué)不是規(guī)律的集合，也不是不相關(guān)事實的目錄，而是人類思想及其自由發(fā)明的思想和概念的創(chuàng)造。 物理理論試圖形成現(xiàn)實的圖景并建立其與感官印象世界的聯(lián)系。 因此，我們這些心理結(jié)構(gòu)的有效性完全取決于我們的理論是否以及以何種方式形成這種聯(lián)系。
我們看到物理學(xué)的進步創(chuàng)造了新的現(xiàn)實。 但這條創(chuàng)造鏈可以追溯到物理學(xué)誕生之前很久。 最原始的概念之一是對象的概念。 一棵樹、一匹馬，甚至任何物體的概念都是基于經(jīng)驗的創(chuàng)造，盡管創(chuàng)造它們的印象與物理現(xiàn)象的世界相比是原始的。 當(dāng)貓捉弄老鼠時，它也在用自己的思想創(chuàng)造自己的原始現(xiàn)實。 貓對它遇到的所有老鼠的反應(yīng)都相似，這表明它已經(jīng)發(fā)展出概念和理論，作為其感官印象世界的指導(dǎo)方針。
“三棵樹”與“兩棵樹”有些不同。 而“兩棵樹”與“兩塊石頭”不同。 純數(shù)2、3、4……的概念是由對象產(chǎn)生的，不受對象限制。 它們是思想和心靈的創(chuàng)造，描述了現(xiàn)實世界。
憑借我們對時間的心理主觀感覺，我們組織我們的印象并說一件事先于另一件事。 但通過時鐘將每個時刻與數(shù)字聯(lián)系起來，并將時間視為一維連續(xù)體，已經(jīng)是一項發(fā)明。 歐幾里得幾何和非歐幾里得幾何的概念以及三維連續(xù)體的空間觀也是發(fā)明。
物理學(xué)實際上始于質(zhì)量、力和慣性系統(tǒng)的發(fā)明。 所有這些概念都是自由發(fā)明，它們引出了力學(xué)的概念。 19世紀(jì)初的物理學(xué)家認(rèn)為我們實際的外部世界是由粒子和僅與距離相關(guān)的簡單力組成的。 他將盡可能長時間地保持他的信念，即利用這些現(xiàn)實的基本概念，他可以成功地解釋所有自然事件。 與磁針偏轉(zhuǎn)和以太結(jié)構(gòu)相關(guān)的困難鼓勵我們創(chuàng)造一個更微妙的現(xiàn)實。 電磁場的偉大發(fā)明發(fā)生了。 在排序和理解事件時，重要的不是對象的行為，而是它們之間的場的行為。 要充分認(rèn)識到這一點，需要大膽的科學(xué)想象力。
后來的發(fā)展既摧毀了舊概念，又創(chuàng)造了新概念。 絕對時間和慣性坐標(biāo)系被相對論拋棄了。 所有事件的背景不再是一維時間連續(xù)體和三維空間連續(xù)體，而是具有新變換性質(zhì)的四維時空連續(xù)體。 這是另一項免費發(fā)明。 我們不再需要慣性坐標(biāo)系； 任何坐標(biāo)系都同樣適合描述自然事件。
量子理論還創(chuàng)造了現(xiàn)實的新本質(zhì)特征：不連續(xù)性取代了連續(xù)性； 出現(xiàn)的不再是支配個人的法則，而是概率法則。
現(xiàn)代物理學(xué)所創(chuàng)造的現(xiàn)實與過去的現(xiàn)實相去甚遠(yuǎn)，但每種物理理論的目的仍然是相同的。
我們試圖利用物理理論來穿過觀察事實的迷宮，理清并澄清我們感官印象的世界。 我們期望觀察到的事實符合我們對現(xiàn)實的概念的邏輯。 如果不相信我們的理論結(jié)構(gòu)捕捉現(xiàn)實的能力，不相信我們世界的內(nèi)在和諧，就不會有科學(xué)。 這種信念現(xiàn)在并將永遠(yuǎn)是所有科學(xué)創(chuàng)造的根本動力。 在我們所有的努力中，在新舊觀點之間的每一次戲劇性斗爭中，我們看到了對理解的永恒渴望和對世界和諧的堅定信念。 理解的障礙越多把能量子概念引入物理學(xué)的物理學(xué)家，這種愿望和信念就越強烈。
后記
——張補田
《物理學(xué)的演化》是著名物理學(xué)家阿爾伯特·愛因斯坦和利奧波德·因菲爾德共同出版的科普經(jīng)典著作。 它介紹了從伽利略和牛頓時代的經(jīng)典理論到現(xiàn)代的物理學(xué)。 場論、相對論和量子論的發(fā)展和演變，引導(dǎo)讀者思考其背后所涉及的哲學(xué)思想和概念的變化。 它面向普通大眾，避免使用任何數(shù)學(xué)公式，并且非常清晰生動地解釋了物理學(xué)的基本概念。 堪稱愛因斯坦最好的科普著作。 雖然由于出版時間較早，本書并沒有討論物理學(xué)的一些最新進展，而是包含了愛因斯坦本人的一些推測和推測。 然而，正如英菲爾德所說：“這本書只討論物理學(xué)中的重要概念。” ，本質(zhì)上沒有改變，所以不需要修改書的內(nèi)容。”
愛因斯坦同意合作寫這本書，部分原因是為了在經(jīng)濟上幫助英菲爾德。 因菲爾德是一位逃離波蘭的猶太物理學(xué)家。 他曾在劍橋與物理學(xué)家馬克斯·玻恩共事過一段時間，后前往普林斯頓協(xié)助愛因斯坦進行物理研究。 愛因斯坦試圖幫助因菲爾德在普林斯頓高等研究院找到一個永久職位，但沒有成功。 因費爾德因此想到可能會與愛因斯坦合作出版一本物理學(xué)史科普書，并相信一定會成功，而且稿費還可以與愛因斯坦平分。 當(dāng)他猶豫地找到愛因斯坦并表達自己的想法時，愛因斯坦說：“這是一個好主意，非常好！” “我們開始做吧。” 事實證明，因菲爾德的想法是完全正確的。 。 該書最初由劍橋大學(xué)出版社于 1938 年出版，并受到廣泛好評。 據(jù)《愛因斯坦傳》作者沃爾特·艾薩克森介紹，《物理學(xué)的演變》迄今已印刷44版。
1945年，商務(wù)印書館出版了劉福年先生譯的《物理學(xué)的演變》繁體豎版漢譯本。 1962年，上海科學(xué)技術(shù)出版社出版了周兆偉先生翻譯的中譯本，后于1998年由湖南教育出版社再版。當(dāng)時我在編輯《世界科普經(jīng)典翻譯叢書》時，有《物理學(xué)的演化》這是我最先想到的杰作之一，它是幾乎每個物理愛好者的必讀之作。 當(dāng)我還是一名本科生時，我對這本書印象深刻，并且非常喜歡讀這本書。 由于某種原因，周兆偉先生的中文譯本已經(jīng)絕版十多年了，市場上已經(jīng)找不到了。 此外，翻譯還存在一些小錯誤*和冗長的詞語。 因此，我參考了周兆偉先生的舊譯本，懷著感激和敬意重新翻譯了這本書，希望更多的讀者能夠體會到物理的神秘和樂趣。
*編者注：以下是本書目錄中舊譯本中的兩個誤譯示例：
1 of，原譯為“ ”，應(yīng)為“物質(zhì)動力學(xué)理論”；
2 Field and 原譯為“領(lǐng)域和材料”，應(yīng)為“領(lǐng)域和材料”。
版權(quán)聲明：本文由科技工作者之家科技App分欄“回歸本源”原創(chuàng)。 投稿/授權(quán)/合作請聯(lián)系
