爱因斯坦的科学哲学（一）

一、引言：爱因斯坦是认识论上的“机会主义者”吗？

2. 理论整体论：科学惯例的本质和作用

3. 简单性和理论选择

4. 自然理论表述的单一性

5.现实性和可分离性

6.原理理论—建构性理论的区别

7. 结论：阿尔伯特·爱因斯坦：哲学家物理学家

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一、引言：爱因斯坦是认识论上的“机会主义者”吗？

1944 年末，阿尔伯特·爱因斯坦收到了罗伯特·桑顿 (Robert Thornton) 的一封信，罗伯特·桑顿是一位年轻的非裔美国科学哲学家，刚刚完成博士学位。在明尼苏达州的赫伯特·费格尔 (Herbert Feigl) 的指导下，他开始了在波多黎各大学马亚圭斯分校教授物理学的新工作。他写信向爱因斯坦请求几句支持的话，以表示他努力将“尽可能多的科学哲学”引入到他明年春天教授的现代物理课程中（桑顿致爱因斯坦，1944 年 11 月 28 日） ，EA 61-573）。以下是爱因斯坦的回复：

我完全同意你关于方法论以及科学史和科学哲学的意义和教育价值。在我看来，今天的许多人，甚至是专业科学家，都像是见过成千上万棵树但从未见过森林的人。对历史和哲学背景的了解使我们能够摆脱大多数科学家所遭受的同代人的偏见。在我看来，这种由哲学洞察力创造的独立性是区分普通工匠或专家与真正追求真理的人的标志。 （爱因斯坦致桑顿，1944 年 12 月 7 日，EA 61–574）

爱因斯坦关于哲学与物理学的相关性所说的话是认真的，这一点可以从他几十年来或多或少说过同样的话这一事实得到证明。因此，在 1916 年给爱因斯坦特别受惠的物理学家和哲学家恩斯特·马赫 (Ernst Mach) 的纪念笔记中，他写道：

一位天赋异禀的自然科学家怎么会开始关注认识论呢？难道他的专业就没有更有价值的工作了吗？我听到很多同事说，而且我从更多人那里也感觉到了，他们有这种感觉。我无法分享这种感受。当我想到我在教学中遇到的最有才华的学生时，即那些通过独立判断而不仅仅是机智而脱颖而出的学生，我可以肯定他们对认识论有着浓厚的兴趣。他们愉快地开始讨论科学的目标和方法，并通过顽强地捍卫自己的观点，明确地表明这个主题对他们来说似乎很重要。事实上，人们不应该对此感到惊讶。 (爱因斯坦 1916, 101)

究竟，哲学思维习惯如何为物理学家提供这种“判断的独立性”？爱因斯坦继续解释道：

那些被证明对事物排序有用的概念很容易对我们产生如此大的权威，以至于我们忘记了它们的尘世起源，并将它们视为不可改变的既定事实。因此，它们被打上“思想的必然性”、“先验的给定”等烙印。科学进步的道路往往因这些错误而长期无法通行。因此，如果我们能够熟练地分析那些长期存在的常见概念，并展示它们的合理性和有用性所依赖的环境，以及它们是如何从既定的经验中单独成长起来的，那么这绝不是一个无聊的游戏。这样一来，他们太大的权威就会被打破。如果它们不能被适当地合法化，它们就会被删除；如果它们与特定事物的相关性过于多余，它们就会被纠正；如果可以建立一个我们出于某种原因喜欢的新系统，它们就会被其他系统取代。 (爱因斯坦 1916, 102)

人们对爱因斯坦随后引用马赫对牛顿绝对空间概念的批判性分析并不感到惊讶，马赫本人将其称为哲学分析的“历史批判”方法的范式（Einstein 1916, 101，引用第 2 章，§ Mach's Mechanik 的第 6-7 节，很可能是第三版，Mach 1897）。

哲学在物理学中的地位是爱因斯坦一次又一次提到的主题，这显然对他来说是一个非常重要的问题。有时他会采取谦虚的姿势，正如他在 1933 年斯宾塞演讲中经常被引用的一句话：

如果你想向理论物理学家学习他所使用的方法，我会给你以下建议：不要听他的话，要检查他的成就。因为对于该领域的发现者来说，他的想象的构建显得如此必要和如此自然，以至于他倾向于不将它们视为他思想的创造，而是将其视为既定的现实。 （爱因斯坦 1933 年，5-6）

然而，更典型的是三年后他在《物理与现实》中摆出的自信姿势：

人们常说，科学家是一位糟糕的哲学家，这当然不是没有道理的。那么为什么物理学家让哲学家进行哲学思考就不应该是正确的事情呢？当物理学家相信他拥有一个由基本概念和基本定律组成的严格体系时，这可能确实是正确的事情，这些基本概念和基本定律是如此牢固，以至于怀疑的浪潮无法触及它们。但在物理学本身的基础已经像现在这样出现问题的时候，它就不可能是正确的。在像现在这样的时代，当经验迫使我们寻求更新、更坚实的基础时，物理学家不能简单地把对理论基础的批判性思考交给哲学家；而是要让哲学家去思考。因为，他自己最清楚，也更能确定问题所在。在寻找新的基础时，他必须努力在自己的头脑中弄清楚他所使用的概念在多大程度上是合理的，并且是必要的。 (爱因斯坦 1936, 349)

我们可以从哲学家物理学家那里期待什么样的哲学？我们不应该期望一位物理学家通过哲学转向来帮助解决基本的物理问题，这是一种系统的哲学：

认识论和科学之间的相互关系是值得注意的。他们相互依赖。不接触科学的认识论就成为一个空洞的计划。没有认识论的科学——就其可思考性而言——是原始而混乱的。然而，一旦认识论者在寻求一个清晰的体系，并努力通过这样一个体系，他就会倾向于在他的体系的意义上解释科学的思想内容，并拒绝任何不符合他的体系的东西。他的系统。然而，科学家无法将认识论系统化的努力进行到那么远。他感激地接受了认识论的概念分析；但是，经验事实为他设定的外部条件不允许他因坚持认识论体系而过多地限制自己构建概念世界。因此，在系统认识论看来，他必须是一种不择手段的机会主义者：就他试图描述一个独立于感知行为的世界而言，他显得是现实主义者；他是现实主义者。就他将概念和理论视为人类精神的自由发明（不能从逻辑上从经验给出的内容中推导出来）而言，他是唯心主义者；作为实证主义者，他认为他的概念和理论只有在提供感官体验之间关系的逻辑表示的范围内才是合理的。他甚至可能表现为柏拉图主义者或毕达哥拉斯主义者，因为他认为逻辑简单性的观点是他的研究中不可或缺的有效工具。 （爱因斯坦 1949，683–684）

但是，当从物理学家的角度来看时，正如爱因斯坦本人所说，“对理论基础进行批判性思考”，“系统认识论”认为纯粹​​是机会主义的东西可能会显得不同。对于爱因斯坦来说，这一批判性思考的总体目标是在像广义相对论这样的场论模型之后为物理学创建一个统一的基础（参见 Sauer 2014，了解爱因斯坦统一场论计划方法的非技术概述）。爱因斯坦的探索失败了，但他的努力始终如一，这也体现了科学哲学与科学项目的共同发展。

事实上，从早期到晚期，一些关键思想在爱因斯坦的科学哲学中发挥着核心和主导作用，爱因斯坦对这些思想表现出令人惊讶的毫无疑问，尽管他对其含义有了越来越深入的理解。为了进行以下相对简短的概述，我们可以将注意力集中在五个主题上：

理论整体论。

简单性和理论选择。

自然理论表征的单一性。

现实性和可分离性。

原则理论与建构性理论的区别。

爱因斯坦科学哲学发展中对连续性和连贯性的强调与杰拉尔德·霍尔顿 (Gerald Holton) (1968) 的说法形成鲜明对比，后者声称在 1910 年代中期找到了重大的哲学突破，其形式是摆脱科学哲学的束缚。对反形而上学实证主义和强有力的科学实在论的同情。霍尔顿认为这一转变是由爱因斯坦所谓的认识推动的，即与狭义相对论相比，广义相对论需要一个现实的本体论。然而，爱因斯坦可能从来都不是一个热心的“马赫式”实证主义者，[1]他也从来不是一个科学实在论者，至少不是二十世纪后期哲学话语中“科学实在论者”一词所获得的意义上的（参见Howard 1993）。爱因斯坦期望科学理论具有适当的经验依据，但他不是实证主义者；他期望科学理论能够解释物理现实，但他并不是科学实在论者。而且，在这两个方面，他的观点从他职业生涯的开始到结束都或多或少保持不变。

为什么爱因斯坦不认为自己是一个现实主义者（他如此明确地说）将在下面讨论。为什么他不应该被理解为实证主义者，这里值得进一步讨论一两句话，哪怕只是因为人们普遍相信他至少在他生命的早期是同情实证主义的（关于更全面的讨论，请参阅霍华德） 1993）。

爱因斯坦后来否定了实证主义，这是毫无疑问的。至少从 20 年代初到他生命的最后阶段，许多言论都清楚地表明了这一点。 1946 年，他解释了他认为的马赫的基本错误：

他没有正确地看待所有思维，尤其是科学思维的本质建设性和思辨性；结果，他恰恰在理论的建设性推测特征明显地显现出来的地方谴责了理论，例如原子动力学理论。 （爱因斯坦 1946 年，21）

爱因斯坦在这里是否也在批评他自己年轻时的哲学轻率行为？爱因斯坦在这里给出的例子使得任何这样的解释都非常难以置信，因为爱因斯坦在他早期关于布朗运动的工作（Einstein 1905b）中的主要目标之一正是证明原子的存在，面对当时著名的怀疑论马赫和威廉·奥斯特瓦尔德等思想家：

我的主要目的是找到尽可能保证一定尺寸原子存在的事实……这些考虑因素与经验的一致性以及普朗克根据辐射定律（对于高温）确定真实分子尺寸的一致性）使当时相当多的怀疑论者（奥斯特瓦尔德、马赫）相信了原子的真实性。 （爱因斯坦 1946, 45, 47）

那么，为什么爱因斯坦早期对实证主义的同情如此根深蒂固呢？

年轻人迷恋实证主义的标准引用证据之一是爱因斯坦在 1905 年狭义相对论论文中对绝对遥远同时性概念的批评（Einstein 1905c）。爱因斯坦在那里谈到了“观察者”，但是以一种认识论中立的方式，可以用惯性参考系的谈话来代替。真正让爱因斯坦对遥远同时性感到困扰的并不是它在观测上无法实现，而是它涉及到双重任意性，一是惯性参考系的选择，二是在给定框架内关于比率的规定。光信号从一个静止观察者到另一个静止观察者并再次返回所需的时间。同样，爱因斯坦认为经典麦克斯韦电动力学在解释电磁感应的方式上存在不对称性，这取决于假定静止的是线圈还是磁体。爱因斯坦问道，如果效果是相同的（线圈中的电流），为什么应该有两种不同的解释：在移动磁铁附近产生的电场或在穿过静止磁场的导体中感应出的电动势？可以肯定的是，无论是线圈还是磁铁被认为处于静止状态，都没有明显的区别，但从爱因斯坦的角度来看，问题在于这两种解释的不对称性。即使是年轻的爱因斯坦也不是实证主义者。

第一代逻辑经验主义者试图通过声称爱因斯坦是朋友来使他们的运动合法化。他们对断章取义的论点进行强行解释是情有可原的。我们可以做得更好。

爱因斯坦的科学哲学是对许多哲学资源的原创综合，从新康德主义到马赫经验主义和杜希米约定主义。其他思想家和运动，尤其是逻辑经验主义者，也利用了同样的资源。但爱因斯坦以一种与莫里茨·施里克、汉斯·赖兴巴赫和鲁道夫·卡尔纳普截然不同的方式将这些碎片组合在一起，他与他们争论了几十年谁是对的（尽管他们在公开表示爱因斯坦是逻辑经验主义的朋友时掩盖了这些差异）和科学哲学）。从 20 年代中期到 20 世纪末，爱因斯坦对埃米尔·迈耶森 (Émile Meyerson) 的理性现实主义表现出了一定的兴趣（Einstein，1928；参见 Giovanelli 2018；关于爱因斯坦和柏格森之间的当代辩论，请参见 Canales 2015）。因此，理解爱因斯坦如何将这些片段组合在一起，不仅可以揭示他自己在物理学方面的成就的哲学方面，而且还可以揭示二十世纪科学哲学发展的更广阔的历史。

2. 理论整体论：科学惯例的本质和作用

任何科学哲学都必须包括对理论与证据之间关系的说明。爱因斯坦从马赫那里了解到科学概念的历史性。但他对理论与证据之间逻辑关系进行建模的首选方式主要受到他阅读皮埃尔·迪昂 (Pierre Duhem) 的《理论体质：儿子对象与结构》 (Duhem 1906) 的启发。爱因斯坦可能第一次阅读了迪昂的著作，或者至少在 1909 年秋天左右了解了迪昂科学哲学的精髓，当时，当他从伯尔尼专利局回到苏黎世，在苏黎世大学接受他的第一份学术任命时，他成为了他的老朋友、苏黎世物理系学生弗里德里希·阿德勒的楼上邻居。就在几个月前，阿德勒出版了《La Théorie 体质》的德文译本（Duhem 1908），科学哲学成为新邻居阿德勒和爱因斯坦之间经常谈论的话题（见 Howard 1990a）。

理论整体论和经验证据对理论选择的不充分决定是迪昂科学哲学的中心论点。简而言之，他的论点是，至少在像物理学这样的科学中，实验充满了复杂的仪器，其使用本身就需要理论解释，假设不是孤立地进行检验的，而只是作为整个理论体系的一部分进行检验。由此可见，当理论与证据之间存在冲突时，可以通过多种不同的方式来恢复拟合。没有任何陈述可以因为作为定义的假定状态或由于其他一些先验依据而免受修订，并且大多数任何陈述都可以在整个理论体系中的其他地方进行适当调整的情况下保留。因此，理论选择是由证据决定的。

爱因斯坦对杜昂科学哲学的接触很快就留下了印记，这从爱因斯坦 1910/11 年冬季学期在苏黎世大学准备的电学和磁学课程的讲义中可以明显看出。爱因斯坦询问，如果物体的内部无法测试粒子，那么如何在物质体内的各处分配确定的电荷。 “马赫主义”实证主义者会认为，这种直接的经验访问对于有意义地讨论卖方内部的电荷分布是必要的。爱因斯坦则反驳道：

我们已经看到经验如何导致引入。电量的概念。它是通过小型带电体相互施加的力来定义的。但现在我们将这个概念的应用扩展到那些一旦我们构思出 el 就不能直接应用这个定义的情况。力是施加在电力上而不是材料粒子上的力。我们建立了一个概念系统，其中的各个部分并不直接对应于经验事实。只有一定的理论材料总体才能再次对应于一定的实验事实总体。

我们发现这样一个 el。连续统始终仅适用于 el 的表示。重大物体内部的事态。这里我们也定义了 el 的向量。场强作为机甲的矢量。施加在位置单位上的力。电。体内的量。但这样定义的力不再可以直接被 exp 访问。它是理论建构的一部分，可能是正确的，也可能是错误的，即与经验一致或不一致，仅作为一个整体。 （阿尔伯特·爱因斯坦论文集，以下简称 CPAE，第 3 卷，文档 11 [第 12–13 页]）

人们很难要求对迪昂的观点应用于特定物理理论的更好的总结。爱因斯坦明确引用迪昂的情况很少（详情参见 Howard 1990a）。但在 20 世纪 20 年代之初，对结构整体图景和理论经验解释的明确援引开始盛行。

在 1905 年至 1915 年间，爱因斯坦或多或少明确地假设，在一个好的理论中，某些单独的部分可以与用作探针的物理存在的物体的行为直接协调。如果这些对象分别按照预测运行或不运行，则可以说理论是“真或假”。在狭义相对论中，就像在经典力学中一样，基本的几何/运动学变量、空间和时间坐标是用杆和时钟与其他非几何变量（例如电荷电场强度）分开测量的，这些变量应该被定义通过测量带电测试粒子上的力。在广义相对论中，坐标不再可以独立于引力场直接测量。仍然是线条元素

d

s

ds（附近时空点之间的距离）被认为具有可以用杆和时钟测量的“自然”距离。 1910年代末，在不同对话者——特别是赫尔曼·韦尔（Ryckman，2005）和年轻的沃尔夫冈·泡利（Stachel，2005）——提出的认识论反对意见的压力下，爱因斯坦被迫承认这种认识论模型至多是一种临时的妥协。原则上，棒状和钟状结构应该作为未来物质相对论的解决方案而出现，可能是一种涵盖引力和电磁学的场论。在这种情况下，用于定义理论和其他材料系统的几何/运动学结构的杆和钟之间的明显区别将变得值得怀疑。考虑到当前的物理学状况，爱因斯坦认为这种区别暂时是必要的。然而，他认识到，原则上，物理理论应该构建杆和时钟作为其方程的解（参见 Ryckman 2017，第七章，了解爱因斯坦关于几何与经验之间关系的观点的概述）。

爱因斯坦在 20 年代的几篇流行著作中讨论了这个问题，特别是著名的讲座《几何和 Erfahrung》（Einstein 1921，另请参阅 Einstein，1923，Einstein，1924，Einstein 1926；Einstein 1926；概述请参阅 Giovanelli 2014）。他认为，在时间上，将理论的几何/运动学结构与经验与物理学的其他部分分开进行比较是有用的。然而，永远只有几何学和物理学结合在一起才能说是“真或假”。当爱因斯坦超越广义相对论，朝着统一引力场和电磁场的理论方向发展时，这种认识论模型变得更加合适。爱因斯坦不得不依赖于越来越抽象的几何结构，而这些几何结构无法根据某些物理探测器的行为来定义。因此，由于它们在整个理论中的作用，使用这种结构是合理的。 20 年代后半叶，在与 Reichenbach (Giovanelli 2017) 和 Meyerson (Giovanelli 2018) 的通信中，爱因斯坦甚至否认几何和非几何之间的区别是有意义的 (Lehmkuhl 2014)。

爱因斯坦对理论整体论形式的依赖的一个不同但特别有趣的例子可以在爱因斯坦于 1924 年撰写的阿尔弗雷德·埃尔斯巴赫 (Alfred Elsbach) 的《康德与爱因斯坦》(Kant und Einstein, 1924) 的评论中找到，这是当时试图调和康德理论的大量书籍和文章之一。哲学。在断言相对论与康德的先验学说不相容之后，爱因斯坦解释了为什么，更一般地说，他不同情康德：

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