阿爾伯特·愛因斯坦（德語：Albert Einstein，1879年3月14日—1955年4月18日），德國(guó)猶太裔理論物理學(xué)家，擁有瑞士和美國(guó)國(guó)籍。圖源：維基百科

導(dǎo)讀：

今天讀愛因斯坦的這篇文章，或許能幫助我們重新理解科學(xué)的真正生命力：對(duì)真實(shí)世界的探索并不存在最終終點(diǎn)；理論不斷建立，也不斷被超越，在此過程中，我們對(duì)于世界的認(rèn)知，更加逼近現(xiàn)實(shí)。

方在慶｜撰文

1925年春，愛因斯坦應(yīng)邀訪問阿根廷、烏拉圭和巴西，進(jìn)行一系列關(guān)于相對(duì)論與現(xiàn)代科學(xué)的演講。這是他第一次訪問拉丁美洲，也是他作為世界性公共知識(shí)分子的一次重要文化之旅。在布宜諾斯艾利斯停留期間，當(dāng)?shù)刂麍?bào)紙《新聞報(bào)》（La Prensa）邀請(qǐng)他為普通讀者撰寫一組科學(xué)隨筆，本文便是其中之一。文章發(fā)表于1925年5月3日，那時(shí)的愛因斯坦仍旅居阿根廷。

1925年，愛因斯坦在布宜諾斯艾利斯。圖源：https://www.argentina.gob.ar/interior/archivo-general-de-la-nacion/1925-albert-einstein-visita-la-argentina

這篇短文不僅討論了“理論物理學(xué)究竟在追求什么”，更是關(guān)于“人類為何要理解世界”的沉思。

愛因斯坦指出，科學(xué)并不僅僅是為了預(yù)測(cè)現(xiàn)象、提高效率或獲得技術(shù)成果。真正驅(qū)動(dòng)理論物理學(xué)家的，乃是一種更深層的愿望：理解事物的本質(zhì)。他在文中用了一個(gè)極為生動(dòng)的比喻——理論物理學(xué)家仿佛面對(duì)一臺(tái)被封閉在黑箱中的織布機(jī)，無法直接看到其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，只能憑借織出的布料與機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)出的聲音，去推測(cè)隱藏其中的齒輪、杠桿與梭子的運(yùn)動(dòng)方式。人類對(duì)于自然界的認(rèn)識(shí)，正是在這種不斷猜測(cè)、修正與逼近之中展開。

這一比喻，也濃縮了愛因斯坦一生的科學(xué)信念。在他看來，科學(xué)理論從來不是對(duì)“終極真實(shí)”的直接占有，而是人類精神對(duì)自然秩序不斷逼近的結(jié)果。正因如此，科學(xué)史并不是一條直線式的累積，而是一系列基礎(chǔ)概念的更新與重建：從開普勒與牛頓的經(jīng)典力學(xué)，到分子理論與熱力學(xué)；從法拉第、麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，到相對(duì)論與量子理論，每一次重大突破，人類都在重新理解讓世界運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)制。

值得注意的是，寫下這篇文章時(shí)，量子力學(xué)革命尚未最終完成。愛因斯坦敏銳地意識(shí)到，傳統(tǒng)場(chǎng)論已經(jīng)無法完全解釋新的量子現(xiàn)象，“一種新的理論基礎(chǔ)正在形成”。今天回頭看，這句話幾乎可以視作現(xiàn)代物理學(xué)轉(zhuǎn)折時(shí)刻的歷史回聲。

尤其動(dòng)人的是，這篇文章并不僅僅回顧了物理學(xué)的發(fā)展歷程，也重新提醒我們：人類文明中最重要的一部分創(chuàng)造，往往并非源于功利目的，而是源于試圖理解世界的內(nèi)在沖動(dòng)。

愛因斯坦認(rèn)為，對(duì)自然本質(zhì)的探究，本身就是人類精神最深刻的活動(dòng)之一。它未必總能立刻帶來實(shí)用結(jié)果，卻不斷改變著人類理解世界、理解自身的位置與方式。

在一個(gè)越來越強(qiáng)調(diào)即時(shí)回報(bào)、技術(shù)轉(zhuǎn)化與現(xiàn)實(shí)功用的時(shí)代，人們常常會(huì)追問基礎(chǔ)科學(xué)“究竟有什么用”。今天讀愛因斯坦的這篇文章，或許能幫助我們重新理解科學(xué)的真正生命力：對(duì)真實(shí)世界的探索并不存在最終終點(diǎn)；理論不斷建立，也不斷被超越，在此過程中，我們對(duì)于世界的認(rèn)知，更加逼近現(xiàn)實(shí)。

收錄于《愛因斯坦全集》第14卷文件81。

——方在慶，《我的人生觀》編譯

SAIXIANSHENG

物理學(xué)與事物的本質(zhì)

愛因斯坦 | 撰文

如果問一位出于內(nèi)在需要而投身理論物理的研究者：“你如此熱切追求的目標(biāo)究竟是什么？”他通常會(huì)謹(jǐn)慎作答，生怕哲學(xué)家覺得他過于天真。他大概會(huì)這樣回答：“我們?cè)噲D建立一個(gè)邏輯體系，使我們能夠在因果性的基礎(chǔ)上，把關(guān)于物理世界事件的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)明確且無歧義地統(tǒng)一起來，從而預(yù)見現(xiàn)象的發(fā)展過程。”這樣的回答當(dāng)然不錯(cuò)，但它并沒有道出問題中研究者的真正熱情所在的那一面。研究者所渴望的是理解現(xiàn)象，把握它們的本質(zhì)：他希望從自然過程之中獲得一種概念上的把握，就像我們通過織布機(jī)或印刷機(jī)的結(jié)構(gòu)，理解這些機(jī)器的工作原理一樣。他努力把紛繁復(fù)雜的物理現(xiàn)象，歸結(jié)為若干極其簡(jiǎn)單且嚴(yán)格受規(guī)律支配的事物的作用。當(dāng)逐漸接近這一理想時(shí)，他便會(huì)產(chǎn)生一種愉悅之感，仿佛真正把握了自然現(xiàn)象的本質(zhì)。

然而，理論物理學(xué)家的處境，在某種意義上又不同于一個(gè)想把織布機(jī)弄明白的人。后者確實(shí)可以直接看清織布機(jī)的構(gòu)造：他一眼就能看到這里有圓筒，那里有齒輪或杠桿。各個(gè)部件的性質(zhì)以及它們之間如何相互作用，對(duì)他來說并沒有什么奧秘。從一開始他就知道，一個(gè)輪子怎樣帶動(dòng)另一個(gè)輪子，一個(gè)圓柱體為何能夠在它所在的位置上轉(zhuǎn)動(dòng)，等等。物理學(xué)家則完全不同。他事先并不知道，熱究竟是不是一種運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，物體是否由原子組成，電磁現(xiàn)象是否必須解釋為某種充塞空間的媒質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，諸如此類。他更像這樣一個(gè)人：織布機(jī)被封在一個(gè)不透明的箱子里，無法打開，他只能通過織出的布料的特性，或者通過機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)出的聲音，來推測(cè)它的結(jié)構(gòu)。他不得不“猜想”究竟是哪些裝置在驅(qū)動(dòng)經(jīng)線與緯線，并把這些部件設(shè)想在恰當(dāng)?shù)奈恢蒙稀Ｋ€必須通過對(duì)機(jī)器聲響的細(xì)致分析，來證明確實(shí)存在梭子，并且有某些機(jī)構(gòu)在一排排豎直的線束之間推動(dòng)它來回穿梭。即使他對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)始終只能停留在假設(shè)層面，難道我們不能說，這樣的人是在探究織布機(jī)的存在方式、它的本質(zhì)嗎？他對(duì)這臺(tái)機(jī)器中究竟什么才是“真正起作用的東西”的理解，反而比那種滿足于僅憑感官去確認(rèn)被封在箱中的機(jī)器所呈現(xiàn)的可感現(xiàn)象的人，更為深刻。

理論物理學(xué)是否在上述意義上取得了某種成就？它能夠完全實(shí)現(xiàn)自己的目標(biāo)嗎？我們是否對(duì)第一個(gè)問題應(yīng)回答“是”，而對(duì)第二個(gè)問題則或許只能給出一個(gè)帶有否定意味的“可能”？這或許可以通過對(duì)理論物理學(xué)發(fā)展歷程的簡(jiǎn)要回顧來說明。

當(dāng)今的理論物理學(xué)始于不到300年前由開普勒和牛頓建立的運(yùn)動(dòng)理論。對(duì)這兩位科學(xué)家提出的運(yùn)動(dòng)理論的發(fā)展，可以參照前面提到的結(jié)構(gòu)進(jìn)行粗略描述：物質(zhì)由極其微小且永恒運(yùn)動(dòng)的基本單位（質(zhì)點(diǎn)）構(gòu)成。自然界中發(fā)生的每件事都是這些點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，而運(yùn)動(dòng)發(fā)生的方式是：每個(gè)點(diǎn)的加速度完全由其當(dāng)前與其他所有點(diǎn)的位置關(guān)系決定。一旦確立了這種依賴關(guān)系的規(guī)律（力的規(guī)律），尋找可能的現(xiàn)象就成了數(shù)學(xué)的專屬任務(wù)。

這一綱領(lǐng)所蘊(yùn)含的方法具有驚人的生產(chǎn)力。牛頓借助其萬有引力定律，以與經(jīng)驗(yàn)完全且精妙地契合的方式，成功描述了天體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)、地球自轉(zhuǎn)軸方向的周期性變化（歲差），以及潮汐現(xiàn)象。無論是碰撞物體的動(dòng)力學(xué)行為、機(jī)械裝置的運(yùn)行原理，還是利用單擺與陀螺儀所能觀測(cè)到的現(xiàn)象——簡(jiǎn)言之，所有在固體中觀察到的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，均可通過數(shù)學(xué)加以預(yù)測(cè)。此外，由重力引起的物體形變過程，亦可追溯至這一理論基礎(chǔ)。水波、液體中的流動(dòng)現(xiàn)象、聲波，以及固體與液體的彈性形變和振動(dòng)，皆能納入該理論框架并得到解釋。

在剛體與可變形體的力學(xué)中，僅需要運(yùn)用力學(xué)方程，而無須假定物質(zhì)由質(zhì)點(diǎn)（原子）構(gòu)成。換言之，力學(xué)的發(fā)展完全可以不依賴于物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的假設(shè)。這一做法的優(yōu)勢(shì)在于，人們能夠憑借有限的幾個(gè)基本假設(shè)取得豐碩成果，但其局限在于，它無法揭示物質(zhì)最深層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這種深層結(jié)構(gòu)，早已被古代原子論者（如伊壁鳩魯）提出，但直到一個(gè)多世紀(jì)以前，它才開始在精密科學(xué)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。尤其值得注意的是，正是化學(xué)與礦物學(xué)這兩門此前相對(duì)獨(dú)立發(fā)展的科學(xué)，比物理學(xué)更早也更深入地闡明了物質(zhì)的這一內(nèi)在構(gòu)造。

倍比定律表明，每一種簡(jiǎn)單的化學(xué)物質(zhì)與另一種物質(zhì)結(jié)合的數(shù)量具有簡(jiǎn)單的有理關(guān)系，這導(dǎo)向了化合物的分子理論。

晶體學(xué)中的有理指數(shù)定律表明，晶體產(chǎn)生的有限平面的方向可以通過根據(jù)一定方案對(duì)整數(shù)進(jìn)行組合來表示，這引出了固體物質(zhì)由平等的粒子（分子）組成的想法。當(dāng)在結(jié)晶狀態(tài)下發(fā)現(xiàn)這些粒子時(shí)，它們會(huì)組織成規(guī)則的網(wǎng)絡(luò)。這是間接獲得的第一個(gè)關(guān)于物質(zhì)精細(xì)結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)。從熱力學(xué)理論中首次推導(dǎo)出的原子的大小，那時(shí)仍完全未知。

19世紀(jì)中葉，人們確立了能量守恒原理，尤其認(rèn)識(shí)到機(jī)械功能夠按確定的數(shù)量關(guān)系轉(zhuǎn)化為熱。與此同時(shí)，一種看法也逐漸占了上風(fēng)：這種轉(zhuǎn)化，必須理解為分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。其實(shí)早在一個(gè)世紀(jì)之前，就有一些數(shù)學(xué)家試圖解釋氣體對(duì)容器壁的壓力。他們?cè)O(shè)想，氣體分子像一群蚊蚋般飛舞，不斷撞擊容器壁。然而，氣體動(dòng)理論真正成熟起來，卻是在100年之后——在人們對(duì)熱現(xiàn)象的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)識(shí)大大豐富之后。這一理論不僅給出了壓力與熱含量之間的定量關(guān)系，也揭示了熱傳導(dǎo)與黏滯性（阻礙流動(dòng)的阻力）之間的聯(lián)系。它還解釋了一個(gè)頗為奇特的事實(shí)：氣體的阻力和導(dǎo)熱能力竟與其密度無關(guān)。更重要的是，這些現(xiàn)象在理論預(yù)言之后，都得到了實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。此外，它甚至使我們能夠確定分子與原子的真實(shí)尺度和質(zhì)量。在我看來，這正是伽利略與牛頓力學(xué)所取得的最偉大的勝利：它從感官經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，卻讓我們獲得了關(guān)于物質(zhì)精微結(jié)構(gòu)的深刻且不可動(dòng)搖的認(rèn)識(shí)，而那是人類粗淺的感官永遠(yuǎn)無法直接窺見的世界。

基于伽利略和牛頓的力學(xué)體系的理論物理學(xué)在某種意義上將永遠(yuǎn)繼續(xù)，但這并不意味著它是我們的終極知識(shí)。從一開始就很難建立一個(gè)可以解釋所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果的光的理論。牛頓的微粒理論沒能解釋光的折射和干涉現(xiàn)象。惠更斯（Christiaan Huygens）的波動(dòng)理論因其解釋結(jié)果而遠(yuǎn)勝一籌，缺點(diǎn)是不得不依賴于假設(shè)存在一種感官無法觸及的物質(zhì)——以太。它本應(yīng)在力學(xué)上類似于感官可感知的固體物質(zhì)，同時(shí)，它也能被這些感官滲透。此外，電在宇宙中是力學(xué)概念的一塊巨大的絆腳石。電也應(yīng)該是一種物質(zhì)，但那些似乎能支配其相互作用的定律并不適用于牛頓的框架。

支撐牛頓系統(tǒng)的框架被法拉第和麥克斯韋的電學(xué)理論，以及赫茲對(duì)該理論的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)共同打破。質(zhì)量及其長(zhǎng)距離效應(yīng)不能再被視為物理學(xué)的基本事實(shí)。

它們后來被電磁場(chǎng)以及引力場(chǎng)的概念取代。相對(duì)論則使這一理論體系實(shí)現(xiàn)自洽；在這個(gè)體系之中，牛頓的理論仍然作為一種在許多問題上足夠有效的近似理論而被包含進(jìn)去——他的成果并沒有失去意義，只是它們所能適用、所能解釋的現(xiàn)象范圍變得更加廣闊了。

然而，這些場(chǎng)論的基本原理，仍不足以使我們獲得對(duì)全部經(jīng)驗(yàn)事實(shí)的清晰理解。玻爾的光譜理論，以及統(tǒng)稱為“量子理論”的那些原理，已經(jīng)把我們對(duì)物質(zhì)的本性及輻射的認(rèn)識(shí)推到極深的程度，但它們似乎并不能自然地被納入現(xiàn)有的場(chǎng)論框架。一種新的理論基礎(chǔ)正在形成。這個(gè)步驟終將完成，同時(shí)人們也越來越深刻地意識(shí)到，對(duì)真實(shí)事物與自然現(xiàn)象的探究，將是一個(gè)永無終結(jié)之時(shí)的過程。

本文作者為阿爾伯特·愛因斯坦，原載于1925年5月3日《新聞報(bào)》。收錄于《愛因斯坦全集》第14卷文件81。

本文摘自《我的人生觀》，愛因斯坦著，方在慶編譯，中信出版社2026年5月出版，《賽先生》獲授權(quán)發(fā)布。

編者介紹：

方在慶，中國(guó)科學(xué)院自然科學(xué)史研究所研究員，華東師范大學(xué)紫江講座教授，博士生導(dǎo)師。1963 年生于湖北省天門市，1979 年入吉林大學(xué)學(xué)習(xí)物理，后轉(zhuǎn)向哲學(xué)與科學(xué)史研究，1991 年獲武漢大學(xué)哲學(xué)博士學(xué)位。曾在浙江大學(xué)、清華大學(xué)任教，并先后擔(dān)任美國(guó)麻省理工學(xué)院“杰出訪問學(xué)者”、德國(guó)慕尼黑大學(xué)埃里克·沃格林講席教授、德國(guó)比勒費(fèi)爾德大學(xué)客座教授。長(zhǎng)期從事科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)與科學(xué)社會(huì)學(xué)研究，研究重點(diǎn)包括愛因斯坦思想，以及德國(guó)和美國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展史。已發(fā)表中英文學(xué)術(shù)論文六十余篇，著譯二十余部，其中與愛因斯坦相關(guān)的論著與譯著逾十種。

文章轉(zhuǎn)載自“賽先生”公眾號(hào)