相对论为什么没得诺贝尔奖？

2016-06-01 中科院物理所

撰文 JIMENA CANALES

插图 HANNAH K. LEE

翻译杨逢源

1922 年 4 月 6 日，爱因斯坦遇到了一个他一辈子都不会忘记的人。这个人是 20 世纪最著名的哲学家之一，尤以拥护一套时间理论著称。这一理论向我们解释了时钟无法解释的东西：记忆、预感和期望。他使我们知道，如果想控制未来，首先要改变过去。那么，为什么一个事件的发生并不总会导致下一个事件？人们原以为这是一场友好的学术盛会，但事实却与此南辕北辙。这场会议向世人呈现了一位物理学家与一位哲学家在理解时间上激烈、甚至不可调和的矛盾。两人在法国哲学学会（Société française de philosophie）上当着一批精英学者激烈争辩，这场“20世纪最伟大的哲学家和最伟大的物理学家的对话”被忠实地记录了下来 [ Cariou, M. “Dialogue” Bergson et Bachelard Presses Universitaires de France, Paris (1995).]，简直就是一场戏剧的脚本。在20世纪剩下的年月里，这场会议，以及他们在会议上的发言一直为人所谈论。

这名哲学家名叫亨利·柏格森（Henri Bergson）。20 世纪的头几十年里，柏格森的名气、声望，以及影响力都远超我们的物理学家——当然，今天正相反。当时的人将柏格森与苏格拉底、哥白尼、康德、西蒙·玻利瓦尔，甚至唐璜相提并论。哲学家约翰·杜威表示：“在亨利·柏格森之前，从来没有哪个哲学问题会以这样的形态和局面呈现。”，哈佛大学教授、著名心理学家威廉·詹姆斯将柏格森的创造进化论（ Creative Evolution ，1907）称为“一个真正的奇迹”，标志着“一个新纪元的开始”。詹姆斯同时认为，柏格森的“材料与记忆”（Matter and Memory，1896）创造了一种可以与乔治·贝克莱的人类知识原理、康德的三大批判相媲美的哥白尼式大革命。哲学家让·瓦尔曾说：“如果要选出四位最伟大的哲学家的话，那苏格拉底和柏拉图加起来可以算一个，笛卡尔算一个，然后是康德，再有就是柏格森。”哲学兼哲学史学家艾蒂安·吉尔森（Étienne Gilson）断言，20世纪的前三分之一是“柏格森的时代”。人们将他看作“世界上最伟大的思想家”和“世界上最危险的男人”。追随者甚至会去他在瑞士圣塞尔格的避暑地进行“神秘朝圣”。

阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）

在与年轻的爱因斯坦对峙之后，柏格森的声望受到了威胁；爱因斯坦也是一样。人们对物理学家的批评很快产生了破坏性的影响。几个月后，爱因斯坦获得诺贝尔奖，但授奖原因并不是相对论这一使这他为人熟知的成就，而是因为“他在光电效应原理方面的发现”。与相对论的轰动程度相比，公众对光电效应几乎没有什么反应。这背后的原因，直接可以追溯到柏格森在巴黎的言论。

诺贝尔物理学委员会主席解释说，尽管“大多数讨论集中在相对论理论上”，这一理论并不能获得诺贝尔物理学奖。为什么呢？其中的原因非常繁复，但问题的源头在哪里，颁奖当晚就有人明确指出了：“毫无疑问，这是因为著名哲学家柏格森在巴黎挑战了这一理论。”柏格森表明，相对论“属于认识论”，而不是物理理论，因此它“一直以来都是哲学界讨论的热点问题” [ Arrhenius, S. “Presentation Speech,” 10 December 1922 in Nobel Lectures in Physics (1901-1921) World Scientific, Singapore (1998).]。

主席的解释无疑使爱因斯坦回想起了那个春天发生在巴黎的事。很明显，他在那里引起了一场争端，而这就是争端的后果。当时，爱因斯坦无法让大家认同他对时间的定义方式的价值，更何况他的理论与那位杰出的哲学家的观点相悖。在他的获奖演说中，爱因斯坦表现得很坚持。他的演说内容并不是被官方授予诺贝尔奖的光电效应，而是那个使他在闻名世界的同时饱受争议的相对论。

在其职业生涯中，伯格森不断强调为何我们不应单纯从科学的角度去理解时间，而自己的名字被诺奖主持者提及，无疑是他的伟大胜利。他一直坚持应从哲学的角度去理解时间。两颗近代最伟大的头脑之间为什么会产生如此赤裸的矛盾呢?

***

两人在那“真正历史性”的一天相遇了。柏格森不情愿地被拖进了他曾刻意避免的讨论 [ Benrubi, I. Souvenirs sur Henri Bergson Neuchâtel: Delchaux & Niestlé, Paris (1942).] 。这位哲学家当时的地位比爱因斯坦高得多。他讲了半个小时。一位鲁莽的同事怂恿了他，会议组织者也因此轮着邀他在会上发言。他说：“我们比你更爱因斯坦，爱因斯坦先生。”他对爱因斯坦的反对必然会产生巨大的影响。作家兼艺术家温德姆·刘易斯解释道：“我们都认为柏格森死了，但乍看之下很奇怪的相对论，使他复活了。”[ Lewis, W. Time and Western Man Gingko Press, Berkeley, CA (1993).]

然而，物理学家的回应总共不到一分钟，其中包括一句现在被反复提到的话：“Il n’y a donc pas un temps des philosophes.”爱因斯坦认为“哲学家的时间并不存在”，这成了导火索。

爱因斯坦接下来的话更具攻击性：“除了物理学家所说的时间之外，只存在一种时间，那就是心理上的时间。”爱因斯坦在那一刻下了战书，他表示，要理解时间，只有两种有效的方式，一种是物理的，另一种是心理的。在当时的特殊背景下，爱因斯坦以一种挑衅的方式说出了这两种时间的定义方式，但这两种方式其实已经存在很长时间了；它们的存在将因爱因斯坦而变得更长久，并且成为20世纪研究时间本质最主要的两个层面。

爱因斯坦简单且二元的视角震惊了柏格森。他写了一整本书来回应爱因斯坦的主张。他写道，爱因斯坦的理论是“嫁接在科学上的抽象的空论，不是科学”。爱因斯坦和柏格森的不同意见在他们同时代人的眼前激烈交锋，形成了相互竞争的两派。柏格森的观点与玄学、直觉和生机主义相联系，认为生命渗透一切。而爱因斯坦恰恰相反，他的观点是物理的、理性的，认为我们存在与否不会对宇宙（以及我们对它的认知）法则产生影响。自那以后，人们眼中的爱因斯坦成了一个以“感官知觉和分析性原理作为知识来源”为工作准则的人，人们对他的认知也仅此而已。

相对论主要在三个方面打破了经典物理学的认知。首先，相对论重新定义了时间与空间的概念，它们不再是普适的；其次，相对论提出时间和空间是完全相互联系的；第三，相对论废除了以太（即一种填充空间空白的物质）的概念——这一概念之所以存在，是为了让经典力学理论与实际宇宙规律相符。

总的来说，以上三点都与“时间膨胀”这一全新的效应相关。这一效应深深震撼了科学界和大众。通俗来讲，时间膨胀是指在高速条件下时间会变慢；更戏剧性的是，当速度达到光速时，时间会静止。如果将两个时钟的相对时间设在同一点，将其中一个分离出这个系统，并以另一恒定速度移动，两个时钟将显示不同的时间，而这取决于它们各自的速度。尽管与时钟一同移动的观察者意识不到他们所处系统内部的任何变化，但其中一个人的时间相对于另一个变慢了。研究人员计算发现，一个静止时钟指示的“时间点1”与一个移动的时钟指示的“时间点2”之间存在着显著差异。那么这两个值哪个才代表“时间”呢？根据爱因斯坦的理论，它们都是时间，即所有参考系都是等价的。这两个值都表示时间。

那么，爱因斯坦找到使时间停止的方法了吗？

一切都是相对的：1921年诺贝尔委员会因为“他对理论物理、尤其是对光电效应定律的发现做出的贡献”授予爱因斯坦物理学奖。彼时，相对论仅被看做“一个被柏格森挑战的理论”。

相对论学者提出，我们需要更新对“同时”这一概念的认识：一名观察者眼中同时发生的两个事件，对另一名观察者来说并不一定是同时发生的。这一效应与相对论中另一基本假设，即光速不变原理相关：光的速度在真空和无重力场中是恒定不变的。

大多数物体的速度可以通过附着于其他高速物体而增加。比如说，如果将一列以一定速度行驶的火车放在另一列高速行驶的火车顶上，它的速度就会变快。比如，第一列火车以 80 公里的速度行驶，则它顶上的火车就是以 160 公里的速度行驶，再往上一列就是以 240 公里行驶，以此类推。但对于光波来说不是这样。根据爱因斯坦的狭义相对论，光速不但恒定，它还是一个不可超越的速度。这一基本事实不仅要使科学家放弃之前“绝对同时”的概念，还将他们带向一系列包括“时间膨胀”在内的似是而非的效应。

柏格森认为，爱因斯坦用时钟来定义时间的做法不可理喻。这位哲学家不明白，为什么某个典型事件中的时间（比如火车的到站时间）要与时钟对该事件的指示相匹配。他不理解，为什么爱因斯坦要将这样一种过程选作确定“同时”之概念的优选方法。柏格森想寻找一种对于“同时”更基本的定义，一个不会受制于时钟，能够首先解释“为什么要使用时钟来确定时间”的定义。他表示，如果这个更加基本的、关于“同时”的定义不存在，那么“时钟的存在就没有任何价值”。“没有人会制造它们，至少没人会买它们。”柏格森承认，人们购买时钟是为了知道“现在几点了”。但是“知道现在几点”是在预先假设时钟与“事件正在发生”之间的对应关系对某些人有意义的前提下的，所以它才引起人们的注意。一些对应关系于我们很重要，而大多数对应关系并不是这样，这就解释了我们对“同时”的基本感知及时钟被广泛使用的原因。他表示，时钟本身并不能解释“同时”或时间。

如果不存在一种比用匹配时钟与事件更基本的、解释“同时”的含义的方法，那么时钟就没有任何意义：

如果真是这样，时钟就变成一个个让我们通过比较它们来自娱自乐的机器；它们将不能用来划分事件；总之，它们的存在将不再为我们服务。对于那些相对论理论学家或其他所有人来说，时钟都将失去意义，因为他自己也说，时钟只是能指示某一个事件的时间。

柏格森认为，爱因斯坦的理论之所以显得有力，是因为它作为一种“标志”，指出了“同时”这样一个自然直观的概念。他解释说：这只是因为爱因斯坦提出的概念“帮助我们认识到自然存在同时性，既因为它是这种同时性的标志，也因为它可以转化成直观的同时性——也就是你所说的同时。”[ Bergson, H. Durée et Simultanéité Clinamen Press Ltd., Manchester, United Kingdom (1922).] 爱因斯坦的理论如此具有革命性，如此令人震惊，只是因为我们对“同时”那天生的直观的概念依然十分强烈。如果我们想否定它，最终只会再次指向它，就像一个指向某一物体的标志一样。

柏格森对时钟的问题思考了很多年。他承认，时钟帮助我们注意到同时性，但他不认为我们对时间的理解完全基于时钟。早在 1889 年，他就考虑过这个说法，但很快就否定了它：“当我们的眼睛跟随时钟的表盘、跟随对应钟摆摆动的时针的运动而运动时，我没有像人们所想的那样去测量时长，我只记下了同时性，这两者大不相同。” [ Bergson, H. Essai sur les Données Immédiates de la Conscience George Allen & Unwin Ltd., London (1889). ] 我们对时间的理解需要包含更多的东西，一些不同、新颖、重要，在时钟之外的东西。只有这些东西才能够解释为什么我们赋予时钟这样的权力：为什么我们买它们，为什么我们使用它们，以及为什么我们在第一时间发明了它们。

与普遍的看法不同，我们对世界的感知不仅仅是经过深思熟虑的、客观的；相反，它是受我们记忆的影响后形成的。二者都由我们对自身可以操控的事物的感觉来定义。柏格森警告他的读者，如果他们不承认记忆的影响，记忆定会拐回来困扰他们：“但假如知觉和记忆之间的区别被废弃掉，我们就无法区别过去与现在，也就是说，我们无法区别究竟是哪个东西在起作用。”过去、现在与未来的区别是由物理、生理和心理共同确定的。

这位哲学家认为，爱因斯坦的时间理论非常危险，因为它将“时间的长度看作一种缺陷”。它阻止人们意识到“未来事实上是开放的、不可预测的、不确定的。”它消灭了真实的时间，而时间是世界上最确定的东西。

在辩论中，爱因斯坦明确地陈述了自己对哲学之目的的看法，以及为什么哲学不该在时间的问题上发挥作用。面对反对者，他将哲学的作用描绘得十分有限。他接着解释了自己的观点，并提出了两种理解时间的基本方式：心理上的方式和物理上的方式。心理时间是人感知到的时间，物理时间是通过科学仪器（比如时钟）测量出的时间。仪器测量出的时间与人自身感知的时间往往不同。无聊、急躁，或其他简单的心理变化都会影响人对时间的心理感知。随着计时装置的普及，心理时间与物理时间的差异越来越显著。我们知道——打个比方，在阅读卡夫卡的作品时，我们感知的时间长度与测量出的时间长度就有很大差别。

但在大多数情况下，物理和心理认知的时间并没有太大的差异。大多数人都能在没有时钟的情况下非常准确地估计早餐、中餐和晚餐的时间。大多数人也都能像机器一样准确地判断两件事是不是同时发生的。但在高速状态下，情况却恰恰相反。在高速情况下（比如赛马跑过过比赛终点线的时候），与仪器确定的同时性相比，感知上的同时性的不足就十分明显了；二者的差异会十分显著。而在事件以接近光速的速度发生的宇宙中，这种差异是极大的。

根据爱因斯坦的观点，哲学家习惯于解释物理与心理间的联系。他在巴黎的会议上说：“我相信，哲学家眼中的时间既是物理的，也是心理的。”但相对论通过着眼于高速情况，展示了哲学家对时间的观点是多么过时。

爱因斯坦坚持认为，心理学的时间理论不仅是错误的，而且没有对应任何具体的东西。“它们只是些心理架构和逻辑实体。” 由于光线的巨大速度，人类已经“本能地”广义了同时性的概念，并把它错误地应用到了宇宙的其余部分上。爱因斯坦的理论纠正了这个错误的广义化。爱因斯坦不相信心理与物理时间概念的重叠（两者都很重要，只是一个明显没有另一个精确），认为它们是两个完全不同的概念：一个心理上的评估（心理时间）完全不足以与一个客观的概念（物理时间）相比。

柏格森和爱因斯坦都承认心理与物理时间的概念有本质区别，但他们却由此得出了完全不同的结论。对爱因斯坦来说，这让他发现“哲学家的时间是不存在的，存在的只有心理时间，而它和物理学家的时间不同。”[ Ushenko, P.A. Einstein’s influence on contemporary philosophy. In Schilpp, P.A. (Ed.), Albert Einstein: Philosopher-Scientist Open Court, Chicago (1949).]与之恰恰相反，柏格森认为哲学家的观点更加有趣，尤其是因为，没有人能够回避掉将时间与人类事务相联系的问题，哪怕是物理学家也不行。

亨利·伯格森

***

在接下来的几年中，人们都认为柏格森输掉了与年轻物理学家的这场辩论。科学家关于时间的理论成为了大多数科学讨论的主流。不止柏格森的理论，其他从艺术和文学角度定义时间的方法也都被放在了辅助和次要地位。在许多人看来，柏格森的失败是“理性”对“直觉”的胜利。它标志着，科学的日益复杂已使许多知识分子无法跟上它的进化。因此，柏格森的绝对时间哲学无疑受到了相对论的影响，开始由胜转衰。最重要的是，科学的影响力提升了，哲学影响力下降的时代开始了。

记录爱因斯坦人生的传记作者很少提及柏格森。除了一本书里画了二人最终和解的插图。[ Pais, A. Subtle is the Lord…”: The Science and the Life of Albert Einstein Oxford University Press, New York, NY (1982).] 但其他的证据却只能表明他们二人的观点存在多么大的矛盾。在他们去世前的几年，当柏格森写到爱因斯坦，以及爱因斯坦最后一次提到柏格森时，他们依然在强调对方的观点是多么错误。虽然争论的大部分内容都被从爱因斯坦的遗产中去除了，它还是会不时被柏格森的追随者提出来。还原 1922 年 4 月那一天的讨论，不是一件可以掉以轻心对待的事情。事件本身引起了分歧，事件对的历史的影响也依然存在争议。

原文链接：

http://nautil.us/issue/35/boundaries/this-philosopher-helped-ensure-there-was-no-nobel-for-relativity

本文经授权转载自科研圈微信公众号

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