解读“狭义相对论”——从方法论视角

解读“狭义相对论”

——从方法论视角

张丽

重庆大学贸易行政学院科技哲学室(400044)

中共中央党校哲学部2008级博士研究生（100091）

摘要：爱因斯坦的狭义相对论以相对经济和解释性简化而著称于世界，其影响之大，更是其他理论所不能望其项背。以致许多理论学家们自觉或不自觉地把它作为构建理论的方法论模板。其实在与经典热力学的三次类比中（其中有二次是爱因斯坦本人给出的比较）我们不难发现，在很大程度上这是一种误读，误导，其实质是陷入一场方法论的危机。此文的目的正是要抵制这一思想，并指出爱因斯坦1905年创立的方法论理论仅代表的是一种功利主义，实用主义的胜利，而远远不是解释深度的胜利，它的作用效果也仅限于在混乱、无秩序的状态背景下。

关键词：狭义相对论；经典热力学；方法论；量子力学； CBH法则

比较狭义相对论和量子力学，前者以它的相对经济和解释性简化而著称于世界，其影响之大，更是其他理论所不能望其项背。以至于此后的大量的理论物理学家们自觉或不自觉的受此引导去寻找少量的基本假设，基本原理。期望他们能够在量子力学中发挥作用，就象相对性原理和光假设曾经联合起来在爱因斯坦1905年创立的狭义相对论中发挥基础作用一样，达到简化量子力学的目的。其实在与经典热力学的三次类比中（其中有二次是爱因斯坦本人给出的）我们不难发现，这是一种误读，误导，其实质是陷入一场方法论的危机。此文的目的正是要抵制这一思想，并指出爱因斯坦1905年创立的方法论理论仅代表的是一种功利主义，实用主义的胜利，而远远不是解释深度的胜利，它的作用效果也仅限于在混乱、无秩序的状态背景下。这一点，也正是爱因斯坦本人所非常熟知的。

第一次类比与CBH法则的启示：

爱因斯坦本人曾坦言：相对论原则是使可能性缩小的理论;它不是一个模型（模版），恰似热力学第二定律不是一个模版一样。①(the principle of relativity is a principle that narrows the possibilites ; it is not a model, just as the second law of thermodynamics is not a model.).

另外，在量子力学最近的重要进展中，克利夫顿（CLIFTON）、巴伯（BUB）、哈沃森（HALVORSON）即CBH以三个“information_ _theoretic constraints ”为依据提出的“知识初概念”（notion of information）在理解量子理论中的作用已经变得值得注目了。CBH所关注的正是处于一种危险状态中的“方法论”。在其论文的开头，CBH写到：一个人能够仅以少数几个简单的知识理论原则来刻画量子理论特征的这一事实，是提供信任给这样一种思

想————即知识法则观点对采纳相关的量子理论而言是正确的预言。尤其值得注意的是，我们的与知识法则原理相关的理论推导直指量子理论的本质特征——非交换性和非定域性。从纯粹物理学的角度看，这都是非常抽象的概念问题，因此。我们建议以知识法则观点替代量子理论中的抽象、未决的基本概念问题。即我们建议视察量子理论，首要地不是关于波和粒子的机械理论，而是作为关于信息知识传递的可能性和不可能性的理论。②（the fact that one can characterize quantum theory …in terms of just a few simple information-theoretic principles…lends credence to the idea that an information-theoretic point of view is the right perspective to adopt in relation to quantum theory. Notice , in particular , that our derivation links information-theoretic principles directly to the very features of quantum theory ___ non-commutatively and non-locality __that are so conceptually problematic from a purely physical/mechanical point of view. We therefore suggest substituting for the conceptually problematic mechanical perspective on quantum theory an information-theoretic perspective .That is , we are suggesting that quantum theory be viewed, not as first and foremost a mechanical theory of waves and particles…but as a theory about the possibilities of information transfer）在CBH文章的末尾，他们提出了更重要的目的——提出建立一种在他们的量子力学理论特征与爱因斯坦的狭义相对论之间的类比关系。他们自己认为，CBH派生的根本意义在于：量子力学应该被解释为一个基本原理（principle theory）以某种爱因斯坦曾经在1905年的SR 理论中的描述的形式和意义而言。CBH视他们提出的“约束”为与那些基本原理的类似物，即与相对性原理和光假设一样的。而这是爱因斯坦曾用于推导相对运动学本质的基础。③很明显，爱因斯坦1905年对相对运动学的处理是一种简单、经济的胜利，相比于以太理论家们提供的对运动尺和钟的相对处理方式而言。但是，这样的处理方式并没有被爱因斯坦自己所完全欣赏。爱因斯坦的“principle theory” 基本理论的路径建立在一种绝望、悲观的策略上，并表现为一个战略上的退却。在他本人看来是从一个更为合理的，满意的（desirable），但是暂时又不可获得的建构性方法上的退却。

第二次类比：

众所周知，爱因斯坦在发表于1919年伦敦时报的著名论文中④已经清晰、明白地表达了其基本原理的特征。但，它却是一个主题，零星不断地散见于他一生的著作当中。

1908年1月，在出版他的关于狭义相对论的荣誉论文大约2年半以后。爱因斯坦给阿诺德（Arnold sommerfeld）写了一封信：

因此，首先就我是否认为相对性处理方式（relativistic treatment）是一种权威或限定，例如对于，电动力学而言。不，当然不是。对我来说，只有当一个物理理论建立它的结构从原始基础上（elementary foundations）, 它才是一个令人满意的物理理论。相比于其他的理论，相对论不是最后的、满意的理论。相比于在波尔兹曼把熵作为一种概率之前的经典热力学而言。（事实上），如果不是迈克尔逊——莫雷实验把我们置于一个糟糕的预言之中，没有人会觉察到把相对论作为一个（半个）救助。⑤似乎相对论无异于一根救命稻草。

再此，爱因斯坦重述了一个在SR和热力学之间的类比，考虑在1907年他曾比较SR和热力学第二定律⑥，在这两次比较过程中，爱因斯坦都在强调SR的理论局限性、不足。而远不是它的理论实力。

为什么爱因斯坦说SR仅是“半个救助”呢？

回想一个理想的单一活塞热机，遵循卡诺循环，并且考虑到它的功率的理论限制。这种功率限制在理论上能够通过开发热机作用物质的微观结构来建立。特别是通过使用统计力学原理来应用于汽缸中的分子结构。然而更容易、便捷的方法是救助于经典热力学第二定律。根据这种定律，热机的效率必定简单地依赖于两个热储物的温度比率，无论活塞中的气体由什么组成的。如果不是这样，那么热机成为第二种永动机将成为可能，而这种可能被热力学