《物理学的进化》，[美]阿尔伯特·爱因斯坦、[波]利奥波德·英费尔德著，周肇威译，光大·见识城邦2019年3月出版，304页，48.00元
爱因斯坦和英费尔德专著的这本书，在我的书柜上早已半个多世纪。由于学理论化学，爱因斯坦的书自然是看见就买，在那时期我还买了爱因斯坦的《狭义与广义相对论概说》，也是属于面向通常读者的，也称“科普读物”。前者比后者讲得稍为深入一点，给出了一些简单的公式。
《物理学的进化》、《狭义与广义相对论概说》
与爱因斯坦合写《物理学的进化》这本书的英费尓德，他的名子我在胡宁的《电动热学》中读到过。他与玻恩（M.Born，量子热学创始人之一）合作研究怎样更改电动热学的麦克斯韦多项式，以描述电子的精典结构，被称之为Born-模型或Born-理论。这是1933-1934年在剑桥卡文迪什时的事，当时他还与玻恩闹了一点小小的误解和不愉快，但此次合作的结果使他在数学学中留名。他在数学学中留下刀痕的，还有1937-1938年在澳大利亚斯坦福与爱因斯坦合作，研究用广义相对论描述恒星运动的--多项式，以及1950年从纽约杂波兰后，于1953年做的求解量子热学薛定谔多项式的-Hull因式分解。他是二次大战后知名的罗素-爱因斯坦宣言十一位签名者中惟一没有获得诺奖的。而在我的记忆中，还有一个模糊的印象，就是爱因斯坦与他合写这本书，是为了帮他降低一点收入，如同霍金写《时间导论》等科普读物，是为了赚点钱一样。他身为犹太人，那时先是离开激烈动乱的欧陆到了英伦，接着又离开大战前夕的法国到了北美，谋生不易。并且我记忆中的这个印象从何而至，早已难以说清，很可能是莫须有的张冠李戴。下边是他1938年在澳大利亚的相片，取自。
(1898-1968)
我初读《物理学的进化》，还是在念研究生的时侯。1956年我进清华时，数学系分化学和气象两个专业。那时向科学挺进，学制改成两年，又是学习苏俄，学科界定很细，数学专业分成光学、磁学、金属、理论、地球、电子、无线电、半导体等八个专门化。我在七年级分到理论化学专门化，接着学制改成十年，学了许多原先属于理论化学研究生的课程。记得量子场论和广义相对论这两门课，就是五、六年级时胡宁先生给我们讲的，而周光召先生也在那时给我们讲过量子场论中的泛函剖析课。所以到研究生时，自我觉得是所有基本和重要的理论化学都学过了，只有有新东西的学术论文才要花时间仔细看，通常的书都看得很快。当时看一本Pines写的固体理论方面很专业的书，只用了三天的时间。那时怎么读这本《物理学的进化》，我已毫无印象。似乎也就是大致翻翻快速浏览了一遍，认为都是数学常识，没有哪些新的数学，随手就放下了，自此再也没有拿上去翻过。
记得杨振宁先生说过，有些书是始终置于书柜上从来不去动的。不过爱因斯坦的书，是我永远看重和典藏的。后来“文革”中我去陕北榆林，“文革”戛然中止后又迁回南京，随后多次搬迁，以及退职和归国后的搬家，都要轻装减负。非常是去西安那次，我以为自此与化学无缘，处理和扔掉了很多心爱的书。并且爱因斯坦的书我舍不得，只是把一本《相对论的意义》送了人，可是还是由于我还有这本书的中文版Theof。后面的图片，就是跟着我去过延安仍然典藏了半个多世纪的两本爱因斯坦的书。其实也还有下边的这本，它如今早已成了母亲留给我的记念。
Theof
成为精典的专著，是永远不会过时的，每一代人都须要。于是经过了几代人的时间，五十七年过去，光大出版集团又把这本《物理学的进化》精心编辑重新出版，以满足当代读者的急切须要，促使我也有了机会再来阅读。
这不是或，而是
你若果检测了某种晶体的结构，或则研究了它的磁性，可以写成论文领到有关的专门大会上发表，大会的组织者会编辑出版选集，这称为，一般译为“进展”。而某一专门领域，例如说核化学物理学的进化内容概述，会请有关的专家来总结概括一段时间以来的发展，隔一段时间就写出专门的述评，这称为，如Thein。有的发展重要而影响深远，包含了思维观念的改变，例如狭义相对论、广义相对论和量子热学，这就称之为，即改革或革命。杨振宁先生说，这是二十世纪数学学的三大革命。而在历史发展的整个进程中，数学学的历次改革所包含的基本观念和思维方法在形态上的发展和变迁，就是数学学的，即演变或进化。从时间和影响来说，限于近来一三年，涉及最近几年十几年，重大的可以几六年，而则涉及整个数学学历史的三百多年。爱因斯坦和英费尔德合写的这本《物理学的进化》，原文Theof，所谈的就是整个数学学三百多年来的进化和变迁。
看一本，关注的主要是这个领域近日有什么新的发觉和创造，获取新的知识。读一部专门的，关注的主要是这个领域在一段时间以来的总体形势和前沿与热点，做到心里有数。而这数学学的演进，，对我们来说重要的就不是新鲜的知识或发展的态势，而是提高观点扩宽眼界掌握历史脉络的经验与教训。所以，在读这本《物理学的进化》时，要注意和记住这不是或，而是，阅读的方式和视角要掌握好。其实，内行看猫腻，外行看热闹，各取所需，只要认真的读就会有收获。而对于爱因斯坦和英费尔德设定的读者，即尽管完全缺少化学学和物理的实际知识，而且却具有很强的理解能力，并对化学学和哲学的观念很感兴趣，则是一定会有巨大的收获的。
化学学的开端
谈化学学的进化，其实要从数学学的开头说起。数学学从哪些时侯算起？爱因斯坦和英费尔德说从伽利略算起。这早已是一个常识。而且，早在两千多年前，亚理斯多德就写过一部《物理学》了，没准“物理学”这个名称就是他首先使用的呢。为何不从亚理斯多德算起，为何法国人不争这个优先权？连我们都有人说早在《墨经》里就有光学了嘛！爱因斯坦和英费尔德早已为我们想到这个问题了，所以她们一开篇就说：伽利略的发觉以及他所运用的科学的推理方式是人类思想史上最伟大的成就之一，并且标志着化学学的真正开端。这就是说，数学学诞生的标志，是伽利略的发觉和造成这个发觉的推理方式。
人类在这个世界上生活，必须有一些觉得脏器来侦测周围的环境，侦测的结果会在脑子中产生直觉。诸如亚理斯多德见到静止的物体不推它不会自己运动，墨子注意到了光的针眼成像，这都属于我们的直觉。但直觉常常靠不住，必须经过理智的思索能够产生正确的认识，产生理论。化学学不是感观现象的记录和列举，也不是一套规则或定理的汇编，而是一个严谨的思维和观念的逻辑体系。这个思维和观念的逻辑体系，是从伽利略才开始诞生的。爱因斯坦和英费尔德详尽表述了造成伽利略发觉物体惯性的思索、假设和推理，以及最后被牛顿总结和归纳成热学体系，这儿就不重复。爱因斯坦一生中多次反复指出，没有理论根据的经验是不可信的，缘由就在于此。经验只是一种直觉，重要的是基于直觉和经验的理智思维和观念。所以爱因斯坦和英费尔德说，她们写这本《物理学的进化》，主要是表述思维和观念在探求客观世界的知识中所起的作用。
她们根据化学学演变的历史时序，表述了机械观的盛行、机械观的没落、场和相对论、以及量子这样四个部份。机械观是指从伽利略和牛顿开始产生的观念，它把世界看作是物质及其在互相斥力的推进下在时空中的运动与变化。这儿“机械”一词的英语，亦译为“力学的”，所以机械观实际上就是把世界当成物质在作热学运动的观念。世界是物质的和热学的，这些观点显然就是机械唯心论的初衷。
虽然在或这个词中，并没有丝毫“力”的影子，不知当年的翻译如何就跟“力”的观念扯上了。因为牛顿热学的巨大成功，这些机械唯心论的观念成为化学学观察世界的支配观念，以至于拉普拉斯说，只要晓得了世界的初始条件，他就可以估算出整个世界之后的运动发展和变化。由于根据牛顿热学的程序，按部就校规规矩矩就可以把一切都搞定。所以在我们的语境里，“机械”已经成了毫无变通没有一点灵活性的僵化的代名词，“机械唯心论”也成为退守成规刻板死板的褒义词。虽然，没有规矩不成方圆，不守规矩岂不乱了套！不过，明天的化学学家可不会再说拉普拉斯这样的豪言了。
相对论的开局者
在整个数学学的进化过程中，光总是饰演着一个特殊的另类角色。以前如日中天的机械观，也就是物质粒子做热学运动的观念，或则哲学化的说法机械唯心论，硬是被光给搅得没落出来。可以说，光是机械观的搅局者，是机械唯心论的克星。爱因斯坦和英费尔德在第二章中有详尽的讲解，核心和关键的是，光是一种电磁波，是遍布整个空间的波动，这就冲破了物质粒子在空间中顺着一条轨道运动的机械观。这个世界不只是在运动着的物质粒子，还有在波动回落着的电磁场。这就是法拉第和麦克斯韦的他者观。图式观与机械观博弈的结果，是机械观的衰亡。
问题是，机械观与他者观这二者并不能相互完全协调，焦点就在于光。机械观有伽利略的相对性，电磁场有光速不变性，要想把这两条都保持，就必须更改我们的时空观：同时具有相对性，在车上看是同时的两件事，在地上看一先一后并不同时，这最后造成时间与空间是互相关联的一个整体，而不相互独立！这就是爱因斯坦和英费尔德在第三章中后面详尽讲解的狭义相对论。所以，光既是机械观的搅局者，也是相对论的开局者。接出来的问题是，爱因斯坦推广之后的伽利略相对性，是以惯性参考系为基础的，而这个基础并不牢固，我们不能独立地判定一个参考系是不是惯性参考系。所以爱因斯坦决定舍弃惯性参考系的特殊地位，考虑在任意参考系都适用的理论，这就是第三章前面讲的广义相对论。为了考虑非惯性参考系中粒子的运动，爱因斯坦借助了引力质量与惯性质量相等这一假定，因而把引力与惯性力都归结为时空的弯曲。这又进一步更改了我们的时空观：时空的性质与物质的分布和运动有关，不是独立于物质运动的一种虚构的“空腔”。
广义相对论的可观测效应比狭义相对论要精细得多。爱因斯坦和英费尔德在书中提及了光线经过太阳时的弯曲，水星近期点的进动，以及引力场中的时钟变慢。在爱因斯坦1916年提出广义相对论时，不仅水星近期点的进动以外，其余的效应都还有待观测和发觉。以后这种精细的效应均被逐一发觉和否认，就连1949年才发觉的小行星,也测出了它的近期点进动。而时钟变慢，则是现今在人造卫星定位系统中须要考虑的问题。
不仅上述三大效应以外，还有几个知名的广义相对论效应。而有没有引力波，亦称引力幅射，却有过争辩。就在写《物理学的进化》的那一年，爱因斯坦、英费尔德和霍夫曼还合作发表了一篇论文《引力观察和运动问题》，被称为EIH文章。在这篇文章里，她们剖析引力幅射对“两个有质量的引力体的相对运动”的影响，但估算太繁，没有得到有确定意义的结果。1943年胡宁到耶鲁跟泡利做博士后，泡利让他研究这个问题。胡宁到档案库找出EIH的一大摞算草，用了改进的模型和算法，推出了双星系统能量衰减因子，可以和观测比较。而在多年后，泰勒和赫尔斯通过对双星的常年观测，总算得到了引力幅射的第一个证据。泡利眼光犀利话语粗鲁从不轻易许人，被玻尔誉为数学学之良心。他二十一岁还是学院生时的成名作《相对论》至今依旧还是精典，而他在1956年因此书的单行本再版时所加的补注中，就专门谈到胡宁的上述论文“研究了因为发射引力波而导致的微小的减振力”。
德布罗意的联想
第四章量子，是数学观念更大的改变，破局的还是光。上世纪一开始，普朗克就按照宋体幅射谱的分布提出了量子假定，假定幅射的能量是一份一份量子化的。这有点从法拉第、麦克斯韦的视域观向伽利略、牛顿的物质粒子观倒退的气味，因而普朗克仍然想舍弃这个量子化的假定，退回到电磁场的视域观。是爱因斯坦，他在1905年，还是在英国联邦专利局做专利审查员的时侯，业余地研究这个幅射的量子化，把普朗克的假定往前推动了一大步，进一步假定这一份一份量子化的能量还具有动量，是伽利略、牛顿那类既有能量又有动量的粒子。爱因斯坦称之为光量子，而且建议用光电效应来验证。爱因斯坦提出的这光量子，后来被称为光子。这还真有点要回到伽利略、牛顿的机械观的样子。并且历史并没有走回头路，下一步是日本青年德布罗意迈出的。
普朗克
德布罗意是贵族子弟，他姓前的这个“德”，德语原文为de，类似于美国人姓前的“冯”（原文von），是士族的标记。青年朗道被南斯拉夫派往欧洲游学时，一次在柏林学院听讲演，冒失地问“刚才那讲演的是谁”，讲演者从座位站上去点头说“在下冯劳埃”，就是贵族劳埃的意思。其实有的假冒士族，也在姓前加个von，这就随他了。法兰西历史上原来是许多小国，所以贵族也多，这大约就是法兰西人姓前带von的人多的缘由，以至于她们本人以及我们翻译时都常常把它略而不提。如同钱学森的业师冯卡门，经常只称他卡门一样。并且下边要说到的冯诺伊曼，他可就不乐意人家把这个von省略了只叫他诺伊曼。德布罗意原先想学历史和文学，是受了他姐姐的影响，才改攻数学，看来他与许多士族一样，还是位文艺范。文艺范的思维，擅于比喻。这比喻，即使为物理与逻辑所鄙夷，但在数学中却经常出彩。
德布罗意
在思维中，比喻始于联想。使德布罗意形成联想的，是电子与光子。既然爱因斯坦的光电效应表明作为电磁波的光还具有粒子性，这么作为粒子的电子也就应当具有波动性。这个从光子联想到电子的比喻，被称为德布罗意假定。德布罗意假定成为完善波动力学的突破口，除了促使德布罗意还致使薛定谔都因而大为出彩在数学学中留下大名。这个假定是说，电子和光子一样，既有粒子性也有波动性，后来被称之为波粒二象性。所以，不是从他者观退回到机械观，而是糅合他者观与机械观这三者的波粒观。这波粒观是一种数学学的二元论。二元论总是不受欢迎的，由于它不符合人们对于基本和简约的追求。爱因斯坦和英费尔德在这本《物理学的进化》中说了，若果不相信我们世界的内在和谐性，就不会有任何科学。而波粒二象性这些二元论本身，就是没有内在和谐的矛盾体。玻尔企图在这波粒二象性的基础上构建一种新的哲学上的认识论，这不是真正的解决问题，而是在做秀。才能解决问题的，是玻恩对量子热学中薛定谔波函数的统计演绎。这就要说到量子热学至今争辩不休的核心问题了。
薛定谔
从决定论的因果关系到统计性的因果关系
薛定谔是从维也纳学院下来的，当时在赫尔辛基，出席德拜主持的一个讨论会。德布罗意当时刚才完成他的博士论文，皇皇二百多页。我国知名理论化学学家王竹溪后来看过这篇英文的论文，说真正有价值的就是这么几页。当时朗之万把这篇论文寄给爱因斯坦，爱因斯坦立刻在自己的一篇论文中作了引用。薛定谔看了爱因斯坦的这篇论文，晓得了德布罗意的工作。于是德拜让他做一次讲演，介绍德布罗意这个关于电子具有波动性的工作。薛定谔讲完后德拜评论说，一个波动理论，就应当有个波动多项式。等到她们下一次再派对时，薛定谔说，我找到了一个波动多项式。这就是著名的薛定谔多项式，它在量子热学中的地位，相当于精典热学中的牛顿第二定理。
由于是与光子类比，所以德布罗意脑子中想像电子的波，与光波类似，是一种物质性的图式波。薛定谔所做的事，是仿造从光的微粒到波动的类似程序，用试探的方式从粒子的运动多项式猜出了电子的波动多项式。所以在薛定谔的脑子中想像的电子的波，也是一种物质性的图式波。他觉得电子波动的幅度表示物质分布的强弱。并且这个图象与实际显著不符，由于波会很快弥漫到整个空间，电子也就不成其为一个粒子，而是一团稀泥一样的东西了。解开这个难题的，是哥廷根的玻恩。
玻恩
玻恩是哥廷根学派希尔伯特的中学生，在与他的助手海森伯和约当成立量子热学后到加拿大讲学，当时刚从英国回去。他的朋友弗兰克做电子与原子碰撞散射的实验，整天与粒子打交道。所以在她们脑子中没有波物理学的进化内容概述，完全是一幅粒子的图象。于是玻恩就用薛定谔的波动多项式来算这些散射过程。他发觉，假如把薛定谔的波展现为粒子散射的机率幅，才能挺好地解释实验的结果。这就是玻恩对薛定谔波函数的统计演绎，机率具有统计性。而因为这些机率的统计性，粒子的位置与速率不能共同测准，即具有测不准性，因而没有确定的轨道，这就不是伽利略牛顿机械观的粒子了。
量子热学是整个化学学这座大楼最底层的基础，在这个基础中引入统计性，在化学学的思维和观念上而且一件石破惊天的大变局。一定的结果总是由某种确定的缘由所决定的，这些决定论的因果关系仍然是化学学家乃至所有科学家的信仰和追求的目标。而玻恩的这个统计演绎说，一定的原因会造成各类可能的结果，只是不同结果的机率不同，在缘由与结果之间并没有确定的联系！这不妨称之为统计性的因果关系。从决定论的因果关系到统计性的因果关系，无疑是观念与信仰的一大倒退。玻恩其实意识到这些倒退的严重性，并且他说没有办法，事实这么，只能接受。而且，许多大化学学家都不接受，非常是爱因斯坦。将近三六年后玻恩为这统计演绎而获诺奖，爱因斯坦向他庆贺，并说这迟到的奖早就应当给你的，玻恩回答说，这是由于人们太难接受这统计性的因果关系了。确实，爱因斯坦和英费尔德在她们的书中说，现代化学学目前所提出的解是暂时的还是最终的解，后世一定会作出判定。争辩的焦点，在于这统计包含了人的诱因，由于统计是要由人来做的。这样一来，化学学甚至整个科学就不完全客观，而有了主观的诱因。把这主观性进一步发挥，就步入心灵和信仰的范畴。有一位日本名校的院士写出了著作《灵魂的化学学》，这就扯远了。还是回归题外话，来说爱因斯坦和英费尔德这本书所讨论的化学学思维与观念的发展。
《灵魂的化学学》
既然薛定谔多项式的波不是物质性的，借以所谓波粒两象性中的波不具有物质性，只是拿来估算粒子的统计机率的物理的波，这波与粒子就不再对立冲突，而都统一于粒子了。作为物质，只有粒子而没有波！只是这粒子没有确定的轨道，不是精典的伽利略牛顿的粒子，而是具有测不准的量子热学的粒子。概括上去说，就是三百多年来，化学学思维与观念的变迁和进化，经历了从粒子到波场，又从波场到粒子的过程，只是后来的粒子具有量子性，具有测不准，不再是伽利略牛顿机械观的粒子；后来的波场也具有量子性，不是物质分布的场而是机率幅的场，不再是法拉第、麦克斯韦和后来爱因斯坦相对论性图式观的物质场。爱因斯坦和英费尔德的这本书，说的就是化学学思维与观念这三百多年来的进化与变革。
小结
爱因斯坦和英费尔德在一开头就强调，三百多年来，化学学从精典机械观到场域观再到量子机率观的变迁与进化，基础在于思维方法的转变，即从亚里士多德经验思维到伽利略推理思维的转变。也就是说，从经验上升到理论。所以爱因斯坦一再指出，没有理论的经验不可信。德布罗意提出电子具有波动性，薛定谔猜出波动多项式，玻恩想到波是机率幅，海森伯认识到测不准，等等，这一切虽然与实验相符，但都还须要理论的论证。非常是玻恩的统计演绎，和由此带来的统计性因果观，太难接受和须要论证了。这就要说到希尔伯特和冯诺伊曼。为了让我们接受量子热学的机率性，冯诺伊曼逻辑地论证了这是希尔伯特空间最恰当的化学。但这又是一段理智思维的故事，爱因斯坦和英费尔德在书中没有接着往下说，我们就不进一步展开，还是在此打住吧。
总结一下，读爱因斯坦和英费尔德的这部《物理学的进化》，有两点值得指出。
首先，化学学或则通常地说科学，是客观外部世界在我们脑子中的反映，是人类脑子的创造，不要以为科学就是完全客观的，它会随着我们认识的改变而改变。以为科学的就是客观的，这完全是一种习惯性的误会。
另外，我们脑子中的思维观念具有惯性，习以为常，总想保持不变，以为固有的思维观念是永远正确的。从牛顿的三维空间+绝对时间到相对论统一的四维闵可夫斯基空间，从平直的闵可夫斯基空间到广义相对论弯曲的黎曼空间，再到量子热学的无限维希尔伯特空间，每一次演化都要经历观念的转换和克服巨大的惯性。爱因斯坦的名子当时在亚洲妇婴皆知，就是由于相对论冲击和改变了传统的时空观。
化学学思维观念三百多年的演进给我们提了个醒，要求我们的思维随着观测世界的变化而有完全的修身和灵活，不能脑子死板顽固不变。