哈佛大學(xué)科學(xué)史和物理學(xué)教授彼得·加里森的學(xué)術(shù)生涯經(jīng)歷了許多不同的時(shí)刻。上世紀(jì)70年代末的科學(xué)史研究并不注重實(shí)驗(yàn)（室）本身，只將其作為一種理論誕生的附著品。而他本人對(duì)實(shí)驗(yàn)與儀器更感興趣，這讓他重新思考愛(ài)因斯坦。因?yàn)閻?ài)因斯坦在專利局從事的是一份務(wù)實(shí)的專業(yè)工作，而非他后來(lái)更被人熟知的抽象世界的形象。愛(ài)因斯坦得到相對(duì)論，真的是純粹的思維結(jié)果嗎？為什么他會(huì)用火車與觀察者的同步作為比喻呢？事實(shí)證明，愛(ài)因斯坦并非只是比喻，思考協(xié)調(diào)時(shí)鐘這一技術(shù)性問(wèn)題的也并非只有愛(ài)因斯坦一人——甚至這是19世紀(jì)末的一個(gè)產(chǎn)業(yè)，其中也有另一位偉大的全才型學(xué)者龐加萊的身影。他與愛(ài)因斯坦將“同時(shí)性”的概念從技術(shù)與哲學(xué)的層面帶入了物理學(xué)的核心地帶，在這三重作用下，人類文明被徹底改變了。

撰文 | 彼得·加里森（Peter Galison）

編譯 | 1/137
“我感興趣的是彎曲光譜的邊緣，使抽象和具體直接碰撞?！?/p>

——彼得·加里森

真正的時(shí)間永遠(yuǎn)不會(huì)僅僅通過(guò)時(shí)鐘來(lái)揭示——牛頓對(duì)此深信不疑。即使是鐘表大師的杰作，也只能提供絕對(duì)時(shí)間的蒼白影子，絕對(duì)時(shí)間不屬于人類世界，而屬于“上帝的感覺(jué)”（sensorium of God）。潮汐、行星、月亮——牛頓相信，在單調(diào)的、永恒流動(dòng)的時(shí)間之河的宇宙背景襯托下，萬(wàn)物皆變。在愛(ài)因斯坦的電子世界里，除非參考一個(gè)明確的關(guān)聯(lián)時(shí)鐘系統(tǒng)，否則沒(méi)有這樣一種可稱之為時(shí)間的“處處都能聽(tīng)到的嘀嗒聲”的容身之所，也沒(méi)有辦法有意義地定義時(shí)間……對(duì)于一個(gè)靜止的時(shí)鐘觀察者（clock-observer）來(lái)說(shuō)，同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件，對(duì)運(yùn)動(dòng)中的觀察者則不然。伴隨著這一沖擊，牛頓物理學(xué)的基礎(chǔ)破裂了，而愛(ài)因斯坦對(duì)此心知肚明。晚年他在《自述》（autobiographical notes）中插入對(duì)艾薩克·牛頓爵士的呼告（apostrophize），仿佛其間的幾個(gè)世紀(jì)都消失了[1]；在反思他的相對(duì)論所動(dòng)搖的絕對(duì)時(shí)空時(shí)，愛(ài)因斯坦寫(xiě)道：“牛頓啊，請(qǐng)?jiān)徫?；你所發(fā)現(xiàn)的道路，在你那個(gè)時(shí)代，是一位具有最高思維能力和創(chuàng)造力的人所能發(fā)現(xiàn)的唯一道路?！盵2]這一翻天覆地的時(shí)間劇變的核心，是一個(gè)非凡卻又容易表述的思想，從那以后，它一直是物理學(xué)、哲學(xué)和技術(shù)的中心：要討論同時(shí)性，你必須用光信號(hào)將兩個(gè)時(shí)鐘同步，根據(jù)光信號(hào)到達(dá)的時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。還有什么比這更簡(jiǎn)單的呢？有了這個(gè)時(shí)間的定義，相對(duì)論的最后一塊拼圖就找到了位置，從而永遠(yuǎn)地改變了物理學(xué)。

實(shí)驗(yàn)與儀器如何改變科學(xué)？

1979年紀(jì)念愛(ài)因斯坦誕辰百年時(shí)，所有這些重大事件的演講者都只把物理學(xué)當(dāng)作理論來(lái)談?wù)?。我?duì)此覺(jué)得十分奇怪，像愛(ài)因斯坦這樣的人，一開(kāi)始是一名專利局職員，對(duì)實(shí)驗(yàn)抱有濃厚的興趣，卻留下了如此徹底的抽象形象。我對(duì)愛(ài)因斯坦的興趣即始于那個(gè)時(shí)期，但在愛(ài)因斯坦之外，我還對(duì)實(shí)驗(yàn)和理論驚人的協(xié)同方式感到好奇，著迷于工藝知識(shí)與理論物理學(xué)的巨大抽象之間的緊密結(jié)合。

多年來(lái)，我的工作一直受到抽象思想與極為具體的對(duì)象之間奇特對(duì)峙的指引?？茖W(xué)史、社會(huì)學(xué)和認(rèn)識(shí)論于我而言緊密相連，我在科學(xué)史領(lǐng)域所從事的工作始終受到哲學(xué)問(wèn)題的推動(dòng)與啟迪。例如，我對(duì)什么算作一個(gè)論證感興趣；何為完成了一項(xiàng)論證？實(shí)驗(yàn)者如何區(qū)分真實(shí)效應(yīng)與儀器或環(huán)境的人為效應(yīng)？我們自認(rèn)為知道數(shù)學(xué)演繹的結(jié)論意味著什么，但是如果我通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬演示了某個(gè)結(jié)果，那又意味著什么呢？如果我進(jìn)行一次模擬，并展示了彗星尾部形成了島嶼，我是證明了這個(gè)結(jié)果呢，還是僅僅是開(kāi)始了一個(gè)需要更多分析性的數(shù)學(xué)推導(dǎo)的解釋呢？這些問(wèn)題如今仍然困擾著各個(gè)領(lǐng)域。它們不可避免地既是歷史的又是認(rèn)識(shí)論的問(wèn)題——也就是說(shuō)，它們既涉及到普通的科學(xué)實(shí)踐，同時(shí)又是根本性的哲學(xué)問(wèn)題?？梢赃@么說(shuō)，當(dāng)我選擇解決一個(gè)問(wèn)題時(shí)，通常是因?yàn)樗贿@些不同的光照亮了。

早在上世紀(jì)70年代末，當(dāng)我和其他一些歷史學(xué)家、社會(huì)學(xué)家和哲學(xué)家開(kāi)始關(guān)注儀器和實(shí)驗(yàn)室時(shí)，在科學(xué)史研究中強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)研究似乎還相當(dāng)奇怪。大多數(shù)歷史學(xué)家和哲學(xué)家熱衷于表明（托馬斯·庫(kù)恩（Thomas Kuhn）的工作余波），所有的科學(xué)都源自理論。我想這是對(duì)20世紀(jì)20年代到50年代實(shí)證主義（positivism）的一種反動(dòng)，當(dāng)時(shí)哲學(xué)家們堅(jiān)持認(rèn)為所有的知識(shí)都源于感知和觀察。無(wú)論如何，沒(méi)有人認(rèn)真研究何為實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室從何而來(lái)，以及它如何運(yùn)作。從那時(shí)起，對(duì)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐的歷史及其發(fā)展變化的探究已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)更大的研究領(lǐng)域。我不僅對(duì)實(shí)驗(yàn)室本身感興趣，而且對(duì)最抽象的理論也感興趣。例如，最近我一直在寫(xiě)關(guān)于弦論的文章，具體而言是物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家之間在試圖厘清什么應(yīng)該被證明時(shí)的對(duì)峙，這無(wú)疑是有史以來(lái)科學(xué)中最抽象的形式。

其實(shí)，對(duì)于每個(gè)具體的例子，我最感興趣的是哲學(xué)問(wèn)題如何啟發(fā)并被科學(xué)實(shí)踐所闡明，有時(shí)具體，有時(shí)抽象。我想我總是對(duì)拋開(kāi)中級(jí)泛化（mid-level generalization）感興趣，而探索最抽象和最具體的結(jié)合方式，就像在《愛(ài)因斯坦的時(shí)鐘和龐加萊的地圖》（Einstein’s Clocks, Poincaré's Maps）中做的那樣。對(duì)于從紫外線到紅外線的順滑光譜里有什么我并不感興趣，我希望“彎曲”光譜的邊緣，使抽象和具體更直接地碰撞在一起。

彼得·加里森所著《愛(ài)因斯坦的時(shí)鐘和龐加萊的地圖：時(shí)間帝國(guó)》（Einstein's Clocks and Poincaré's Maps: Empires of Time）一書(shū)。

許多年前，當(dāng)我開(kāi)始我的工作時(shí)，科學(xué)史幾乎完全集中在思想和理論的歷史上。實(shí)驗(yàn)與儀器，對(duì)于人們關(guān)注的議題，在某種程度上只是作為產(chǎn)生理論的輔助工具。而我開(kāi)始感興趣的是某些儀器，或者說(shuō)它們的使用方式，如何影響知識(shí)的運(yùn)作方式以及人們提出的問(wèn)題。我的第一本書(shū)《實(shí)驗(yàn)是如何結(jié)束的》（How Experiments End）講的就是，無(wú)論是使用小型桌面設(shè)備還是涉及數(shù)百人的大型實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)人員如何確定他們正在觀察的是真實(shí)的東西。

然后我轉(zhuǎn)向了物理學(xué)的另一種亞文化——是一種真正對(duì)機(jī)器本身，而不僅僅是實(shí)驗(yàn)感興趣的人的亞文化。我想知道某些特定設(shè)備是如何承載基本原理的。例如，像云室（cloud chambers）和氣泡室（bubble chambers）這樣能產(chǎn)生圖像的機(jī)器，是如何在20世紀(jì)的大部分時(shí)間里成為一群物理學(xué)家的標(biāo)準(zhǔn)證據(jù)的？或者，像蓋革計(jì)數(shù)器（Geiger counters）這樣有趣的小東西——當(dāng)它們靠近放射性物質(zhì)時(shí)，會(huì)發(fā)出咔噠聲——是如何產(chǎn)生一種統(tǒng)計(jì)上的論據(jù)的？并且讓我感興趣的是兩類科學(xué)家們的傳統(tǒng)的對(duì)照：一類想通過(guò)拍照來(lái)了解事物；另一類是計(jì)算的傳統(tǒng)，他們想把信息更定量地結(jié)合起來(lái)，你也可以說(shuō)這是數(shù)字化的，從而產(chǎn)生一個(gè)論證邏輯。我的第二本書(shū)《圖像與邏輯》（Image and Logic）正是關(guān)于現(xiàn)代物理學(xué)中這兩個(gè)巨大的、長(zhǎng)期存在的傳統(tǒng)的。

最近，我一直在研究我認(rèn)為是物理學(xué)的第三種亞文化：理論家。我想要了解的是，理論家在創(chuàng)造最抽象的物理概念時(shí)，無(wú)論是量子場(chǎng)論、相對(duì)論，還是任何其他理論分支，是如何將抽象概念同現(xiàn)實(shí)世界非常具體的機(jī)器和設(shè)備相關(guān)聯(lián)起來(lái)的。具體而言，在《愛(ài)因斯坦的時(shí)鐘和龐加萊的地圖》一書(shū)中，我追尋的是19世紀(jì)晚期對(duì)同時(shí)性（simultaneity）的廣泛關(guān)注——時(shí)間是什么，時(shí)鐘又是什么。這里還有一個(gè)關(guān)鍵的抽象和哲學(xué)的維度，但它也源自純粹的技術(shù)關(guān)切。例如，你如何繪制地圖或通過(guò)海底電纜發(fā)送信號(hào)？如何協(xié)調(diào)和分流列車，使它們?cè)谕卉壍郎舷嘞蛐旭倳r(shí)不會(huì)相撞？最后，我對(duì)理論家的興趣讓我開(kāi)始關(guān)注19世紀(jì)末最緊迫的物理問(wèn)題，即當(dāng)一個(gè)物體穿過(guò)人們稱為“以太”的無(wú)所不在的實(shí)體時(shí)，電和磁是如何作用的。

我對(duì)科學(xué)的物質(zhì)性的興趣可以追溯到我的童年。我的曾祖父一直活到90多歲，他曾在柏林接受培訓(xùn)，后來(lái)在托馬斯·愛(ài)迪生（Thomas Ediosn）的實(shí)驗(yàn)室工作，是一名電氣工程師。我和他一起在他的地下室度過(guò)了很長(zhǎng)一段時(shí)間。我完全被他所做的事吸引住了。那里就是你能想象的弗蘭肯斯坦博士（Dr. Frankenstein）電影中的實(shí)驗(yàn)室，有巨大的雙擲開(kāi)關(guān)，電弧閃耀于黑暗的空間中，架子上排列著裝滿水銀的瓶子。我喜歡這里的一切。我17歲時(shí)離開(kāi)高中，在巴黎綜合理工學(xué)院（Ecole Polytechnique）學(xué)習(xí)了一年的物理和數(shù)學(xué)。我曾有機(jī)會(huì)跟隨偉大的數(shù)學(xué)家勞朗·施瓦茨（Laurent Schwartz）學(xué)習(xí)。我去過(guò)法國(guó)很多次，會(huì)說(shuō)法語(yǔ)，之所以想去法國(guó)是因?yàn)槲覍?duì)歐洲政治很感興趣——那是政治上的瘋狂時(shí)期，直到越南戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束。我想，要想在一個(gè)有趣的地方工作，唯一的機(jī)會(huì)就是從事物理方面的研究，所以我給各個(gè)物理實(shí)驗(yàn)室寫(xiě)了信。而他們接納了我，一定是出于好玩的原因——一個(gè)17歲的美國(guó)人竟然會(huì)給理工學(xué)院寫(xiě)信。

剛開(kāi)始的時(shí)候，我對(duì)哲學(xué)問(wèn)題很感興趣，認(rèn)為學(xué)習(xí)物理是解決其中一些問(wèn)題的途徑。我在一個(gè)研究等離子體物理的實(shí)驗(yàn)室里工作，現(xiàn)在很多實(shí)驗(yàn)是在宏偉的實(shí)驗(yàn)室中的巨型機(jī)器里完成的，而當(dāng)時(shí)還可以在比桌子大不了多少的設(shè)備上做小規(guī)模的實(shí)驗(yàn)。我對(duì)這些機(jī)器，信號(hào)發(fā)生器、記錄裝置、示波器，以及關(guān)于世界的理論知識(shí)是如何從這些物質(zhì)實(shí)體中產(chǎn)生的非常著迷。在哈佛讀書(shū)時(shí)，我找到了一種方法，將學(xué)習(xí)的大量的物理知識(shí)與歷史和哲學(xué)結(jié)合起來(lái)。

這把我?guī)Щ氐搅藧?ài)因斯坦。

協(xié)調(diào)時(shí)鐘：愛(ài)因斯坦的隱喻與明示

我們今天所了解的愛(ài)因斯坦大部分是基于他的晚年經(jīng)歷，那時(shí)他為自己幾乎疏遠(yuǎn)所有社交和人類事物而感到自豪，把自己塑造成一個(gè)心不在焉、超脫世俗的人物。我們記得愛(ài)因斯坦說(shuō)過(guò)，對(duì)于一個(gè)理論物理學(xué)家來(lái)說(shuō)，最好的事情是在與世隔絕的地方靜靜地守護(hù)燈塔，以便能夠進(jìn)行純粹地思考。我們對(duì)理論物理學(xué)家有這樣的刻板印象，并將其投射到愛(ài)因斯坦的奇跡年，1905。人們很容易認(rèn)為他在專利局做一份日常工作只是為了維持生計(jì)，而實(shí)際上他真正的工作純粹是腦力的。這種分裂的生活方式對(duì)我來(lái)說(shuō)毫無(wú)意義；我想知道他在機(jī)器和物體細(xì)節(jié)方面的工作是如何與那些抽象概念聯(lián)系起來(lái)的，并開(kāi)始思考相對(duì)論本身是如何與創(chuàng)造相對(duì)論的時(shí)間、地點(diǎn)和機(jī)器聯(lián)系在一起。

多年以后——1997年某個(gè)夏日——我在北歐的一個(gè)火車站里，看著站臺(tái)上優(yōu)雅排列的時(shí)鐘，分針都是一樣的。我想，“天吶，他們那時(shí)造了如此非凡的時(shí)鐘。多么了不起的裝置！”但隨后我注意到，秒針也在同步滴答作響。這意味著這些鐘太準(zhǔn)了。于是我想也許它們并不是精準(zhǔn)的時(shí)鐘，也許它們只是被電信號(hào)連接在一起，同步前進(jìn)而已。也許愛(ài)因斯坦在寫(xiě)相對(duì)論論文的時(shí)候見(jiàn)過(guò)這樣的鐘。

回到美國(guó)后，我開(kāi)始翻閱瑞士、英國(guó)、德國(guó)和美國(guó)的舊專利和工業(yè)記錄，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在19世紀(jì)晚期有一個(gè)巨大的協(xié)調(diào)時(shí)鐘產(chǎn)業(yè)。突然之間，愛(ài)因斯坦1905年論文開(kāi)頭的那個(gè)著名比喻看起來(lái)就不那么奇怪了。愛(ài)因斯坦要求我們審視同時(shí)性的含義。他說(shuō)，想象一列火車進(jìn)站，你就站在這里。如果當(dāng)火車駛停在你面前，你手表上的時(shí)針剛好指向7點(diǎn)時(shí)，那么你會(huì)說(shuō)火車到達(dá)和你手表上顯示的7點(diǎn)是同時(shí)的。但是，當(dāng)你的時(shí)鐘在7點(diǎn)時(shí)，一輛火車恰好抵達(dá)遠(yuǎn)方的車站，這意味著什么？愛(ài)因斯坦接著發(fā)展了一種技術(shù)來(lái)說(shuō)明這意味協(xié)調(diào)時(shí)鐘，并解釋說(shuō)這就是同時(shí)性。同時(shí)性的準(zhǔn)操作（quasi-operational）定義成為他理論的基礎(chǔ)，并導(dǎo)致他得出了驚人的結(jié)論，即同時(shí)性依賴于參照系，由此長(zhǎng)度的測(cè)量在不同的參照系中是不同的。還有所有其他著名且驚人的相對(duì)論結(jié)果，都是源于這個(gè)概念。

突然間我明白了，愛(ài)因斯坦關(guān)于火車和車站的那些看似抽象的比喻，實(shí)際上完全是隱喻，但也完全是字面意思。擔(dān)心“同時(shí)性”的意義的人不止一個(gè)，不只有一個(gè)與世隔絕的燈塔看守人，還有一大群人在擔(dān)心“一列火車即將到達(dá)一個(gè)遙遠(yuǎn)的火車站意味著什么”。他們將電信號(hào)通過(guò)電報(bào)線路發(fā)送到遙遠(yuǎn)的車站，以此來(lái)確定同時(shí)性，這種方式與愛(ài)因斯坦在那篇改變歷史的論文中描述的方式非常相似。

龐加萊的技術(shù)與工程

因此我開(kāi)始進(jìn)一步研究，想知道在19世紀(jì)末還有誰(shuí)會(huì)擔(dān)心同時(shí)性。事實(shí)證明，偉大的法國(guó)哲學(xué)家、數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家龐加萊與愛(ài)因斯坦的想法大致相同。他還想批判絕對(duì)同時(shí)性的概念，并讓它成為一種可以衡量的東西。龐加萊沒(méi)有選擇火車和車站，而是選擇了電報(bào)員在一條線路上交換信號(hào)作為他的關(guān)鍵隱喻。

在他1898年1月發(fā)表的著名哲學(xué)文章中[3]，龐加萊說(shuō)，同時(shí)性實(shí)際上只是信號(hào)的交換，就像兩個(gè)報(bào)務(wù)員試圖確定他們之間有多少經(jīng)度差。如果地球是靜止的，我們只要抬頭看看哪些恒星正對(duì)著我們，就能找到我們的經(jīng)度。但是地球在轉(zhuǎn)動(dòng)，所以要比較兩個(gè)經(jīng)度，也就是兩個(gè)不同位置上方的恒星，你必須同時(shí)進(jìn)行測(cè)量。因此，幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，地圖繪制者一直擔(dān)心同時(shí)性問(wèn)題以及如何確定它。到19世紀(jì)晚期，人們通過(guò)海底電纜跨越大洋交換電時(shí)間信號(hào)（編者注：參見(jiàn)《一根電纜連起歐美大陸，人類通信歷史從此改變》），有趣的是，龐加萊就在其中——1899年，他被選為巴黎經(jīng)度局（Bureau of Longitude in Paris）的主席。后來(lái)在1900年12月，他把他對(duì)時(shí)間的新定義從哲學(xué)和技術(shù)帶入了物理學(xué)的中心地帶。他表明，如果電報(bào)員在以太中移動(dòng)時(shí)協(xié)調(diào)他們的時(shí)鐘，他們的時(shí)鐘就會(huì)“看起來(lái)”是同時(shí)的，盡管從“真正的”以太靜止系來(lái)看，它們并不同時(shí)。但現(xiàn)在，對(duì)龐加萊來(lái)說(shuō)，同時(shí)性的新定義矗立在哲學(xué)、技術(shù)和物理三大領(lǐng)域的核心。

龐加萊不僅是他那個(gè)時(shí)代著名的數(shù)學(xué)家和哲學(xué)家，他也是一個(gè)擁有高超工程技能的人。他在巴黎綜合理工學(xué)院和巴黎礦業(yè)學(xué)院受訓(xùn)成為一名見(jiàn)多識(shí)廣的工程師，后來(lái)成為綜合理工學(xué)院最杰出的教授之一。讓我感興趣的是龐加萊的情境性（situatedness）：就像愛(ài)因斯坦一樣，當(dāng)龐加萊援引經(jīng)度測(cè)報(bào)員時(shí)，他既是在比喻，也是在字面上的。他改變了所有物理學(xué)的核心概念，同時(shí)也解決了地圖繪制者的實(shí)際操作問(wèn)題。

雖然遠(yuǎn)不如愛(ài)因斯坦出名，但在世紀(jì)之交，龐加萊的大眾哲學(xué)著作《科學(xué)與假設(shè)》（La Science et l'Hypothèse）和《科學(xué)的價(jià)值》（La Valeur de la Science）在法國(guó)都是暢銷書(shū)。這兩本書(shū)對(duì)現(xiàn)代科學(xué)哲學(xué)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，時(shí)至今日，人們?nèi)詴?huì)在哲學(xué)課程中閱讀它們。它們很早就被翻譯成許多其他語(yǔ)言，包括德語(yǔ)和英語(yǔ)，并被廣泛傳播。龐加萊開(kāi)創(chuàng)了包括拓?fù)鋵W(xué)在內(nèi)的眾多數(shù)學(xué)全新領(lǐng)域。他幫助創(chuàng)造了混沌科學(xué)，我們對(duì)復(fù)雜性科學(xué)的理解在很大程度上要?dú)w功于他。他對(duì)后來(lái)的相對(duì)論做出了巨大貢獻(xiàn)，而后者在物理學(xué)的許多其他分支中也很重要。他是一個(gè)真正的全才，還繼續(xù)從事工程方面的工作。埃菲爾鐵塔是為國(guó)際博覽會(huì)而建的，龐加萊是拯救鐵塔免于被拆除的人之一，因?yàn)樗l(fā)現(xiàn)了一種把它用作軍事天線的方法。事實(shí)上，在很大程度上，在龐加萊的指導(dǎo)下，埃菲爾鐵塔本身變成了一個(gè)巨大的天線，可以向世界各地發(fā)送時(shí)間信號(hào)——從加拿大到非洲之巔的測(cè)繪員都能靠它工作。他在高等工程和抽象數(shù)學(xué)之間流暢地來(lái)回切換，在許多領(lǐng)域都留下了豐厚的遺產(chǎn)，他總是以具體、直觀的方式進(jìn)行推理——可以說(shuō)，他是一個(gè)抽象工程師。他對(duì)時(shí)間的看法也不例外。

物理、歷史與哲學(xué)的交匯

在了解了更多關(guān)于龐加萊的知識(shí)后，我試圖理解他和愛(ài)因斯坦是如何從根本上重新定義時(shí)間和空間觀念的，為此我審視哲學(xué)上的抽象問(wèn)題，研究物理學(xué)上的問(wèn)題，以及一些技術(shù)問(wèn)題（比如防止火車相撞，協(xié)調(diào)橫跨帝國(guó)的地圖繪制等），而這些問(wèn)題可能適合整合成一個(gè)故事。它從一個(gè)非常簡(jiǎn)單的想法開(kāi)始：如果我能讓兩個(gè)事件的時(shí)鐘顯示相同的結(jié)果，則這兩個(gè)事件是同時(shí)發(fā)生的。那么我們?cè)撊绾螀f(xié)調(diào)這些時(shí)鐘？我從一個(gè)時(shí)鐘發(fā)送一個(gè)信號(hào)到另一個(gè)，并考慮信號(hào)到達(dá)對(duì)方所需的時(shí)間。這是基本的思想，但卻是相對(duì)論的所有，E=mc^2，以及愛(ài)因斯坦得到的很多結(jié)果的基礎(chǔ)。問(wèn)題是，這個(gè)想法從何而來(lái)？愛(ài)因斯坦和龐加萊這兩個(gè)人提出了這個(gè)實(shí)際的、幾乎是操作性的同時(shí)性概念，我想把他們看作是技術(shù)、哲學(xué)和物理推理的交匯點(diǎn)。他們是站在這三項(xiàng)交叉點(diǎn)正中間的兩個(gè)人。

有時(shí)人們問(wèn)我，愛(ài)因斯坦和龐加萊關(guān)于同時(shí)性的解釋的真正基礎(chǔ)是什么？它真的是物理學(xué)嗎，還是本質(zhì)上是技術(shù)，抑或歸結(jié)為哲學(xué)？我認(rèn)為這些都是錯(cuò)誤的提問(wèn)方式。對(duì)我來(lái)說(shuō)，這就像是在問(wèn)星形廣場(chǎng)（Place de l’Etoile）到底是在福煦大街（Avenue Foch）還是雨果大街。星形廣場(chǎng)之所以是一個(gè)地方，是因?yàn)樗挥谶@些大街的交匯處。我們正處在一個(gè)哲學(xué)、物理學(xué)和技術(shù)交匯的非凡時(shí)刻，正是因?yàn)樵谑兰o(jì)之交，三股非常強(qiáng)大的事業(yè)和推理潮流交匯在一起。這就像在一個(gè)巨大的劇院里，有三盞聚光燈同時(shí)射向同一個(gè)位置，那里就是焦點(diǎn)。

對(duì)于鐵路工程師和地圖繪制者來(lái)說(shuō)，知道如何定義同時(shí)性是很重要的。對(duì)哲學(xué)家來(lái)說(shuō)，弄清楚時(shí)間是什么、時(shí)鐘是什么，以及如何定義時(shí)間也是很重要的：是利用機(jī)械時(shí)鐘，還是利用天文現(xiàn)象，還是某種隱藏在所有表象背后的抽象時(shí)間。對(duì)于物理學(xué)家來(lái)說(shuō)，理解什么是同時(shí)性非常重要，這樣才能知道如何解釋物理學(xué)中最重要的方程：關(guān)于電和磁的麥克斯韋方程。龐加萊和愛(ài)因斯坦比任何人都更關(guān)心這個(gè)交匯的所有三個(gè)部分，這就是為什么要把它們放在一起理解。當(dāng)然，時(shí)鐘并沒(méi)有導(dǎo)致相對(duì)論，就像相對(duì)論沒(méi)有導(dǎo)致現(xiàn)代時(shí)鐘同步的轉(zhuǎn)變一樣。

愛(ài)因斯坦和龐加萊極具吸引力，因?yàn)槟銦o(wú)法想象在某些方面的相似處比這他們更相近的人了。他們有共同的朋友，在許多相同的地方發(fā)表文章，在許多相同的問(wèn)題上傾力研究。他們都在自己的專業(yè)領(lǐng)域處于頂尖地位，都喜歡為更廣泛的讀者寫(xiě)作，都被哲學(xué)家們非常認(rèn)真地對(duì)待，都對(duì)技術(shù)工程有濃厚的興趣并接受過(guò)訓(xùn)練。然而他們之間卻遠(yuǎn)得不能再遠(yuǎn)了。在某種程度上，他們讓我想起了弗洛伊德（Sigmund Freud），對(duì)他來(lái)說(shuō)，閱讀尼采（Friedrich Nietzsche）幾乎是無(wú)法忍受的，因?yàn)椋ǜヂ逡恋略趲讉€(gè)場(chǎng)合說(shuō)過(guò)）尼采的思想（和他）太接近了，但卻是圍繞著另一種不同的方法組織起來(lái)的。

龐加萊和愛(ài)因斯坦各自擁有19世紀(jì)和20世紀(jì)最多的科學(xué)通信集，包括他們和其他人數(shù)以千計(jì)的往來(lái)信件，他們兩人卻在生命中的交集里從未交換過(guò)一張明信片。在龐加萊生命的最后階段，他們見(jiàn)過(guò)一次面，當(dāng)時(shí)龐加萊主持一個(gè)非常重要的物理學(xué)會(huì)議中的一場(chǎng)，愛(ài)因斯坦在會(huì)上報(bào)告了他關(guān)于光量子的新想法。在會(huì)議的尾聲，龐加萊說(shuō)，愛(ài)因斯坦的報(bào)告與物理學(xué)應(yīng)有的樣子——即，它可以用因果相互作用（causal interactions）來(lái)描述，可以用合理的微分方程來(lái)描述，可以用原理和推論的清晰陳述來(lái)描述——如此不同，他簡(jiǎn)直無(wú)法忍受，并在做結(jié)語(yǔ)時(shí)明確表示，愛(ài)因斯坦所說(shuō)的是如此自相矛盾，以至于可以從它得出任何事情。他認(rèn)為這對(duì)科學(xué)來(lái)說(shuō)是一場(chǎng)災(zāi)難。愛(ài)因斯坦回到家后，給一個(gè)朋友潦草地寫(xiě)了一張便條，講述了同行們所做的令人驚嘆的工作，他是多么欽佩甚至仰慕洛倫茲（Hendrik Lorentz），但卻貶低龐加萊似乎什么都不懂。他們就像夜行船一樣彼此擦肩而過(guò)，根據(jù)相對(duì)性，互相無(wú)法認(rèn)可對(duì)方的存在。然而，在他們不愉快的相遇的幾周后，龐加萊為正在申請(qǐng)一份非常重要的工作的愛(ài)因斯坦寫(xiě)了一封推薦信。這是一封令人印象深刻的信，信中大體上說(shuō)，這個(gè)年輕人很可能會(huì)做一些最偉大的事情，即使他的瘋狂想法只有少數(shù)被證明是正確的，他也是一個(gè)極其重要的人物。這封信極富風(fēng)度和慷慨。他們?cè)僖矝](méi)有直接交流過(guò)一句話，也再也沒(méi)有見(jiàn)面。

愛(ài)因斯坦和龐加萊之間的對(duì)比，以及他們對(duì)所做事情的不同理解，代表了20世紀(jì)現(xiàn)代科學(xué)的兩種宏大而互相競(jìng)爭(zhēng)的愿景。盡管龐加萊和愛(ài)因斯坦對(duì)于相對(duì)論提出的方程非常相似——本質(zhì)上完全相同，龐加萊始終認(rèn)為他所做的是通過(guò)應(yīng)用理性來(lái)校正、修復(fù)或延續(xù)過(guò)去。正如他的一位親戚曾經(jīng)說(shuō)過(guò)的那樣，他是在填補(bǔ)世界地圖上的空白。愛(ài)因斯坦愿意用不同的方式，他說(shuō)舊的方法太復(fù)雜了，充滿了零敲碎打的解決方案，我們需要的是用幾條堅(jiān)實(shí)的原理作為純粹經(jīng)典的基礎(chǔ)，從頭再來(lái)。龐加萊認(rèn)為自己在某種程度上拯救了一個(gè)帝國(guó)——毫無(wú)疑問(wèn)是法蘭西帝國(guó)，但也是十九世紀(jì)物理學(xué)的帝國(guó)。他雄心勃勃，但與愛(ài)因斯坦的現(xiàn)代主義不同，這是一種補(bǔ)償性的、改良的現(xiàn)代主義，一種充滿理性希望的第三共和的現(xiàn)代主義。愛(ài)因斯坦的現(xiàn)代主義更具顛覆性、分類性和凈化性。只有通過(guò)理解哲學(xué)、物理學(xué)和技術(shù)的三重交匯，人們才能真正理解新世紀(jì)的每一個(gè)不同愿景。

科學(xué)發(fā)展的“臨界乳光”

你可能會(huì)問(wèn)，我也經(jīng)常想知道，現(xiàn)在該如何看待這類事。也就是說(shuō)，現(xiàn)在有沒(méi)有這種三重交匯的類比？我是這樣想的：當(dāng)你考慮龐加萊和愛(ài)因斯坦時(shí)，你是在試圖理解各種不同尺度下的時(shí)間協(xié)調(diào)和時(shí)鐘同步（synchronization）。他們?cè)噲D弄清楚如何在一個(gè)房間或天文臺(tái)、一個(gè)街區(qū)或整個(gè)城市內(nèi)協(xié)調(diào)時(shí)鐘，與此同時(shí)，擔(dān)心這些事情的人也在敷設(shè)橫跨太平洋和大西洋的電纜。愛(ài)因斯坦和龐加萊不僅擔(dān)心行星水平的尺度，還考慮如何在整個(gè)宇宙中的不同參照系中協(xié)調(diào)時(shí)鐘。他們?cè)趩?wèn)，同步是什么意思？同時(shí)性是什么意思？這些問(wèn)題出現(xiàn)在各個(gè)尺度，從最小的到最大的，從哲學(xué)和物理直至鐵路沿線的電線。從這個(gè)意義上，它不像我們?cè)诳茖W(xué)中提出的大多數(shù)問(wèn)題，因?yàn)樗鼪](méi)有這樣的特征：從純抽象的東西開(kāi)始，然后變成應(yīng)用物理和工程，最終在工廠車間結(jié)束。這不是柏拉圖式的提升，也不是馬克思主義的樸素版本，在其中，機(jī)器和機(jī)器車間的關(guān)系被慢慢地抽象到更廣闊的領(lǐng)域，直到它們成為一種宇宙理論。

時(shí)間的約定俗成性問(wèn)題，以及它如何與物理過(guò)程和程序等同起來(lái)的問(wèn)題，是人們所考慮的所有問(wèn)題中的關(guān)鍵。我們?cè)趯?shí)踐和哲學(xué)之間來(lái)回穿梭所需要隱喻，不僅僅是從抽象到具體的凝結(jié)；（這個(gè)過(guò)程）也不是蒸發(fā)，在蒸發(fā)過(guò)程中，水變成蒸汽時(shí)密度降低。相反，更有用的是物理學(xué)家稱之為臨界乳光（critical opalescence）的現(xiàn)象。通常的乳光是牡蠣殼的顏色，你可以看到所有的顏色都被反射出來(lái)，珍珠光彩奪目的表面或某些貝殼的內(nèi)表面，你可以同時(shí)看到紅色、綠色和白色。物質(zhì)的臨界乳光發(fā)生在非常特殊的情況下，例如在一個(gè)由水和蒸汽組成的系統(tǒng)中，溫度恰到好處。在這個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻（臨界點(diǎn)）發(fā)生了一些非同尋常的事情：液體開(kāi)始在所有的尺度上——從幾個(gè)分子大小到整個(gè)系統(tǒng)——發(fā)生蒸發(fā)和凝結(jié)。突然之間，由于各種大小的液滴形成——從幾個(gè)分子聚集到整個(gè)系統(tǒng)——每種波長(zhǎng)的光都會(huì)反射回來(lái)。如果你用藍(lán)光照射，你看到的是藍(lán)色；如果你用紅光照射，你看到的是紅色；如果你用黃光照射，你看到的是黃色。

這就是我們?cè)诳创@種情況時(shí)需要用到的隱喻。龐加萊和愛(ài)因斯坦在哲學(xué)問(wèn)題、物理問(wèn)題和實(shí)踐問(wèn)題之間來(lái)回切換。在19世紀(jì)90年代末，龐加萊在讀者是地圖繪制者和經(jīng)緯測(cè)繪員的雜志上發(fā)表文章，同時(shí)他也在物理學(xué)雜志和形而上學(xué)與道德雜志上發(fā)表文章。他的思維在哲學(xué)、物理和技術(shù)這三個(gè)領(lǐng)域之間來(lái)回切換，速度非?？?。

這樣一來(lái)有人可能會(huì)問(wèn)，這與現(xiàn)在相比如何？什么樣的臨界乳光標(biāo)志著近代的科學(xué)？在我看來(lái)，這似乎相當(dāng)罕見(jiàn)，但你可能會(huì)在圍繞計(jì)算而發(fā)展起來(lái)的科學(xué)藏品中看到它。在這里，關(guān)于意識(shí)，關(guān)于計(jì)算機(jī)如何運(yùn)行，關(guān)于科學(xué)、代碼和數(shù)學(xué)物理的思想都匯集在一起。馮·諾依曼（John von Neumann）認(rèn)為，意識(shí)及其器官（記憶、輸入—輸出、處理）是設(shè)計(jì)編程計(jì)算機(jī)的一種方式。這樣被編程的計(jì)算機(jī)就成了意識(shí)的模型。在計(jì)算發(fā)展過(guò)程中被編碼的信息思想，也成為更普遍地理解語(yǔ)言和交流的方式，并再次反饋回設(shè)備中。信息、熵和計(jì)算在更廣泛的層面上成為我們的隱喻。這種臨界乳光的時(shí)刻并不常見(jiàn)，肯定比我們所說(shuō)的科學(xué)革命更罕見(jiàn)。它們是另一種的東西。在這個(gè)意義上，臨界乳光指向的是科學(xué)所處的時(shí)間和地點(diǎn)——在那里，我們開(kāi)始在完全不同的尺度上，使用并通過(guò)機(jī)器進(jìn)行思考；我們?cè)诔橄蠛途唧w之間如此高頻地來(lái)回切換，它們以根本性的全新方式互相闡釋，而這種方式不是簡(jiǎn)單的蒸發(fā)或凝結(jié)模型可以比喻的。當(dāng)我們看到這種乳光時(shí)，我們應(yīng)該深入地挖掘它們，因?yàn)樗鼈兪俏覀兾幕淖兏飼r(shí)刻。

譯者注

[1]即“頓呼”，指寫(xiě)文章或講話過(guò)程中，敘述某人或某物時(shí)突然撇開(kāi)聽(tīng)眾或者讀者，而直接和所涉及的人或物說(shuō)話的一種修辭格。

[2]原文為：“Newton, forgive me; you found the only way which, in your age, was just about possible for a man of highest thought and creative power.” 此處直接采用了許良英等編譯的《愛(ài)因斯坦文集》（增補(bǔ)本第一卷，商務(wù)印書(shū)館）中的譯文。

[3] H. Poincaré, La mesure du temps, Revue de Métaphysique et de Morale 6 (1): 1-13(1898).

作者簡(jiǎn)介

彼得·加里森（Peter Galison）：哈佛大學(xué)Joseph Pellegrino教授、物理學(xué)教授；歷史科學(xué)儀器收藏主任。加里森教授著有多部著作，例如本文中提到的《愛(ài)因斯坦的時(shí)鐘和龐加萊的地圖：時(shí)間帝國(guó)》（Einstein's Clocks and Poincaré's Maps: Empires of Time），《實(shí)驗(yàn)如何結(jié)束：意象與邏輯》（How Experiments End），《客觀性》（Objectivity，與Lorraine Daston合作）等。前者獲得了輝瑞科學(xué)史最佳書(shū)籍獎(jiǎng)（Pfizer Prize for Best Book in the History of Science）。此外他還是制片人，參與多部科學(xué)紀(jì)錄片的制作。

本文編譯自Peter Galison, “EINSTEIN AND POINCARE, A Talk with Peter Galison”，有刪節(jié)。

原文地址：
https://www.edge.org/conversation/peter_galison-einstein-and-poincare。

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