1913年秋,维也纳召开了德国科学家与物理学家大会,爱因斯坦应邀参加会议。会上,他对重力理论的新思想做了简明阐述。当时,爱因斯坦已是杰出的物理学家。社会流传他已经发现了广义相对论。这个理论比他1905年提出的狭义相对论还“难懂”,与实验室物理学相去甚远。因此,会议吸引了众多观众前来听讲。爱因斯坦从最浅显易懂的观点出发,循序渐进讲解,尽量让听众明白这一事实:只要前人的理论存在缺陷和不足,就有必要做出根本改变。
爱因斯坦这样解释自己的理论:
首先,电本质研究只考虑了电厂力。人们发现了电荷之间的相互作用,包括吸引力和排斥力,并且力的强度随着电荷之间距离的平方而减小,就像牛顿万有引力一样。后来,人们发现了电流,接着又发现运动的磁体和电荷都能产生电流。这促进了电的工业应用。最后,电磁波被发现,并应用于无线电通信和广播领域。谁也没想到,这一切伟大的成就仅始于电荷间简单的相互作用。对万有引力理论,我们的认知仍然处于初始阶段,仅仅熟悉物质体之间的吸引规律。我们必须创造一个比牛顿万有引力定律更有解释力的引力理论。这就像人们从本杰明·富兰克林[18]的理论中发展了无线电波理论一样。
在演讲中,爱因斯坦说,他的理论借用了维也纳一位年轻物理学家的数学概念,随即便问,他在不在观众席。真的有位年轻人站起来了。爱因斯坦请他多站一会儿,目的是让大家好好看看。这位年轻人名叫弗里德里希·科特勒,后就职于美国纽约州罗切斯特市伊士曼柯达公司。
爱因斯坦趁着在维也纳的日子结识了物理学家、哲学家恩斯特·马赫。他的思想深深地影响了爱因斯坦的理论[19]。在维也纳大学,马赫做过关于历史和“推导”科学理论的讲座——即在物理学和化学中,如何将个人观测结果升华到一般规律的讲座。马赫因瘫痪十二年,退休在家。他住在维也纳近郊的一所公寓里,潜心研究,偶尔有些来访者。一进他家,你就能看到一位头发灰白、胡须凌乱、满脸慈祥、稳重和善的老人。他看上去像斯拉夫农民。他总爱对来访者说,“请大声点,我不光性子不好,耳朵也不好。”马赫对这位提出相对论的来访者特别感兴趣。
虽然,爱因斯坦相当钦佩马赫物理逻辑结构的理念,但其中有些观点他不认同。据爱因斯坦判断,马赫不相信一些科学家的观点——即通过想象力建立的一般规律不单单是对事实的省力描写。马赫主张,科学就是用函数关系对感觉要素及其相互关系的摹写。摹写是简单化和抽象化的思维,思维具有经济的倾向。“思维经济原则”指的是,用尽可能少的劳动、尽可能少的思维消耗、尽可能简单的方法、尽可能短的时间,对事实做出尽可能完善的陈述,获得尽可能多的思维成果。马赫认为,科学的一般规律仅是让人们更容易记住个别事实的一种方式。他所说的“更容易”很明显指的是“不费力”,马赫所谓的“经济”似乎是心理学上的“省力”。
交谈后,爱因斯坦问马赫:“如果我们假设气体中存在原子,则能够预测到这种气体的可观测性质。但是,如果不做这样的假设,就无法做出预测。如果一定要作预测,就需要经过复杂、艰难、烦琐的运算过程。你会接受这样的假设吗?当然,我的意思是,只有通过假设气体中存在原子,才能预测气体几个可观测性质之间的关联。就这种情况而言,原子存在的假设是不是可视为‘经济的’呢?”
马赫说:“如果借助原子存在的假说,人们可以建立几个可观测性质之间的关联,并且如果没有这些可观测性质,其联系就孤立了。那我认为这是‘经济的’。借助这样的假说,各种观察结果间的联系都能从一个假设中推导出来。因此,即使运算过程复杂又艰难,我也不会拒绝。”
爱因斯坦对此回答非常满意,他说:“那么,您说到的‘简单’和‘经济’不是指‘心理上的省力’,而是‘逻辑上的省力’。可观测性质应当尽量从最少的假设中推导出来,即使这些假设看上去是‘任意的’,运算也是烦琐的。”
既然以逻辑的方式解释了“经济”,那么从物理理论的标准来讲,爱因斯坦和马赫的观点不再有冲突。马赫在两人的对话中做出了让步。爱因斯坦认为马赫的著作只关注“心理上的省力”。爱因斯坦当时是满意的,但仍对“马赫哲学”心存反感。