撰文 | 彼得·加里森（Peter Galison）

编译 | 1/137

“我感兴趣的是弯曲光谱的边缘，使抽象和具体直接碰撞。”

——彼得·加里森

真正的时间永远不会仅仅通过时钟来揭示——牛顿对此深信不疑。即使是钟表大师的杰作，也只能提供绝对时间的苍白影子，绝对时间不属于人类世界，而属于“上帝的感觉”（sensorium of God）。潮汐、行星、月亮——牛顿相信，在单调的、永恒流动的时间之河的宇宙背景衬托下，万物皆变。在爱因斯坦的电子世界里，除非参考一个明确的关联时钟系统，否则没有这样一种可称之为时间的“处处都能听到的嘀嗒声”的容身之所，也没有办法有意义地定义时间……对于一个静止的时钟观察者（clock-observer）来说，同时发生的两个事件，对运动中的观察者则不然。伴随着这一冲击，牛顿物理学的基础破裂了，而爱因斯坦对此心知肚明。晚年他在《自述》（autobiographical notes）中插入对艾萨克·牛顿爵士的呼告（apostrophize），仿佛其间的几个世纪都消失了^[1]；在反思他的相对论所动摇的绝对时空时，爱因斯坦写道：“牛顿啊，请原谅我；你所发现的道路，在你那个时代，是一位具有最高思维能力和创造力的人所能发现的唯一道路。”^[2]这一翻天覆地的时间剧变的核心，是一个非凡却又容易表述的思想，从那以后，它一直是物理学、哲学和技术的中心：要讨论同时性，你必须用光信号将两个时钟同步，根据光信号到达的时间进行调整。还有什么比这更简单的呢？有了这个时间的定义，相对论的最后一块拼图就找到了位置，从而永远地改变了物理学。

实验与仪器如何改变科学？

1979年纪念爱因斯坦诞辰百年时，所有这些重大事件的演讲者都只把物理学当作理论来谈论。我对此觉得十分奇怪，像爱因斯坦这样的人，一开始是一名专利局职员，对实验抱有浓厚的兴趣，却留下了如此彻底的抽象形象。我对爱因斯坦的兴趣即始于那个时期，但在爱因斯坦之外，我还对实验和理论惊人的协同方式感到好奇，着迷于工艺知识与理论物理学的巨大抽象之间的紧密结合。

多年来，我的工作一直受到抽象思想与极为具体的对象之间奇特对峙的指引。科学史、社会学和认识论于我而言紧密相连，我在科学史领域所从事的工作始终受到哲学问题的推动与启迪。例如，我对什么算作一个论证感兴趣；何为完成了一项论证？实验者如何区分真实效应与仪器或环境的人为效应？我们自认为知道数学演绎的结论意味着什么，但是如果我通过计算机模拟演示了某个结果，那又意味着什么呢？如果我进行一次模拟，并展示了彗星尾部形成了岛屿，我是证明了这个结果呢，还是仅仅是开始了一个需要更多分析性的数学推导的解释呢？这些问题如今仍然困扰着各个领域。它们不可避免地既是历史的又是认识论的问题——也就是说，它们既涉及到普通的科学实践，同时又是根本性的哲学问题。可以这么说，当我选择解决一个问题时，通常是因为它被这些不同的光照亮了。

早在上世纪70年代末，当我和其他一些历史学家、社会学家和哲学家开始关注仪器和实验室时，在科学史研究中强调实验研究似乎还相当奇怪。大多数历史学家和哲学家热衷于表明（托马斯·库恩（Thomas Kuhn）的工作余波），所有的科学都源自理论。我想这是对20世纪20年代到50年代实证主义（positivism）的一种反动，当时哲学家们坚持认为所有的知识都源于感知和观察。无论如何，没有人认真研究何为实验室，实验室从何而来，以及它如何运作。从那时起，对实验实践的历史及其发展变化的探究已经发展成为一个更大的研究领域。我不仅对实验室本身感兴趣，而且对最抽象的理论也感兴趣。例如，最近我一直在写关于弦论的文章，具体而言是物理学家和数学家之间在试图厘清什么应该被证明时的对峙，这无疑是有史以来科学中最抽象的形式。

其实，对于每个具体的例子，我最感兴趣的是哲学问题如何启发并被科学实践所阐明，有时具体，有时抽象。我想我总是对抛开中级泛化（mid-level generalization）感兴趣，而探索最抽象和最具体的结合方式，就像在《爱因斯坦的时钟和庞加莱的地图》（Einstein’s Clocks, Poincaré's Maps）中做的那样。对于从紫外线到红外线的顺滑光谱里有什么我并不感兴趣，我希望“弯曲”光谱的边缘，使抽象和具体更直接地碰撞在一起。

虽然远不如爱因斯坦出名，但在世纪之交，庞加莱的大众哲学著作《科学与假设》（La Science et l'Hypothèse）和《科学的价值》（La Valeur de la Science）在法国都是畅销书。这两本书对现代科学哲学产生了深远的影响，时至今日，人们仍会在哲学课程中阅读它们。它们很早就被翻译成许多其他语言，包括德语和英语，并被广泛传播。庞加莱开创了包括拓扑学在内的众多数学全新领域。他帮助创造了混沌科学，我们对复杂性科学的理解在很大程度上要归功于他。他对后来的相对论做出了巨大贡献，而后者在物理学的许多其他分支中也很重要。他是一个真正的全才，还继续从事工程方面的工作。埃菲尔铁塔是为国际博览会而建的，庞加莱是拯救铁塔免于被拆除的人之一，因为他发现了一种把它用作军事天线的方法。事实上，在很大程度上，在庞加莱的指导下，埃菲尔铁塔本身变成了一个巨大的天线，可以向世界各地发送时间信号——从加拿大到非洲之巅的测绘员都能靠它工作。他在高等工程和抽象数学之间流畅地来回切换，在许多领域都留下了丰厚的遗产，他总是以具体、直观的方式进行推理——可以说，他是一个抽象工程师。他对时间的看法也不例外。

物理、历史与哲学的交汇

在了解了更多关于庞加莱的知识后，我试图理解他和爱因斯坦是如何从根本上重新定义时间和空间观念的，为此我审视哲学上的抽象问题，研究物理学上的问题，以及一些技术问题（比如防止火车相撞，协调横跨帝国的地图绘制等），而这些问题可能适合整合成一个故事。它从一个非常简单的想法开始：如果我能让两个事件的时钟显示相同的结果，则这两个事件是同时发生的。那么我们该如何协调这些时钟？我从一个时钟发送一个信号到另一个，并考虑信号到达对方所需的时间。这是基本的思想，但却是相对论的所有，E=mc²，以及爱因斯坦得到的很多结果的基础。问题是，这个想法从何而来？爱因斯坦和庞加莱这两个人提出了这个实际的、几乎是操作性的同时性概念，我想把他们看作是技术、哲学和物理推理的交汇点。他们是站在这三项交叉点正中间的两个人。

有时人们问我，爱因斯坦和庞加莱关于同时性的解释的真正基础是什么？它真的是物理学吗，还是本质上是技术，抑或归结为哲学？我认为这些都是错误的提问方式。对我来说，这就像是在问星形广场（Place de l’Etoile）到底是在福煦大街（Avenue Foch）还是雨果大街。星形广场之所以是一个地方，是因为它位于这些大街的交汇处。我们正处在一个哲学、物理学和技术交汇的非凡时刻，正是因为在世纪之交，三股非常强大的事业和推理潮流交汇在一起。这就像在一个巨大的剧院里，有三盏聚光灯同时射向同一个位置，那里就是焦点。

对于铁路工程师和地图绘制者来说，知道如何定义同时性是很重要的。对哲学家来说，弄清楚时间是什么、时钟是什么，以及如何定义时间也是很重要的：是利用机械时钟，还是利用天文现象，还是某种隐藏在所有表象背后的抽象时间。对于物理学家来说，理解什么是同时性非常重要，这样才能知道如何解释物理学中最重要的方程：关于电和磁的麦克斯韦方程。庞加莱和爱因斯坦比任何人都更关心这个交汇的所有三个部分，这就是为什么要把它们放在一起理解。当然，时钟并没有导致相对论，就像相对论没有导致现代时钟同步的转变一样。

爱因斯坦和庞加莱极具吸引力，因为你无法想象在某些方面的相似处比这他们更相近的人了。他们有共同的朋友，在许多相同的地方发表文章，在许多相同的问题上倾力研究。他们都在自己的专业领域处于顶尖地位，都喜欢为更广泛的读者写作，都被哲学家们非常认真地对待，都对技术工程有浓厚的兴趣并接受过训练。然而他们之间却远得不能再远了。在某种程度上，他们让我想起了弗洛伊德（Sigmund Freud），对他来说，阅读尼采（Friedrich Nietzsche）几乎是无法忍受的，因为（弗洛伊德在几个场合说过）尼采的思想（和他）太接近了，但却是围绕着另一种不同的方法组织起来的。

庞加莱和爱因斯坦各自拥有19世纪和20世纪最多的科学通信集，包括他们和其他人数以千计的往来信件，他们两人却在生命中的交集里从未交换过一张明信片。在庞加莱生命的最后阶段，他们见过一次面，当时庞加莱主持一个非常重要的物理学会议中的一场，爱因斯坦在会上报告了他关于光量子的新想法。在会议的尾声，庞加莱说，爱因斯坦的报告与物理学应有的样子——即，它可以用因果相互作用（causal interactions）来描述，可以用合理的微分方程来描述，可以用原理和推论的清晰陈述来描述——如此不同，他简直无法忍受，并在做结语时明确表示，爱因斯坦所说的是如此自相矛盾，以至于可以从它得出任何事情。他认为这对科学来说是一场灾难。爱因斯坦回到家后，给一个朋友潦草地写了一张便条，讲述了同行们所做的令人惊叹的工作，他是多么钦佩甚至仰慕洛伦兹（Hendrik Lorentz），但却贬低庞加莱似乎什么都不懂。他们就像夜行船一样彼此擦肩而过，根据相对性，互相无法认可对方的存在。然而，在他们不愉快的相遇的几周后，庞加莱为正在申请一份非常重要的工作的爱因斯坦写了一封推荐信。这是一封令人印象深刻的信，信中大体上说，这个年轻人很可能会做一些最伟大的事情，即使他的疯狂想法只有少数被证明是正确的，他也是一个极其重要的人物。这封信极富风度和慷慨。他们再也没有直接交流过一句话，也再也没有见面。

爱因斯坦和庞加莱之间的对比，以及他们对所做事情的不同理解，代表了20世纪现代科学的两种宏大而互相竞争的愿景。尽管庞加莱和爱因斯坦对于相对论提出的方程非常相似——本质上完全相同，庞加莱始终认为他所做的是通过应用理性来校正、修复或延续过去。正如他的一位亲戚曾经说过的那样，他是在填补世界地图上的空白。爱因斯坦愿意用不同的方式，他说旧的方法太复杂了，充满了零敲碎打的解决方案，我们需要的是用几条坚实的原理作为纯粹经典的基础，从头再来。庞加莱认为自己在某种程度上拯救了一个帝国——毫无疑问是法兰西帝国，但也是十九世纪物理学的帝国。他雄心勃勃，但与爱因斯坦的现代主义不同，这是一种补偿性的、改良的现代主义，一种充满理性希望的第三共和的现代主义。爱因斯坦的现代主义更具颠覆性、分类性和净化性。只有通过理解哲学、物理学和技术的三重交汇，人们才能真正理解新世纪的每一个不同愿景。

科学发展的“临界乳光”

你可能会问，我也经常想知道，现在该如何看待这类事。也就是说，现在有没有这种三重交汇的类比？我是这样想的：当你考虑庞加莱和爱因斯坦时，你是在试图理解各种不同尺度下的时间协调和时钟同步（synchronization）。他们试图弄清楚如何在一个房间或天文台、一个街区或整个城市内协调时钟，与此同时，担心这些事情的人也在敷设横跨太平洋和大西洋的电缆。爱因斯坦和庞加莱不仅担心行星水平的尺度，还考虑如何在整个宇宙中的不同参照系中协调时钟。他们在问，同步是什么意思？同时性是什么意思？这些问题出现在各个尺度，从最小的到最大的，从哲学和物理直至铁路沿线的电线。从这个意义上，它不像我们在科学中提出的大多数问题，因为它没有这样的特征：从纯抽象的东西开始，然后变成应用物理和工程，最终在工厂车间结束。这不是柏拉图式的提升，也不是马克思主义的朴素版本，在其中，机器和机器车间的关系被慢慢地抽象到更广阔的领域，直到它们成为一种宇宙理论。

时间的约定俗成性问题，以及它如何与物理过程和程序等同起来的问题，是人们所考虑的所有问题中的关键。我们在实践和哲学之间来回穿梭所需要隐喻，不仅仅是从抽象到具体的凝结；（这个过程）也不是蒸发，在蒸发过程中，水变成蒸汽时密度降低。相反，更有用的是物理学家称之为临界乳光（critical opalescence）的现象。通常的乳光是牡蛎壳的颜色，你可以看到所有的颜色都被反射出来，珍珠光彩夺目的表面或某些贝壳的内表面，你可以同时看到红色、绿色和白色。物质的临界乳光发生在非常特殊的情况下，例如在一个由水和蒸汽组成的系统中，温度恰到好处。在这个关键时刻（临界点）发生了一些非同寻常的事情：液体开始在所有的尺度上——从几个分子大小到整个系统——发生蒸发和凝结。突然之间，由于各种大小的液滴形成——从几个分子聚集到整个系统——每种波长的光都会反射回来。如果你用蓝光照射，你看到的是蓝色；如果你用红光照射，你看到的是红色；如果你用黄光照射，你看到的是黄色。

这就是我们在看待这种情况时需要用到的隐喻。庞加莱和爱因斯坦在哲学问题、物理问题和实践问题之间来回切换。在19世纪90年代末，庞加莱在读者是地图绘制者和经纬测绘员的杂志上发表文章，同时他也在物理学杂志和形而上学与道德杂志上发表文章。他的思维在哲学、物理和技术这三个领域之间来回切换，速度非常快。

这样一来有人可能会问，这与现在相比如何？什么样的临界乳光标志着近代的科学？在我看来，这似乎相当罕见，但你可能会在围绕计算而发展起来的科学藏品中看到它。在这里，关于意识，关于计算机如何运行，关于科学、代码和数学物理的思想都汇集在一起。冯·诺依曼（John von Neumann）认为，意识及其器官（记忆、输入—输出、处理）是设计编程计算机的一种方式。这样被编程的计算机就成了意识的模型。在计算发展过程中被编码的信息思想，也成为更普遍地理解语言和交流的方式，并再次反馈回设备中。信息、熵和计算在更广泛的层面上成为我们的隐喻。这种临界乳光的时刻并不常见，肯定比我们所说的科学革命更罕见。它们是另一种的东西。在这个意义上，临界乳光指向的是科学所处的时间和地点——在那里，我们开始在完全不同的尺度上，使用并通过机器进行思考；我们在抽象和具体之间如此高频地来回切换，它们以根本性的全新方式互相阐释，而这种方式不是简单的蒸发或凝结模型可以比喻的。当我们看到这种乳光时，我们应该深入地挖掘它们，因为它们是我们文化的变革时刻。

译者注

本文编译自Peter Galison, “EINSTEIN AND POINCARE, A Talk with Peter Galison”，有删节。