物理學的進化

全書分為四章，第一章：機械觀的興起；第二章：機械觀的衰落；第三章：場、相對論；第四章：量子。

作者在第一章的結語中指出：在力學中假如知道一個運動物體現在的運動狀態和作用在它上面的力，那麼它的未來的路徑是可以預測的，而它的過去也是可以揭發的。例如所有的行星的未來的路徑都是可以預知的，作用在它們之上的是隻跟距離有關的牛頓萬有引力。經典力學的偉大成果暗示着機械觀可以無例外地應用於物理學的任何分支部門，所有的現象都可以用引力或斥力來解釋，而這些力只與距離有關，並且作用於不變的粒子之間。

作者在第二章中指出，電流體的舊理論以及光的微粒説和波動説都是企圖進一步應用機械觀的結果。但是，在電學和光學領域內，這種應用遭到極大的困難：運動着的帶電體對磁針的作用力不僅與距離有關，且與帶電體的速度有關。這種力對磁針既不排斥也不吸引，而是垂直地作用在連接針與帶電體的直線上的。在光學中，人們贊成光的波動説，而反對光的微粒説。波在由彼此間有機械力相互作用着的粒子所組成的介質中傳播，這顯然是一種力學上的概念。但是，傳播光的是一種什麼介質，而它的力學性質又是怎樣的呢？在這個問題沒有解答出以前，要把光學現象歸結為力學現象是沒有希望的。但是，解決這個問題的困難大得很，以致人們不得不放棄它，因而也不得不放棄機械觀。

作者在第三章中指出，在物理學中出現了一個新的概念，這是自牛頓時代以來最重要的發現：場。用來描寫物理現象最重要的不是帶電體，也不是粒子，而是帶電體之間與粒子之間的空間中的場，這需要很大的科學想象力才能理解。場的概念已被證明是很成功的，由這個概念便產生了描寫電磁場的結構和支配電和光的現象的麥克斯韋方程。相對論是從場的問題上興起的。由於舊理論的矛盾與不一致，迫使人們把新的性質歸之於自然界的一切現象的舞台——時一空連續區。相對論的發展經過了狹義相對論與廣義相對論兩個階段。相對論加強了場的概念在物理學中的重要性。但是人們還不能建立一種純粹是場的物理學。

在最後一章裏，作者指出：在原子現象領域內的大量各種不同的論據，再一次迫使人們建立新的物理概念。物質具有微粒結構，它是由基本粒子——物質量子組成的。因此，電荷也有微粒結構，而且，從量子論觀點來看，最重要的是能也有微粒結構。組成光的光子是能量子。人們不是像描述空間與時間中的現象那樣來描述原子現象的，而是進一步迴避掉舊的機械觀。量子物理學所建立的規律是掌握集體的，而不是掌握個體的，所描述的不是特性而是幾率，它不建立揭露體系的未來的規律，而只建立支配幾率隨時間變化以及關聯於個體所組成的大集體的規律。 ^[1] 

1936年，波蘭物理學家利·英費爾德來到美國普林斯頓高等學術研究院，成為愛因斯坦的助手。在短短的兩年合作時間中，他們完成了許多極有意義的工作。但是儘管愛因斯坦十分支持英費爾德，研究院卻由於經濟問題不同意延長英費爾德微薄的獎學金，愛因斯坦認為研究院對不起英費爾德，同時拒絕給自己十分尊敬的助手提供獎學金，也使愛因斯坦覺得研究院不尊重他本人的工作。因此他打算自己私人支付一部分錢給英費爾德，可後者對這個想法感到很不安。後來，英費爾德想出了另外一個主意——為什麼不一起為廣大讀者寫一本書呢，由愛因斯坦作為作者之一，該書一定會取得成功；而英費爾德所分得的版税也恰好可以保障他的生活所需。愛因斯坦認為這個主意不錯，於是在1938年4月兩人合作出版了這本《物理學的進化》。 ^[4] 

《物理學的進化》一書把科學發現和科學家對科學的探索類比為福爾摩斯探案和偵探對案情的分析。作者指出：從福爾摩斯偵探小説作者柯南道爾寫出動人的故事以來，幾乎在所有的偵探小説裏都是這樣開始的：偵探首先蒐集他所需要的、至少也是他的問題的某一方面所需要的一切事件。這些事件往往是很奇怪的、不聯貫的，並且是毫不相關的。可是這個大偵探知道這時不需要再繼續偵察了，只要用純粹的思維把所有蒐集起來的事件聯貫起來。於是他拉拉小提琴，或者躺在安樂椅上抽抽煙，突然間，他靈機一動，這個聯繫找到了。他現在不僅能解釋現有的線索，而且他還知道還有其他許多事情一定也在發生。因為現在他已十分準確地知道在哪裏可以找到它，如果他願意的話，他可以出去收集他的理論的進一步的證明。類似的，作者對科學知識的學習和科學研究的方法也提出了自己的觀念：科學家讀自然之書必須由他自己來尋找答案，他不能像某些無耐性的讀者在讀偵探小説時所常做的那樣，翻到書末先去看最後的結局。在這裏，他既是讀者，又是偵探，他得找尋和解釋（那怕是部分地）各個事件之間的聯繫。即使是為了得到這個問題部分的解決，科學家也必須蒐集無秩序地出現的事件，並且用創造性的想象力去理解和聯貫它們。隨後，作者用物理學的一個基本問題——運動概念的演變，説明了錯誤的線索容易使人誤入歧途而使問題遲遲得不到解決，指出憑直覺的推理方法是不可靠的，慣性定律不能直接從實驗得出，它只能根據思索和觀察得出。理想實驗無論什麼時候都是不能實現的，但它使我們對實際的實驗有深刻的理解。

作者研究了物理概念的進化，即新的物理概念是如何在它與舊概念的堅決鬥爭中產生出來的。科學的想象力發現舊的概念太狹窄了，於是用新的概念去代替它。從最簡單的直線運動，到沿着不同方向運動，引伸出矢量的概念；又將直線運動推廣到曲線運動和圓周運動，從而又產生了切線方向併發明瞭微積分來嚴格分析“極近”、“極短”這一類詞義。作者同時指出，現代物理學的最重要的特徵之一是：從最初的線索所推出來的結論，不僅是定性的，而且是定量的。因此，必須運用數學的語言。作者在分析了力學的基本概念之一的質量之後指出，在這個奧妙的偵探故事中，沒有一個已經完全解決的問題，也沒有一個永遠不變的問題。人們又回到最初的運動問題上來修改偵查的程序和尋求過去被忽視的線索，因而得到了周圍宇宙的另一個不同的圖景。 ^[5] 

《物理學的進化》問世後，物理學有了空前的發展，該書也被翻譯成多種文字出版。 ^[6] 

該書英文版1938年在美國出版，1947年由劉佛年譯成中文的簡譯本由商務印書館出版，1962年由周肇威重新翻譯成中文，並加入了英費爾德1960年所寫的新版序，由上海科學技術出版社出版。 ^[5] 

阿爾伯特·愛因斯坦（1879—1955年），物理學家，相對論的建立者，現代物理學的創始人，諾貝爾物理學獎獲得者。出生於德國烏爾姆市的一個猶太家庭。愛因斯坦1900年畢業於蘇黎世聯邦理工學院，入瑞士國籍。1905年獲蘇黎世大學哲學博士學位。曾在伯爾尼專利局任職，在蘇黎世工業大學、布拉格德意志擔任大學教授。1913年返德國，任柏林威廉皇帝物理研究所所長和柏林洪堡大學教授，並當選為普魯士科學院院士。1933年因受納粹政權迫害，遷居美國，任普林斯頓高級研究所教授，從事理論物理研究，1940年入美國國籍。主要著作有《狹義相對論與廣義相對論》《相對論的意義》《論理論物理學方法》等。

利·英費爾德（1898—1968年），波蘭理論物理學家，波蘭科學院院士。出生于波蘭克拉科夫。1921年畢業於克拉科夫大學。1936—1938年在美國普林斯頓高級研究院工作，與愛因斯坦共事。1939年起任加拿大多倫多大學教授。1950年回到波蘭。1951年任理論物理研究所所長。1934年建立了經典電動力學的唯象模型，消除了點電荷能量的無限大（玻恩一英費爾德理論）。與愛因斯坦、霍夫曼合作，在廣義相對論中由場方程導出了物體吸引的滿意理論（愛因斯坦一英費爾德一霍夫曼理論）。英費爾德還是一位科學評論家和作家。與愛因斯坦合著的《物理學的進化》被譯成多種文字出版。 ^[6]