2．明确提出了“概念是思维的自由创造”，“范畴是自由的约定”的命题，阐述了从感性经验到基本概念和基本假设的非逻辑途径和二者的微妙关系。爱因斯坦认为，要从经验得到基本概念和基本假设，只有通过那种以对经验的共鸣的理解为依据的直觉。此外，他认为也可以通过“探索”、“猜测”、“大胆思辨”、“创造性的想像”、“幻想”、“思维的自由创造”、“理智的自由发明”、“自由选择的约定”等来达到。因此，基本概念和原理在逻辑上是独立的，二者的关系不像肉汤同肉的关系，而倒有点像衣帽间牌子上的号码同大衣的关系。
3．明确提出了选择公理基础或理论框架的外部标准(理论不应当同经验事实矛盾)和内部标准(基本概念、基本原理的“自然性”或“逻辑的简单性”)。爱因斯坦这样概括科学理论体系的特征：“从逻辑观点看来，这个体系的逻辑基础以及它的内部结构都是‘约定的’。它们之所以能站得住脚，在于这个体系在事实面前的有效性，在于它的思想的统一性，也在于它所要求的前提为数很少。”（[2]，pp.368~369）
无论是从爱因斯坦创立狭义相对论的经过来看，还是从狭义相对论论文本身来看，人们不难发现，经过爱因斯坦发展了的经验约定主义是他构筑狭义相对论的公理基础的有力工具。狭义相对论的两个基本原理就是爱因斯坦以不充分的经验材料为指导，通过思维的自由创造和理智的自由发明，所作出的约定。后来的有关论述，只是他的思想的进一步发展和系统化而已。爱因斯坦后来明确指出，相对论是说明理论科学在现代发展的基本特征的一个良好的例子。初始假设变得愈来愈抽象，离经验愈来愈远。另一方面，它更接近一切科学的伟大目标，即要从尽可能少的假设或者公理出发，通过逻辑的演绎，概括尽可能多的经验事实。同时，从公理引向经验事实或者可证实的结论的思路也就愈来愈长，愈来愈微妙。
二、斯坦创立狭义相对论的方法论分析
一切理论探索，归根到底都是方法的探索，爱因斯坦创立狭义相对论也不例外。狭义相对论不仅以其革命性的新观念和卓有成效的理论成果为人津津乐道，而且它所体现出的科学方法的新颖、精湛以及理论逻辑结构的严谨，也令人叹为观止。爱因斯坦当时所运用的科学方法，与同时代的大多数物理学家所用的科学方法大相径庭。可以毫不夸张地说，没有别具一格的科学方法，就没有举世瞩目的相对论。
在创立狭义相对论时，爱因斯坦运用了探索性的演绎法、逻辑简单性原则、准美学原则和形象思维等行之有效、颇有特色的科学方法。关于探索性的演绎法，我们前面已涉及到了；关于逻辑简单性原则，也有人做过比较详尽的论述。我们仅着重谈谈后两种方法。
爱因斯坦的科学方法本质上是美学的(因此可以称其为准美学方法)。在构造一种理论时，他采用的方法与艺术家所用的方法具有某种共同性，他的目的在于求得简单性和美(而对他来说，美在本质上终究是简单性)。在创立狭义相对论的过程中，他把准美学原则作为构造科学理论体系的有效工具和评价科学理论的重要标准。
有理由认为，爱因斯坦也读过彭加勒的《科学与方法》。爱因斯坦看来十分赞同彭加勒关于科学美的论述，他也赋予科学美以“统一”、“和谐”、“对称”、“简单性”等含义。尽管爱因斯坦用不同的词语来阐述科学理论的美，但是也许可以认为，“统一”、“和谐”是从理论的内容角度讲的，“对称”是从理论的形式上讲的，而“简单性”则是针对理论的逻辑基础而言的。
在创立狭义相对论时，爱因斯坦十分关心各种物理理论之间形式上的不对称。他发现， 电动力学和力学之间关于运动相对性不对称的。在狭义相对论论文的开头，他就揭示出，麦克斯韦电动力学应用到运动物体上时，就要引起“似乎不是现象所固有的”“一些不对称”，他引用了导体和磁体相对运动的例子。为了消除该例中理论解释的不对称，他把力学中的相对性原理提升为公设，推广到电动力学。在光量子论文中，他为了消除力学和电动力学二者在各自的实体(粒子和场)方面存在的不对称，而提出了光量子假设。这种准美学原则，可以称之为定性概念形式的抽象对称法。用这种方法建造的理论在内容上是统一、和谐的，在逻辑上是简单的。在创立了狭义相对论后，特别是在闵可夫斯基的工作(引入了一种形式体系，使定律的数学形式本身就保证了它在洛伦兹变换下的不变性)之后，爱因斯坦又把定量数学形式的协变对称法作为他的准美学原则之一。爱因斯坦的准美学原则，为许多后继的著名物理学家(海森伯、狄拉克、杨振宁等)所推崇。
爱因斯坦集科学家和艺术家(不要忘记，他从6岁起就学音乐，是一位高明的小提琴手，并且深谙古典音乐大师的名作)于一身，他特别擅长于形象思维。他的每一项科学创造，都带有强烈的形象思维的色彩。
关于形象思维，爱因斯坦主要受到玻耳兹曼，尤其是亥姆霍兹的影响。亥姆霍兹的“感性知觉的来源和正确解释”(1894年)的论文可能强烈地影响了爱因斯坦，爱因斯坦后来在《自述》中对思维的描述与亥姆霍兹的话有类似。在爱因斯坦看来，思维绝大部分不用符号(词)也能进行，它是一种形象的活动，因为概念没有必要非同词联系起来不可；而且，思维在很大程度上是无意识的。
爱因斯坦这里所谓的“思维”，主要指的是形象思维。现代科学表明，大脑左半球的机能是进行受语言和逻辑支配的抽象思维；右半球的机能主要是进行要求同时或相继把感知的元素联结成某种整体的知觉，这时语言不起主要作用。因此，心理活动主要由大脑左半球主管的人，他的思维属于思想家类型，这样的人爱好形象思维，即符号的语词的和逻辑的思维。而心理活动主要由大脑右半球主管的人，他的思维则属于艺术家类型，这样的人喜欢整体的、综合的和形象的思维。在科学研究和艺术实践中，爱因斯坦的大脑两半球都得到锻炼，他既善于抽象思维，又长于形象思维。
音乐对爱因斯坦科学创造活动的影响比人们想像的还要大。音乐帮助爱因斯坦掌握了作曲家的创作方法，学会了作曲家的思维方式，不知不觉地训练了他的造型艺术。他通过音乐了解作曲家探索的实质，力求勾勒出反映自然界的宏伟蓝图。
世纪之交，在德语国家，有教养的科学家在科学工作中广泛使用形象思维，但是在爱因斯坦之前，从来也没有一个人有效地把它与准美学概念和思想实验结合起来。
思想实验是按照真实实验格式展开的一种复杂的形象思维和逻辑思维活动，它通过创造有假想主体干预的变化着的假想客体的形象，来揭示事物的内部规律。思想实验的一个最大特点是形象思维积极地参与其中。在创立狭义相对论时，爱因斯坦多次运用思想实验，使他的思路步步深入。在阿劳中学时的“追光”思想实验，培育了狭义相对论的萌芽；导体和磁体相对运动的思想实验，揭示了电磁感应中并非现象所固有的不对称；两个观察者同步钟的思想实验，帮助他定义了同时性。
在爱因斯坦创立狭义相对论的过程中，从方法上讲，探索性的演绎法起了主要的作用，其他三种方法是对它的补充和强化。探索性的演绎法的关键在于，用非逻辑的方法从为数不多的经验材料中构想出可供演绎的逻辑前提；在这里，形象思维中的直觉、想像等扮演了重要角色；而思想实验则把直觉顿悟到的不甚肯定、不甚明确的基本概念和基本原理通过形象的运动和逻辑的引导，加以肯定和明确；在思想实验过程中，直觉、想像等又积极参与到构思活动中。但是，直觉、想像等也不能随心所欲地构想逻辑前提，逻辑简单性原则和准美学原则具有不可或缺的作用：它可以揭示出旧理论体系的基础的不简单、不统一，各理论体系之间的不对称、不和谐；它在形成新的逻辑前提时起指导和制约作用，即必须形成符合这两个原则的逻辑前提。逻辑简单性原则和准美学原则也是互相沟通的，因为简单性也就是美。而且，在通过思想实验确立了新的逻辑前提后，逻辑简单性原则和准美学原则还起着选择和评价逻辑前提的作用，因为经验检验在这里往往一时还是无能为力的。庄以这两个原则为指导而构想和评价逻辑前提的过程中，需要思想的自由活动，需要科学的审美判断，不用说是离不开形象思维的。爱因斯坦正是把这四种科学方法有效地结合起来，最终创立了狭义相对论的。
三、一人寻味的问题：为什么洛伦兹和彭加勒未能达到相对论?
洛伦兹和彭加勒未能达到爱因斯坦的相对论，有科学方面的原因，也有其他各方面的原因。但是，最根本的原因恐怕还在于哲学和认识论方面。
从方法论上看，洛伦兹和彭加勒基本上采取的是经验归纳法，而没有像爱因斯坦那样，顺应科学发展的趋势，大胆地采用探索性的演绎法。因此，他们最终的努力结果只能是像电子论和电子动力学这样的构造性理论，而不是像狭义相对论这样的原理理论。
从自然观上看，作为19世纪的经典物理学家，洛伦兹和彭加勒都深深地打上了那个时代的烙印，墨守于机械自然观，这明显地表现在他们迷恋以太上。后来，他们虽然倾向于电磁自然观，但仍然认为力学应在整个物理学大厦的逻辑结构中占据首要地位。而且，电磁自然观也不能作为统一物理学的基础。
我们主要从认识论上探讨一下这个问题。从认识论上看，洛伦兹之所以未能达到相对论，是因为他坚持的是机械唯物主义的认识路线。这条认识路线，固然促使他把经典物理学发展到它的终极形式，但是另一方面，由于这种认识路线不了解一切科学理论的相对性，不懂得辩证法，夸大机械论的观点，因而在世纪之交特定的历史条件下，已基本丧失了其积极意义，在一定的程度上变成妨碍物理学进一步发展的阻力了。正是在这种认识论的制约下，洛伦兹把经典力学和经典物理学的基本观念视为神圣不可侵犯的教条。当一系列新实验与这些基本观念发生尖锐矛盾时，他不是积极谋求变革经典理论的框架，而是通过增加辅助假设，修修补补，力图把新事实纳入旧框架之中。
要从认识论上找彭加勒没有达到相对论的原因，情况就要复杂得多。彭加勒一方面断言，物是感觉的恒久结合，凡不是思想的东西都是纯粹的无(因而他被认为是唯心主义者)；另—方面，他又承认认识来源于经验，科学由事实来建造。在涉及到与科学有关的问题时，他始终坚持自然科学家的传统，直率地用唯物主义去议论，是一个唯物论的经验论者。经验主义是他的哲学基础，这是一个坚实的基础。经验主义不仅表现在他的大量言论上，而且也体现在他的科学活动中。彭加勒没有达到像爱因斯坦那样的理论，关键并不像有人所言，在于他的所谓的哲学唯心主义；因为彭加勒在科学探索活动中始终坚持的是唯物论的经验论原则。
彭加勒没有达到爱国斯坦那样的理论，是因为他过分拘泥于经验论。在这里，必须说明的是，彭加勒并不是一位十足的狭隘经验论者。他反对实证主义和实用主义，崇尚理性，承认科学理论和理论思维的重要作用，主张“为科学而科学”，是—个热情的理性主义者。作为一个长期从事理论科学的学者，他的理性主义的确是够“热情”的，但是当碰到具体的科学问题时，他的理性主义马上就跌落到坚实的经验主义基础上。在某些场合，他的经验论似乎还有点“激进”。例如，他认为“科学是一种关系的系统”，“科学仅仅是分类而已”。他虽然承认“数学物理学具有毋庸置疑的作用”，但这种作用只是“编辑目录”，“目录编得再好，也不能使图书馆增加财富”。而“实验物理学负买书之责，所以惟独它能使图书馆丰富”。（[9]，pp.349, 351, 127, 130）他还认为：“数学物理学的作用只是提出问题，只有实验才能回答问题。”
在行动上，彭加勒就更是如此了。在世纪之交，他虽然敏锐地觉察到物理学的危机，并第一个对它进行了全面的分析和论述。但是，彭加勒把物理学危机主要看作是围绕着实验困难而发生的，因而既不包含认识论的重新定向，也不包含本质不同的理论定向。这与爱因斯坦对物理学危机的看法截然不同：像迈克耳逊-莫雷实验这样的新的实验发现并没有使爱因斯坦看到危机，也没有给他指出新方向；但是马赫对经典力学的批判以及力学和电动力学之间的不协调却使他洞察到经典理论基础的“危机”；尤其是普朗克量子论的提出，使他突然意识到危机的严重性；他看到旧地基给挖掉了，必须抛弃过时的机械自然观和行不通的电磁自然观，使认识论和方法论都来一个转向——向唯理论回摆，采用探索性的演绎法。
彭加勒在口头上也曾表示，相对性原理是约定，但在心底深处，他仍把它视为经验定律。他心目中的相对性原理在力学中已为大量的实验所确立。在电动力学中，暂时还没有实验否证它，而且相反的假设又难与我们的思想相容，所以他怀着某种保留接受了它，但总期待着新的实验证实。对于彭加勒来说，由于相对性原理本身是一个“事实”，是实验证明的课题，因此它在任何时候都有可能被未来的实验否证，只要有一个真实的反例就会迫使他对相对性原理发生怀疑。果然，考夫曼1906年发表的实验数据(后证明有错误)就使得他开始怀疑相对性原理的价值。关于光速不变原理，他说罗麦在测定光速时已暗中假定它是一个“公设”，因为没有这个公设，便无法测量光速。但是，在彭加勒看来，这却是一种奇特的公设，因为它虽不能被实验证实，但是如果各种测量结果不一致，它就会与实验相矛盾，即可以被实验否证(奇怪的是，彭加勒在哲学上则认为，公设是约定的结果，而约定而成的公设是既不能为实验证实，又不能被实验否证的)。彭加勒认为，我们自己是幸运的，因为这种矛盾并没有出现，而且可能出现的一点点不一致也能很快地加以解释。按照彭加勒的观点，光速实际上不是普适常数，它仅在绝对的以太参照系中是常数；在其他惯性系，人们会期望发现顺着运动方向和逆着运动方向的光速的差别，人们之所以检测不到这种差别，是由于伦洛兹-斐兹杰惹收缩的补偿效应的结果。由此可见，彭加勒实际上把这两个原理看作是从实验归纳出来的陈述。他未能像爱因斯坦那样，把它们提高到公设的高度来看待，并以此作为新理论体系的逻辑前提。彭加勒的经验论的某种狭隘性也表现在他对同时性概念的理解上。在彭加勒看来，局域同时性和远隔同时性的差别可以忽略不计，因为他认为同时性问题是以感觉为基础的，因而是定性的，而定义时间的问题则是定量问题。对爱因斯坦而言，定义同时性和时间的问题都是定量问题。正是彭加勒过于拘泥经验论，成为妨碍他达到相对论的重要原因。要知道，在世纪之交，物理学已走进了理论的领域，而在这里经验的方法就不中用了，在这里只有理论思维才能有所帮助。
有人认为，彭加勒之所以没有达到相对论，关键在于他坚持唯心论的约定主义。在这里，我们不打算讨论彭加勒的约定主义是否是唯心论的问题，我们相信，聪明的读者只要阅读一下彭加勒的原著，是不难得出自己的结论的。我们只想说明，我们的观点与上述观点针锋相对：彭加勒之所以没有达到相对论，恰恰在于他没有把他的约定主义贯彻到底。从哲学上讲，彭加勒认为像相对性原理和光速不变原理这样的基本原理都是从经验定律提升为公设的约定，它们不需要实验证实，也不能陂实验否证；可是，从物理学上讲，他又把这两个原理视为经验定律，总是对它们放心不下，期待进一步的实验检验。戈德堡在描绘彭加勒的这种矛盾处境时所说的话是有一定道理的：“当谈到物理学的本性时，尽管彭加勒可以很好地利用约定主义的立场，但是在他本人的理论物理学工作中，他却不是一个约定主义者。作为哲学家的彭加勒十分正确地认为，相对性原理可以看作是在先的约定。作为物理学家的彭加勒确实却要求这样一个原理通过经验归纳来支持，人们也可以说是‘证明’。他的哲学和他的物理学的这种矛盾渗透在他的电动力学工作的其他方面。”
以往，人们在谈到科学家的成就和他们的哲学思想时，往往简单地说他们的成就是坚持自发唯物主义的结果，把他们的失败或失误统统归之于他们的唯心主义(如果他们的哲学思想是唯心主义的话)。洛伦兹和彭加勒的情况为那种“贴标签”式的简单化作法提供了一个绝妙的、强有力的反例。科学家的科学成就和他们本人的哲学思想之间的关系一般说来是比较复杂的，决不是从原则出发所能奏效的。只有实事求是，下苦功夫详细地占有材料(尤其是第一手材料)，对具体问题进行具体的科学的分析，才能得出比较合乎实际的结论来。
参考文献
关于狭义相对论起源的材料，读者可参阅A. I. Miller, Albert Einstein’s Special Theory of Relativity, Emergence (1905) and Early Interpretation (1905~1911), Reading：Addison-Wesley, 1981.
《爱因斯坦文集》第一卷，许良英等编译，北京：商务印书馆，1976年第1版，第519页。
参见休漠：《人性论》上卷第四章，关文运译，北京：商务印书馆1983年第1版。
李醒民：物理学革命行将到来的先声——马赫在《力学及其发展的批判历史概论》中对经典力学的批判，北京：《自然辩证法通讯》，1982年第6期。
K. Pearson, The Grammar of Science, Adam and Black, London, 2nd, 1900, p.55.
许良英：爱因斯坦的唯理论思想和现代科学，北京：《自然辩证法通讯》1984年第2期。
《爱因斯坦文集》第三卷，许良英等编译，北京：商务印书馆，1979年第1版，第347~348页。
M. Planck, Scientific Autobiography and Other Papers, London, 1950, p. 13.
H. Poincaré, The Foundations of Science, Authorized Translation by G．B．Halsted, The Science Press, New York and Garrison, N. Y., 1913, pp. 65, 28, 106.
《纪念爱因斯坦译文集》，赵中立、许良英编译，上海：上海科学技术出版社，1979年第1版，第238页。
S. Go1dberg, Henri Poincaré and Einstein’s Theory of Relativity, Am. Jour. Phys., 1967, pp. 934~944.
