恩格斯《自然辩证法》与爱因斯坦宇宙观的分歧

1905年，爱因斯坦建立了狭义相对论，在狭义相对论中，爱因斯坦把经典物理学的牛顿第二定律和麦克斯韦电磁理论，由欧几里得时空推广到了闵可夫斯基时空。狭义相对论完成后，爱因斯坦便开始研究引力问题，他最初考虑把牛顿万有引力定律也推广到狭义相对论，在闵可夫斯基时空中建立一个相对论的引力理论。然而，他几经努力，也无法在狭义相对论中建立一个能够满足相对性原理的引力理论。后来，爱因斯坦不得不放弃最初的想法，转而提出了引力几何化的思想，并根据这一思想建立了广义相对论。

爱因斯坦认为：万有引力不是力，引力是时空弯曲的几何效应，把这句话说得更直白一点就是，爱因斯坦认为牛顿的万有引力定律不是物理规律，而是一个几何定律。既然引力规律是几何规律，于是爱因斯坦就把黎曼几何搬来，借助黎曼理论建立了广义相对论。

爱因斯坦的广义相对论可以用两句话来概括，一句话是“物质告诉时空如何弯曲”，另一句话是“时空告诉物质如何运动”。下面，我们以一个星球周围的引力场为例，对广义相对论做一简要的解释。

爱因斯坦认为，星球的存在（即物质的存在），会导致星球周围的时空发生弯曲，时空弯曲可以用时空曲率张量来表示。而物质的存在可以用能量动量张量来表示，因为，在相对论中，质量与能量是可以相互转换的。

爱因斯坦把时空曲率与能量动量两者联系起来，便得到了广义相对论的场方程，场方程的物理意义用文字表述就是：

从这个方程可以看出，物质的存在，即星球的能量动量，决定了星球周围时空的弯曲程度，因此，场方程的含义如果用通俗的语言来表述就是“物质告诉时空如何弯曲”。

爱因斯坦还认为，质点在万有引力作用下的运动，例如在星球引力场中的物体下落，是弯曲时空中的自由运动，即惯性运动，质点在时空中走过的路径，是弯曲时空中的最短路径，描述这条路径的方程称为短程线方程，又叫测地线方程。根据这一思想，爱因斯坦便给出了广义相对论的第二个方程：

测地线方程描述了弯曲时空中的质点是如何运动的，因此，这个方程的含义就是“时空告诉物质如何运动”。

在广义相对论建立之初，爱因斯坦认为广义相对论的基本方程有两个，场方程和测地线方程。1938年，爱因斯坦和福克分别证明了，从场方程可以推导出测地线方程，此后，人们所说的广义相对论的基本方程指的就是场方程。

综上所述可以看出，爱因斯坦又重新回到亚里士多德－托勒密对宇宙的认识上，亚里士多德认为，宇宙中的天体是沿着完美的圆周轨道运行，爱因斯坦认为，引力场中的物体沿着测地线运动。不管是圆周轨道还是测地线它们都是几何曲线，因此，爱因斯坦和亚里士多德都认为，宇宙中的天体运动满足某种几何规则，或者说，是受“和谐性”“对称性”这类数学规律的支配。

关于这个问题，爱因斯坦在1933年“关于理论物理学的方法”的报告中表述得非常清楚。爱因斯坦说：“迄今为止，我们的经验已经使我们有理由相信，自然界是可以想象到的最简单的数学观念的实际体现。我坚信，我们能够用纯粹数学的构造来发现概念以及把这些概念联系起来的定律，这些概念和定律是理解自然现象的钥匙。”［6］

显然，爱因斯坦的上述思想与恩格斯的观点不同。恩格斯认为，自然界的所有运动都受到物理规律的支配，其中一个最重要的规律就是能量守恒与转化规律，在《自然辩证法》一书中，恩格斯正是根据这一思想对运动进行了分类。从爱因斯坦对《自然辩证法》的评语中不难看出，爱因斯坦是不赞同恩格斯观点的，他认为“不论从当代物理学的观点来看，还是从物理学史方面来看”，恩格斯《自然辩证法》手稿的内容“都没有特殊的趣味”。

为了便于读者理解恩格斯的思想与爱因斯坦理论的分歧，下面我们通过一个例子进行说明。

假设有一个星球，一个物体从高处下落到星球表面。

首先，用恩格斯的思想来分析这个问题，恩格斯认为能量守恒与转化规律是“伟大的运动基本规律”，自然界所有的物质运动都遵循这一规律。根据恩格斯的这一思想可以得出，在上述问题中，如果物体下落时没有热、光、电等其他形式的能量产生，那么，物体的下落过程将遵循机械能守恒规律，物体在下落时势能会减小，但由于引力对物体做功，物体的动能会增加，而且，势能的减少恰好等于动能的增加，因此，物体运动应该满足如下形式的能量守恒方程：

下面，再用爱因斯坦的理论分析上述问题。

根据广义相对论引力不是真正的力，而是时空弯曲的几何表现。物体在星球引力场中运动时，引力没有对物体做功，因此，物体下落时不需要满足能量守恒方程。广义相对论认为，物体在引力场中的运动是弯曲时空的一种自由运动——惯性运动，物体运动的轨迹是用几何方程来描述，即用弯曲时空的测地线方程来描述，而且，测地线方程还可以从场方程中推导出来，因此，引力场中的物体运动实际上满足的是广义相对论的场方程，即爱因斯坦场方程（8－1）。

由此可见，在爱因斯坦广义相对论中隐含了一种观点：在宇宙中运动的物体，不需要满足能量守恒规律，只需要满足爱因斯坦场方程就可以了。这就意味着，广义相对论的结果将与能量守恒规律相矛盾。