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关键词: 科学实在论 内在实在论 带人面的实在论
美国当代著名科学哲学家希拉里.普特南(Hilary Putnam )作为科学实在论的主要代表人物之一,原本是一个唯物主义的科学实在论者,然而由于受到自尼采以来兴起的,人本主义、后现代主义即非理性主义、多元主义、相对主义、怀疑主义和认识论的无政府主义的哲学思潮的影响,尤其是经过80年代科学实在论与反实在论的激烈争论,使他开始逐渐对科学实在论立场产生怀疑,并最终由强实在论转变为弱实在论,由科学实在论向人本主义实在论退让。《带人面的实在论》一书就集中体现了他的这一根本立场的动摇。那么,普特南又为什么仅仅表现为一种立场上的转变,而不放弃实在论,却坚持捍卫一种内在实在论,并进一步从人的立场给予阐释呢?
一、从科学实在论立场退却
众所周知,W.塞拉斯作为美国科学实在论的创始人,因受其父R.塞拉斯的物理实在论的薰陶,具有坚定的唯物主义立场。正是这一基本立场对普特南的强烈影响,使他成为继W. 塞拉斯之后最具代表性和感染力的科学实在论者。概括普特南的哲学,主要在如下方面突出了“科学实在论”的基本观点和思想:
在科学观上,他认为成熟的科学理论近于真实,前后相继的理论拥有共同的指称,这证明科学研究的对象是客观存在的。基于这种客观实在性,他反对库恩的范式信念、不可通约性和科学革命的理论;坚持认为科学知识通过逐渐累积的方式而增长是科学的基本特征。库恩所反对的传统累积观的错误在于:原来用于辨认一个实体或自然种类的那些属性不必一定属于该实体或种类;人们也许会在后来发现那些属性并不是决定性的;也可能在其它的实体或自然种类中发现。因此,我们必须拒绝认为最初给某一实体或自然种类所指定的属性就构成了指称它们的那些名词的“意义”。实际上,在科学发展的不同时期的连续性中和不同的科学理论之间的可比较性中,以及不同概念的变化中保持的某些共同的东西,不是传统理论所主张的构成名词或概念的不可改变的意义,而是固定的指称。换句话说,尽管人们对于一个事物所说的话不同,但都是谈的“相同的事物”。这是根据最初一次“命名”的因果关系得到的逻辑保证。以后所谈的有关属性便都必然地归属于那个最初指称者。另外,既然科学是逐渐累积而增长的,是对客观对象的认识,因此科学进步也是无可怀疑的。新的科学理论总是比旧的科学理论能提供更正确的预言、更好的控制自然界的方法和更接近于科学真理。
在本体论上,虽然他声称自己的实在论既不是唯物主义实在论,也不是形而上学实在论,而是趋同实在论,但是他的唯物主义立场却是显而易见的。比如他说:“如果给出适当的条件(包括适当语言的其它方面),‘有电子流经导线’这个陈述可以和‘房间里有一把椅子’的陈述,或‘我头痛’这个陈述同样在客观上是真的。在椅子(或感觉)存在的任何意义上,电子都存在着。”(〔1〕,第848页)即在他看来,任何一个科学术语都是有所指的,即便是“电子”这样的术语也如同“椅子”一类的词汇一样具有客观实在的指谓对象。
在认识论上,普特南坚持“真理符合说”;强调科学理论的任务就是表述外部世界;决定科学陈述的真假,既不是人们的主观感觉,也不是人的内心结构或语言,而是外部事物。他说:“如果没有一个描述性术语有所指谓,那么在理论科学中,真理的概念会出现什么问题呢?也许所有的理论句子都是‘假的’;或者当谓词无所指谓时,就代之以为指定真值所作出的某种约定。总之,对于包括理论术语的句子来说,‘真值’概念会变得没有什么意思。所以也就无所谓真理了。”([2],p.25)为此,他认为只有坚持科学实在论的真理符合论才能把科学研究 引上正确轨道。只是这种符合不是绝对的符合,而是存存一种趋同现象,即较新的理论总比较旧的理论更逼进真理。
但是,在长期的理论研究中,尤其是面对反实在论的激烈挑战,使他逐渐发现自己的科学实在论立场中存在许多疑点。一是“词和特定客体之间”、“表达与实在之间”是否一致的问题。他认为自己过去把追求概念与实在之间的吻合与一致看作是实在论的目的,认为概念或符号表达式可以通过指谓世界中的事物和事件而获得意义,是将问题过分简单化了。这种“一致性”理论实质上是一种朴素的常识观念,而“常识在这个世界中已经没有任何地位”。二是如果人们仅仅从反对“证实原则”的角度来批判分析哲学,那只是简单地把自己描绘成为一个实在论者。事实上,具有组织信息功能的大脑,所能够熟练操作和把握的只是对某物的“感觉”、有关某物的“信息”、“符号”等等,而不是某物本身。换句话说,人的认识只能局限于感觉和影像方面,而与客观性无关。这个长期存在的、而且从未被真正解决的主体和客体、观察者和观察对象之间的矛盾性是动摇实在论的基础。三是当代的科学观不在于研究所谓的“主客观相符合的真理”是什么,而在于真理的价值、真理的意义,如何产生真理,如何从事科学发现、科学应用,即主要是认识论、方法论和价值观的问题,是生活、行为惯例和社会实践的问题;方法、实践和价值问题不解决,“真理”问题就不能够解决。他说,他提出有关真理的合理性标准的最终目的是为了说明我们如何才能够认识到真理,以及如何才能够理解这个世界。这种反思的结果使他从早期的强实在论立场撤退,力图以弱实在论的形式来摆脱科学实在论面临的困境。其具体做法是:
1.他以纠正实证主义的“证实原则”和证实方法为前提, 从以客观实在为基础的本体实在论转向以感觉经验为基础的认识实在论。由于比早期更自觉地注重逻辑问题,更倾向于对真理概念进行逻辑思考,故他从注重本体论上的“一致性”立场转变到认识论上的“逻辑性”立场上来看待和分析真理。在转变后的普特南看来,真理主要是语言、意义和实用价值的问题;一切概念和符号只有在使用中才有意义,不论它们是个人心理的还是公众性的,“它们本身如果不被使用就不是概念。符号本身并不内在地指称什么。”([3],p.18)只有在人们进行认识活动时,才能够将它们同特定的对象相对应。在这里,普特南实际上继承了维特根斯坦后期哲学的实用主义观点,突出了“指称问题上的语境的重要作用”;暗示了符号和概念的意义都是社会地和历史地被确定的,因而也都是变化的和相对的,确立了一种文化上和概念上的相对主义观点。
2.他放弃了“真理符合说”,提出了真理是理想化的, 是逻辑地被证实了的可能性的思想。他说,真理是在理想化的证实意义上与证实相一致的。它与靠现存证据的证实是对立的。这种理想化的证实和真理发展的可能性是多种多样的。那种机械的和僵化的真或假的“二价原则”只能是对具有各种可能性的真理发展的约束和限制,因为真理在本质上不是直观地、外在地可参照的,而是理性范围内的、逻辑的、抽象的、内在的相互关系。真理不涉及。直接外在的经验证实。比如一位具有实在论思想的科学家,如果他拥有某种逻辑,他就会认为有某种行为在保护着真理。这样,“如果他认为理论T1是真的,而且认为理论T2也是真的,那么从逻辑上,他就会认为T1和T2,即T1和T2的结合也是真的。”([4],p.90)为此,他非常欣赏康德的自在之物和不可知论的观点,认为康德是最先提出内在真理观的人,认为“康德不仅放弃了我们的观念和物自体之间的相似的概念,甚至还放弃了任何抽象同构的概念。这就意味着他的哲学中不存在真理符合理论”。他说,从康德的著作中能够引出的唯一答案是:“一种知识,即一个‘真陈述’,是这样一个陈述,它能够在一和我们的本性实际上可能具有的充分的经验基础上被有理性的东西所接受。而在其它任何意义上,‘真理’都无法为我们接受和理解,真理就是最完善的适合性。”([3],p.64)这也就是普特南的有关真理的“合理性”的构想。
3. 他认为真正具有逻辑性的真理概念是概率的或非决定论的实在论观点,即非传统的形而上学的决定论观点。传统的所谓“与实在一致”是一种非认识论关系。为此他表明:在经典逻辑和决定论的本体论的意义上,他不是一个实在论者。他说,传统的两分法将事实判断与价值判断完全割裂开来是太绝对了。判断是不是事实的唯一标准就是看接受它是不是合理的。“事实陈述本身,以及我们据以决定什么是事实和什么不是事实的科学探究实践,都预设了价值。”([3],p.128 )没有价值,也就没有事实和世界。“我们必须具有理性的可接受性标准,才能有一个经验的世界,这些标准展示了我们理想思辨的理智概念的一部分。简言之,我主张‘实在世界’依赖于我们的价值,当然后者也依赖于前者。”([3],p.134)再一方面,他也反对在多种现象之后, 总存在一个反映共同的和终极本质的单一的“实在”的形而上学假定。他认为,在现实中并不存在任何特定的意向性现象的一切情形共同具有的可以科学地描述的性质。因此,也不要企图探察现象背后的实在和本质。但是,在量子力学所展示的非决定论的本体论的意义上,他仍然坚持自己是一个科学实在论者。
4.在坚持真理是一种极限,因而具有趋向性的基础上, 他又进一步把真理看作是一种可能性、而非现实性,真理不是已经达到,而只是趋向,而且可能有多种趋向。因此一个陈述被证实,只是说它有成为真理的可能性,不等于它就是真理。比如,牛顿的万有引力理论以及根据这一理论所作出的一些预言,虽然已经多次得到证实,但并不等于说它就是真理,因为“这里的困难是,起到真理作用的谓词,即导致成功预测的谓词并不具有真理的性质。”([4],p.90)再一方面,一个命题或句子的证实条件总是随着人类的整个知识体系的变化而变化;它不可能永远被固定。我们不仅可以发现现在认为被已经证实了的一些命题或理论是错的,而且可以发现现在认为是正确的程序也是不正确的,而其它的程序则更好。所以,当下被证实的命题或理论可能是假的,而导致我们相信这个命题或理论的检验也可能是非常不可靠的。既然真理只是一种可能性和理想化的证实,而非完全现实的证实,所以真理是多维的。这种多维性能够更好地反映世界复杂的内在结构。只坚持一种真理的观点是狭隘的和站不住脚的。
二、保卫内在实在论
面对反实在论的不断冲击,普特南并没有完全退出实在论的阵地,相反在1990年出版的《拥有人面的实在论》一书中又公开提出“保卫内在实在论”的口号。那么究竟何谓“内在实在论”呢?普特南解释说,以前的“形而上学实在论”主要有三种:其一主张世界是由总量恒定的非精神客体构成的,即朴素的唯物主义或客观主义;其二主张只存在一种有关这个世界的实际情形的真实而完整的描述,即经验主义或真理一元论;其三主张真理只涉及一致性,即观念与实在之间的符合论或一致论。这三种观点除了拥有一套华而不实的东西外,并没有什么清楚明白的内容。离开一种哲学传统,所谓“客体”、“总量恒定”、“非精神的”、“有关世界的唯一真实而完整的描述”都没有确切的性质与含义。所以,依照内在实在论的观点,这三种形而上学实在论,实质上都不是各自独立的,而是内在地相互联系、相互依存的,并依赖于各种进一步的假设和概念,否则必将陷入自相矛盾。比如一个形而上学实在论者,如果他承认“存在一种构成世界的总量恒定的非精神物质”,那么他就不能不接受真理符合论;如果他说,“存在一种构成世界的总量恒定的非精神物质”,但这种物质只有在“内在真理”的意义上,即在构成认识主体的一部分的意义上,才可以被当作真,这样,也就等于否定了物质的客观实在性。而内在实在论既不否定物质世界的客观实在性,也不否定真理的绝对性。它认为“真理是一种性质,这一性质不同于论证、或现存证据的或然性;它不是仅仅取决于说话者的现存记忆和经验,而是我们不应该抛弃的对实在的一种洞察。”([5],p.32)
那么在内在实在论看来,应该怎样理解抽象层次上的词和概念的指谓或理论描绘的世界图象呢?普特南说,一般科学上的术语、概念都有确定不移的指谓,从而显示了它们的客观实在性。比如最有争议的“电子”,反实在论者总是否定它的真实存在,然而科学家们却坚信其存在已经得到证明。否则为什么我们会认为玻尔在1900年和1934年使用的同一个词“电子”是合理的,并认定他的两种截然不同的理论是描述同一个对象?
“虽然玻尔在1900 年的主观概率度规(subjectiveprobability metric)并不是他在1934年的主观概率度规:但这并不是说,在玻尔的习用语汇中‘电子’这个词,或是任何其它的德语词,是否改变了它的指谓(reference)”。([5],p.33)在这种情况下, 假设为真的原理告诉我们,应当采纳玻尔一贯指称过的那个被称之为电子的东西。我们应该说,我们有了一个关于相同实体的不同理论,而不应该说,有多少种理论就有多少种实体。所以不论是词和概念,还是理论的辩护和解释都存在客观性。
当然不能否定解释具有主观性,但是这并不意味着指谓也是主观的;不能说只存在“理性重建”或“经验建构”的事实,不存在有关科学和日常实践中说话者所指谓的客观事实。恰好相反,“我们拥有一种独立于一般程序和实践的指谓概念;我们一直是通过这种程序和实践认定处于不同地位,拥有不同信念背景的人们,其所作所为实际上涉及的是同一事物。”([5],p.34)以人类对植物的认识为例,毫无疑问我们都会认为200年前人类称作“植物”的东西, 与今天人类叫做“植物”的东西是一类(或近似于我们今天叫做“植物”的东西)。尽管我们不同意200年前人类对植物的本质特征持有的观念,因为200年来人类语言中绝大多数的常用词都或多或少地改变了它们的指谓含义,但是如果所有这些都被认为是主观的,如果翻译实践也是主观的,那么我们就看不到任何有关指谓和真理的理论之间或语言之间的概念能够完全保留下来。
但是如果认为所有的指谓都是客观的,那么又怎么样为客观辩护?是否在大家都作了一致理解的情况下就是客观的,在理解不一致的地方就是主观的?如果是这样,那么决定于人们确立的“多数”一致的标准有多高,也取决于时间、地点和文化。比如在宗教领域,教皇的一贯正确性,早就被作为客观证明了的东西。这样一来,就必然使人想到这一点,“证实了的东西不一定是指人们实际上说已得到证实的东西,而是人类中某种理想的有‘能力’的成员所要说的东西得到辩护。”([5] ,p.35)这种为客观性提出的论据, 实际上与街上那些把所有哲学当作主观的东西的人们所提出的论据并无二致。因此,为客观辩护的标准也不应是大家认为的“一致”,客观就是指指谓对象的实在性。不论是翻译的概念、解释的概念还是辩护的概念,只要拥有指谓对象就具有客观性。
所以,“我相信存在一种真理的概念,或说得普通一点,存在正确的概念。这种概念,我们经常使用,而且完全不是形而上学实在论者用以描述‘符合’本体事实状况的概念。”([5],p.40)比如从日常生活与理智实践的观点上看,把点作为个体的理论和把点作为极限的理论在适当的环境中,两者都是正确的。根据超距作用描述物体间的相互作用的理论和根据场的概念描述同样情况的物理学理论,两者也都可以是正确的。这也就是说,在人们的日常生活中包含着真理的认识;在精确的理性思维和实践中也包含着真理的认识;在科学的、数学化的认识形态中有真理,在非科学的、非数学化的认识中也有真理。对象是一个,而承担真理的知识形态和科学理论却可以是多种多样的。
普特南说,每一位哲学家都为自己构绘出一幅有关外部世界的哲学概念图,这并不是件坏事。坏的是忘记它们是图,并把它们看作就是“这个世界”。与其他哲学家一样,普特南也有一幅概念图,在他的图中,从理论的两种不相容的本体论,即唯物主义和唯心主义的本体论都可以是正确的意义上看,客体是与理论相依赖的。说这些本体论都是正确的,并不是说存在着与拥有广延性的实体一样的“在那里头”的场以及逻辑建构意义上的场;也不是说同时存在绝对时空点和仅仅作为界限的点。而是说各种表述和各种理论在一定场合下都同样是适宜的。在实用主义的传统中,它是说,各种手段在其为之设计的关系中,如果功能是相同的话,那么它们在我们所能控制的各方面都是等效的。
既然客体是与理论相依赖的,所谓真理是根据某一语言中各分项间以及固有的非理论化实体中各分项间的“对应联系”而定义或解释的思想就必须被放弃,而确立这样一种观念或认识论的图景:“真理不过是观念理性化的可接受性。”那些被认定为“真”的东西,在赋有“理性和可感觉性”的生物拥有的经验与智力的基础上,应被认为是有保证的。但是我们却不能草拟一种有关“实在”的保证理论(即一种有关保证的“本质”的理论),更不用说一种观念化的保证理论了。在实践中,我们实际上也没有建构起一种有关世界的独一无二的理论,只是建构起各种不同的理论,而且不是所有的理论都是等效的。因为我们实践的多元论必然导致理论的多元论。所以在普特南的概念图中,存在许多个世界,而不是一个世界;这个世界作为描绘的对象当然有客观性,但也有多面性和模糊性。不过模糊的谓项并没有什么错误,错误的是在特定场合中太模糊,这常常是一些实在论者忽略或错误表述的另一个事实。
三、人本主义倾向
在科学实在论与反实在论的激烈争论中,普特南虽然没有完全抛弃实在论,并力图保卫它,但是在实在论的内涵方面,他已从早期的客观实在的立场转向客观实在对人的依赖性立场,即从外在实在论转向内在实在论;从科学知识的独立性转向对认识主体、认识工具的依存性;从科学理论的辩护和证明转向科学理论的解释;从真理的趋同性和符合论转向真理的多元论和实用论;从欣赏唯物主义转向欣赏唯心主义和操作主义;从注重本体论研究转向到注重认识论和方法论研究,继而又转向到注重人类的日常生活和社会实践的研究。而所有这一切,尤其是他的内在实在论立场集中地反映了他的实在论日益带有人本主义色彩。这种带人性的实在论色彩可以从如下方面证明:
首先在对待科学和世界的态度问题上,他对尼采所谓的“随着科学范围的日益扩大,它所触及的悖论的地方也就越多”的观点表示欣赏,并进一步考察:是否随着科学知识范围的不断扩大,科学和这个世界本身也变得愈来愈自相矛盾。以只有少数人理解和熟悉的量子力学为例,一方面,它与经典物理学相区别的独特性就在于:有关这一理论的任何应用都需要没有被包括在这一理论系统之内的“科学仪器”或“观察者”的存在;另一方面,“原则上又没有关于整个宇宙的量子力学理论”。许多量子力学的创始人都已经注意到:在理论系统和观察者的切面之间,用来测量和检验理论应用的仪器最终是靠在观察者一边的。以至玻尔在他的所谓“哥本哈根解释”中明确表示:“只有与特殊的实验场景中的特殊的测量仪器相联系,该系统中的每一种性质才被认为是有意义的和存在的。”([5],p.4 )这也正是许多人认为量子力学与经典物理学不可比较的原因所在。然而要想利用测量仪器获得满意的描述和结果,就必须利用同样存在于经典物理学中的语言和数学公式。这样,在玻尔看来,量子力学又没有简单地使经典物理学废弃不用。
从上述量子力学和经典物理学的关系上看,这好象是足够悖谬的,但是普特南却证明:量子物理学对于经典物理学的依赖性却不是悖论。在他看来,所谓的量子力学理论只不过是“牛顿的想象力所要求的一部分”。因为牛顿的物理学拥有一种特殊的感染力;它对几个世纪以来的神学、哲学、心理学、乃至整个文化都产生了巨大的影响;它给予我们的是“上帝的视野”,是上帝对整个宇宙的洞察。这个宇宙是一架巨大的机器。如果你是一个唯物主义者,就会认为我们自身就是这架巨大机器的一个分系统。如果你是一个二元论者,就会认为只有我们的身体才是这架机器的一部分。迄今以来,我们对于这架机器的测量、观察和物理学上的描绘,只不过是整个事物内部的相互作用。这幅完美的宇宙图的梦,即实际上包括描绘这个宇宙的理论家—观察者在内的宇宙图的梦,既是物理学的梦,也是形而上学的梦,甚至象笛卡尔这样的二元论者也梦想构绘一幅完美的宇宙图。值得注意的是,所有梦想绘制一幅宇宙图的人都感觉到需要一门额外的基础科学,即一门与描述“灵魂、思维或智力”的心理学有关的基础科学,以实现自己的美梦。自十七世纪以来,整个西方文化一直在做着这种美梦,而且凡是借助一种真正的科学理论,利用实验或数学方法从事过这种工作的人都一定感觉到这是一场梦。
但是,玻尔的哥本哈根解释却恰恰放弃了这种梦想。象康德一样,玻尔感觉到这个世界“本身”是超越描绘它的人类思维的能力的。即便是一个“经验的世界”,即我们的经验的世界也不能只凭借一幅图就实现其完整的描绘,而常常需要的是不同类型图的互补。在一些实验场合中必须绘制一幅波动图,在另一些实验场合中又必须绘制一幅粒子图。要放弃只利用一种描绘来说明所有场合的观念;要确立物理学概念与实验场合相互依存的思想;要认识到在观察者与观察对象,即整个宇宙系统之间存在一个不可逾越的鸿沟,这是量子力学的核心,是与经典物理学不同的本质所在。但是,却不能由此说量子力学与经典物理学是完全对立的。只能说量子力学在本质上涵盖了经典物理学的应用。比如冯诺依曼(Von Neumann )的经典著作就向我们表明了如何利用纯粹的量子力学术语来分析测量的案例。所以,量子力学与经典物理学之间具有一种依存关系和包含关系,并不相互矛盾。只是经典物理学认为它所描绘的世界是唯一真实的世界,而量子力学则认为人类只能描绘包含自身在内的世界,而且这个世界因实验场合的变化而变化,人类理智无能力认识一个“自在”的世界。
这是不是说,普特南已经成为一个地地道道的不可知论者和康德意义上的形而上学实在论者?关于形而上学,普特南说,“作为人类生活中的一种事实,在一种意义上,哲学的任务是克服形而上学;而在另一种意义上,它的任务又是持续形而上学的讨论。每一个哲学家都会一面在叫喊,“这项事业是徒劳的、轻薄的、疯狂的——我们必须说:停止!”,而另一面又叫唤,“这项事业完全是最一般、最抽象层次上的反映,停止它将是对理性的一种犯罪。”当然,哲学问题是不可解决的,但是正如S.卡威尔(Stanley Cavell)曾经论述的,“存在有关它们的或是更好或是更坏的思考方式。”不论有多少人认为哲学作为一种认识论和方法论是如何的无益和带来了怎样灾难性的失败,但“我还是想展示一些原理,这些原理在我们面对一些叫做形而上学的事情以及一些叫做认识论的事情遭受失败而感到失望的时候不应当抛弃。”([5],p.19)哲学虽然不能构成存在、知识和文化得以确立的基座, 但是作为一种讲话和思维的方式对于人类的实践和精神无疑有着重要价值。当然哲学的重要性不在于说“我拒绝实在论者与反实在论者的争论”,但是它却可以表明实在论者和反实在论者都歪曲了我们借助概念而生活的生命。一场争论是无益的,并不意味着相互竞争的图象是不重要的。因为哲学所编造的幻觉属于人类生活自身的本性,而且需要进一步阐明。
那么普特南究竟展示了哪些不应当抛弃的哲学原理呢?1 )在一般情况下,人们所作的陈述不管是否有根据,都是事实,但是其中多数事实都是“价值事实”。2 )一个陈述的意义不管是否有根据都不取决于处于一种文化中的多数公民的口头评判,而是取决于一定的社会、文化背景和实际功用。3)有根据的断言的规范和标准是社会历史的产物;它们是随时间而演变着的。4 )这些规范和标准总是反映我们的兴趣和价值,而我们的理智兴趣图通常只是人类兴趣图的一部分。5 )一切事物(包括有根据的断言)的规范和标准都能够改变。存在着更好或更坏的规范和标准。这五条原理概括到一点:评判一切陈述和命题都取决于人们的兴趣和价值;人们的兴趣和价值观念变了,一个陈述或命题是否有根据和理由也就变了。这既是一种实用主义的哲学观点,也是一种人本主义的哲学观点。一切有无、真伪、好坏都以人而论。
既然如此,普特南虽然一再强调要保护内在实在论,然而他的“实在论”已经完全人本主义化了。这正象他自己所陈述的,“如果说我们所说的和我们所做的就是一个‘实在论者’,那么我们最好都是实在论者——用小r代表这类实在论者。 但是关于‘实在论’的形而上学说法却超出拥有小r的实在论之外,而具有某种哲学幻想的特征。”([5],p.26)对于小r的实在论来说,它不需要回答形而上学实在论者渴望解答的问题。诸如:“一个具体客体(空—时域)的存在怎么可能是一种约定?A(椅子)和B(空—时域)的同一性怎么可能是一种约定?”等问题。在小r看来,这些恰恰是生活中的一种事实。他能够感觉到它。 那对于其他人是一种压力的东西,对于他来说,则可能是一种有趣的东西。而形而上学实在论的基本特征则集中体现在这一观念中,即主张“解决哲学问题的方式是构造一个比较好的科学的世界图景”([6],p.107)为此他们总是竭力描绘一幅巨大的先验论的图画; 在这幅图中存在一套固定的“独立于语言”的客体(其中一些是抽象的,另一些是具体的),以及术语与它们的附加物之间的一种“关系”。普特南认为,形而上学实在论的宇宙图景只是部分地与它意欲解释的常识观点相一致。从常识的观点上看,形而上学实在论所描绘的图象是非常模糊的。“我们抓牢哲学家们的拥有小r的实在论,放弃拥有大R的实在论(形而上学实在论)完全没有任何错。”([5],p.28)
作为结论,普特南所描绘的有关这个世界的图象是:“一方面没有任何东西能为之辩护,只能够通过成功来证明它正当;而成功又要通过人的兴趣和价值来判断,而人的兴趣和价值不仅在进化着,并同时获得改造,而且与我们的有关这个世界本身的进化着的图象相互作用。正象必须抛弃‘约定和事实’的绝对两分法一样,基于类似的理由,也必须抛弃‘事实和价值’的绝对两分法。另一方面,它又毕竟是这个世界本身的图象的一部分,而这个世界既不是我们意志的产物,也不是我们以某种方式讲话的气质的产物。”([5],p.29)换句话说,既不是我们制造了这个世界,也不是我们的语言或文化制造了这个世界;这个世界不是从无中生有的;它不是一种产品,而是:“世界就是世界”。但是,我们所认识的这个世界却是与理论相依赖的,是与我们的兴趣、价值观念和最后的审视紧密相关的。
参考文献
[1] 刘放桐主编:《现代西方哲学》,人民出版社,1990。
[2] Hilary Putnam,Meaning and the Moral Science,1978.
[3] Hilary Putnam, Reason, Truth and History, CambridgeUniversity Press,1981.
[4] A.Baruch,Readings in the Philosophy of Science, 3ed,New Jersey,1989.
【关键词】中医;形神关系;量子力学;精神
【Abstract】Relationship between body and spirit of traditional Chinese Medicine and quantum mechanics are all concerned with the study of mental activity, both the theory research can promote each other.Relationship between body and spirit of traditional Chinese Medicine think "the body is the residence of spirit, the spirit is the monarch of body" ,think the unity of spirit and substance, consistent with quantum mechanics Copenhagen interpretation spirit.The Chinese medicine develops than the quantum mechanics to the research of spirit of the consciousness theory have stronger vitality.The Chinese medicine theory thinks that the of cosmos has a kind of ego coordination and the ability of the automatic balance.This ability produced spirit, The spirit further strengthens the ability of self-control.This text thinks this ability to at the beginning make the quantum world head for a classic world,and Is the source of all things.
【Key words】Chinese medicine; Relationship between body and spirit; Quantum mechanics; Matter
形神关系是中医研究物质和精神关系的理论总称。中医对精神的形成有明确的认识,并广泛运用于中医实践中。本文主要结合中医和量子力学进一步探讨物质和精神的关系,希望对传统世界的认知有新的突破。
1 量子力学简介
量子力学是现代物理学的基础和核心,主要有单个电子双缝干涉实验、活猫死猫问题和量子纠缠等非常规现象。《宇宙的琴弦》第二篇第四章总结单个电子双缝干涉实验时指出:电子从两条缝都通过了,并产生了干涉现象。“一旦确定了电子从哪条缝经过,两缝间的干涉现象也就消失了”,电子像小球一样只产生两道竖纹。唐先一、张志林在《量子力学诠释综论》中全面分析了现有的类量子诠释理论,认为传统的哥本哈根解释最为合理,观测者有不可或缺的作用,即观测者的观测让干涉现象消失了。现在普遍认为是观测者的意识使得量子波坍缩的。所以,认知、意识等精神活动是理解量子力学的关键。
2 神的概念和形成
中医将精神活动总称为神,认为形为神之宅,神者形之用,统一了唯心主义和唯物主义。
2.1 神的概念
《中医基础理论》认为“狭义之神指人的意识、思维、情感等精神活动”,它是中医研究的重点。刘富林在《形神合一理论的研究》中认为“神,指人体的生命活动,包括精神、思维、意识、情感、心理等变化”。中医研究的神主要指精神活动,也包括意识,和量子力学中的意识息息相关,两者结合定能熠熠生辉。本文的意识、情志和思维等都是指精神活动,是研究量子力学的重要基础。
刘富林在《形神合一理论的研究》中总结指出中医形神合一理论“体现在中医基础理论与临床诊治、养生防病的全过程中”。陈向群在《量子力学视角下的三种意识解释》中对量子力学衍生出来的三种主要意识理论进行介绍,说明了量子力学视角下的意识处于假设阶段,毫无应用价值。所以,中医形神关系比量子力学产生的意识理论有更强大的生命力。
2.2 神的形成
《中医基础理论》认为“无形则神无以附,无神则形无以活;形为神之宅,神为形之主。形神统一是生命存在的根本保C”。 这里的形“指人体的形体,包括脏腑、经络、气血、津液等构成形体的物质”( 刘富林《形神合一理论的研究》)。中医的形神观告诉我们:精神离不开物质,物质是精神生成的基础。
《中医基础理论》将狭义之神分为五神、情志及思维活动。《中医基础理论》认为:“五神,即神、魂、魄、意、志,是对人的感觉、意识等精神活动的概括。”五神分属五脏,即“心藏神,肺藏魄,肝藏魂,脾藏意,肾藏志”(《素问・宣明五气》)。七情指喜、怒、忧、思、悲、恐、惊,七情中的五志分属五脏,心在志为喜,肝在志为怒,肺在志为忧,脾在志为思,肾在志为恐。《中医基础理论》认为“脏腑精气对自然环境与社会环境的各种刺激作出应答,便产生了意识、思维、情感等精神活动”,这里的脏腑指五脏六腑。《中医基础理论》认为“脏腑之精,指脏腑所藏的具有濡养、滋润本脏腑及其所属的形体、官窍等作用的液态精华物质。”《中医基础理论》认为“气是人体内活力很强运动不息的极细微物质,是构成人体和维持人体生命活动的基本物质之一。”综上所述,精神是由五脏六腑中属于精和气的物质共同作用产生的。五脏分属五行,分别与六腑相表里。《中医基础理论》认为“五行,即木、火、土、金、水五类物质及其运动变化”。五脏六腑的精气各不相同,分属木火土金水的五类物质。五行之气的太过不及都会影响精神活动,如“肝气虚则恐,实则怒”,“心气虚则悲,实则笑不休” (《灵枢・本神》肝气即木气,心气即火气)。五行平衡是正常精神活动的保证,精神的产生离不开水火金木土五类物质的协调运作。
量子世界存在着不确定性,物质可以同时存在多个地方,这决定了物质之间的相互作用也存在着不确定性,那么生成的精神也将变化无常。中医形神观告诉我们:日常的精神世界和量子世界是相互排斥的,这符合物理实验。
2.3 心在精神活动中的作用
中医认为在所有的精神活动中,心起到了控制和调节作用,而西医认为这一功能是脑。杨涛、赵明镜等在《“心主神明”的内涵及现代科学依据》从心脏的内分泌功能与脑的功能密切相关、心血管疾病与精神状态、心血管疾病与认知功能障碍等5个方面对心主神明进行了验证。朴顺天在《心神为体,脑神为用》中总结认为“心就是神明所出之根,脑不主神明,而是神明流注的地方”。简而言之,心就是中央处理器,脑就是存储器。从目前研究进展看,心在精神活动中确实发挥了控制和调节作用,这进一步说明了中医形神关系并非无根之木。
《灵枢・本神》对思维的过程进行了概括“所以任物者谓之心;心有所忆谓之意;意之所存谓之志;因志存变谓之思;因思而远慕谓之虑;因虑而处物谓之智”。这句话说明了心是认识事物的关键,而今所有理论都忽视了认识事物这一能力。量子世界的不确定性决定了由它构成的世界也将不确定,这样的世界是无法认识的。所以,认识事物涉及到量子世界向经典世界的过渡,是一项非常重要的能力,希望理论界能够重视。
3 形神关系的重要意义
《素问・六微旨大论》中有“相火之下,水气承之;水位之下,土气承之;土位之下,风气承之;风位之下,金气承之;金位之下,火气承之;君火之下,承之”的亢害承制现象,即本气亢盛,相克之气就会承接克制。《素问・至真要大论》中有“有胜则复,无胜则否。”这些都说明了五行之气根据相克规律有自我协调、自动平衡的能力。这种自我协调、自动平衡的能力可以作为宇宙初期从量子世界向经典世界过渡的原动力,也应该是精神活动的开始《中医基础理论》认为“神既由精、气、血、津液等作为物质基础而产生,又能反作用于这些物质。神具有统领、调控这些物质在体内进行正常代谢的作用”;“脏腑精气产生神,神通过对脏腑精气的主宰来调节其生理机能”;“神的盛衰是生命力盛衰的综合体现,因此神是人体生理活动和心理活动的主宰”。物质的协调运作生成精神,精神又控制促进物质的协调运作,精神与物质的关系比形神统一更加复杂。这种协调平衡能力在人体中变得更加强大,过犹不及,人的情志反应太过又会扰乱气机的正常运行,这一情况《黄帝内经》也多有描述,本文不做进一步讨论。
杨涛、赵明镜等在《“心主神明”的内涵及现代科W依据》认为,“‘神’指事物的本质属性,是主宰事物运动变化、兴衰存亡的根本因素”。精神生于物质,高于物质,是物质间的固有属性。《宇宙的琴弦》描述了弦理论中的宇宙有10个维度,9个空间维和1个时间维。神可能是宇宙中更高的维度,它将万物联系起来,产生了天人合一理论,存在着非定域性,比量子纠缠现象更加复杂。
中医形神关系支持意识对物质作用的这种观点,符合哥本哈根解释精神。那么在人类进化史、宇宙生成史和时空概念中都必须加入意识。本人能力有限,到此已是黔驴技穷,能引起大家的重视也就心满意足了。
【参考文献】
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[6]黄帝内经[M].北京:中国画报出版社,2008.
一、数学科学是人类社会发展的精神产物
人类是动物进化的产物,最初也完全没有数量的概念.但人类发达的大脑对客观世界的认识已经达到更加理性和抽象的地步.这样,在漫长的生活实践中,由于记事和分配生活用品等方面的需要,才逐渐产生了数的概念.比如捕获了一头野兽,就用1块石子代表;捕获了3头,就放3块石子.“结绳记事”也是地球上许多相隔很近的古代人类共同做过的事.我国古书《易经》中有"结绳而治"的记载.传说古代波斯王打仗时也常用绳子打结来计算天数.用利器在树皮上或兽皮上刻痕,或用小棍摆在地上计数也都是古人常用的办法.这些办法用得多了,就逐渐形成数的概念和记数的符号.
数的概念最初不论在哪个地区都是1、2、3、4…这样的自然数开始的.随着人们活动范围的增广,认识自然利用自然能力的提高,数学在不断的向纵深和多元化发展 ,现在一些数学知识很难在现实生活中找到它的原型.
二、数学科学是人类社会发展的力量
人们认识领域扩大,对物质生活追求的提高,需要不断的认识自然,探索大自然的奥秘来为人类服务,就对各门科学的发展提出了新的发展的要求.其他科学的发展离不开数学的支撑.华罗庚说:“宇宙之大,粒子之微,火箭之速,化工之巧,地球之迷,日用之繁,无处不用数学.”爱因斯坦正是深受数学家黎曼的著作之影响而建立了广义相对论;量子力学的创始人海森堡采用了数学中的矩阵来描述物理量,从而建立了量子力学.1917年数学家拉顿在积分几何研究中引入了一种数学变换(拉顿变换),几十年后柯尔马克和洪斯菲尔德巧妙地运用拉顿变换,设计出X射线断层扫描仪——CT,为医学诊断技术作出了巨大贡献.1991年的海湾战争前,美国曾顾虑伊拉克会点燃科威特的油井而引起全球性污染,一家公司利用流体力学的基本原理及热传导方程建立了数学模型,用计算机仿真,得出否定结果,对美军发动海湾战争起了相当大的作用.在经济和管理过程中,数学技术在其中每一个环节都扮演了重要角色.任何一个产品,从原材料检验、下料、分类、运输、供应,到产品毛坯的准备、加工、物流、贮存、检测、装配、包装,到销售、服务、市场开发,直到市场信息反馈、成本核算、产品改进设计等等,数学中的最优化决策论原理促进了产品设计、生产与开发的科学化
三、数学科学可以提高劳动者的素质,促进生产力的飞跃
人类文明的进步还体现在民族素质的提高.生产力的决定因素是人,人类素质的提高促进生产力的进一步发展,一个民族的强弱在很大程度上取决于全体公民数学素质的高低.
关键词:物理学;科学素质;探索精神
物理学是自然科学和工程技术的基础,对学生的成长和发展具有稳定性、长效性的重要支撑作用,在培养学生科学素质和科研能力等方面具有不可替代的优势。大学物理作为一门重要的基础课程,除了传授相关物理知识以外,其基础地位和在科学素质培养中的作用更为重要。重视大学物理课程教学,不断强化其对学生科学素质培养的作用,对教员来说是一个重要的课题,需要不断努力探索。
一、要充分认识大学物理课程的基础地位
物理学是一门最基础的自然科学,随着自然科学的发展,它的各部分内容已分别形成许多独立的学科。物理学在整个自然科学的发展中占有非常重要的地位,物理学的知识和方法已成为许多自然科学部门和工程技术领域的基础。一方面,它所建立的基本概念,已渗透到自然科学的其它领域,它所得出的原理是关于物质世界的基本规律,是普适的,是相对稳定的;另一方面,物理学所采用的思维方法和研究方法也被其他学科所吸收,科学的思维方法和研究方法对于在其他学科领域的学习和工作的人也具有深远的影响。而且,物理学也是技术发展的基础和先导。物理学的三次突破(经典力学热力学、电磁场理论、相对论量子力学)导致了生产力的三次飞跃,使人类从工业机械化时代进入电气化时代、再进入信息化时代。正如我国著名科学家钱学森所说:“现代科学技术,说到底,是靠两门学问:一是物理,二是数学。
二、要充分发挥大学物理课程在学生科学素质培养方面的作用
物理学是探索物质结构和运动基本规律的学科,重在探索。物理学的发展往往是从发现矛盾和提出问题开始的。正如爱因斯坦所说:“提出一个问题往往比解决一个问题更重要。”费曼也曾说:“科学是一种方法,它教导人们:一些事情是怎样被了解的,什么事情是已知的,现在了解到什么程度,如何对待疑问和不确定性,证据服从什么法则,如何去思考事物,做出判断,如何区别真伪和表面现象。”所以说,物理学在培养学生科学素质方面有独特的作用。
(一)培养学生科学的自然观和辩证唯物主义的世界观
在大学物理教学中,教员要充分揭示物理知识的内涵,并适当利用物理学的发展历史,来帮助学生树立科学的自然观和辩证唯物主义的世界观。例如:从古代宇宙理论到托勒密的地心体系、到哥白尼的日心说、到牛顿的静态宇宙模型、再到称之为“标准宇宙模型”的大爆炸宇宙学说,反映了人类对宇宙认识的逐步深入;对物质层次结构、运动形态与相互转化,对称性与守恒律等的研究与发现,充分体现了世界的物质性,证明了物质世界的客观性和可认识性;牛顿力学实现了天体力学与地面力学的统一,电磁场理论使电学、磁学和光学得到统一,力学与电磁学的统一,导致的狭义相对论的创立,四种基本相互作用的依次发现与研究导致“大统一理论”的研究与发展等,充分说明了物质世界的统一性。辩证法的核心――矛盾的对立统一规律,在物理学中的例证也是丰富多彩的,如吸引与排斥、压缩与膨胀、有序与无序、对称与破缺、量变与质变、连续与离散等。
(二)培养学生的探索精神与创新精神
在大学物理教学中,可以结合物理学的发展历史、物理学家的生平事迹对学生进行教育,鼓励学生独立思考、勇于提出见解,培养他们的探索精神和创新精神。普朗克提出热力学第二定律新思想曾受到亥姆霍兹、克劳修斯反对,他叹息道:“新的科学理论常常通过说服反对者而获胜,它最后的胜利是由于反对者们终于死去而赞成它的年轻一代成长了起来。”物理学界常戏称为“普朗克定理”,足见探索、创新精神的难能可贵。通过介绍哥白尼、伽利略等科学家在追求真理道路上的曲折遭遇到最后胜利,可以强调创新的勇气和探索的意志;法拉第在电流磁效应发现后产生“磁生电”的思想,经过十年努力,发现了电磁感应现象,体现了科学家的不怕失败、百折不挠、勇与探索的精神。体现创新精神的例子也有很多,如爱因斯坦放弃传统的时空观,提出狭义相对论,又经长达十年之久的研究创立了广义相对论;李政道、杨振宁以怀疑批判精神,认真分析大量实验事实,提出弱相互作用宇称不守恒并得到实验证实;狄拉克提出“负能电子海”,预言了正电子的存在等。正如爱因斯坦所说,“想象力比知识更重要,因为知识是有限的,而想象力概括了世界上的一切,推动着进步,并且是知识进化的源泉。”
(三)培养学生掌握科学研究方法
在大学物理教学中,教员要努力帮助学生掌握科学研究方法,为他们能在以后的学习和工作中恰当处理问题打下良好基础。物理学严谨精密,利用数学工具揭示物质世界的客观规律,同时物理学也是一门实验性很强的科学。研究物理学的方法丰富多彩,有观察实验、分析综合、归纳演绎、科学抽象、类比联想、猜测试探、理想化方法、模型化方法、半定量方法等。如,类比法是一种逻辑思维方式,它是根据事物之间在某些方面的类似或同一,推断它在其他方面也可能类似或同一的思维方法。如惠更斯将光与声波类比,提出了光的波动理论;德布罗意将粒子与光进行类比,提出了实物粒子也应具有二象性的著名论断,预言了物质波的存在。又如,理想模型是物理规律和物理理论赖以建立的基础,大学物理课程中就涉及很多物理模型,像质点、刚体、理想气体、电偶极子等都为处理问题带来了方便。再如,作为逻辑推理的助手,理想试验是用假想的、在理想或极端条件下的推理,对命题做出判断,它在物理学发展史上起着重要而独特的作用,如伽利略用理想斜面试验论证了惯性定律,牛顿设想高空平抛物体导致万有引力定律的发现,爱因斯坦设计箱体辐射论证质能关系,海森堡用理想实验论证了不确定关系等。
总之,我们应当重视大学物理课程的基础地位,在教学实施过程中体现素质教育的思想,从以书本为中心转移到关注学生的科学素质培养上来,充分挖掘物理学中蕴含的丰富思想和方法,强化学生的科学素质培养,使他们终身受益。
参考文献
[1]张三慧.大学基础物理学[M].清华大学出版社,2003.
【关键词】:物理 发展 二十一世纪
中图分类号:D62 文献标识码:A 文章编号:1003-8809(2010)05-0282-01
一、历史的回顾
十九世纪末二十世纪初,经典物物学的各个分支学科均发展到了完善、成熟的阶段,随着热力学和统计力学的建立以及麦克斯韦电磁场理论的建立,经典物理学达到了它的顶峰,当时人们以系统的形式描绘出一幅物理世界的清晰、完整的图画,几乎能完美地解释所有已经观察到的物理现象。由于经典物理学的巨大成就,当时不少物理学家产生了这样一种思想:认为物理学的大厦已经建成,物理学的发展基本上已经完成,人们对物理世界的解释已经达 到了终点。物理学的一些基本的、原则的问题都已经解决,剩下来的只是进一步精确化的问题,即在一些细节上作一些补充和修正,使已知公式中的各个常数测得更精确一些。
然而,在十九世纪末二十世纪初,正当物理学家在庆贺物理学大厦落成之际,科学实验却发现了许多经典物理学无法解释的事实。首先是世纪之交物理学的三大发现:电子、X射线和放射性现象的发现。其次是经典物理学的万里晴空中出现了两朵“乌云”:“以太漂移”的“零结果”和黑体辐射的“紫外灾难”。这些实验结果与经典物理学的基本概念及基本理论有尖锐的矛盾,经典物理学的传统观念受到巨大的冲击,经典物理发生了“严重的危机”。由此引起了物理学的一场伟大的革命。爱因斯坦创立了相对论;海林堡、薛定谔等一群科学家创立了量子力学。现代物理学诞生了!
回顾二十世纪物理学的发展,是在三个方向上前进的。在二十一世纪,物理学也将在这三个方向上继续向前发展。
(1) 在微观方向上深入下去。 在这个方向上,我们已经了解了原子核的结构,发现了大量的基本粒子及其运规律,建立了核物理学和粒子物理学,认识到强子是由夸克构成的。今后可能会有新的进展。但如果要探索更深层次的现象,必须有更强大得多的加速器,而这是非常艰巨的任务,所以我认为近期内在这个方向上难以有突破性的进展。
(2)在宏观方向上拓展开去。 1948年美国的伽莫夫提出“大爆炸”理论,当时并未引起重视。1965年美国的彭齐亚斯和威尔逊观测到宇宙背景辐射,再加上其他的观测结果,为“大爆炸”理论提供了有力的证据,从此“大爆炸”理论得到广泛的支持,1981年日本的佐藤胜彦和美国的古斯同时提出暴胀理论。八十年代以后,英国的霍金等人开始论述宇宙的创生,认为宇宙从“无”诞生,今后在这个方向上将会继续有所发展。
(3)深入探索各层次间的联系。这正是统计物理学研究的主要内容。二十世纪在这方面取得了巨大的成就,先是非平衡态统计物理学有了得大的发展,然后建立了“耗散结构”理论、协同论和突变论,接着混沌论和分形论相继发展起来了。近年来把这些分支学科都纳入非线性科学的范畴。相信在二十一世纪非线性科学的发展有广阔的前景。
爱因斯坦当初探索“统一场论”是基于他的“物理世界统一性”的思想,但是他努力探索了三十年,最终没有成功。我对此有不同的观点,根据辩证唯物主义的基本原理,我认为“物质世界是既统一,又多样化的”。且莫论追求“超统一理论”能否成功,即便此理论完成了,它也不是物理学发展的终点。因为“在绝对的总的宇宙发展过程中,各个具体过程的发展都是相对的,因而在绝对真理的长河中,人们对于在各个一定发展阶段上的具体过程的认识只具有相对的真理性。无数相对的真理之总和,就是绝对的真理。”“人们在实践中对于真理的认识也就永远没有完结。”
现代物理学的革命将怎样发生呢?我认为可能有两个方面值得考试:
(1)客观世界可能不是只有四种力。第五、第六……种力究竟何在呢?现在我们不知道。我的直觉是:将来最早发现的第五种力可能存在于生命现象中。物质构成了生命体之后,其运动和变化实在太奥妙了,我们没有认识的问题实在太多了,我们今天对于生命科学的认识犹如亚里斯多德时代的人们对于物理学的认识。
(2) 现代物理学理论也只是相对真理,而不是绝对真理。应该通过审思现代物理学理论基础的不完善性来探寻现代物理学革命的突破口,在下一节中将介绍我的观点。
二、现代物理学的理论基础是完美的吗
相对论和量子力学是现代物理学的两大支柱,这两大支柱的理论基础是否十全十美的呢?我们来审思一下这个问题。
当年爱因斯坦就是从关于光速和关于时间要领的思考开始,创立了狭义相对论[1]。我们今天探寻现代物理学革命的突破口,也应该从重新审思时空的概念入手。 爱因劳动保护坦创立狭义相对论是从讲座惯性系中不同地点的两个“事件”的同时性开始的[4],他规定用光信号校正不同地点的两个时钟来定义“同时”,这样就很自然地导出了洛仑兹变换,进一步导致一个四维时空(x,y,z,ict)(c是光速)。为什么爱因劳动保护担提出用光信号来校正时钟,而不用别的信号呢?在他的论文中没有说明这个问题,其实这是有深刻含意的。
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从张量概念到张量分析黄勇 魏屹东 (80)
晚清时期中日科技传播模式比较分析高建明 李斌 (84)
纸币防伪技术与山西票号业的发展成艳萍 (90)
产业哲学视野中全球生产方式的演化及其特征——从福特制、丰田制到温特制王蒲生 杨君游 李平 张宇 (96)
法律视野中的“大科学”肖芳 胡新和 (102)
区域科技核心竞争力:概念与理论框架张克军 (107)
二十世纪即将结,二十一世纪即将来临,二十世纪是光辉灿烂的一个世纪,是个类社会发展最迅速的一个世纪,是科学技术发展最迅速的一个世纪,也是物理学发展最迅速的一个世纪。在这一百年中发生了物理学革命,建立了相对信纸和量子力学,完成了从经典物理学到现代物理学的转变。在二十世纪二、三十年代以后,现代物理学在深度和广度上有了进一步的蓬勃发展,产生了一系列的新学科的交叉学科、边缘学科,人类对物质世界的规律有了更深刻的认识,物理学理论达到了一个新高度,现代物理学达到了成熟的阶段。
在此世纪之交的时候,人们自然想展望一下二十一世纪物理学的发展前景,探索今后物理学发展的方向。我想谈一谈我对这个问题的一些看法和观点。首先,我们来回顾一下上一个世纪之交物理学发展的情况,把当前的情况与一百年前的情况作比较对于探索二十一世纪物理学发展的方向是很有帮助的。
一、历史的回顾
十九世纪末二十世纪初,经典物物学的各个分支学科均发展到了完善、成熟的阶段,随着热力学和统计力学的建立以及麦克斯韦电磁场理论的建立,经典物理学达到了它的顶峰,当时人们以系统的形式描绘出一幅物理世界的清晰、完整的图画,几乎能完美地解释所有已经观察到的物理现象。由于经典物理学的巨大成就,当时不少物理学家产生了这样一种思想:认为物理学的大厦已经建成,物理学的发展基本上已经完成,人们对物理世界的解释已经达到了终点。物理学的一些基本的、原则的问题都已经解决,剩下来的只是进一步精确化的问题,即在一些细节上作一些补充和修正,使已知公式中的各个常数测得更精确一些。
然而,在十九世纪末二十世纪初,正当物理学家在庆贺物理学大厦落成之际,科学实验却发现了许多经典物理学无法解释的事实。首先是世纪之交物理学的三大发现:电子、X射线和放射性现象的发现。其次是经典物理学的万里晴空中出现了两朵“乌云”:“以太漂移”的“零结果”和黑体辐射的“紫外灾难”。[1]这些实验结果与经典物理学的基本概念及基本理论有尖锐的矛盾,经典物理学的传统观念受到巨大的冲击,经典物理发生了“严重的危机”。由此引起了物理学的一场伟大的革命。爱因斯坦创立了相对论;海林堡、薛定谔等一群科学家创立了量子力学。现代物理学诞生了!
把物理学发展的现状与上一个世纪之交的情况作比较,可以看到两者之间有相似之外,也有不同之处。
在相对论和量子力学建立起来以后,现代物理学经过七十多年的发展,已经达到了成熟的阶段。人类对物质世界规律的认识达到了空前的高度,用现有的理论几乎能够很好地解释现在已知的一切物理现象。可以说,现代物理学的大厦已经建成。在这一点上,目前有情况与上一个世纪之交的情况很相似。因此,有少数物理学家认为今后物理学不会有革命性的进展了,物理学的根本性的问题、原则问题都已经解决了,今后能做到的只是在现有理论的基础上在深度和广度两方面发展现代物理学,对现有的理论作一些补充和修正。然而,由于有了一百年前的历史经验,多数物理学家并不赞成这种观点,他们相信物理学迟早会有突破性的发展。另一方面,虽然在微观世界和宇宙学领域中有一些物理现象是现代物理学的理论不能很好地解释的,但是这些矛盾并不是严重到了非要彻底改造现有理认纱可的程度。在这方面,目前的情况与上一个世纪之交的情况不同。在上一个世纪之交,经典物理学发生了“严重的危机”;而在本世纪之交,现代物理学并无“危机”。因此,我认为目前发生现代物理学革命的条件似乎尚不成熟。
虽然在微观世界和宇宙学领域中有一些物理现象是现代物理学的理论不能很好地解释的,但是这些矛盾并不是严重到了非要彻底改造现有理认纱可的程度。在这方面,目前的情况与上一个世纪之交的情况不同。在上一个世纪之交,经典物理学发生了“严重的危机”;而在本世纪之交,现代物理学并无“危机”。因此,我认为目前发生现代物理学革命的条件似乎尚不成熟。客观物质世界是分层次的。一般说来,每个层次中的体系都由大量的小体系(属于下一个层次)构成。从一定意义上说,宏观与微观是相对的,宏观体系由大量的微观系统构成。物质世界从微观到宏观分成很多层次。物理学研究的目的包括:探索各层次的运动规律和探索各层次间的联系。
回顾二十世纪物理学的发展,是在三个方向上前进的。在二十一世纪,物理学也将在这三个方向上继续向前发展。
1)在微观方向上深入下去。在这个方向上,我们已经了解了原子核的结构,发现了大量的基本粒子及其运规律,建立了核物理学和粒子物理学,认识到强子是由夸克构成的。今后可能会有新的进展。但如果要探索更深层次的现象,必须有更强大得多的加速器,而这是非常艰巨的任务,所以我认为近期内在这个方向上难以有突破性的进展。
2)在宏观方向上拓展开去。1948年美国的伽莫夫提出“大爆炸”理论,当时并未引起重视。1965年美国的彭齐亚斯和威尔逊观测到宇宙背景辐射,再加上其他的观测结果,为“大爆炸”理论提供了有力的证据,从此“大爆炸”理论得到广泛的支持,1981年日本的佐藤胜彦和美国的古斯同时提出暴胀理论。八十年代以后,英国的霍金[2,3]等人开始论述宇宙的创生,认为宇宙从“无”诞生,今后在这个方向上将会继续有所发展。从根本上来说,现代宇宙学的继续发展有赖于向广漠的宇宙更遥远处观测的新结果,这需要人类制造出比哈勃望远镜性能更优越得多的、各个波段的太空天文望远镜,这是很艰巨的任务。
我个人对于近年来提出的宇宙创生学说是不太信的,并且认为“大爆炸”理论只是对宇宙的一个近似的描述。因为现在的宇宙学研究的只是我们能观测到的范围以内的“宇宙”,而我相信宇宙是无限的,在我们这个“宇宙”以外还有无数个“宇宙”,这些宇宙不是互不相干、各自孤立的,而是互相有影响、有作用的。现代宇宙学只研究我们这个“宇宙”,当然只能得到近似的结果,把他们的延伸到“宇宙”创生了初及遥远的未来,则失误更大。
3)深入探索各层次间的联系。
这正是统计物理学研究的主要内容。二十世纪在这方面取得了巨大的成就,先是非平衡态统计物理学有了得大的发展,然后建立了“耗散结构”理论、协同论和突变论,接着混沌论和分形论相继发展起来了。近年来把这些分支学科都纳入非线性科学的范畴。相信在二十一世纪非线性科学的发展有广阔的前景。
上述的物理学的发展依然现代物理学现有的基本理论的框架内。在下个世纪,物理学的基本理论应该怎样发展呢?有一些物理学家在追求“超统一理论”。在这方面,起初是爱因斯坦、海森堡等天才科学家努力探索“统一场论”;直到1967、1968年,美国的温伯格和巴基斯坦的萨拉姆提出统一电磁力和弱力的“电弱理论”;目前有一些物理学家正在探索加上强力的“大统一理论”以及再加上引力把四种力都统一起来的“超统一理论”,他们的探索能否成功尚未定论。
爱因斯坦当初探索“统一场论”是基于他的“物理世界统一性”的思想[4],但是他努力探索了三十年,最终没有成功。我对此有不同的观点,根据辩证唯物主义的基本原理,我认为“物质世界是既统一,又多样化的”。且莫论追求“超统一理论”能否成功,即便此理论完成了,它也不是物理学发展的终点。因为“在绝对的总的宇宙发展过程中,各个具体过程的发展都是相对的,因而在绝对真理的长河中,人们对于在各个一定发展阶段上的具体过程的认识只具有相对的真理性。无数相对的真理之总和,就是绝对的真理。”“人们在实践中对于真理的认识也就永远没有完结。”[5]
现代物理学的革命将怎样发生呢?我认为可能有两个方面值得考试:
1)客观世界可能不是只有四种力。第五、第六……种力究竟何在呢?现在我们不知道。我的直觉是:将来最早发现的第五种力可能存在于生命现象中。物质构成了生命体之后,其运动和变化实在太奥妙了,我们没有认识的问题实在太多了,我们今天对于生命科学的认识犹如亚里斯多德时代的人们对于物理学的认识,因此在这方面取得突破性的进展是很可能的。我认为,物理学业与生命科学的交叉点是二十一世纪物理学发展的方向之一,与此有关的最关于复杂性研究的非线性科学的发展。
2)现代物理学理论也只是相对真理,而不是绝对真理。应该通过审思现代物理学理论基础的不完善性来探寻现代物理学革命的突破口,在下一节中将介绍我的观点。
三、现代物理学的理论基础是完美的吗?
相对论和量子力学是现代物理学的两大支柱,这两大支柱的理论基础是否十全十美的
呢?我们来审思一下这个问题。
1)对相对论的审思
当年爱因斯坦就是从关于光速和关于时间要领的思考开始,创立了狭义相对论[1]。我们今天探寻现代物理学革命的突破口,也应该从重新审思时空的概念入手。爱因劳动保护坦创立狭义相对论是从讲座惯性系中不同地点的两个“事件”的同时性开始的[4],他规定用光信号校正不同地点的两个时钟来定义“同时”,这样就很自然地导出了洛仑兹变换,进一步导致一个四维时空(x,y,z,ict)(c是光速)。为什么爱因劳动保护担提出用光信号来校正时钟,而不用别的信号呢?在他的论文中没有说明这个问题,其实这是有深刻含意的。
时间、空间是物质运动的表现形式,不能脱离物理质运动谈论时间、空间,在定义时空时应该说明是关于什么运动的时空。现代物理学认为超距作用是不存在的,A处发生的“事件”影响B处的“事件”必须通过一定的场传递过去,传递需要一定的时间,时间、空间的定义与这个传递速度是密切相关的。如果这种场是电磁场,则电磁相互作用传递的速度就是光速。因此,爱因斯坦定义的时空实际上是关于由电磁相互作用引起的物质运动的时空,适用于描述这种运动。
爱因斯坦把他定义的时间应用于所有的物质运动,实际上就暗含了这样的假设:引力相互作用的传递速度也是光速c.但是引力相互作用是否也是以光速传递的呢?令引力相互作用的传递速度为c'。至今为止,并无实验事实证明c'等于c。爱因斯坦因他的“物质世界统一性”的世界观而在实际上假定了c=c'。我持有“物质世界既统一,又多样化的”以观点,再加之电磁力和引力的强度在数量级上相差太多,因此我相相信c'可能不等于c。工样,关于由电磁力引起的物质运动的四维时空(x,y,z,ict)和关于由引力引起的运动的时空(x',y',z',ic't')是不同的。如果研究的问题只涉及一种相互作用,则按照现在的理论建立起来的运动方程的形式不变。例如,爱因斯坦引力场方程的形式不变,只需把常数c改为c'。如果研究的问题涉及两种相互作用,则需要建立新的理论。不过,首要的事情是由实验事实来判断c'和c是否相等;如果不相等,需要导出c'的数值。
我在二十多年前开始形成上述观点,当时测量引力波是众所瞩目的一个热点,我曾对那些实验寄予厚望,希望能从实验结果推算出c'是否等于c。令人遗憾的是,经过长斯的努力引引力波实验没有获得肯定的结果,随后这项工作冷下去了。根据爱国斯坦理论预言的引力波是微弱的,如果在现代实验技术能够达到的测量灵敏度和准确度之下,这样弱的引力波应该能够探测到的话,长期的实验得不到肯定的结果似乎暗示了害因斯坦理论的缺点。应该从c'可能不等于c这个角度来考虑问题,如果c'和c有较大的差异,则可能导出引力波的强度比根据爱因劳动保护坦理论预言的强度弱得多的结果。
弱力、强力与引力、电磁力有本质的不同,前两者是短程力,后两者是长程力。不同的相互作用是通过传递不同的媒介粒子而实现的。引力相互作用的传递者是引力子;电磁相互作用的传递者是光子;弱相互作用的传递者是规范粒子(光子除外);强相互作用的传递者是介子。引力子和光子的静质量为零,按照爱因斯坦的理论,引力相互作用和电磁相互作用的传递速度都是光速。并且与传递粒子的静质量和能量有关,因而其传递速度是多种多样的。
在研究由弱或强相互作用引起的物质运动时,定义惯性系中不同的地点的两个“事件”的“同时”,是否应该用弱力或强力信号取代光信号呢?我对核物理学和粒子物理学是外行,不想贸然回答这个问题。如果应该用弱力或强力信号取代光信号,那么关于由弱力或强力引起的物质运动的时空和关于由电磁力引起的运动的时空(x,y,z,ict)及关于由引力引起的运动的时空(x',y',z',ic't')
有很大的不同。设弱或强相互作用的传递速度为c'',c''不是常数,而是可变的,则关于由弱或强力引起的运动的时空为(x'',y'',z'',Ic''t''),时间t''和空间(x'',y'',z'')将是c'的函数。然而,很可能应该这样来考虑问题:关于由弱力引起的运动的时空,在定义中应该以规范粒子的静质量取作零时的速度c1取代光速c。由于“电弱理论”把弱力和电磁力统一起来了,因此有可能c1=c,则关于由弱力引起的运动的时空和关于由电磁力引起的运动的时空是相同的,同为(x,y,z,ict)。关于由强力引起的运动的时空,在定义中应该以介子的静质量取作零(在理论上取作零,在实际上没有静质量为零的介子)时的速度c''取代光速c,c''可能不等于c。则关于由强力引起的运动的时空(x'',y'',z'',Ic''t'')不同于(x,y,z,ict)或(x',y',z',ic't')。无论上述两种考虑中哪一种是对的,整个物质世界的时空将是高于四维的多维时空。对于由短程力(或只是强力)引起的物质运动,如果时空有了新的一义,就需要建立新的理论,也就是说需要建立新的量子场论、新的核物理学和新的粒子物理学等。如果研究的问题既清及长程力,又涉及短程力(尤其是强力),则更需要建立新的理论。
1)对量子力学的审思
从量子力学发展到量子场论的时候,遇到了“发散困难”[6]。1946——1949年间,日本的朝永振一郎、美国的费曼和施温格提出“重整化”方法,克服了“发散困难”。但是“重整化”理论仍然存在着逻辑上的缺陷,并没有彻底克服这一困难。“发散困难”的一个基本原因是粒子的“固有”能量(静止能量)与运动能量、相互作用能量合在一起计算[6],这与德布罗意波在υ=0时的异性。
现在我陷入一个两难的处境:如果采用传统的德布罗意关系,就只得接受不合理的德布罗意波奇异性;如果采纳修正的德布罗意关系,就必须面对使新的理论满足相对论协变性的难题。是否有解决问题的其他途径呢?我认为这个问题或许还与时间、空间的定义有关。现在的量子力学理论中时宽人的定义实质上依然是决定论的定义,而不确定原理是微观世界的一条基本规律,所以时间、空间都不是严格确定的,决定论的时空要领不再适用。在时间或空间的间隔非常小的时候,描写事情顺序的“前”、“后”概念将失去意义。此外,在重新定义时空时还应考虑相关的物质运动的类别。模糊数学已经发展得相当成熟了,把这个数学工具用到微观世界时空的定义中去可能是很值得一试的。
1)在二十一世纪物理学将在三个方向上继续向前发展(1)在微观方向上深入下去;(2)在宏观方向上拓展开去;(3)深入探索各层次间的联系,进一步发展非线性科学。
2)可能应该从两方面去控寻现代物理学革命的突破口。(1)发现客观世界中已知的四种力以外的其他力;(2)通过审思相对论和量子力学的理论基础,重新定义时间、空间,建立新的理论
辩证联系观的基本概念是联系,它是指“一切事物之间和事物内部各要素之间的互相影响、相互制约和相互作用。”辩证联系观指明了联系的客观性、联系的条件性以及联系的多样性。
广谱哲学认为,辩证联系观的这些规定是对客观世界普遍存在的联系的高度概括,具有高度的普适性。但如何使这些规定具有明晰的结构并具有一定的可观性、可控性,则没有进一步的规定。广谱联络论首先解决了联系概念的可观控形式问题。
广谱哲学用数学上的二元关系作为基础模块来拟化联系的概念。二元关系不是字面意义上的“二个元素之间的关系”,而是两个集合之间诸元素两两配对形成的序偶的集合。“两两配对”在数学上是对集合取直积,A×B,它是在A中任取一个元素a再在B中任取一个元素b组成有序对(a,b)∈A×B,所有(a,b)组成的集(a,b)=A×B,而二元关系R是直积集合A×B的子集合R∝A×B。当赋予了二元关系以具体含义后,它便可以描述各种联系方式。例如,设A是原因的集合,B是结果的集合,则A×B是从原因到结果的所有可能组合的集合,其中抽取部分集合便可描述一因一果关系,一因多果关系、多因多果关系等。又如,若A是时间(时刻或时段)的集合,B是事物变化状态《性质或状态)的集合,则A×B便是从时间到性状的所有可能组合的集合,其中抽取部分集合便可描述一刻一态关系(常态)、一刻多态关系(分叉)、多刻一态关系(静态)等。可见,二元关系本身便可以刻划联系的多样性。
由于二元关系本身也是集合(直积的子集合),因此可以对二元关系实施集合的运算,如并、交、差、补等运算,作为关系,还可以进行复合、限定、求逆等运算,从而生成新的关系。
对二元关系还可以赋予广义的权重,用以刻划关系的强弱、密切程度、联系的性质(如正相关、负相关等)、联系的条件等,因而它可以刻化联系的广义条件性。
二元关系还可以推广成多元关系,用以描述多元素之间的
联系形式
当把二元关系看成某种抽象作用时,则作用的结果就是关系的像,它是广义的痕迹概念。
二元关系还可以有各种特殊形式,如广义场、广义网以及作为广义场与广义网复合体的广义场网等。
广谱联络论的“联络”概念就是由二元关系及其组合,复合生成的各种复杂联系体的总称。联络的客观性就是它在n重观控(n个人n次观控)下的不变性。
广谱联络论与辩证联系观在“联系“概念上的异同。
联系原理的公理化
辩证联系观的核心观点是“客观世界是普遍联系的”,而联系的表现形式是系统。关于“客观世界是普遍联系的”这个判断,广谱哲学认为过于笼统,因为由它很难作进一步的推演。为此,广谱联络论提出了最小联络公理:“对任一客观事物a,至少存在另一客观事物b,使(a,b)∈R”,其中R是某个二元关系。公理中的“至少存在另一客观事物”就是“最小联络”的含义,当然允许有多个事物与之发生联系。
这个公理的最显著的特点,就是由它可以推出一般系统论的大部分结论(如系统性、开放性、嵌套性、环境性、整体性等)。例如,按照最小联络公理,任何客观事物a,至少存在另一客观事物b,与a发生相互作用,从而组成一个系统。因此,客观世界是系统的集合。这就是客观世界的系统性。又如,把最小联络公理中的“客观事物”置换成“客观系统”,则该公理成为“对任一客体系统s至少存在另一客体系统s’,使(s,s’)∈R”,即s与s’发生相互作用关系。因此,任何系统均有一定的开放性。等等。
进一步地,广谱联络论还把普遍联系的实质一相互作用关系运用于考察客观事物的性质或状态,提出了另一重要公理一性状非自在公理:“任何客观事物的性质、状态都是其内外作用的关系像”。这里的“关系像”就是我们在上面讲的关系作用的结果及其显现。
这一公理概括了相对论、量子力学、量子化学等现代科学关于物质性状研究的大量科学事实,这些事实表明了孤立的所谓事物的性质、状态是不存在的,他们是物质之间相互作用的结果或显现,因此谈论事物本身的性质或状态没有意义。
由这一公理,可以推出诸多有用的结论(如因果性、非固有性、相对性、可观控性、非加和性等)。例如,按照这一公理,客观事物的性质和状态由事物的内部相互作用和外部相互作用所决定,因而事物的性质和状态有其内因和外因,这就是事物性状的因果性。又如按照这一公理,当事物的内外相互作用消失后,事物原有的性状也将不复存在,这就是事物性状的非固有性,等等。
有了最小联络公理和性状非自在公理,广谱联络论便把辩证联系观发展成了一个相对严密的逻辑体系,而不是”观点(普遍联系观)+解释”。从这个意义上说,广谱联络论把“观点”发展成了“理论”。
联系分析的程序化
宏观联络分析法
当客观系统内部的联系错综复杂时,为了以简驭繁地把握该系统,需要对该系统进行简化和分解,分解前的联系形式,称为微观联络,而分解后的“块”与“块”间的联系形式就称为宏观联络。因此,宏观联络分析法的关键是简化和分解。由于简化和分解的数学基础是等价关系或半等价关系,因而宏观联络分析法的核心是按照一定的价值取向确定某个等价关系或半等价关系,实现对系统的分解,然后分析分解后的诸子系统的宏观联络。广谱联络论的宏观联络分析法概括了理论中的阶级分析方法、系统工程学中结构图的分解方法、模糊数学中的模糊聚类方法以及逻辑学中的分类方法等。
主要联络分析法
对于一个复杂的动态的过程系统,如何抓住其基本线索或主要线索,推知它的过去或未来,这是主要联络分析法要解决的问题。它的关键是对指定的过程系统如何扩展,依据什么扩展,扩展后如何进行投影,以保证过滤掉扩展系统的细枝末节,保留主要联络,以便显化出过程系统的主要趋势。主要联络分析法吸取了历史唯物主义关于评价历史人物的社会背景研究法、马克思预测资本主义未来的基本矛盾分析法、从生产力水平划分社会形态的方法、从生产关系的性质划分社会形态的方法、辩证逻辑学关于逻辑和历史统一的研究方法等,具体构造了主要联络分析法的五步基本程序。
关键联络分析法
一、易学自然观
《周易》包括《易经》和《易传》两部分,实际上是上古巫文化化出的符号、周初时期占筮验词集锦和战国末年理性诠释的统合。作为《易传》的十篇释文已经完全脱离卜筮,建立起一套以阴阳为纲阐释变化的理论体系。汉兴,《周易》作为官学传习和研究的对象,被尊称为“五经”之首;汉易已经纳入阴阳五行学说,隋唐时期易学即以其理性向科学领域渗透;进而逐渐形成以符号系统与以阴阳为纲纪相结合的范畴体系和理论结构。
易学对宇宙的基本观点是:阴阳相涵相因、流变会通,构成一个合谐互补的有机整体。
张立文教授在《王船山易学思想略论》〔1-191〕中指出:船山的本体哲学,统体会通于和合。所谓和合者,就是“阴阳未分,二气合一,氤氲太和之真体”。《易传》有言“形而上者谓之道,形而下者谓之器”,作者认定道器是虚实范畴,虚与实的主要差异在于隐与显。“形而上者是隐也”,隐不是无,而是潜在,是形而下所以存在的根据。“形而下者是显也”,指有形质的东西,“即形之成乎物而可见可循者也”。即此可知,显指可见可循的事物和现象,隐指寓于“器”而起作用的现象背后更本质的东西;而隐又不是虚无,“道不虚生,则凡道皆实也”。从而推定道乃实存之体,得出道器交与为体、相涵相因、流变会通的两系统结构论。
道和器的关系究竟如何?就逻辑上讲,“形上者乃形之所自生”,因为凡器皆有形,由“形”逻辑上得出对应于“形下”必然存在着“形上”。就二者的主从关系讲,“当其未形而隐然有不可喻之天则,天以之化”,依此概括二者的关系为:道是器存在的依据;道通过器而表现自己,一切显性的运动变化之因皆源之于道。再就孰先孰后的角度讲,是“理不先而气不后”,二者既不存在先后、本末之别,也就从根本上排除了天理、神创的观念。
张教授立足于人文(兼及自然)阐述问题,认为“王船山道器、气关系,充分体现和贯彻了《周易》和合人文的精神”,本文专门讨论自然而不涉及人文。依据形上学本体哲学,自然界的物理客体应该分两类,即“形之已成乎物”和“未形”,二者的本质区别在于形下之“显”和形上之“隐”。
小结:易学自然观是两系统结构论。从静态角度讲,“万物(包括宇宙自身)负阴而抱阳,冲气以为和”;从动态角度讲,“阴变阳,阳变阴,其变无穷”。所谓的易,就是讲阴阳变化之理的学问,即“易以道阴阳”。
二、两种物理学理论
物理学作为一门学术的名称,是从亚里士多德的希腊文著作延续下来的,这个希腊词的意思是探讨自然的秩序和原理的“自然学”,亚氏又称其为自然哲学。大约到18世纪中叶,由于学科内容的分化,自然史和化学从物理学中独立出来,18世纪后半叶法国讨论过留下的物理学意味着什么,结果是把物理学分为一般物理学和特殊物理学。前者指牛顿力学或由《自然哲学的数学原理》导出的以数学描述质点运动的传统,后者包括声、光、电、磁等广泛领域。通常都把这种划分说成是数学科学传统和实验物理学的分离。
1829年,泊松把当时法国物理学的思想倾向归为两类:物理力学和解析力学。他把前者的特征描述为“它的唯一的原理是把一切还原为分子运动,而这些分子是把力的效果从一点传到另一点并保持这些力之平衡作用的核心”,即期望用天体运动的牛顿平方反比定律数学格式,精密地描述宇宙一切现象,称牛顿范式;而后者则强调现象的解析格式,轻视对物理原因进行讨论,称非牛顿范式。1840年以后,牛顿范式的地位被非牛顿范式所取代;与之同时,拉格朗日原理被泊松和哈密顿予以发展,使力学成为完全分析的形式,并且以能量取代力的概念体系。本应该由之意识到“根本不存在纯粹的力学现象,实际上运动总是结合着热和电磁的变化,它们也规定运动”〔2-9〕,从而结束牛顿的“力学神话”,可惜的是西方哲学没有能够为物理学提供合适的自然观,以后的物理学就在迷茫中走了许多弯路。对两种范式的本质差异,一般都视为用几何法还是用解析法的数学问题。
19世纪30年代之后,随着实验物理学的成熟,出现了实验物理学和理论物理学之区分;物理学的理论又分原理理论和构造理论两类。前者是先使用分析法在经验中发现自然过程的普遍特征(即原理),然后给出各种过程必须满足的数学形式的判据,比如牛顿力学;后者又叫“假说—演绎”法,即先确立“想象的原理”(即“假说”),然后采用反证法通过由原理导出的结论对原理进行证明,给出的内容与经验所显示的现象吻合得愈多愈一致,特别是能够从假说来预言现象并得到证实,这种构造理论就愈成功。依据这种分类方法,一般都承认17世纪牛顿的《原理》和惠更斯的《论光》就分别代表了原理理论和构造理论。对这两种理论划分的依据主要在于思维方式,即前者采用分析法而后者采用综合法。
三、两类物理客体
牛顿的《原理》和惠更斯的《论光》,从近代物理学奠基开始,两种截然不同的理论分别传承为两种体系,即牛顿范式——原理理论,惠更斯范式——构造理论,其本质差异不在思维方式和数学形式之不同,也不在是采用数学方法还是实验方法之别,而在于研究的客体分属于根本不同的两类。
以质量对物体进行计量,并假定质量都集中在一个质点,以相互传递力的作用描述运动,是牛顿范式的核心观念;非牛顿范式研究的光、热、电、磁等现象,都不能以质量进行计量,最终认识到了这种现象都与“能量”直接相关,并且以能量取代了力学概念体系。
而今首当其冲应该明确的是物理学根本就不直觉研究“物质”,正象无法品尝水果一样,因为二者都是抽象的类概念。物理学只研究质量、能量、电量、时间和空间之间的关系,两种理论的适用范围不同,前者是关于质量系统的理论,后者则适用于能量系统。以往不适当地把能量说成是物质运动的形式(如“能即运动”)〔3-526〕,是产生混乱的肇端。现代物理学已经确认物理客体分两类:宇观上有分立的天球和连续辐射,微观上分粒子和场,粒子物理学分费米子和玻色子,理论物理学称其为物质粒子和相互作用;物理学理论也分用质量计量和时空描述、用能量计量和位形描述两个系统。“我们首先把宇宙的物质内容分成两个部分:“物质”即诸如夸克、电子和缪介子等粒子,以及“相互作用”诸如引力和电磁力等等”〔4-38〕。当代著名物理学家霍金居然会说出如此不合逻辑的荒唐话,不难看出“物质”这个误用概念带来的混乱是何等严重。
物理客体不能用“物质”这个概念进行抽象和概括,而应该分为质量和能量两个系统,二者的本质差异有3:1、分立和连续;2、有无静质量;3、量传递时物理客体仅只振动而不发生运动方向的位移。确认能量系统存在的依据有5:1、德西特从广义相对论场方程得出没有物质的宇宙时空解;2、无限的(负能电子)海的发现;3、爱因斯坦说:“依据广义相对论没有以太的空间是不可思议的”;4、3K微波背景辐射证明“空间”不空;5、粒子物理学的实验发现,绝大多数粒子为瞬息亿变的动态网络。
“全〖ZZ(〗空间〖ZZ)〗充满着相互作用着的各种不同的场”〔2-387〕,这种分布着某种物理量的空间,不同于经典物理学中作为参量的空间。“场从数学上表述了能量局域性概念”,“是一个具有无穷多自由度的动力系统”〔2-353〕。即此可知,一切自然现象虽表现为质量系统单元个体的运动和变化,动变之因却源于能量系统的作用;而能量系统本身不通过作用于质量系统的效应也根本就无法观测。物理学早已将物理客体分为弥散态粒子和凝聚态物体,3K微波辐射发现之后,就应该从分类学的角度再增添一种连续态网络;进而将弥散态粒子分为质量子和能量子,如此一来,物理世界图象就会变得非常清晰。
物理客体分物体、粒子、网络三类,分别用质量、电量(或荷质比)、能量计量;人类生活的现实世界属于质量系统(从天球到原子乃至质子、电子),能量系统则是一切运动变化的动力之源;所有的共振态、复合态粒子均属于能量系统的动态网络,只有那些稳定的能量子才有现实意义;不同能量子的有序组合构成信息(从质量系统讲,传递信息必须有载体,而对能量系统,信息和载体则合而为一,于此无暇展开讨论),可以用于操作质量系统的变化和存储一切自然现象。
小结:物理客体分两个系统三种态。质量系统和能量系统确实属于“负阴而抱阳,冲气以为和”的状态;作为两系统“中介”的弥散态,是演绎世间万象的“大舞台”;何以产生质量和电量,是现实世界存在的最根本机制。
四、时间和空间
无论哲学还是物理学,时间和空间都是一对非常重要的范畴,同时又是亘古至今争论最多直到今天还没有取得共识的两个概念。16世纪之前,基本上没有留下多少值得关注的重要论点;牛顿为了创立完整的力学体系,不得不提出人类历史上第一个时空构架。他认为物质是在绝对空间中运动,时间不跟任何物质对象相关、自身等速地在那里流;时间和空间各自独立互不相关。亦即是说时间和空间仅只是描述运动的参量。
现代物理学的发现则是:“广义相对论用空时结构的几何性质来表示引力场”〔2-328〕,场不但“是某种物理量的空间分布”,还是“一个具有无穷多自由度的动力系统”〔2-353〕。很显然,时空结构应该被理解为改变物体或带电粒子运动状态的作用量。
依据质能两系统结构论看待,即使在牛顿力学体系中,时空结构也是作用量而不是描述运动的参量。比如牛顿力学的第一号自然力——重力G=mg,如果没有g作用于m,物体就不会自由下落,很显然g是使m自由下落的作用量。如果用电磁作用相类比,g可以被称为引力场强,其作用效应跟电场作用于电量没什么两样。自从发现了动量和能量守恒之后,牛顿力学方程基本上已经不再使用,足以说明牛顿力学非常片面,能够沟通三个领域最基本的物理量只有动量和动能,根本就不需要力这个概念。
时间和空间究竟指什么?答曰:二者分别是对能量系统单元个体持续性和广延性的计量,恰如用质量计量物体、用电量计量带电粒子那样。
“空间一时间未必是一种可以认为离开物理实在的实际客体而独立存在的东西。物理客体不是在空间之中,而是这些客体有着空间的广延性”〔5-112〕。爱因斯坦如果对中国古典哲学稍有理解,就会再说一句:这些客体还有着时间的持续性。这种“物理实在的实际客体”即指能量系统而言。
能量系统虽是连续态,探究其具体作用时却需要量子化。假定其最小单元为h,由ε=hν=h/T可知,只要测出周期T,即可以知道具体的能量值,同理测出波长即可知动量。故而可以说时间和空间是对能量系统两种属性的计量。
董光璧教授猜想对于不同的相互作用,应该“各有其时空结构”,是有道理的。用于电动力学的时空结构已经非常成功,“对于电磁相互作用,相对论提供的时空结构和量子论提供的能量结构,既在逻辑上自洽又与经验相符”〔2-429〕;而对于质量,发挥作用的时空结构有ι2t-2和ιt-1两种,对行星的运行则有R3/T2=K。
小结:时空不是独立的存在,而是用于计量能量系统属性的概念构架。对于物体或带电粒子,不同的时空结构作用于质量和电量可得能量和动量;对于能量系统,只需要用T和λ对基本单元个体计量,即是能量和动量。
五、两种运动
讨论过物理学不应该使用“物质”这个哲学范畴,明确了物理客体分质量、能量两个系统,确立了质量、电量、能量和时空是基本的物理量,并且弄清了时(T)空(λ)可以直接作为计量能量和动量的基本量,不同时空结构又分别是驱动质量或电量的基本作用量之后,还应该讨论一下运动形式问题。
亚里士多德很早就提出自然运动和强迫运动区分之必要,物理学界至今都没有认真对待。所谓自然运动,应该是不受人的干预,不准附加任何人为条件的运动,比如自由落体、自组织系统的变化和行星运转等(下文称绝对运动);所谓的强迫运动当指人为增添了特设条件的运动,比如将物体抬高、摆钟和日常生活中经常发生的许多运动。
牛顿力学除自由落体之外,几乎都有附加条件,将运动定义为一个物体对另一个物体的位移,运动的基点建立在物体对物体的作用(即力)之上,并将物体看作一个质点等,基本上都属于质量系统的相对运动。现代物理学发现的因果关系被破坏,基本上都产生于对绝对运动和相对运动的作用机制之混淆。
“一个钟所处的引力势越低(深),它走得越慢,而那里发出的光在引力势较高处去接收就会发生红移”〔5-92〕,亦即是说原子钟在那里发出的光频率较小,周期变大。如果是摆钟,依据T=2πL/g,由于g变大,周期就必然变小。两种钟的结果居然完全相反,基于什么原因呢?这就恰好能够说明相对运动和绝对运动的作用机制不同,显示的结果就必然会适得其反。由于原子钟的频率直接决定于能量子的频率,属于绝对运动;而摆钟的周期则由作用量g与弹性势的平衡决定,属于相对运动,g变大时相对而言等于固定不变的弹性势变小,故而钟的周期亦随之变小。“量子理论和每一种合理的真实世界观念都冲突”〔6-127〕;“量子力学改变了古典物理学的因果观和实在论”〔2-328〕。这些观念产生于发现了绝对运动和相对运动效果迥异,感到困惑的原因是没有树立起时间和空间“不再是事件在其中发生的被动的背景”,“相反的,它们现在成为动力学的量”〔4-53〕,根源在于没有突破“物质”一元论的樊篱。
问起广义相对论场方程的意义,通常的回答是:“物质和能量要使时空向其自身弯曲”〔4-60〕,反过来弯曲时空的曲率又决定着物体运动的路径。这种表述本来存在一个因果互易的逻辑循环,只需要将误用概念“物质”去掉,就变成了非常明晰的单因(能量)决定单果(质量运动路径)的关系。再如“势函数V表示质量系统对空间任意点的引力作用”〔2-361〕,实质上则是势函数表示任意时空点对质量的趋动作用。作用和被作用的因果关系弄颠倒的原因,许多都出在用相对运动的观念去解释绝对运动;产生这种观念的根源又非常久远和牢固,先是哲学上把物质说成第一性,继而近代科学一开始就决定只研究属于第一性的质量和重量,外加担心宗教神学找麻烦,所有物理学理论就都必须把物质或质量说成是运动变化的起因。依据两系统结构论,动因仅来源于能量系统。
宇观上的星体都是绝对运动,很早很早之前就受到许多哲人的关注,他们的不少观点由于跟相对运动的理论不合,都受到了冷遇。欧拉认为“一切物理过程都是以太与物质相互作用的结果”〔2-180〕,欧多克斯认为“日、月和行星分别固定在想象的匀速转动的天球上,星体本身不动,它们随着天球运动”〔2-51〕,笛卡尔的观点更明确:“宇宙空间充满媒质的旋涡运动,天体被媒质的旋涡推动”〔2-145〕;最直观形象的描述莫过于那个阴阳互动的太极图,那是华夏先民无数代人仰观俯察智慧的结晶。天空中所有星系或星系团无不都是一个涡旋,其中不少涡旋的中心根本就找不到质量(被称为质量丢失的暗物质)。很显然这些涡旋都是能量积累形成的畸变时空,那些特定的R3/2=K的不同旋线上,都可能会有星体在做自然运动,根本就不需要什么引力作为向心力,自然也就没有必要去找切线力的源。
易学中虽说没有“自组织”这个词,王船山却早就讲清了自组织的作用机制。“阳变阴合,乘机而为动静”,“二气之动,交感而生,凝滞而成物我之万象”,如果将质量子和能量子类比为阴阳,这种说法还满有道理的。
小结:运动有相对和绝对之别。因果关系被破坏的原因大都生之于用相对运动的理论去解释绝对运动,根源在于物质一元论不能作为物理学的哲学基础。
六、唯物宇宙观
科学思想作为文化的一部分,在相当长的时间内世界各地都是沿着自己的传统在发展;从16世纪开始,随着西方殖民主义的掠夺,希腊传统的科学逐渐传播到世界各地。如今所说的近代科学,主要指希腊科学传统的扩展,其间也不乏阿拉伯、中国和印度等地科学成果的积累。物理学思想的发展在很大程度上跟古希腊哲学有着非常密切的关系,古希腊哲学的自然观主张人与自然分离。
在古希腊文化传统中,从公元1世纪基督教创立开始,就出现了理性和信仰、哲学和神学的纷争,科学思想的发展亦被打上深深的烙印。基督教成为国教之后,“知识服从信仰”成为教会的基本准则之一,于是就有人提出“学问来源于经验”与之抗衡。
基督教创立不太久,某些护教派发现那些愚昧贫乏的教义抵抗不住古希腊、罗马文化,特别是哲学,就开始从古希腊、罗马哲学中寻找为教义辩护的依据,从而发展出貌似科学的神学,进而宣布真正的哲学和真正的宗教是同一的和信仰先于理性的原则。中世纪的欧洲几乎一切学术都在宗教神学的桎梏之下,自然科学也不例外,布鲁诺被活活烧死,伽利略遭受终生监禁,都因为他们的理论对神学不利。
唯物主义宇宙观针对信仰先于理性提出物质第一性、意识第二性,自然科学总算找到了哲学基础。由于近代科学确定只研究属于第一性的质量和重量,而不研究与感觉有关的第二性,即把意识范畴留给宗教,总算争得了一席之地。当我们立足于现代科学的成果和困惑,去反思物理学发展的历史时发现,把物质和意识的关系视为全部、特别是近代哲学重大基本问题的唯物主义哲学,根本就不能作为物理学的理论基础。为了从神学桎梏下挣脱出来,选择第一性、第二性之分的哲学虽说必要,终归总逃不掉为临时应付而“举债”付出更高的代价。
物质和意识对立,对立的双方是自然和人,这是古希腊自然与人分离自然观的延续。这种哲学适用的范围应该是人天系统,即探讨的中心课题是人与自然的关系;而物理学则属于纯客观地探讨自然界的秩序和原理的学问,亦即是说它只研究物质和物质之间的联系、相互作用和运动变化规律等问题,丝毫不涉及物质与意识关系的内容。故而我们认为,唯物主义宇宙观虽说使物理学摆脱了宗教神学的束缚,而成为一门独立的学科,却不能做为物理学的哲学基础。
自然界是一个有机整体,要探讨其运动变化的规律,就不应该将所有的物理客体用“物质”一个概念概括。因为变化只能发生在至少两种客体之间,如MN和NM;而MM则是永远无法观测的。
“科学史界越来越多的学者认识到,站在现代科学的立场寻找历史来龙去脉的做法有误入歧途的危险,转而采取从原来的境况中重新阐释科学思想”〔7-2〕,不少人发现了《周易》中保留着自然学的原初形式,可以为科学发展提供有益的哲学启迪。本人沿着这条进路摸索多年,学习探寻的心得是,物理学只有依据两系统结构论的自然观,才可以讨论变与不变。
易以道阴阳;万物负阴而抱阳,冲气以为和;阴变阳,阳变阴,其变无穷;阳变阴合,乘机而为动静;二气之动,交感而生,凝滞而成物我之万象——仅依据上述五句富涵哲理的格言,对物质、时间、空间、运动和因果关系等重要概念做一些简要的剖析,就可以理出一条新的思路。如果依据两系统结构论,对物理学的概念和理论进行一次新的整合与梳理,极有可能会将物理学带出当前的困境。不当之处,敬请各位师长、同仁指正。
参考书目:
1、朱伯昆主编《国际易学研究》第三辑,华夏出版社1997年版
2、董光璧等著《世界物理学史》吉林教育出版社1994年版
3、《马克思恩格斯选集》第三卷人民出版社1972年版
4、(英)霍金著《霍金讲演录》湖南科技出版社1995年版
5、倪光炯等著《近代物理》上海科技出版社1979年版