導(dǎo)語：如何才能寫好一篇相對論與量子力學(xué)的矛盾，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

摘要：量子力學(xué)與相對論一起被認(rèn)為是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大基本支柱。隨著數(shù)字媒體業(yè)的迅猛發(fā)展，當(dāng)今世界已進入信息風(fēng)暴的時代，媒體與藝術(shù)的高結(jié)合性與訴求性使人們不得不用科學(xué)的眼光重新審視。本文從兩種科學(xué)理論出發(fā)，闡述媒體與藝術(shù)的科學(xué)特性，同時將科學(xué)的研究方法融入媒體與藝術(shù)的研究當(dāng)中，提出傳播擴展粒度的新觀念，有助于判定數(shù)字媒介擴展空間量的大小。

關(guān)鍵詞：量子力學(xué)；相對論；媒體；傳播擴展粒度；藝術(shù)；科學(xué)

隨著媒體業(yè)的迅猛發(fā)展，當(dāng)今世界已進入信息風(fēng)暴的時代，媒體與藝術(shù)的高結(jié)合性與訴求性使人們不得不用科學(xué)的眼光重新審視。清華大學(xué)是中國最重要的高等學(xué)府之一，同時也是國家核心研究機構(gòu)。在清華大學(xué)設(shè)有“藝術(shù)科學(xué)中心媒體實驗室”，將藝術(shù)與科學(xué)的融合視為21世紀(jì)高等教育的重要命題。由此可見，對媒體、藝術(shù)與科學(xué)三者的融合研究具在時代價值。

目前研究者們依托于前沿的科學(xué)理論和技術(shù)成果，在數(shù)字媒體方向不斷創(chuàng)新，采用新的藝術(shù)技法和表達媒介，彰顯人文關(guān)懷與藝術(shù)反思，表現(xiàn)出鮮明的生態(tài)文化特征和信息文化特征。[1] 在探求媒體、藝術(shù)、科學(xué)三者之間的關(guān)系以及未來的發(fā)展趨勢時，很多專家學(xué)者從技術(shù)應(yīng)用的角度進行推測與分析。本文另辟蹊徑，從物理學(xué)兩大基本理論――量子力學(xué)與相對論出發(fā)，將科學(xué)的研究方法融入“大媒體”、“大藝術(shù)”的研究當(dāng)中，提出傳播擴展粒度的新觀念。

1 科學(xué)與媒體的分類與特性

（1）兩大科學(xué)基本支柱。1）量子力學(xué)。量子力學(xué)是描寫微觀物質(zhì)的一種物理學(xué)理論。馬克斯?普朗克在1900年提出能量量子化假設(shè)。假定電磁波的發(fā)射和吸收不是連續(xù)的，而是一份一份地進行的，計算的結(jié)果才能和試驗結(jié)果相符。量子力學(xué)測量時假設(shè)的顯態(tài)與實際微觀體系中的隱態(tài)，造就了量子力學(xué)的前提。2）相對論。在狹義相對論中，愛因斯坦將空間與時間聯(lián)系起來。認(rèn)為物理的現(xiàn)實世界由時空坐標(biāo)t和空間坐標(biāo)x、y、z組成的，構(gòu)成了四維的明可夫基里平直時空。在相對論中，用四維方式考察現(xiàn)實世界，能量與動量構(gòu)成一個不可分割的整體――四維動量，自然界一些看似毫不相干的量之間可能存在深刻的聯(lián)系。

（2）媒體的分類與特性。1）媒體分類。從技術(shù)角度分類，可以分為感覺媒體、表示媒體、呈現(xiàn)媒體、存儲媒體、傳輸媒體。按照感覺器官來分可以分為視覺媒體、聽覺媒體、視聽媒體。媒體按照使用媒介的不同可以分為數(shù)字媒體和傳統(tǒng)媒體。[2]2）媒體特性。數(shù)字媒體和傳統(tǒng)媒體共有的特性均具有傳播性。數(shù)字媒體較之傳統(tǒng)媒體又具有交互性，例如游戲及動態(tài)網(wǎng)站與受眾間的交互性信息傳遞。同時藝術(shù)與技術(shù)的結(jié)合，打造了1+1≠1的效果。相對于傳統(tǒng)媒體，數(shù)字媒體不但具有共同的社會屬性，更具有個性。例如一些網(wǎng)上的個以及可以按照個性定制的交互式服務(wù)。另外數(shù)字媒體相對比較環(huán)保綠色，同一時間段內(nèi)覆蓋面積更大、受眾更多、相對成本更低廉、單位性價比更高、更容易共享和傳播、藝術(shù)形態(tài)更多樣。數(shù)字媒體帶給人們?nèi)碌纳罘绞?，改變了人的思維和生活的方式。

2 媒體、藝術(shù)與科學(xué)的關(guān)系

（1）媒體、藝術(shù)與科學(xué)是密不可分、相互滲透的。媒體是藝術(shù)與科學(xué)的承載。而數(shù)字媒體平臺與網(wǎng)絡(luò)又是建立在迅速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)之上。當(dāng)利用技術(shù)手段搭建的平臺在運營的過程中，根據(jù)受眾的需求又有藝術(shù)的訴求。藝術(shù)離不開科學(xué)，沒有媒體與科學(xué)對藝術(shù)的詮釋，藝術(shù)只是一句空談。例如音樂的展現(xiàn)需要有播放的平臺、相關(guān)設(shè)備及環(huán)境、錄音技術(shù)手段的支持；優(yōu)美的圖畫需要紙張等媒介以及繪畫技法來表現(xiàn)；震撼清晰的畫面需要高質(zhì)量的播放平臺與優(yōu)良的制作技術(shù)。

（2）藝術(shù)與科學(xué)是相通的。有人說：每個人都是天生的藝術(shù)家。藝術(shù)來源于生活，是人感官的享受?？茖W(xué)來源于自然，是人類探求真理的結(jié)晶，電影、電視、游戲等均是藝術(shù)與科學(xué)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。

（3）借助媒體，藝術(shù)與科學(xué)的發(fā)展是相互促進的。隨著物質(zhì)文明與精神文明的發(fā)展，人類在精神世界的訴求急于尋求實現(xiàn)的平臺與途徑。社會觀念的變革、人類思想的解放、對美好事物的追求促進科學(xué)技術(shù)的更新發(fā)展。與此同時，科學(xué)技術(shù)的變革反作用于藝術(shù)理念的提升，使人們站在一個新的平臺上審視藝術(shù)。十報告中指出“促進文化和科技融合，發(fā)展新型文化業(yè)態(tài)，提高文化產(chǎn)業(yè)規(guī)?；⒓s化、專業(yè)化水平?！背浞煮w現(xiàn)了三者間的關(guān)系。[3] 媒體、藝術(shù)與科學(xué)在當(dāng)今“信息風(fēng)暴”的時代是相互促進、相互滲透的。

3 媒體、藝術(shù)的科學(xué)性論述

量子理論與相對理論較好的詮釋了媒體、藝術(shù)的科學(xué)性。

3.1 量子力學(xué)與相對論在藝術(shù)創(chuàng)造中的體現(xiàn)

（1）蒙太奇方法的時空轉(zhuǎn)換。蒙太奇方法是常用的視頻信息流的組建方法。但因為每個人的關(guān)注點不同，針對同樣的素材，利用蒙太奇方法產(chǎn)生的效應(yīng)也不同。針對大多數(shù)人的認(rèn)知習(xí)慣，蒙太奇方法是有共同點的，所產(chǎn)生的主觀認(rèn)知理解也是一樣的。而對于某種特定人群可能并沒有意義或者對其釋義根本是相對的。相對于主觀來講，找到最美的表現(xiàn)瞬間是重要的。例如，在《猜火車》電影中“廁所撿物品”的鏡頭，主人公將頭伸入骯臟的廁所中，而畫面中出現(xiàn)的卻是主人公在臆想中的漂亮“海洋”里遨游。這是時空的轉(zhuǎn)換，是視覺環(huán)境的強烈對比，同時也是蒙太奇手法的運用，是相對論的體現(xiàn)。

篇2

總之，事物的發(fā)展形式是復(fù)雜而多樣的，有的事物的發(fā)展具有周期性特點，而有的事物不具有，具有周期性特點的事物的發(fā)展服從否定之否定規(guī)律，而不具有周期性特點的事物的發(fā)展則不遵循這個規(guī)律，這表明它并不是普遍適用的。這就要求人們在探討事物發(fā)展變化時，從實際出發(fā)，對事物的發(fā)展作認(rèn)真、細致的分析，而不要貼標(biāo)簽，更不要用它來為錯誤的理論辯護。

現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法與物理學(xué)的第二次融合

現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法中的群論在物理學(xué)中的應(yīng)用也是不可忽視的，眾所周知，我們周圍的世界處在對稱和不對稱的矛盾同一之中，對客觀世界對稱性的研究，能幫助人們更深刻地認(rèn)識各種物質(zhì)的運動規(guī)律，欣賞客觀世界的自然美。群論是研究系統(tǒng)對稱性的十分有效的數(shù)學(xué)工具，在群論方法建立之初，伽羅瓦（Galois）就根據(jù)代數(shù)方程根的置換對稱性證明了五次以上代數(shù)方程不能通過有限次加減乘除和開方運算求得方程根的精確解，第一次顯示了群論方法在研究系統(tǒng)對稱性中的巨大潛力。1890年費德羅夫(Federov)和1891年熊夫利（Schoenflies）相繼用群論方法系統(tǒng)地解決了晶體分類問題，證明了具有周期性排列的規(guī)則空間點系共有230種，這是群論在物理中晶體分類問題中的一個杰出貢獻。20世紀(jì)初物理學(xué)革命的另一項偉大的成就就是量子理論的建立，這與群論的發(fā)展是分不開的。隨著人類對客觀世界的認(rèn)識逐步深入到微觀領(lǐng)域，物質(zhì)運動規(guī)律呈現(xiàn)出新的特征，實驗和理論研究變得更加困難，量子理論建立后，對稱性的內(nèi)容更豐富了，更加迫切的需要深入研究微觀系統(tǒng)的對稱性質(zhì)。用群論的方法研究量子系統(tǒng)的對稱性，可以得到系統(tǒng)的各種定量或定性的重要性質(zhì)，這些性質(zhì)直接來自系統(tǒng)的對稱性，與系統(tǒng)的具體細節(jié)無關(guān)。反之、對這些性質(zhì)的實驗檢驗，可以鑒別系統(tǒng)是否具有此種對稱性，可以幫助探索系統(tǒng)的基本運動規(guī)律，因此、在對微觀世界的深入探索中，近代物理理論和群論理論共同得到了迅速的發(fā)展，群論方法已經(jīng)深入到物理學(xué)的各個領(lǐng)域。數(shù)學(xué)對物理的作用過去認(rèn)為，歸結(jié)起來是說數(shù)學(xué)是物理的語言，如廣義相對論中黎曼幾何的作用就是一種語言，但是在量子力學(xué)中，數(shù)學(xué)所起了魔術(shù)般的神秘作用，無論如何也不能認(rèn)為數(shù)學(xué)只是語言了。翻開量子力學(xué)教科書，首先看到的是光的干涉，電子的散射實驗的說明，然后表明光子，電子等的離子狀態(tài)可以用波動函數(shù)，即屬于某個Hilbert空間的向量來表示并導(dǎo)出若干狀態(tài)的波動函數(shù)的迭加原理。迭加原理認(rèn)為，狀態(tài)A若是狀態(tài)B與C的迭加，則A的波動函數(shù)就是B的波動函數(shù)與C的波動函數(shù)的線性組合，它是量子力學(xué)的基本原理。量子力學(xué)中首先把復(fù)雜至極的物理環(huán)境用唯一的波動函數(shù)（向量）來表示，從而進行簡單化，數(shù)學(xué)化的處理，這就是數(shù)學(xué)藝術(shù)美體現(xiàn)。

結(jié)束語

篇3

縱觀物理學(xué)的整個發(fā)展過程,無不包含著一代又一代的科學(xué)家對物理學(xué)之美的孜孜追求。愛因斯坦曾經(jīng)說過:“物理學(xué)是至善至美的科學(xué)”。他把物理學(xué)之美歸納為:簡單、和諧、完善、統(tǒng)一。他在建立相對論時的整個思考過程即是對“宇宙美”的追求過程。和諧美、簡潔美一直是他衡量物理學(xué)理論是否正確的標(biāo)準(zhǔn)。開普勒堅信上帝是按照完美的數(shù)學(xué)原則來創(chuàng)造世界的,他以數(shù)學(xué)的和諧來探索宇宙,不忽視任何一個誤差,最終發(fā)現(xiàn)了行星運動的統(tǒng)一規(guī)律――行星運動定律。費曼也正是憑著他獨特的審美鑒賞力去審視和欣賞牛頓的萬有引力定律,麥克斯韋方程和愛因斯坦的相對論所體現(xiàn)的那種完美的結(jié)構(gòu),感受對稱性、守恒定律、最小作用量原理的普遍性;又通過自身的審美直覺去洞察自然界內(nèi)在的美,創(chuàng)造出了體現(xiàn)過去與未來之間對稱性的費曼圖,并進而提出了一種新的重整化理論,巧妙地避開了困擾量子場論計算中的發(fā)散困難,為量子場論確立了一種標(biāo)準(zhǔn)的理論程序。

物理學(xué)所蘊含之美主要包括:對稱美、簡潔美、和諧美、統(tǒng)一美。

1.對稱美

由于物理學(xué)揭示了自然界物質(zhì)的存在、構(gòu)成、運用及其轉(zhuǎn)化等規(guī)律的對稱性而產(chǎn)生的美感,稱為物理學(xué)的對稱美。

物理學(xué)中的對稱主要表現(xiàn)為時空對稱、數(shù)學(xué)對稱和抽象對稱。

時空對稱有空間對稱、時間對稱、時間和空間同時對稱三種類型。時空對稱表示物理現(xiàn)象在時空變換下的不變性。如杠桿的平衡、平面鏡成像、磁體的兩極、電荷的正負表現(xiàn)了物質(zhì)的直觀形象在空間上的對稱;勻速運動的速率在運動過程中的任一點都相等,相干光在干涉空間任一區(qū)域都保持相等的條紋寬度等表現(xiàn)了物質(zhì)在運動變化過程中的空間對稱;周期、節(jié)奏、頻率等表示了時間對稱;不隨時間變化的勻強電場、勻強磁場表現(xiàn)出既具有時間對稱,又具有空間對稱等等。

數(shù)學(xué)對稱表示物理內(nèi)容在教學(xué)形式(圖與式)上的對稱性。如簡諧振動的振動圖線、簡諧波的波形圖線具有對稱性。這種對稱性表示了物理內(nèi)容在數(shù)學(xué)圖形形式上的對稱。萬有引力定律、庫侖定律與距離之間都具有對稱性,這些對稱性表示了物理內(nèi)容在數(shù)學(xué)表達式上的對稱。

抽象對稱表示以抽象的方式所反映出的物理內(nèi)容的對稱。由于在無窮大或無窮小的尺度上研究物理問題,很難具有直觀性,故很多物理形象及物理內(nèi)容所呈現(xiàn)的對稱具有抽象性。如處于平衡態(tài)的氣體對容器壁的壓強處處相等;處于平衡態(tài)的氣體分子的熱運動在三維空間各個自由度上發(fā)生的幾率相等,這些都體現(xiàn)了物理內(nèi)容的抽象對稱美。

2.簡潔美

由于物理學(xué)揭示了自然界物質(zhì)的存在、組成、運動及其轉(zhuǎn)化等規(guī)律的簡單性而產(chǎn)生的美感,稱為物理學(xué)的簡潔美。

從物理理論的整體來看,在形形的物理世界中,各種物理現(xiàn)象和過程千差萬別,但在本質(zhì)上卻可邏輯地歸結(jié)為為數(shù)不多的若干基本概念和原理。例如,宇宙中紛亂的種種作用力,在本質(zhì)上可歸結(jié)為四種:萬有引力、電磁力、強相互作用力、弱相互作用力;牛頓定律將宏觀低速條件下各種機械運動的現(xiàn)象都置于其統(tǒng)治之下;麥克斯韋方程組使復(fù)雜的電磁運動形成了一個和諧美滿的家庭;量子力學(xué)理論使行蹤飄忽的微觀粒子眉目清晰……F=ma,E=mc2等等,其形式是多么的簡潔而優(yōu)美。這些都體現(xiàn)了物理學(xué)理論整體的簡潔美。

物理學(xué)中的理想化方法是從多維的具體形象中,抓住最具有本質(zhì)特征的主要形象,舍棄一些次要形象,建立起一個輪廓清晰、主題突出的新形象,從而簡化物理問題。顯然,具有簡潔美。

3.和諧美

和諧是指由于組成整體的各個要素相互間恰到好處而在整體上顯現(xiàn)出協(xié)調(diào)。和諧給人以一種恰如其分、渾然一體、輕松自如的美感。物理學(xué)的和諧美,主要是指由于物理理論揭示了自然界物質(zhì)的存在、構(gòu)成、運動及其轉(zhuǎn)化等整體上的和諧性而產(chǎn)生的美感。它主要表現(xiàn)在自洽、對應(yīng)和互補三個方面。

自洽,與其基本含義一致,即自身內(nèi)不存在不可統(tǒng)一的矛盾。物理學(xué)中的自洽和諧美,主要體現(xiàn)在物理學(xué)各分支理論內(nèi)部以及各分支理論之間在現(xiàn)象、概念、規(guī)律等方面都是互不矛盾的。

對應(yīng)和諧美是指由物理學(xué)不同理論間的對應(yīng)關(guān)系而展現(xiàn)的物理學(xué)和諧美。對應(yīng)是高級理論對低級理論的包容,或者是說低級理論是與高級理論在某一特定條件下的結(jié)論相一致。具體地說,對某領(lǐng)域正確的物理理論,在新的、更加普遍的理論出現(xiàn)時,并不作為錯誤的東西被拋棄,而是作為新理論的極限形式和局部情況,在新理論中保持原有的意義。如當(dāng)v

互補和諧美是由物理學(xué)各部分之間的互補關(guān)系而展現(xiàn)出的物理學(xué)和諧美。所謂互補,就指彼此間彌補、相輔相成。物理學(xué)中的互補主要表現(xiàn)在不同的、甚至是相互排斥的物理理論,從不同的側(cè)面描述物理學(xué)的研究對象。如光的波動性與粒子性、微觀粒子的波動性與粒子性,都分別從不同的側(cè)面反映了光與微觀粒子的本質(zhì)。在這里,波動性與粒子性既互斥,又互補。

4.多樣統(tǒng)一美

由于物理學(xué)揭示了自然界物質(zhì)的存在、構(gòu)成、運動及其轉(zhuǎn)化等規(guī)律的多樣統(tǒng)一性而產(chǎn)生的美感,稱為物理學(xué)的多樣統(tǒng)一美。物理事物是千姿百態(tài)、千變?nèi)f化的,因此,由它們構(gòu)成的物理世界,必然呈現(xiàn)出萬紫千紅的景象,反映物理事物的特性及其規(guī)律的物理知識也是豐富多彩的。但是,自然界是統(tǒng)一的,客觀物理事物之間存在著內(nèi)在的聯(lián)系,通過這種聯(lián)系使得我們能將各種各樣的物理知識統(tǒng)一起來,進而形成既千變?nèi)f化又和諧統(tǒng)一的美的畫卷。例如,牛頓力學(xué)把地上的和天上的所有低速宏觀運動的規(guī)律統(tǒng)一起來;麥克斯韋電磁理論把電、磁、光統(tǒng)一起來;愛因斯坦廣義相對論把引力、時間、空間、物質(zhì)聯(lián)系起來;德布羅意關(guān)系將微觀粒子的波動性與粒子性統(tǒng)一起來,這些都會使人們感到一種多樣統(tǒng)一的美感。

篇4

二十世紀(jì)即將結(jié)，二十一世紀(jì)即將來臨，二十世紀(jì)是光輝燦爛的一個世紀(jì)，是個類社會發(fā)展最迅速的一個世紀(jì)，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展最迅速的一個世紀(jì)，也是物理學(xué)發(fā)展最迅速的一個世紀(jì)。在這一百年中發(fā)生了物理學(xué)革命，建立了相對信紙和量子力學(xué)，完成了從經(jīng)典物理學(xué)到現(xiàn)代物理學(xué)的轉(zhuǎn)變。在二十世紀(jì)二、三十年代以后，現(xiàn)代物理學(xué)在深度和廣度上有了進一步的蓬勃發(fā)展，產(chǎn)生了一系列的新學(xué)科的交叉學(xué)科、邊緣學(xué)科，人類對物質(zhì)世界的規(guī)律有了更深刻的認(rèn)識，物理學(xué)理論達到了一個新高度，現(xiàn)代物理學(xué)達到了成熟的階段。

在此世紀(jì)之交的時候，人們自然想展望一下二十一世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展前景，探索今后物理學(xué)發(fā)展的方向。我想談一談我對這個問題的一些看法和觀點。首先，我們來回顧一下上一個世紀(jì)之交物理學(xué)發(fā)展的情況，把當(dāng)前的情況與一百年前的情況作比較對于探索二十一世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的方向是很有幫助的。

一、歷史的回顧

十九世紀(jì)末二十世紀(jì)初，經(jīng)典物物學(xué)的各個分支學(xué)科均發(fā)展到了完善、成熟的階段，隨著熱力學(xué)和統(tǒng)計力學(xué)的建立以及麥克斯韋電磁場理論的建立，經(jīng)典物理學(xué)達到了它的頂峰，當(dāng)時人們以系統(tǒng)的形式描繪出一幅物理世界的清晰、完整的圖畫，幾乎能完美地解釋所有已經(jīng)觀察到的物理現(xiàn)象。由于經(jīng)典物理學(xué)的巨大成就，當(dāng)時不少物理學(xué)家產(chǎn)生了這樣一種思想：認(rèn)為物理學(xué)的大廈已經(jīng)建成，物理學(xué)的發(fā)展基本上已經(jīng)完成，人們對物理世界的解釋已經(jīng)達到了終點。物理學(xué)的一些基本的、原則的問題都已經(jīng)解決，剩下來的只是進一步精確化的問題，即在一些細節(jié)上作一些補充和修正，使已知公式中的各個常數(shù)測得更精確一些。

然而，在十九世紀(jì)末二十世紀(jì)初，正當(dāng)物理學(xué)家在慶賀物理學(xué)大廈落成之際，科學(xué)實驗卻發(fā)現(xiàn)了許多經(jīng)典物理學(xué)無法解釋的事實。首先是世紀(jì)之交物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)：電子、X射線和放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)。其次是經(jīng)典物理學(xué)的萬里晴空中出現(xiàn)了兩朵“烏云”：“以太漂移”的“零結(jié)果”和黑體輻射的“紫外災(zāi)難”。[1]這些實驗結(jié)果與經(jīng)典物理學(xué)的基本概念及基本理論有尖銳的矛盾，經(jīng)典物理學(xué)的傳統(tǒng)觀念受到巨大的沖擊，經(jīng)典物理發(fā)生了“嚴(yán)重的危機”。由此引起了物理學(xué)的一場偉大的革命。愛因斯坦創(chuàng)立了相對論；海林堡、薛定諤等一群科學(xué)家創(chuàng)立了量子力學(xué)?，F(xiàn)代物理學(xué)誕生了！

把物理學(xué)發(fā)展的現(xiàn)狀與上一個世紀(jì)之交的情況作比較，可以看到兩者之間有相似之外，也有不同之處。

在相對論和量子力學(xué)建立起來以后，現(xiàn)代物理學(xué)經(jīng)過七十多年的發(fā)展，已經(jīng)達到了成熟的階段。人類對物質(zhì)世界規(guī)律的認(rèn)識達到了空前的高度，用現(xiàn)有的理論幾乎能夠很好地解釋現(xiàn)在已知的一切物理現(xiàn)象。可以說，現(xiàn)代物理學(xué)的大廈已經(jīng)建成。在這一點上，目前有情況與上一個世紀(jì)之交的情況很相似。因此，有少數(shù)物理學(xué)家認(rèn)為今后物理學(xué)不會有革命性的進展了，物理學(xué)的根本性的問題、原則問題都已經(jīng)解決了，今后能做到的只是在現(xiàn)有理論的基礎(chǔ)上在深度和廣度兩方面發(fā)展現(xiàn)代物理學(xué)，對現(xiàn)有的理論作一些補充和修正。然而，由于有了一百年前的歷史經(jīng)驗，多數(shù)物理學(xué)家并不贊成這種觀點，他們相信物理學(xué)遲早會有突破性的發(fā)展。另一方面，雖然在微觀世界和宇宙學(xué)領(lǐng)域中有一些物理現(xiàn)象是現(xiàn)代物理學(xué)的理論不能很好地解釋的，但是這些矛盾并不是嚴(yán)重到了非要徹底改造現(xiàn)有理認(rèn)紗可的程度。在這方面，目前的情況與上一個世紀(jì)之交的情況不同。在上一個世紀(jì)之交，經(jīng)典物理學(xué)發(fā)生了“嚴(yán)重的危機”；而在本世紀(jì)之交，現(xiàn)代物理學(xué)并無“危機”。因此，我認(rèn)為目前發(fā)生現(xiàn)代物理學(xué)革命的條件似乎尚不成熟。

雖然在微觀世界和宇宙學(xué)領(lǐng)域中有一些物理現(xiàn)象是現(xiàn)代物理學(xué)的理論不能很好地解釋的，但是這些矛盾并不是嚴(yán)重到了非要徹底改造現(xiàn)有理認(rèn)紗可的程度。在這方面，目前的情況與上一個世紀(jì)之交的情況不同。在上一個世紀(jì)之交，經(jīng)典物理學(xué)發(fā)生了“嚴(yán)重的危機”；而在本世紀(jì)之交，現(xiàn)代物理學(xué)并無“危機”。因此，我認(rèn)為目前發(fā)生現(xiàn)代物理學(xué)革命的條件似乎尚不成熟?？陀^物質(zhì)世界是分層次的。一般說來，每個層次中的體系都由大量的小體系（屬于下一個層次）構(gòu)成。從一定意義上說，宏觀與微觀是相對的，宏觀體系由大量的微觀系統(tǒng)構(gòu)成。物質(zhì)世界從微觀到宏觀分成很多層次。物理學(xué)研究的目的包括：探索各層次的運動規(guī)律和探索各層次間的聯(lián)系。

回顧二十世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展，是在三個方向上前進的。在二十一世紀(jì)，物理學(xué)也將在這三個方向上繼續(xù)向前發(fā)展。

1）在微觀方向上深入下去。在這個方向上，我們已經(jīng)了解了原子核的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了大量的基本粒子及其運規(guī)律，建立了核物理學(xué)和粒子物理學(xué)，認(rèn)識到強子是由夸克構(gòu)成的。今后可能會有新的進展。但如果要探索更深層次的現(xiàn)象，必須有更強大得多的加速器，而這是非常艱巨的任務(wù)，所以我認(rèn)為近期內(nèi)在這個方向上難以有突破性的進展。

2）在宏觀方向上拓展開去。1948年美國的伽莫夫提出“大爆炸”理論，當(dāng)時并未引起重視。1965年美國的彭齊亞斯和威爾遜觀測到宇宙背景輻射，再加上其他的觀測結(jié)果，為“大爆炸”理論提供了有力的證據(jù)，從此“大爆炸”理論得到廣泛的支持，1981年日本的佐藤勝彥和美國的古斯同時提出暴脹理論。八十年代以后，英國的霍金[2,3]等人開始論述宇宙的創(chuàng)生，認(rèn)為宇宙從“無”誕生，今后在這個方向上將會繼續(xù)有所發(fā)展。從根本上來說，現(xiàn)代宇宙學(xué)的繼續(xù)發(fā)展有賴于向廣漠的宇宙更遙遠處觀測的新結(jié)果，這需要人類制造出比哈勃望遠鏡性能更優(yōu)越得多的、各個波段的太空天文望遠鏡，這是很艱巨的任務(wù)。

我個人對于近年來提出的宇宙創(chuàng)生學(xué)說是不太信的，并且認(rèn)為“大爆炸”理論只是對宇宙的一個近似的描述。因為現(xiàn)在的宇宙學(xué)研究的只是我們能觀測到的范圍以內(nèi)的“宇宙”，而我相信宇宙是無限的，在我們這個“宇宙”以外還有無數(shù)個“宇宙”，這些宇宙不是互不相干、各自孤立的，而是互相有影響、有作用的?，F(xiàn)代宇宙學(xué)只研究我們這個“宇宙”，當(dāng)然只能得到近似的結(jié)果，把他們的延伸到“宇宙”創(chuàng)生了初及遙遠的未來，則失誤更大。

3）深入探索各層次間的聯(lián)系。

這正是統(tǒng)計物理學(xué)研究的主要內(nèi)容。二十世紀(jì)在這方面取得了巨大的成就，先是非平衡態(tài)統(tǒng)計物理學(xué)有了得大的發(fā)展，然后建立了“耗散結(jié)構(gòu)”理論、協(xié)同論和突變論，接著混沌論和分形論相繼發(fā)展起來了。近年來把這些分支學(xué)科都納入非線性科學(xué)的范疇。相信在二十一世紀(jì)非線性科學(xué)的發(fā)展有廣闊的前景。

上述的物理學(xué)的發(fā)展依然現(xiàn)代物理學(xué)現(xiàn)有的基本理論的框架內(nèi)。在下個世紀(jì)，物理學(xué)的基本理論應(yīng)該怎樣發(fā)展呢？有一些物理學(xué)家在追求“超統(tǒng)一理論”。在這方面，起初是愛因斯坦、海森堡等天才科學(xué)家努力探索“統(tǒng)一場論”；直到1967、1968年，美國的溫伯格和巴基斯坦的薩拉姆提出統(tǒng)一電磁力和弱力的“電弱理論”；目前有一些物理學(xué)家正在探索加上強力的“大統(tǒng)一理論”以及再加上引力把四種力都統(tǒng)一起來的“超統(tǒng)一理論”，他們的探索能否成功尚未定論。

愛因斯坦當(dāng)初探索“統(tǒng)一場論”是基于他的“物理世界統(tǒng)一性”的思想[4]，但是他努力探索了三十年，最終沒有成功。我對此有不同的觀點，根據(jù)辯證唯物主義的基本原理，我認(rèn)為“物質(zhì)世界是既統(tǒng)一，又多樣化的”。且莫論追求“超統(tǒng)一理論”能否成功，即便此理論完成了，它也不是物理學(xué)發(fā)展的終點。因為“在絕對的總的宇宙發(fā)展過程中，各個具體過程的發(fā)展都是相對的，因而在絕對真理的長河中，人們對于在各個一定發(fā)展階段上的具體過程的認(rèn)識只具有相對的真理性。無數(shù)相對的真理之總和，就是絕對的真理?！薄叭藗冊趯嵺`中對于真理的認(rèn)識也就永遠沒有完結(jié)?！盵5]

現(xiàn)代物理學(xué)的革命將怎樣發(fā)生呢？我認(rèn)為可能有兩個方面值得考試：

1）客觀世界可能不是只有四種力。第五、第六……種力究竟何在呢？現(xiàn)在我們不知道。我的直覺是：將來最早發(fā)現(xiàn)的第五種力可能存在于生命現(xiàn)象中。物質(zhì)構(gòu)成了生命體之后，其運動和變化實在太奧妙了，我們沒有認(rèn)識的問題實在太多了，我們今天對于生命科學(xué)的認(rèn)識猶如亞里斯多德時代的人們對于物理學(xué)的認(rèn)識，因此在這方面取得突破性的進展是很可能的。我認(rèn)為，物理學(xué)業(yè)與生命科學(xué)的交叉點是二十一世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的方向之一，與此有關(guān)的最關(guān)于復(fù)雜性研究的非線性科學(xué)的發(fā)展。

2）現(xiàn)代物理學(xué)理論也只是相對真理，而不是絕對真理。應(yīng)該通過審思現(xiàn)代物理學(xué)理論基礎(chǔ)的不完善性來探尋現(xiàn)代物理學(xué)革命的突破口，在下一節(jié)中將介紹我的觀點。

二、現(xiàn)代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)是完美的嗎？

相對論和量子力學(xué)是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱，這兩大支柱的理論基礎(chǔ)是否十全十美的

呢？我們來審思一下這個問題。

1）對相對論的審思

當(dāng)年愛因斯坦就是從關(guān)于光速和關(guān)于時間要領(lǐng)的思考開始，創(chuàng)立了狹義相對論[1]。我們今天探尋現(xiàn)代物理學(xué)革命的突破口，也應(yīng)該從重新審思時空的概念入手。愛因勞動保護坦創(chuàng)立狹義相對論是從講座慣性系中不同地點的兩個“事件”的同時性開始的[4]，他規(guī)定用光信號校正不同地點的兩個時鐘來定義“同時”，這樣就很自然地導(dǎo)出了洛侖茲變換，進一步導(dǎo)致一個四維時空（x，y，z，ict）（c是光速）。為什么愛因勞動保護擔(dān)提出用光信號來校正時鐘，而不用別的信號呢？在他的論文中沒有說明這個問題，其實這是有深刻含意的。

時間、空間是物質(zhì)運動的表現(xiàn)形式，不能脫離物理質(zhì)運動談?wù)摃r間、空間，在定義時空時應(yīng)該說明是關(guān)于什么運動的時空?，F(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為超距作用是不存在的，A處發(fā)生的“事件”影響B(tài)處的“事件”必須通過一定的場傳遞過去，傳遞需要一定的時間，時間、空間的定義與這個傳遞速度是密切相關(guān)的。如果這種場是電磁場，則電磁相互作用傳遞的速度就是光速。因此，愛因斯坦定義的時空實際上是關(guān)于由電磁相互作用引起的物質(zhì)運動的時空，適用于描述這種運動。

愛因斯坦把他定義的時間應(yīng)用于所有的物質(zhì)運動，實際上就暗含了這樣的假設(shè)：引力相互作用的傳遞速度也是光速c.但是引力相互作用是否也是以光速傳遞的呢？令引力相互作用的傳遞速度為c＇。至今為止，并無實驗事實證明c＇等于c。愛因斯坦因他的“物質(zhì)世界統(tǒng)一性”的世界觀而在實際上假定了c=c＇。我持有“物質(zhì)世界既統(tǒng)一，又多樣化的”以觀點，再加之電磁力和引力的強度在數(shù)量級上相差太多，因此我相相信c＇可能不等于c。工樣，關(guān)于由電磁力引起的物質(zhì)運動的四維時空（x，y，z，ict）和關(guān)于由引力引起的運動的時空（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）是不同的。如果研究的問題只涉及一種相互作用，則按照現(xiàn)在的理論建立起來的運動方程的形式不變。例如，愛因斯坦引力場方程的形式不變，只需把常數(shù)c改為c＇。如果研究的問題涉及兩種相互作用，則需要建立新的理論。不過，首要的事情是由實驗事實來判斷c＇和c是否相等；如果不相等，需要導(dǎo)出c＇的數(shù)值。

我在二十多年前開始形成上述觀點，當(dāng)時測量引力波是眾所矚目的一個熱點，我曾對那些實驗寄予厚望，希望能從實驗結(jié)果推算出c＇是否等于c。令人遺憾的是，經(jīng)過長斯的努力引引力波實驗沒有獲得肯定的結(jié)果，隨后這項工作冷下去了。根據(jù)愛國斯坦理論預(yù)言的引力波是微弱的，如果在現(xiàn)代實驗技術(shù)能夠達到的測量靈敏度和準(zhǔn)確度之下，這樣弱的引力波應(yīng)該能夠探測到的話，長期的實驗得不到肯定的結(jié)果似乎暗示了害因斯坦理論的缺點。應(yīng)該從c＇可能不等于c這個角度來考慮問題，如果c＇和c有較大的差異，則可能導(dǎo)出引力波的強度比根據(jù)愛因勞動保護坦理論預(yù)言的強度弱得多的結(jié)果。

弱力、強力與引力、電磁力有本質(zhì)的不同，前兩者是短程力，后兩者是長程力。不同的相互作用是通過傳遞不同的媒介粒子而實現(xiàn)的。引力相互作用的傳遞者是引力子；電磁相互作用的傳遞者是光子；弱相互作用的傳遞者是規(guī)范粒子（光子除外）；強相互作用的傳遞者是介子。引力子和光子的靜質(zhì)量為零，按照愛因斯坦的理論，引力相互作用和電磁相互作用的傳遞速度都是光速。并且與傳遞粒子的靜質(zhì)量和能量有關(guān)，因而其傳遞速度是多種多樣的。

在研究由弱或強相互作用引起的物質(zhì)運動時，定義慣性系中不同的地點的兩個“事件”的“同時”，是否應(yīng)該用弱力或強力信號取代光信號呢？我對核物理學(xué)和粒子物理學(xué)是外行，不想貿(mào)然回答這個問題。如果應(yīng)該用弱力或強力信號取代光信號，那么關(guān)于由弱力或強力引起的物質(zhì)運動的時空和關(guān)于由電磁力引起的運動的時空（x，y，z，ict）及關(guān)于由引力引起的運動的時空（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）

有很大的不同。設(shè)弱或強相互作用的傳遞速度為c＇＇，c＇＇不是常數(shù)，而是可變的，則關(guān)于由弱或強力引起的運動的時空為（x＇＇，y＇＇，z＇＇，Ic＇＇t＇＇），時間t＇＇和空間（x＇＇，y＇＇，z＇＇）將是c＇的函數(shù)。然而，很可能應(yīng)該這樣來考慮問題：關(guān)于由弱力引起的運動的時空，在定義中應(yīng)該以規(guī)范粒子的靜質(zhì)量取作零時的速度c1取代光速c。由于“電弱理論”把弱力和電磁力統(tǒng)一起來了，因此有可能c1=c，則關(guān)于由弱力引起的運動的時空和關(guān)于由電磁力引起的運動的時空是相同的，同為（x，y，z，ict）。關(guān)于由強力引起的運動的時空，在定義中應(yīng)該以介子的靜質(zhì)量取作零（在理論上取作零，在實際上沒有靜質(zhì)量為零的介子）時的速度c＇＇取代光速c，c＇＇可能不等于c。則關(guān)于由強力引起的運動的時空（x＇＇，y＇＇，z＇＇，Ic＇＇t＇＇）不同于（x，y，z，ict）或（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）。無論上述兩種考慮中哪一種是對的，整個物質(zhì)世界的時空將是高于四維的多維時空。對于由短程力（或只是強力）引起的物質(zhì)運動，如果時空有了新的一義，就需要建立新的理論，也就是說需要建立新的量子場論、新的核物理學(xué)和新的粒子物理學(xué)等。如果研究的問題既清及長程力，又涉及短程力（尤其是強力），則更需要建立新的理論。

1）對量子力學(xué)的審思

從量子力學(xué)發(fā)展到量子場論的時候，遇到了“發(fā)散困難”[6]。1946——1949年間，日本的朝永振一郎、美國的費曼和施溫格提出“重整化”方法，克服了“發(fā)散困難”。但是“重整化”理論仍然存在著邏輯上的缺陷，并沒有徹底克服這一困難?！鞍l(fā)散困難”的一個基本原因是粒子的“固有”能量（靜止能量）與運動能量、相互作用能量合在一起計算[6]，這與德布羅意波在υ=0時的異性。

現(xiàn)在我陷入一個兩難的處境：如果采用傳統(tǒng)的德布羅意關(guān)系，就只得接受不合理的德布羅意波奇異性；如果采納修正的德布羅意關(guān)系，就必須面對使新的理論滿足相對論協(xié)變性的難題。是否有解決問題的其他途徑呢？我認(rèn)為這個問題或許還與時間、空間的定義有關(guān)?，F(xiàn)在的量子力學(xué)理論中時寬人的定義實質(zhì)上依然是決定論的定義，而不確定原理是微觀世界的一條基本規(guī)律，所以時間、空間都不是嚴(yán)格確定的，決定論的時空要領(lǐng)不再適用。在時間或空間的間隔非常小的時候，描寫事情順序的“前”、“后”概念將失去意義。此外，在重新定義時空時還應(yīng)考慮相關(guān)的物質(zhì)運動的類別。模糊數(shù)學(xué)已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成熟了，把這個數(shù)學(xué)工具用到微觀世界時空的定義中去可能是很值得一試的。

1）在二十一世紀(jì)物理學(xué)將在三個方向上繼續(xù)向前發(fā)展（1）在微觀方向上深入下去；（2）在宏觀方向上拓展開去；（3）深入探索各層次間的聯(lián)系，進一步發(fā)展非線性科學(xué)。

2）可能應(yīng)該從兩方面去控尋現(xiàn)代物理學(xué)革命的突破口。（1）發(fā)現(xiàn)客觀世界中已知的四種力以外的其他力；（2）通過審思相對論和量子力學(xué)的理論基礎(chǔ)，重新定義時間、空間，建立新的理論

篇5

關(guān)鍵詞：自然哲學(xué)　量子革命　系統(tǒng)辯證法

關(guān)于20世紀(jì)科學(xué)革命，有人說只須記住三件事：相對論、量子革命和混沌學(xué)（系統(tǒng)科學(xué)中最突出的新分支）。正是這三大科學(xué)革命為人類建構(gòu)全新的自然圖景（也就是新穎的自然哲學(xué)）作出了決定性的貢獻。這里所謂自然哲學(xué)是指人對自然的哲學(xué)反思。自然哲學(xué)的中心問題就是基于人與自然的關(guān)系來研究自然本體最一般的性質(zhì)和人類的世界圖景。

一

自然哲學(xué)在哲學(xué)史上有過兩個全盛時期（古希臘及近代機械論），只是在謝林、黑格爾之后衰落了。由于20世紀(jì)三大科學(xué)革命的強大影響，自然哲學(xué)正在當(dāng)代復(fù)興起來，這是十分令人鼓舞的。我們先從三大科學(xué)革命說起。

首先要提到的是相對論革命對改造人類世界圖景的貢獻。在1905年的狹義相對論中，時空性質(zhì)依賴于參照系等概念是對“觀察無關(guān)性”的經(jīng)典信念的初次沖擊；1915年的廣義相對論把引力場（它具有整體全息相關(guān)性）確立為新的“獨立的實在”，這是對牛頓的實體觀的又一次打擊。接著要論述的是量子革命，它比相對論革命更為深刻地改變著人類的世界圖景。因為1925年以后所創(chuàng)建的量子力學(xué)進一步使笛卡兒與牛頓以來的主客絕對二分原則、實體主義原則乃至嚴(yán)格決定論原則都受到猛烈沖擊。最后要強調(diào)的是系統(tǒng)科學(xué)革命。20世紀(jì)中葉以來近半個世紀(jì)系統(tǒng)科學(xué)的蓬勃發(fā)展表明，從總體上說，系統(tǒng)自然觀集中體現(xiàn)了當(dāng)代自然圖景的精華，因此系統(tǒng)自然觀幾乎成了當(dāng)代自然科學(xué)的世界圖景的代名詞，貝塔朗菲稱之為“一種新的自然哲學(xué)”。20年代所出現(xiàn)的懷特海的“機體論哲學(xué)”則是這種自然哲學(xué)之先聲。

當(dāng)代的系統(tǒng)自然觀借助于維納的控制論(1949)、貝塔朗菲的一般系統(tǒng)論(1948)、普利高津的耗散結(jié)構(gòu)論(1969)和哈肯的協(xié)同學(xué)(1971)等理論復(fù)活了亞里士多德的機體論和內(nèi)在目的論的自然哲學(xué)?！?〕控制論通過對“動物（即生命系統(tǒng)）和機器（即非生命系統(tǒng)）的通用規(guī)律”的研究表明，自動機器通過反饋調(diào)節(jié)機制可以表現(xiàn)出與神經(jīng)控制同樣的合目的性或規(guī)律。[1]維納在《控制論》中對牛頓的嚴(yán)格決定論進行了深刻有力的批判，肯定了統(tǒng)計力學(xué)家吉布斯把偶然性引進到科學(xué)中來的重大的方法論意義，并突破了目的論與機械論之間的兩極對立。莫諾在《偶然性與必然性——略論現(xiàn)代生物學(xué)的自然哲學(xué)》(1971)一書中，則用生物微觀控制論表明，借助于生物化學(xué)和分子生物學(xué)層次的反饋機制以及微觀-宏觀相互作用，完全偶然的基因突變最終可以納入物種進化的必然軌道；耗散結(jié)構(gòu)論表明，在遠離平衡態(tài)條件下開放系統(tǒng)可以通過非線性正反饋機制的作用表現(xiàn)出有序化和合目的性；協(xié)同學(xué)還進一步發(fā)現(xiàn)序參量是整個自組織過程的主宰如此等等。總之，所有這些自動機器和自組織理論都表明，無須超自然的神力和神秘的“生命力”，自然系統(tǒng)也象自動機一樣可以憑借內(nèi)在機制的作用呈現(xiàn)合目的性。從這個特定意義上說，認(rèn)為宇宙＝巨大的超級自動機的“機械論”是對的，而非神學(xué)性的宇宙“內(nèi)在目的論”也是對的。從歷史上看，牛頓的機械論自然哲學(xué)是對亞里士多德的目的論自然哲學(xué)的否定?，F(xiàn)在，我們的立足于系統(tǒng)科學(xué)的新自然哲學(xué)則應(yīng)看作一種“否定之否定”。它是對機械論與目的論自然哲學(xué)的更高的辯證綜合。

當(dāng)代自然哲學(xué)（它以系統(tǒng)自然觀及其系統(tǒng)辯證法為核心或靈魂）最有革命性的一個方面，也許表現(xiàn)在反嚴(yán)格決定論和對偶然性客觀意義的新認(rèn)識。直到現(xiàn)在為止，一般人都相信“近似決定論”：只要近似知道一個系統(tǒng)的運行規(guī)律和初始條件就可以足夠好地計算出系統(tǒng)的近似行為。可是混沌學(xué)中著名的“蝴蝶效應(yīng)”，即系統(tǒng)演化進程對初始條件的敏感依賴性，卻斷然否決了牛頓-拉普拉斯決定論的任何翻版（如“近似決定論”）的有效性。美國氣象學(xué)家洛侖茲在1961年發(fā)現(xiàn)，實際上長期天氣預(yù)報是不可能的。因為即使對于嚴(yán)格確定的氣象方程組，初始條件的小誤差，也會導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。諸如珞珈山的蝴蝶拍拍翅膀那樣的初始小擾動，經(jīng)由地球大氣系統(tǒng)中的逐級放大，最終可能在南美洲引起大風(fēng)暴。這種由決定論引出來的混沌，對經(jīng)典觀念的打擊是毀滅性的?；煦绺锩訌姴⑸罨肆孔痈锩?/p>

通過量子力學(xué)、分子生物學(xué)、協(xié)同學(xué)乃至混沌學(xué)的研究，現(xiàn)代科學(xué)家越來越認(rèn)識到，偶然性在自然界具有不容忽視的本體論地位，以及研究偶然性的內(nèi)在機制的重要性。為恩格斯贊同過的黑格爾關(guān)于“必然性自己規(guī)定自己為偶然性，……偶然性又寧可說是絕對的必然性”（〔2〕，第562—563頁）的辯證論斷，得到最新自然科學(xué)的支持。正如馬克斯·玻恩在《關(guān)于因果與機遇的自然哲學(xué)》(1951)中所注意到的，量子世界是由因果與機遇聯(lián)合統(tǒng)治的，其中機遇是有規(guī)則的。同樣，在哈肯的協(xié)同學(xué)演化方程（如福克-普朗克方程和郎之萬方程）中，決定論力項與隨機力項是共同起作用的。在混沌理論中，混沌本是由決定論規(guī)律引出的內(nèi)在的無序和不規(guī)則性，然而對混沌吸引子的相空間圖解研究卻表明，即使混沌也有精細結(jié)構(gòu)，其中機遇也是有規(guī)則的，偶然性與必然性相互作用的深層非線性機制是可以認(rèn)識的。從量子力學(xué)到系統(tǒng)科學(xué)的研究表明，概率統(tǒng)計定律是比嚴(yán)格決定論定律更好的認(rèn)識工具，但原有的“大數(shù)定律”與“統(tǒng)計平均值”等概念對于描述偶然性已經(jīng)顯得太粗糙了，非線性數(shù)學(xué)該出陣參戰(zhàn)了。因為唯有借助于非線性數(shù)學(xué)才可能認(rèn)清偶然性起作用的深層結(jié)構(gòu)機制。

當(dāng)代自然哲學(xué)中的系統(tǒng)整體論思想也是相當(dāng)有革命性的。自從歐幾里得、阿基米德以來，“整體＝部分和”的公理已經(jīng)成為背景知識不可缺少的一部分。這一觀念也是牛頓的機械論自然哲學(xué)的一個基本要素（它與實體主義、還原主義相協(xié)調(diào)）。然而，一般系統(tǒng)論中的貝塔朗菲原理“整體不等于各部分簡單相加的總和”，卻斷然取消了歐幾里得的公理，以整體論取代了機械論的還原主義。量子力學(xué)中的全域相關(guān)性和粒子物理學(xué)中的新奇現(xiàn)象（“基本”粒子分割到一定限度，將出現(xiàn)“部分大于整體”的佯謬）以及生態(tài)系統(tǒng)的整體關(guān)聯(lián)性（卡普拉《轉(zhuǎn)折點》，1989）都支持貝塔朗菲的系統(tǒng)整體觀。

總之，以現(xiàn)代物理學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)為代表的當(dāng)代科學(xué)革命已經(jīng)引起了人類自然圖景的根本變革，人們有理由期待一種浸透著量子力學(xué)辯證法和系統(tǒng)科學(xué)辯證法精神的全新的自然哲學(xué)的出現(xiàn)。

二

現(xiàn)在我們轉(zhuǎn)入當(dāng)代自然哲學(xué)的主要疑難及其可能解法的討論。

鑒于機械論自然哲學(xué)所遇到的困難，當(dāng)代自然哲學(xué)所要討論的主要問題可以歸結(jié)如下：1.自然本體的性質(zhì)問題。物理實在究竟是孤立的實體還是依賴于系統(tǒng)場境的存在？“潛在”是否也是物理實在的基本形態(tài)之一？究竟是否存在終極實在？2.物理實在所遵循的規(guī)律究竟是決定論還是非決定論的？自然系統(tǒng)究竟是必然性還是偶然性所支配的？偶然性應(yīng)當(dāng)具有怎么樣的本體論地位（是否應(yīng)當(dāng)有）？3.所謂“觀察者侵入物理事件”的實質(zhì)是什么？主客二分的合理界限是什么？4.系統(tǒng)整體論與還原主義孰是孰非？5.目的論的新解釋問題。自然系統(tǒng)本身能有目的性嗎？能代替上帝作為選擇主體的地位嗎？目的論是否真與機械論勢不兩立？它又如何與神學(xué)劃清界線？下面我們將依次詳細分析這些問題：

1.自然本體或物理實在的性質(zhì)問題。

牛頓機械論自然哲學(xué)的本體論或?qū)嵲谟^的要害就在于實體主義。一切物理實在被認(rèn)為都有實體性、實存性，自然被等同于實體的集合（簡單相加的總和），一種在絕對空間構(gòu)架中的機械性的存在物。然而，在新的原子科學(xué)中，從前認(rèn)為不容置疑的“實體實存”原則已經(jīng)失效。明確的電子“軌道”或光子“路徑”等經(jīng)典性觀念在量子力學(xué)中是不允許的。電子實際上以“電子云”方式存在著，它并沒有絕對分明的輪廓，而且只是或然地顯現(xiàn)出來。如“測不準(zhǔn)關(guān)系”所要求的，電子的位置與相應(yīng)的動量具有天生的不確定性，決不可能同時有確定的值，因而人們決不可能同時測量到其確定的值。所有這些事實，如果從牛頓的經(jīng)典本體論的眼光來看簡直是不可理解的，因為“潛在性”觀念完全沒有地位。

實際上，現(xiàn)代物理學(xué)家海森伯在批判牛頓機械論實在觀的基礎(chǔ)上，確實發(fā)展了一種全新的、更廣義的“潛在”實在觀。他根據(jù)量子力學(xué)事實總結(jié)出，潛在是介于可能與現(xiàn)實之間的物理實在的新型式，它被認(rèn)為特別適用于微觀客體。海森伯尖銳地指出：“在量子論中顯示的實在概念的變化，并不是過去的簡單的繼續(xù)，而卻象是現(xiàn)代科學(xué)結(jié)構(gòu)的真正破裂?！保ā?〕，第2頁）“幾率波的概念是牛頓以來理論物理學(xué)中全新的東西?！莵喞锸慷嗟抡軐W(xué)中‘潛在’(potentia)這個老概念的定量表述。它引入了某種介乎實際的事件和事件的觀念之間的東西，這是正好介乎可能性和實在性之間的一種新奇的物理實在?！保ā?〕，第11頁）“事件并不一定是確定的，而是可能發(fā)生或傾向于發(fā)生的事情便構(gòu)成了宇宙中的實在”。（〔4〕，第177頁）

總之，海森伯認(rèn)為量子理論意味著實在觀念的革命，牛頓機械論的實在觀念已經(jīng)失效。他舉例說，幾率波、量子態(tài)、電子軌道等都與統(tǒng)計期望值相關(guān)聯(lián)，表示傾向性的、潛在的物理實在，這是物理實在的新形式。

現(xiàn)代粒子物理學(xué)的新假說把潛在性觀念發(fā)展到海森伯本人始料所不及的程度。喬弗利·丘(Geoffrey Chew)著名的粒子靴絆學(xué)說[2]，斷然否定了終極實體的可能性，揭示了自然本體的自助的、生成的本性。按照我的看法，它使系統(tǒng)實在論與系統(tǒng)辯證法完全本體論化了！由于任何粒子都可以充當(dāng)基礎(chǔ)粒子，用以構(gòu)成其他粒子，因此說穿了沒有任何一種粒子是真正的“基本粒子”，這就是所謂“基本粒子并不基本”。從根本上說，自然界不可能還原到任何一種或幾種終極的實體。說一個質(zhì)子可以由中子和π介子所構(gòu)成，或者說它是由Λ超子和K介子所構(gòu)成，或者說它是由兩個核子和一個反核子所構(gòu)成，甚至說是由場的連續(xù)質(zhì)所構(gòu)成。所有這一切可能性是同樣真實地存在的。應(yīng)當(dāng)說，所有這些陳述都同樣地正確又同樣地不完善。因為真實世界等于所有這些潛在的“可能世界”互相疊加的總和。借用日本物理學(xué)家武谷三男的話來說：“作為終極要素的實體——基本粒子本身也是相互流動地相互轉(zhuǎn)化的。這件革了以前的物質(zhì)觀，顯示了辯證邏輯的正確性?！保ā?〕，第28頁）

我們的進一步的問題是：作為自然本體的物理實在究竟是否可以歸結(jié)為互相孤立的實體？還是從本質(zhì)上說只能是依賴系統(tǒng)場境的整體全息相關(guān)的存在？在對著名的EPR假想[3]的實驗檢驗中所表現(xiàn)出來的量子關(guān)聯(lián)（即遠距粒子之間的整體相關(guān)性）很好地回答了這一問題。正如美國科學(xué)哲學(xué)家西莫尼(A.Shimony)所指出：“我們生活在一個實驗結(jié)果正在開始闡明哲學(xué)問題的非凡時代”。而今最新實驗結(jié)果表明，兩個相隔幾米且又沒有彼此傳遞信息機制的實體可能被相互糾結(jié)在一起，即它們的行為可以有極顯著的相關(guān)性，以致對其中一個實體進行測量將瞬時地影響到另一個實體的測量結(jié)果。這個新奇的實驗結(jié)果斷然否定了愛因斯坦等人(EPR)的預(yù)設(shè)（即“空間上遠隔的客體的實在狀態(tài)必定是彼此獨立的”），卻符合量子力學(xué)的系統(tǒng)整體觀。正如玻爾所注意到的，量子現(xiàn)象是作為整體而存在的，其中所反映出來的內(nèi)在關(guān)聯(lián)是不可消解的。量子現(xiàn)象的整體性不允許人們對它作機械的切割并把這種切割物認(rèn)作它自身。因此我們有理由說，量子力學(xué)的整體實在觀是與系統(tǒng)整體觀相通的，量子辯證法與系統(tǒng)辯證法相互滲透，量子革命與系統(tǒng)科學(xué)革命相互支持。因此，作為科學(xué)革命的結(jié)晶，新自然哲學(xué)主張，物理實在的部分性質(zhì)取決于整體，取決于系統(tǒng)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，從根本上說，自然本體是整體全息相關(guān)的存在。

2.決定論與非決定論疑難，偶然性的本體論地位問題。

從前認(rèn)為不容置疑的機械論自然哲學(xué)的“嚴(yán)格決定論”預(yù)設(shè)，如今在新的原子科學(xué)中也已經(jīng)失效。人們向來認(rèn)為，自然科學(xué)和“自然科學(xué)唯物主義”有一個不可動搖的支柱：這就是嚴(yán)格決定論。對自然科學(xué)的這種見解，最典型地表現(xiàn)在拉普拉斯杜撰的那個精靈故事中，據(jù)說這個精靈（超智慧者）知道世界現(xiàn)況的一切決定因素，因而能夠無歧義地得出世界在過去或未來的其他一切狀態(tài)。這個被后人稱作“拉普拉斯妖”的理想實驗正是嚴(yán)格決定論的化身?？墒?，現(xiàn)在在微觀領(lǐng)域里發(fā)現(xiàn)了與這種嚴(yán)格決定論原則相違背的種種反常事實。簡略地說，熱學(xué)與分子物理學(xué)的研究表明，氣體分子運動是包含不確定性的自然進程，由于初始條件捉摸不定，單個分子的運動狀態(tài)成為純粹的偶然事件。分子運動論乃至統(tǒng)計力學(xué)的建立表明，概率統(tǒng)計定律也是自然描述不可缺少的一種基本形式。

強調(diào)概率統(tǒng)計定律重要性的科學(xué)思想反映到自然哲學(xué)中去，就成為“統(tǒng)計決定論”。其要旨可概括如下：對于一些包含不確定性的自然過程，雖然嚴(yán)格決定論不能直接應(yīng)用，但若應(yīng)用統(tǒng)計方法研究大量單個偶然事件的平均行為，卻可以找出明顯的統(tǒng)計規(guī)律性。換句話說，這些自然過程在統(tǒng)計平均意義上仍是決定論性的。這是決定論的弱化形式之一。

統(tǒng)計決定論的科學(xué)基礎(chǔ)在于經(jīng)典統(tǒng)計力學(xué)。統(tǒng)計力學(xué)的基本出發(fā)點則在于，認(rèn)為盡管大量分子的集團行為滿足統(tǒng)計規(guī)律，但從底層基礎(chǔ)而言，單個分子（單個過程）仍遵守牛頓定律，滿足嚴(yán)格決定論。這樣，統(tǒng)計決定論并不把不確定性歸因于基礎(chǔ)規(guī)律的不同，而是把它歸因于初始條件的難以捉摸（即人類知識的不完備性）。因此，統(tǒng)計決定論只是嚴(yán)格決定論的補充形式。

然而，將概率統(tǒng)計觀點真正貫徹到底，最終導(dǎo)致量子物理學(xué)的興起，而測不準(zhǔn)關(guān)系的發(fā)現(xiàn)則使嚴(yán)格決定論淪為無意義的空想。

在現(xiàn)代科學(xué)家中第一個對“非完全決定論”（即under-determinism，這個詞的不恰當(dāng)?shù)奶娲~是indeterminism，即非決定論）有十分清醒認(rèn)識的是哥廷根學(xué)派的馬克斯·玻恩。他在名著《關(guān)于因果和機遇的自然哲學(xué)》中對非完全決定論作了比其他量子物理學(xué)家（如玻爾、海森伯等）更為系統(tǒng)和透徹的分析。通過對玻恩文本的適當(dāng)解釋、調(diào)整與轉(zhuǎn)譯，我們可以提煉出對當(dāng)代自然哲學(xué)極有價值的內(nèi)容和決定論／非決定論問題的辯證解?！?〕

非完全決定論的最主要或最有特色的一種表現(xiàn)形式，是與量子力學(xué)相應(yīng)的概率決定論。其要點如下：(1)單個（量子）過程內(nèi)在地是幾率性的、非決定性質(zhì)的；(2)“自然界同時受到因果律和機遇律的某種混合方式的支配?！保ā?〕，第9頁）(3)機遇律是自然律的終極形式，偶然性有規(guī)則，“它們是用數(shù)學(xué)上的概率論表述出來的。”（〔8〕，第7頁）

關(guān)于自然界究竟是由必然性還是偶然性所支配的，是決定論性還是非決定論性的那個爭論，波普有一個著名的比喻：“云和鐘”?！霸啤本褪翘焐系脑?，代表極端不確定性，它非常不規(guī)則、毫無秩序又有點難以預(yù)測；“鐘”就是家家都有的時鐘，代表高度的確定性，它非常有規(guī)則、有秩序又是高度可預(yù)測的。這是兩個不同的極端，一端變化莫測，另一端高度精確。一般的自然事物往往處在這兩個極端之間。波普用“所有的云都是鐘”（當(dāng)然也可以說“所有自然事物都是鐘”）表示決定論，用“所有的鐘都是云”（當(dāng)然也可以說“所有自然事物都是云”）表示非決定論。波普終于認(rèn)識到，人類理性需要的是“處于完全的偶然性和完全的決定論之間的某種中間物，即處于完全的云和完善的鐘之間的某種中間物?！保ā?〕，第239—240頁）這種完全的偶然論（非決定論）和完全的決定論的中間物，我們可以恰當(dāng)?shù)胤Q作“非完全決定論”，它意味著對偶然性與必然性、因果與機遇的某種辯證綜合，這就是當(dāng)代自然哲學(xué)對這一爭論所作的正確解。以上我們是借用M.玻恩與波普的話，經(jīng)校正、轉(zhuǎn)譯納入自己的概念框架，并用以闡發(fā)自己的“非完全決定論”觀點?！?〕

現(xiàn)代生物學(xué)和生物微觀控制論也為非完全決定論提供新的佐證。莫諾在其名著《偶然性與必然性（略論現(xiàn)代生物學(xué)的自然哲學(xué)）》中，從分子生物學(xué)的材料出發(fā)，有力地抨擊了嚴(yán)格決定論，并為恢復(fù)偶然性在自然哲學(xué)中的本體論地位付出極大的努力。莫諾是這樣說的：

當(dāng)偶然事件——因為它總是獨一無二的，所以本質(zhì)上是無法預(yù)測的——一旦摻入了DNA的結(jié)構(gòu)之中，就會被機械而忠實地進行復(fù)制和轉(zhuǎn)錄，……從純粹偶然性的范圍中被延伸出來以后，偶然性事件也就進入了必然性的范圍，進入了相互排斥、不可調(diào)和的確定性的范圍了。因為自然選擇就是在宏觀水平上、在生物體的水平上起作用的。自然選擇能夠獨自從一個噪聲源泉中譜寫出生物界的全部樂曲。（著重號為引者所加）（〔9〕，第88頁）

莫諾這段話應(yīng)當(dāng)看作關(guān)于生物自然界的非完全決定論，關(guān)于極小幾率的偶然事件向極嚴(yán)格規(guī)律轉(zhuǎn)化過程的生動說明。特別是最后那句話是說明生物界的偶然性與必然性的相互聯(lián)系、相互作用方式的絕妙比喻。當(dāng)然，由于莫諾有時十分不恰當(dāng)?shù)貙?yán)格決定論與辯證唯物論混為一談，應(yīng)當(dāng)注意他的言論本身具有兩重性。（〔10〕，第324頁）

非完全決定論的內(nèi)容還由于系統(tǒng)科學(xué)的興起而得到了進一步豐富和加強。有人因之稱作系統(tǒng)決定論。其要旨可概括如下：

一般的自然界的復(fù)雜系統(tǒng)（在自然哲學(xué)中姑且撇開社會系統(tǒng)），不能由它的構(gòu)成要素和子系統(tǒng)通過簡單相加和線性因果鏈無歧義地決定其整體功能和行為。但系統(tǒng)的存在與演化仍有相當(dāng)確定的規(guī)律可循，機遇與因果共同決定著系統(tǒng)的存在和發(fā)展，因而系統(tǒng)在整體上仍有決定性。

具體地說，系統(tǒng)演化的主要機理就在于機遇性漲落、反饋和非線性作用。人們常喜歡將借助于系統(tǒng)科學(xué)特有的資料所認(rèn)識的辯證法，稱作“系統(tǒng)辯證法”。系統(tǒng)科學(xué)從自己的角度闡明了因果與機遇、決定性與隨機性的辯證法：自組織系統(tǒng)作為遠離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)，以偶然的隨機的漲落為誘導(dǎo)，通過正反饋和非線性放大，某一漲落在矛盾競爭之中取得支配地位，成為序參量，于是使系統(tǒng)的演化納入必然的軌道，建立時空、功能上的新的有序狀態(tài)。系統(tǒng)辯證法與矛盾辯證法在自組織動力學(xué)機制的解釋上是高度一致的：當(dāng)自組織系統(tǒng)處于不穩(wěn)定點時，系統(tǒng)內(nèi)部矛盾全面展開并有所激化，與各種子系統(tǒng)及其要素的局部耦合關(guān)系和運動特性相聯(lián)系的模式和參量都異?；钴S，各種參量的漲落此起彼伏，它們都蘊含著一定的結(jié)構(gòu)與組織的胚芽，為了建立自己的獨立模式并爭奪對全局的支配權(quán)，它們之間進行激烈的競爭與對抗，時而“又聯(lián)合又斗爭”，最后才選拔出作為主導(dǎo)模式的序參量。非完全決定論在協(xié)同學(xué)的描述系統(tǒng)演化的數(shù)學(xué)方程中也得到反映。如郎之萬方程（描述布朗運動的）和?？?普朗克方程中，概率論描述與因果性描述共處于一體，隨機作用項與決定論作用項被綜合在一起，偶然性與必然性因子被綜合在一起。從自然哲學(xué)看，它們體現(xiàn)了機遇律與因果律的辯證綜合。

3.物理事件與觀察的關(guān)系、主體-客體相互作用問題。

從前認(rèn)為不容置疑的“客觀事件與任何觀測無關(guān)”的自然哲學(xué)信條，如今在新的原子科學(xué)中同樣也正在失效。正如海森伯所指出，經(jīng)典物理學(xué)的真正核心，也就是物理事件在時間、空間上的客觀進程與任何觀測無關(guān)的信念，由于許多量子實驗的發(fā)現(xiàn)而受到?jīng)_擊。而現(xiàn)代物理學(xué)的真正力量就存在于自然界為我們提供的那些新的思想方法之中。因此，再指望用新實驗去發(fā)現(xiàn)與觀測無關(guān)的“純客觀事件”或不依賴于觀察者和相關(guān)參照系的“絕對時間”，就無異于指望極地探險家在南極圈尚未勘查過的地方會發(fā)現(xiàn)“世界盡頭”，那只能是不切實際的幻想。（〔4〕，第4頁和第9頁）對原子、電子那樣的客體的任何一次射線照射或觀測都足以破壞其初始狀態(tài)，而且由于或然性和不可逆性，這種狀態(tài)不可恢復(fù)。

玻爾為量子力學(xué)所作的“互補性詮釋”中一個最基本的思想是：觀察者（主體）與被觀察者（客體）之間的嚴(yán)格劃界是不可能的，因為在實際過程中兩者處在緊密相連的相互作用之中。無論是純粹的“主體”即可以）“無干擾”地進行觀察的觀察者）或是純粹的“客體”（可以絕對隔絕外界作用而界定被觀察系統(tǒng)的孤立狀態(tài)）概念都只是經(jīng)典物理學(xué)所作的理想化，而這兩種理想化既是相互補充又是相互排斥的?！?1〕這就是玻爾著名的“我們既是觀眾（觀察者），又是演員（被觀察者）”辯證論斷的真實含義。

實際上，從當(dāng)代自然哲學(xué)的眼光看，這是很自然的：人（觀察者）本來就是自然（被觀察者）不可分割的一部分，我們只能用一種內(nèi)在化的眼光來看待自然，而不可能象上帝那樣用完全超脫的外在化眼光看自然，這就是問題的癥結(jié)所在。

正如羅森菲爾德所指出，所謂“觀察者介入原子事件進程”的局勢，容易產(chǎn)生科學(xué)事實的客觀性被敗壞的假象，因此我們必須與機械論和不可救藥的唯心主義劃清界線。羅森菲爾德本人正是以辯證法為武器在與機械論和唯心主義劃界的過程中闡明了觀察者與物理事件的辯證關(guān)系的客觀性質(zhì)。（〔12〕，第140頁）海森伯說得很分明：“量子論并不包含真正的主觀特征，它并不引進物理學(xué)家的精神作為原子事件的一部分”。（〔3〕，第22頁）可見，“客體行為與觀測有關(guān)”原則并不意味著我們可以拋棄客觀實在而接受主觀主義。

4.系統(tǒng)整體實在觀問題。在闡述以上各個問題的過程中，我們實際上已經(jīng)闡明了整體實在觀的基本觀點：“整體不同于各部分機械相加的總和”。自然本體是依賴于系統(tǒng)場境的存在、處在相對相關(guān)中的存在，是整體全息相關(guān)的實在。正如D.玻姆所指出的，按照量子概念，世界是作為統(tǒng)一的不可分割的整體而存在的，其中即使是每個部分內(nèi)在的性質(zhì)（波或粒子）也在一定程度上依賴于場境。其實，人本身就是自然的產(chǎn)物，自然不可分割的一部分，人只能作為參與者并在相互作用過程中用內(nèi)在化的觀點來理解自然本體。只是在系統(tǒng)及其諸要素之間的相互作用可以忽視的情況下，還原主義才是近似地有效的。

5.自然本體目的性的（自組織解釋）問題。簡單地說，當(dāng)代自然哲學(xué)的目的論觀是亞里士多德內(nèi)在目的論的復(fù)活和發(fā)展，是現(xiàn)代系統(tǒng)科學(xué)目的論觀的升華。宇宙象是一個有機統(tǒng)一的整體，自然系統(tǒng)（包括生命系統(tǒng)和非生命自組織系統(tǒng)）的結(jié)構(gòu)、功能和演化過程的合目的性可以通過自然本身的自組織機制的作用得到合理解釋。〔1〕

例如，自然選擇的實質(zhì)問題是由生物哲學(xué)所提出的一個重要問題。按照生物控制論的初步解答，關(guān)于生物進化的自然選擇機制實質(zhì)上就是一種以偶然的突變?yōu)樗夭模ㄟ^反饋調(diào)節(jié)的最優(yōu)化控制機制。艾根的超循環(huán)理論則進一步明確，在大分子的自組織階段，在生化反應(yīng)的超循環(huán)中選擇價值高的突變不斷通過過濾和正反饋放大，形成功能性的組織，強化、優(yōu)化并向更高水平進化。這里，一方面自然選擇表現(xiàn)為自然本身的純物質(zhì)性的有規(guī)則的相互作用過程，但它不同于牛頓的機械因果性模式，因為其中突變與選擇機制、機遇與因果是辯證地聯(lián)合起作用的；另一方面，盡管它排除了自然神力的干預(yù)，卻仍然是合目的性的過程，因為它有自引導(dǎo)的、自動調(diào)節(jié)的功能（使物種或分子擬種適應(yīng)環(huán)境）。這樣，按系統(tǒng)辯證法重新解釋過的合理的目的論又能與神學(xué)劃清界線。

三

正如我們已經(jīng)看到的，20世紀(jì)早期的相對論量子論革命向統(tǒng)治思想界長達二三百年之久的機械論自然哲學(xué)，提出了全面的詰難和挑戰(zhàn)，并給予毀滅性的打擊。當(dāng)代自然哲學(xué)正是在克服舊自然哲學(xué)的危機，在回答新興自然科學(xué)所提出的詰難和挑戰(zhàn)的過程中逐步建立起來的。20世紀(jì)中葉以來以系統(tǒng)科學(xué)群為代表的新興科學(xué)的迅速發(fā)展，豐富了當(dāng)代自然哲學(xué)的內(nèi)涵，加速了人類自然圖景革新的步伐。

總起來說，當(dāng)代自然哲學(xué)的核心觀點，可以簡要地重新概括如下：

1.自然本體是依賴于系統(tǒng)場境的、在關(guān)系中生成的、流動的實在，作為孤立實體的終極實在根本不存在，“潛在”是物理實在的一種新形式；2.自然系統(tǒng)遵循非完全決定論（即決定論與非決定論的中間物），它是由因果與機遇聯(lián)合統(tǒng)治的，此兩者互斥又互補。偶然性的本體論地位是：它是自然本體本質(zhì)中的一個規(guī)定、一個方面和一個要素。偶然性存在精細的非線性作用機制（由混沌革命所發(fā)現(xiàn)?。?.物理事件與觀測有關(guān)，人作為自然系統(tǒng)的一分子只能用參與者的身分和內(nèi)在化的觀點來觀察自然，絕對的主客二分只是不切實際的幻想；4.系統(tǒng)整體觀在總體上比還原主義更為合理，不過為了進行精細的研究，有節(jié)制的還原主義仍是必不可少的和有啟發(fā)力的，兩者其實是互斥又互補的。5.自然系統(tǒng)的合目的性可以按自組織觀點得到最合理的解釋，目的論與機械論也是互斥又互補的。

最后，我們所要強調(diào)的是偶然性的恰當(dāng)?shù)谋倔w論地位問題。迄今仍有不少讀者受過時的哲學(xué)教科書的影響，把偶然性當(dāng)作一種外在的、主觀的、局部的、非本質(zhì)的和不穩(wěn)定的或暫時的東西。其實這種看法有違辯證法的本意，可以毫不客氣地說它屬于機械論的范疇。通過對量子辯證法與系統(tǒng)辯證法的研究，我們可以十分有把握地說：機遇或偶然性在本體論中恰恰是一種內(nèi)在的、固有的、普遍的、本質(zhì)的和永久性的成分。借用列寧論“假象”的話來說，偶然性是“本質(zhì)的一個規(guī)定、一個方面和一個環(huán)節(jié)”，是“本質(zhì)自身在自身中的表現(xiàn)”。機遇與偶然性是客觀的并且具有自己的非常獨特的規(guī)律。在新自然哲學(xué)中，我們不能再滿足于把偶然性看作必然性的“補充形式”的外在化理解，而要比以往任何時候都更加清醒地認(rèn)識到，機遇與因果相互聯(lián)結(jié)、相互滲透，辯證地融為一體。在非完全決定論中，偶然性恢復(fù)了它本來應(yīng)有的本體論地位，機遇與因果，偶然性與必然性以幾率或統(tǒng)計性乃至“混沌吸引子”為中介辯證地聯(lián)結(jié)在一起。在相空間中混沌吸引子的精巧的無窮嵌套的自相似結(jié)構(gòu)，精確而形象地展示出系統(tǒng)演化過程中機遇與因果如何聯(lián)合起作用的深層非線性機制，進一步豐富了對自然本體辯證內(nèi)涵的認(rèn)識。

應(yīng)當(dāng)說，這是量子辯證法與系統(tǒng)辯證法對矛盾辯證法的一項貢獻，它們本應(yīng)是相得益彰的。

參考文獻

〔1〕桂起權(quán)：《目的論自然哲學(xué)之復(fù)活》，載“自然辯證法研究”1995(7)，并收入?yún)菄⒅骶帯蹲匀徽軐W(xué)》一書，中國社科出版社1994年版。

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〔4〕海森伯：《嚴(yán)密自然科學(xué)基礎(chǔ)近年來的變化》上海譯文出版社1978年版。

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〔9〕莫諾：《偶然性與必然性（略論現(xiàn)代生物學(xué)的自然哲學(xué)）》，上海人民出版社1977年版。

〔10〕桂起權(quán)：《科學(xué)思想的源流》武漢大學(xué)出版社1994年版。

〔11〕桂來權(quán)《析量子力學(xué)中的辯證法思想—玻爾互補性構(gòu)架之真諦》，載“哲學(xué)研究”1994(10)。

〔12〕羅森菲爾德：《量子革命》商務(wù)印書館1991年版。

注釋：

[1]正是在這一意義上，梁實秋在《遠東英漢大辭典》中，將控制論(cybernetics)譯作神經(jīng)機械學(xué)。

篇6

蒸蒸日上的凝聚態(tài)物理學(xué)

自從80年代中期發(fā)現(xiàn)了所謂高臨界溫度超導(dǎo)體以來，世界上對這種應(yīng)用潛力很大的新材料的研究熱情和樂觀情緒此起彼伏，時斷時續(xù)。這種新材料能在液氮溫區(qū)下傳導(dǎo)電流而沒有阻抗。高臨界溫度超導(dǎo)材料的研究仍是今后凝聚態(tài)物理學(xué)中活躍的領(lǐng)域之一。目前，許多國家的科學(xué)工作者仍在爭分奪秒，繼續(xù)進行競爭，向更高溫區(qū)，甚至室溫溫區(qū)超導(dǎo)材料的研究和應(yīng)用努力。可以預(yù)計，這個勢頭今后也不會減弱，此外，高臨界溫度的超導(dǎo)材料的機械性能、韌性強度和加工成材工藝也需進一步提高和解決?？茖W(xué)家們預(yù)測，21世紀(jì)初，這些技術(shù)問題可以得到解決并將有廣泛的應(yīng)用前景，有可能會引起一場新的工業(yè)革命。超導(dǎo)電機、超導(dǎo)磁懸浮列車、超導(dǎo)船、超導(dǎo)計算機等將會面向市場，屆時，世界超導(dǎo)材料市場可望達到2000億美元。

由不同材料的薄膜交替組成的超晶格材料可望成為新一代的微電子、光電子材料。超晶格材料誕生于20世紀(jì)70年代末，在短短不到30年的時間內(nèi)，已逐步揭示出其微觀機制和物理圖像。目前已利用半導(dǎo)體超晶格材料研制成許多新器件，它可以在原子尺度上對半導(dǎo)體的組分摻雜進行人工“設(shè)計”，從而可以研究一般半導(dǎo)體中根本不存在的物理現(xiàn)象，并將固態(tài)電子器件的應(yīng)用推向一個新階段。但目前對于其他類型的超晶格材料的制備尚需做進一步的努力。一些科學(xué)家預(yù)測，下一代的電子器件可能會被微結(jié)構(gòu)器件替代，從而可能會帶來一場電子工業(yè)的革命。微結(jié)構(gòu)物理的研究還有許多新的物理現(xiàn)象有待于揭示。21世紀(jì)可能會碩果累累，它的前景不可低估。

近年來，兩種與磁阻有關(guān)的引起人們強烈興趣的現(xiàn)象就是所謂的巨磁阻和超巨磁阻現(xiàn)象。一般磁阻是物質(zhì)的電阻率在磁場中會發(fā)生輕微的變化，而巨磁和超巨磁可以是幾倍或數(shù)千倍的變化。超巨磁現(xiàn)象中令人吃驚的是，在很強的磁場中某些絕緣體會突變?yōu)閷?dǎo)體，這種原因尚不清楚，就像高臨界溫度超導(dǎo)材料超導(dǎo)性的原因難以捉摸一樣。目前，巨磁和超巨磁實現(xiàn)應(yīng)用的主要障礙是強磁場和低溫的要求，預(yù)計下世紀(jì)初在這方面會有很大的進展，并會有誘人的應(yīng)用前景。

可以預(yù)計，新材料的發(fā)展是21世紀(jì)凝聚態(tài)物理學(xué)研究重要的發(fā)展方向之一。新材料的發(fā)展趨勢是：復(fù)合化、功能特殊化、性能極限化和結(jié)構(gòu)微觀化。如，成分密度和功能不均勻的梯度材料；可隨空間時間條件而變化的智能材料；變形速度快的壓電材料以及精細陶瓷材料等都將成為下世紀(jì)重要的新材料。材料專家預(yù)計，21世紀(jì)新材料品種可能突破100萬種。

等離子體物理與核聚變

海水中含有大量的氫和它的同位素氘和氚。氘既重氫，氧化氘就是重水，每一噸海水中含有140克重水。如果我們將地球海水中所有的氘核能都釋放出來，那么它所產(chǎn)生的能量足以提供人類使用數(shù)百億年。但氘和氚的原子核在高溫下才能聚合起來釋放能量，這個過程稱為熱核反應(yīng)，也叫核聚變。

核聚變反應(yīng)的溫度大約需要幾億度，在這樣高的溫度上，氘氚混合燃料形成高溫等離子體態(tài)，所以等離子體物理是核聚變反應(yīng)的理論基礎(chǔ)。1986年美國普林斯頓的核聚變研究取得了令人鼓舞的成績，他們在TFTR實驗裝置上進行的超起動放電達到20千電子伏，遠遠超過了“點火”要求。1991年11月在英國卡拉姆的JET實驗裝置上首次成功地進行了氘氚等離子體聚變試驗。在圓形圈內(nèi)，2億度的溫度下，氘氚氣體相遇爆炸成功，產(chǎn)生了200千瓦的能量，雖然只維持了1.3秒，但這為人類探索新能源——核聚變能的實現(xiàn)邁進了一大步。這是90年代核能研究最有突破性的工作。但目前核聚變反應(yīng)距實際應(yīng)用還有相當(dāng)大的距離，技術(shù)上尚有許多難題需要解決，如怎樣將等離子加熱到如此高的溫度？高溫等離子體不能與盛裝它的容器壁相接觸，否則等離子體要降溫，容器也會被燒環(huán)，這就是如何約束問題。21世紀(jì)初有可能在該領(lǐng)域的研究工作中有所突破。

納米技術(shù)向我們走來

所謂納米技術(shù)就是在10[-9]米（即十億分之一米）水平上，研究應(yīng)用原子和分子現(xiàn)象及其結(jié)構(gòu)信息的技術(shù)。納米技術(shù)的發(fā)展使人們有可能在原子分子量級上對物質(zhì)進行加工，制造出各種東西，使人類開始進入一個可以在納米尺度范圍，人為設(shè)計、加工和制造新材料、新器件的時代。粗略的分，納米技術(shù)可分為納米物理、納米化學(xué)、納米生物、納米電子、納米材料、納米機械和加工等幾方面。

納米材料具有常規(guī)材料所不具備的反常特性，如它的硬度、強度，韌性和導(dǎo)電性等都非常高，被譽為“21世紀(jì)最有前途的材料”。美國一研究機構(gòu)認(rèn)為：任何經(jīng)營材料的企業(yè)，如果現(xiàn)在還不采取措施研究納米材料的開發(fā)，今后勢必會處于競爭的劣勢。

納米電子是納米技術(shù)與電子學(xué)的交叉形成的一門新技術(shù)。它是以研究納米級芯片、器件、超高密度信息存儲為主要內(nèi)容的一門新技術(shù)。例如，目前超高密度信息存儲的最高存儲密度為10[12]畢特／平方厘米，其信息儲存量為常規(guī)光盤的10[6]倍。

納米機械和加工，也稱為分子機器，它可以不用部件制造幾乎無任何縫隙的物體，它每秒能完成幾十億次操作，可以做人類想做的任何事情，可以制造出人類想得到的任何產(chǎn)品。目前采用分子機器加工已研制出世界上最小的（米粒大?。┱羝麢C、微型汽車、微型發(fā)電機、微型馬達、微型機器人和微型手術(shù)刀。微型機器人可進入血管清理血管壁上的沉積脂肪，殺死癌細胞，修復(fù)損壞的組織和基因。微型手術(shù)刀只有一根頭發(fā)絲的百分之一大小，可以不用開胸破腹就能完成手術(shù)。21世紀(jì)的生物分子機器將會出現(xiàn)可放在人腦中的納米計算機，實現(xiàn)人機對話，并且有自身復(fù)制的能力。人類還有可能制造出新的智能生命和實現(xiàn)物種再構(gòu)。

“無限大”和“無限小”系統(tǒng)物理學(xué)

“無限大”和“無限小”系統(tǒng)物理學(xué)是當(dāng)今物理學(xué)發(fā)展的一個非常活躍的領(lǐng)域。天體物理和宇宙物理學(xué)就屬于“無限大”系統(tǒng)物理學(xué)的范疇，它從早期對太陽系的研究，逐步發(fā)展到銀河系，直到對整個宇宙的研究。熱大爆炸宇宙模型作為本世紀(jì)后半葉自然科學(xué)中四大成就之一是當(dāng)之無愧的。利用該模型已經(jīng)成功地解釋宇宙觀測的最新結(jié)果。如宇宙膨脹，宇宙年齡下限，宇宙物質(zhì)的層次結(jié)構(gòu)，宇宙在大尺度范圍是各向同性等重要結(jié)果?？梢哉f具有暴脹機制的熱大爆炸宇宙模型已為現(xiàn)代宇宙學(xué)奠定了一定的基礎(chǔ)。但是到目前為止，關(guān)于宇宙的起源問題仍沒有得到解決，暴脹宇宙論也并非十全十美，事實上想一次就能得到一個十分完善的宇宙理論是很困難的，這還有待于進一步的努力和探索。

“無限大”系統(tǒng)物理學(xué)還有兩個比較重要的問題是“類星體”和“暗物質(zhì)”。“類星體”是1961年發(fā)現(xiàn)的，一個類星體發(fā)出的光相當(dāng)于幾千個星云，而每個星云相當(dāng)于1萬億個太陽所發(fā)出的光，所以對類星體的研究具有十分重大的意義。60年代末，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)一個編號為3C271的類星體，一天之內(nèi)它的能量增加了一倍，到底是什么原因使它的能量增加如此迅速？有待于21世紀(jì)去解決?！鞍滴镔|(zhì)”是一種具有引力，看不見，什么光也不發(fā)射的物質(zhì)。宇宙中百分之九十以上的物質(zhì)是所謂的“暗物質(zhì)”，這種“暗物質(zhì)”到底是什么？我們至今仍不清楚，也有待于下世紀(jì)去解決。

原子核物理和粒子物理學(xué)則屬于“無限小”系統(tǒng)物理學(xué)的范疇，它從早期對原子和原子核的研究，逐步發(fā)展到對粒子的研究。粒子主要包括強子（中子、質(zhì)子、超子、л介子、K介子等）、輕子（電子、μ子、τ輕子等）和媒介子（光子、膠子等）。強子是對參與強相互作用粒子的總稱，其數(shù)量幾乎占粒子種類的絕大部分；輕子是參與弱相互作用和電磁相互作用的，它們不參與強相互作用；而媒介子是傳遞相互作用的。目前，人們已經(jīng)知道參與強相互作用的粒子都是由更小的粒子“夸克”組成的，但是至今不能把單個“夸克”分離出來，也沒有觀察到它們可以自由地存在。為什么“夸克”獨立不出來呢？還有一個不能解釋的問題是“非對稱性”，目前我們已有的定理都是對稱的，可是世界是非對稱的，這是一個有待于解決的矛盾。尋找獨立的夸克和電弱統(tǒng)一理論預(yù)言的、導(dǎo)致對稱性自發(fā)破缺的H粒子、解釋“對稱”與“非對性”的矛盾，是21世紀(jì)粒子物理學(xué)研究的前沿課題之一。

從表面上看“無限大”系統(tǒng)物理學(xué)與“無限小”系統(tǒng)物理學(xué)似無必然的聯(lián)系。其實不然，宇宙和天體物理學(xué)家利用廣義相對論來描述引力和宇宙的“無限大”結(jié)構(gòu)，即可觀察的宇宙范圍；而粒子物理學(xué)家則利用量子力學(xué)來處理一些“無限小”微觀區(qū)域的現(xiàn)象。其實宇宙系統(tǒng)與原子系統(tǒng)在某些方面有著驚人的相似性。預(yù)計21世紀(jì)“無限大”系統(tǒng)物理學(xué)將會與“無限小”系統(tǒng)物理學(xué)結(jié)合得更加緊密，即宏觀宇宙物理學(xué)和微觀粒子物理學(xué)整體聯(lián)系起來。熱大爆炸宇宙模型就是這種結(jié)合的典范，實際上該模型是在粒子物理學(xué)中弱電統(tǒng)一理論的基礎(chǔ)上建立起來的?？梢灶A(yù)計，這種結(jié)合對科技發(fā)展和應(yīng)用都會產(chǎn)生巨大的影響。

二、跨世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢

科學(xué)技術(shù)能否取得重大突破的關(guān)鍵取決于基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展。所以，首先必須重視基礎(chǔ)科學(xué)的研究，不能忽視更不能簡單地以當(dāng)時基礎(chǔ)科學(xué)成果是否有用來衡量其價值。相對論和量子力學(xué)建立時好像與其他學(xué)科和日常生活無關(guān)，直到20世紀(jì)中期相對論和量子力學(xué)在許多科學(xué)領(lǐng)域中引起深刻的變革才引起人們的足夠重視?？梢哉f，20世紀(jì)幾乎所有的重大科技突破，像原子能、半導(dǎo)體、激光、計算機等，都是因為有了相對論和量子力學(xué)才得以實現(xiàn)?？梢哉f，沒有基礎(chǔ)科學(xué)就沒有科學(xué)技術(shù)、社會和人類的發(fā)展。

20世紀(jì)重大科技成果的成功經(jīng)驗證明，不同學(xué)科間的互相交叉、配合和滲透是產(chǎn)生新的發(fā)明與發(fā)現(xiàn)，解釋新現(xiàn)象，取得科學(xué)突破的關(guān)鍵條件之一。例如，核物理與軍事技術(shù)的交叉產(chǎn)生了原子彈；半導(dǎo)體物理與計算技術(shù)的交叉產(chǎn)生了計算機?？梢灶A(yù)計，21世紀(jì)待人類掌握核聚變能的那一天，一定是核物理、等離子體物理、凝聚態(tài)物理和激光技術(shù)等學(xué)科的交叉和配合的結(jié)果。這也是21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢之一。

篇7

關(guān)鍵詞：電磁場理論；思想問題；非智力因素

聯(lián)合國教科文組織把2005年定為第一個世界物理年，對從事與物理有關(guān)的工作者而言，這無疑是一件令人振奮的事。作為一名中學(xué)物理教師，面對學(xué)生普遍厭煩物理的現(xiàn)狀，不由我不去更深地思考。

遠古時代，人們在繁重的生產(chǎn)勞動中逐漸發(fā)明了杠桿、螺旋、滑輪、斜面等簡單機械，誕生了力學(xué)知識的萌芽。作為革命標(biāo)志的就是狹義相對論、廣義相對論和量子理論。相對論和量子力學(xué)的誕生，使雷達技術(shù)、自動化技術(shù)、原子能的利用、激光技術(shù)、航空航天技術(shù)等相繼出現(xiàn)，核能得到開發(fā)和利用，電腦得到普遍的應(yīng)用，帶來了第三、第四次科學(xué)技術(shù)革命。也許正是由于物理學(xué)的巨大的社會經(jīng)濟效益，才會有“物理年”的誕生。

僅僅認(rèn)識到這一步，其實還遠遠不夠，物理學(xué)的發(fā)展史更是一部前人艱辛的勞動史和教育史。幾乎每一條規(guī)律、定理的發(fā)現(xiàn)，每一套理論的建立都凝聚了大量科學(xué)家集體的心血和智慧，正是他們的協(xié)作精神和對科學(xué)的無限熱愛精神推動了物理學(xué)一步步朝著更高層次、更完美的境界發(fā)展著。

1687年，牛頓《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書的發(fā)表完成了物理學(xué)史上的第一次大綜合，標(biāo)志了經(jīng)典力學(xué)體系的初步建立，這是牛頓創(chuàng)造性研究的結(jié)晶，同時也是天文學(xué)、數(shù)學(xué)和力學(xué)歷史發(fā)展的產(chǎn)物。牛頓曾稱自己站在巨人肩膀上，應(yīng)該說這并不夸張。但站在巨人肩膀上的人太多了，為什么是牛頓完成了這一大業(yè)，而不是別人呢？我們都知道，機遇總是青睞那些有準(zhǔn)備的頭腦。牛頓善于繼承前人的成果，這和他的奮發(fā)好學(xué)、勤于思考是分不開的。正是他廢寢忘食不停地思考和它的勤奮好學(xué)的精神，使他做出了震驚世人的豐功偉績。這不正是我們要學(xué)習(xí)的么？

麥克斯韋電磁場理論的建立過程，讓我們再一次領(lǐng)略到科學(xué)史上的接力賽和群體精神的閃光。同牛頓一樣，他受到法拉第力線思想的鼓舞，又得到W?湯姆生類比研究的啟發(fā)，同時又有安培、庫侖、赫茲、奧斯特等一大批人為電磁學(xué)打好了基礎(chǔ)，給麥克斯韋的再一次大綜合預(yù)備了條件。

相對論的建立是電磁理論合乎邏輯的繼續(xù)和發(fā)展，是物理學(xué)有關(guān)分支的又一次的綜合。早在1895年，愛因斯坦16歲的時候，他就開始思考這樣一個問題：如果自己以光速追隨光線運動，應(yīng)當(dāng)看到這一條光線，就好像一個在空中振蕩著而停滯不前的電磁場?？墒菬o論依據(jù)經(jīng)驗，還是按照麥克斯韋方程看來都不會有這樣的事情。這是一個悖論，實際上包含了狹義相對論的萌芽。愛因斯坦對這個問題的思考經(jīng)歷了10年才找到了解決問題的關(guān)鍵。這期間邁克爾遜―莫雷實驗的零結(jié)果，促使他向狹義相對論邁出了第一步。費茲杰惹和洛侖茲分別提出的收縮假說，暗含了狹義相對論和麥?zhǔn)侠碚撝g內(nèi)在的淵源關(guān)系，以太的不可探測，長度收縮的不可探測，都為狹義相對論的誕生預(yù)備了條件。彭加勒、洛侖茲甚至都走到了狹義相對論的邊緣，只是由于絕對時空觀的思維定式，使他們沒能跳出框架，這些令人遺憾的教訓(xùn)不該給我們帶來深刻的啟示么？愛因斯坦的狹義相對論發(fā)表后擱置了14年沒有受到應(yīng)有的重視，可見舊觀念的根深蒂固，它的改變不是一朝一夕之事，曲高和寡在這里也得到充分的印證。

不僅僅理論的創(chuàng)立是艱辛而漫長的，與之相印證的物理實驗更是艱苦，一個實驗往往一做就是一年、幾年：邁克爾遜-莫雷實驗斷斷續(xù)續(xù)前后作了六年，戴維森的電子散射試驗也作了六年，為了提煉足以進行試驗的純鐳鹽，居里夫婦經(jīng)過四年從8噸礦渣石中提取了0.1克的純鐳鹽，是什么給了他們綿綿不絕的動力呢？是對科學(xué)的負責(zé)精神和實事求是的精神以及堅韌不拔的毅力和斗志。我們在工作中、學(xué)習(xí)中遇到一點小困難與之相比又算得了什么呢？

物理學(xué)的發(fā)展史更是一部科學(xué)方法的創(chuàng)建史，一部思維方法的進化史。

縱觀物理學(xué)的各個分支領(lǐng)域，理想模型幾乎無處不在。無論是運動學(xué)的勻速直線運動，勻變速直線運動、質(zhì)點、剛體、光滑平面，熱學(xué)的理想氣體、理想循環(huán)、理想液體，電磁學(xué)的勻強電場、恒穩(wěn)電流，光學(xué)的點光源、絕對黑體等等。它們的建立都充分展現(xiàn)了物理學(xué)家們敏銳的洞察力，高度的概括性，高明的預(yù)見性。抓主要矛盾，忽略次要因素，簡化問題，突出主要性質(zhì)，這是何等的高明！

而科學(xué)假說、等效替換、類比、逆推、歸納等等比比皆是。物理學(xué)真堪稱一部方法論大全。影響著人們的思想、觀點、方法。這種思維方法應(yīng)用于社會各個領(lǐng)域，應(yīng)該說是放之四海而皆準(zhǔn)的真理，許多年輕時搞過物理，后又轉(zhuǎn)向其他方面的人，不管是從政、從商還是從事其他工作，都普遍感受到當(dāng)年學(xué)習(xí)中訓(xùn)練的思維方法使他們獲益匪淺，受益終生。

物理學(xué)更蘊含了豐富的真、善、美，是一部美學(xué)大全。

從它的外延看，它的發(fā)展過程，無時不透射著風(fēng)趣、幽默、睿智。忘不了牛頓，請客時，別人吃飯他肚子不餓，煮雞蛋時，差點將手表煮熟；忘不了“泊松亮斑”的戲謔；忘不了“紫外災(zāi)難”的幽默；更忘不了以愛因斯坦為代表的EPR一派和以玻爾為代表的哥本哈根學(xué)派的爭論。那是一群多么可愛、可親、可敬的人們，那是一群永遠不老的科學(xué)斗士，一代科學(xué)偉人。他們既是嚴(yán)肅論戰(zhàn)的對手，又是追求真理的戰(zhàn)友。爭論時不留情面，生活中友誼真誠，可歌可泣，足令我輩敬仰。

從它的內(nèi)涵看，它的內(nèi)容、結(jié)構(gòu)、方法的簡單美，一個F=d（mv）/dt就把天地萬物的機械運動規(guī)律統(tǒng)一起來了，不令人折服么？

篇8

1.信息是哲學(xué)層次上的抽象

信息論的主要創(chuàng)始人，美國數(shù)學(xué)家克芬特?仙農(nóng)在研究信號、消息和信息的相互關(guān)系時指出：信號是信息的物理表達層；消息是信息的數(shù)學(xué)表達層；信息則是更高層次哲學(xué)上的抽象，是信號與消息的更高表達層次。這是一個非常精辟的論述?？上?，現(xiàn)在我們很多人在很多情況下都把消息和信息混淆在一起。包括仙農(nóng)先生本人給信息一詞下的定義：“信息就是不確定性的消除量”，也并不是從哲學(xué)層次上提出來的?；煜畔⒑拖⒌谋澈笫俏覀儗φ軐W(xué)和數(shù)學(xué)的認(rèn)知出現(xiàn)了差錯。我們要找出這些差錯，還要對整個事件發(fā)生的來龍去脈詳加分析。信息論、控制論和系統(tǒng)倫這三個密切相關(guān)又自成體系的理論為什么會在短短的三、五年內(nèi)同時出現(xiàn)？它們產(chǎn)生的歷史背景是什么？恐怕還得從一百年前相對論和量子力學(xué)的出現(xiàn)開始談起。

A.哲學(xué)百年滄桑

我在上一章“時間和空間”中講到：現(xiàn)代哲學(xué)一直停留在19世紀(jì)的水平上沒有多大的進展，表現(xiàn)出了明顯的衰落。造成這一狀況的原因是：自從20世紀(jì)初相對論和量子力學(xué)先后問世，人們對客觀世界的認(rèn)識就進入到一個新的層次，而哲學(xué)家的步伐卻一直跟不上來。辯證法只能解讀“牛頓三定律”層次的東西，而科學(xué)家們急需要有一種新的思想方法來解讀相對論和量子力學(xué)。在這樣的歷史背景下，一些科學(xué)家在從事自己所在專業(yè)的研究過程中，逐漸觸及到一個新的哲學(xué)體系――系統(tǒng)觀察法。這是一個超出辯證法而又不脫離辯證法的思想體系，就像相對論既超出又不脫離牛頓三定律一樣。由于大家所處的具體專業(yè)不同，每一個人都僅僅接觸到這個思想體系的一部份，于是信息論、控制論和系統(tǒng)論紛紛出籠。這三個科學(xué)理論實際上就是不同專業(yè)的科學(xué)家從不同的角度對同一個哲學(xué)思想體系的表述?？上У氖且呀?jīng)半個世紀(jì)過去了一直沒有人能把三者融會貫通地結(jié)合起來，提煉出一個完整的哲學(xué)思想體系，形成一個完整的宇宙觀。

為什么會這樣呢？經(jīng)過了二、三百年的發(fā)展，現(xiàn)代科學(xué)已經(jīng)在西方文化的基礎(chǔ)上形成了一個相對完整的思想體系。在思維方式上它以微觀分析思維為主導(dǎo)思維方式，拒絕承認(rèn)宏觀綜合思維的主導(dǎo)作用；在思想方法上它僅僅認(rèn)識到矛盾雙方的辯證關(guān)系，對矛盾雙方生存的共同基礎(chǔ)認(rèn)識不足，對多頭矛盾共同作用缺乏認(rèn)識；在宇宙觀上它固守“牛頓三定律――廣義相對論”的宇宙觀，對量子力學(xué)的宇宙觀視而不見。只把量子力學(xué)當(dāng)作奴隸來使用，而拒絕承認(rèn)它的宇宙觀，真可謂是天大的冤枉。在這樣一個具有明顯缺陷的思想體系主導(dǎo)下，我們的科學(xué)家即便是在自己的實踐活動中已經(jīng)認(rèn)識到了更高層次的思想方法，也是僅僅局限于一般性應(yīng)用，不能從宇宙觀的高度把一個完整的哲學(xué)思想體系建立起來。

如此說來，目前信息論、控制論和系統(tǒng)論都還是一種處在原生狀態(tài)的哲學(xué)。它們剛剛從社會實踐中走出來，還需要有一個錘煉和升華的過程，最后才能形成一個更高層次的哲學(xué)思想體系。一個全新的思想方法背后必然有一個全新的宇宙觀。盡管目前人們在強大的思維慣性作用下僅僅把新的思想方法當(dāng)作工具在廣泛使用，而拒絕承認(rèn)它的宇宙觀，但是它入主哲學(xué)殿堂的步伐是誰也阻擋不了的。當(dāng)唯物辯證法升級為系統(tǒng)觀察法的時候，唯物主義宇宙觀也自然會提升為一個系統(tǒng)性的宇宙觀?？傊軐W(xué)在20世紀(jì)發(fā)生了一場跨越式的發(fā)展，很多哲學(xué)家被拋棄在了19世紀(jì)，這是不容否認(rèn)的歷史事實。

信息論、控制論和系統(tǒng)論它們究竟屬于哪一個學(xué)科？為什么我們不能講“信息學(xué)、控制學(xué)和系統(tǒng)學(xué)”？我們?yōu)槭裁慈匀环Q克芬特?仙農(nóng)和諾伯特?維納是數(shù)學(xué)家，難道他們在信息論和控制論方面的貢獻比不上在數(shù)學(xué)方面的貢獻嗎？我心頭多年的疑惑總算是有了一個說法?！懊徽齽t言不順”，現(xiàn)在到了給信息論正名的時候了。信息論就是20世紀(jì)最偉大的哲學(xué)論著；它的作者就是20世紀(jì)最偉大的哲學(xué)家。我們不這樣給他們定位，我們就不可能真正理解什么是“信息”；也不能真正理解什么是哲學(xué)。

我在前面“第三章時間和空間”中曾經(jīng)說：“20世紀(jì)沒有嚴(yán)格意義上的哲學(xué)家”，現(xiàn)在看來也需要稍作修正。應(yīng)該說：信息論、控制論和系統(tǒng)論的幾位創(chuàng)始人真真正正是20世紀(jì)的哲學(xué)家。雖然連他們自己都沒有意識到他們觸及到的是一個高層次的哲學(xué)體系，這并不影響他們成為新的哲學(xué)體系的發(fā)現(xiàn)者和實踐者。這也正顯示出哲學(xué)的奧妙所在。從歷史上看，真真正正坐在那里大篇大篇地寫哲學(xué)專著的人，往往并不一定是真正意義上的哲學(xué)家。

聯(lián)想信息論、控制論和系統(tǒng)論在當(dāng)今社會中的顯赫地位，豈不正好是哲學(xué)理應(yīng)所處的位置嗎？20世紀(jì)衰落的并不是哲學(xué)，而是我們這些職業(yè)的哲學(xué)人。歷史給我們哲學(xué)家們開了一個不大不小的玩笑，恍然大悟之后還真有點讓人羞愧難當(dāng)?！巴卟豢芍G，來者猶可追?！弊鹁吹恼軐W(xué)家們，讓我們把19世紀(jì)的一些哲學(xué)命題權(quán)當(dāng)是寶貴的文物暫且擱置起來吧，什么物質(zhì)和精神呀，唯物和唯心呀，都暫且不要考慮，趕快投身到建設(shè)新的哲學(xué)體系的宏偉工程中來吧！現(xiàn)在，信息論、控制論和系統(tǒng)論已經(jīng)滲透到了全社會的各行各業(yè)和所有的科學(xué)領(lǐng)域，我們再將它們貫通起來整合成一個完整的哲學(xué)思想體系，那還不把整個人類社會都折騰到天堂上去？

B.哲學(xué)源于實踐

我們從信息論、控制論和系統(tǒng)論的產(chǎn)生到它們向全社會各個研究領(lǐng)域全面滲透的過程中看到了什么？看到的是：一個新的哲學(xué)體系從實踐中產(chǎn)生又返過來指導(dǎo)實踐的過程。

廣義相對論和量子力學(xué)把人類對客觀世界的認(rèn)識帶入了一個新的層次；在這個新的層次里面產(chǎn)生了新的認(rèn)識方法；新的認(rèn)識方法背后隱藏一個新的宇宙觀。所以，要想在新的世紀(jì)里面當(dāng)一位新的哲學(xué)家，首先必須認(rèn)真理解廣義相對論和量子力學(xué)，特別是要學(xué)會系統(tǒng)地理解它們的時空觀，然后再學(xué)習(xí)在這兩個基礎(chǔ)理論之上已經(jīng)形成的信息論、控制論和系統(tǒng)論。最后才有資格展開你的哲學(xué)思維。哲學(xué)源于實踐，你不進入到這樣的物質(zhì)層次就不可能產(chǎn)生相應(yīng)的哲學(xué)思考。

當(dāng)我們學(xué)習(xí)了信息論、控制論和系統(tǒng)論再去學(xué)習(xí)中國哲學(xué)的時候，我們會發(fā)現(xiàn)它們兩者之間竟然能非常容易地溝通起來。這是為什么呢？我們把上面的道理返過來想一想就會明白，原來它們的思維都深入到了同一個物質(zhì)層次?，F(xiàn)代人是由廣義相對論和量子力學(xué)把思維引入到這個物質(zhì)層次里面來的，那么中國古代哲人是如何把自己的思維深入到這個層次里面來的呢？沒有別的方法，只有練功“入靜”，讓大腦進入“莊子”所說的那種“坐忘”狀態(tài)，從而感觸到一個更深入的物質(zhì)世界。練功就是中國古代哲人非常重要的一種實踐活動。

研究哲學(xué)需要有很深入的社會實踐體驗。一個現(xiàn)代的哲學(xué)家，你如果想研究中國哲學(xué)就必須要學(xué)會“入靜”。你感觸不到意境中的那個物質(zhì)世界，你就不能理解中國哲學(xué)的精髓所在。同樣，你要是想當(dāng)一個21世紀(jì)的哲學(xué)家，就必須跟隨廣義相對論和量子力學(xué)進入到一個更深入的物質(zhì)世界，特別是要弄清楚它們的時空觀。這是最基本的入門條件，你如果作不到這一點就只能停留在19世紀(jì)，做一個19世紀(jì)西方哲學(xué)的守護神。因為19世紀(jì)以前的西方哲學(xué)對客觀世界的認(rèn)識只局限在四維時空的顯物質(zhì)世界。

C.信息和意識

“信息”實際上就是哲學(xué)家通常所說的“意識”，是更高理論層次上的意識。信息較意識有著更廣泛、更深入、更充實、更具體、更實用的內(nèi)涵。從意識到信息，標(biāo)志著人類對客觀世界的認(rèn)識深入到一個新的物質(zhì)層次，也是哲學(xué)在20世紀(jì)發(fā)生的一次跳躍式的發(fā)展。

20世紀(jì)初，廣義相對論把一個由時空張力廣泛聯(lián)系的宇宙介紹給我們；量子力學(xué)把一個不確定的混沌宇宙介紹給我們；而在此之前，人們只有一個由萬有引力廣泛聯(lián)系的宇宙。人類對客觀世界的認(rèn)識由此深入到了一個新的層次。人與外界的交換越來越頻繁、越來越復(fù)雜。人與人之間的意識交流出現(xiàn)了越來越多的轉(zhuǎn)換形式。原來人與人之間是通過語言來直接進行意識交流的，語言是意識的表現(xiàn)形式；語言是現(xiàn)實的意識。電話的出現(xiàn)，使電信號也成了意識的表現(xiàn)形式和現(xiàn)實的意識。到了信息論我們就把電信號改稱為信息的表現(xiàn)形式和現(xiàn)實的信息，意識就是這樣很簡單地轉(zhuǎn)稱為信息進入一個更高層次的哲學(xué)體系?，F(xiàn)在人們往往不能十分清晰地界定信號、消息和信息之間的關(guān)系，我們只要把這三者的關(guān)系稍微理順一下就很容易明白：信息就是原來的哲學(xué)體系中的意識。原來我們把語言看作是現(xiàn)實的意識、把一本書看作是固化的意識；現(xiàn)在我們把語言看作是信息在物理層次上的表達、把一本書看作是儲存起來的信息。

信息一點也不否定原來的意識，只是在原來意識一詞的含義上加入了一些新的內(nèi)容。新的內(nèi)容主要是從兩個方面加入的。一個方面就是上面剛講過的，原來的哲學(xué)僅僅把語言看成是意識的表現(xiàn)形式和現(xiàn)實的意識，而信息論則把信號看成是“意識”的物理表現(xiàn)形式，把消息看成是“意識”的數(shù)學(xué)表現(xiàn)形式。很明顯是根據(jù)時展的需要把意識的表達形式更進一步細化了。

另一方面加入的內(nèi)容就不太容易理解了。我們對客觀世界的認(rèn)識不斷深入，“物質(zhì)”一詞的內(nèi)涵不斷向“意識”方向擴展，到了暗物質(zhì)、暗能量，物質(zhì)和意識實際上已經(jīng)完全合二為一了。按說依照辯證法并不應(yīng)該難以理解，矛盾雙方在一定條件下的相互轉(zhuǎn)化呀！可是我們的哲學(xué)家就是拒絕承認(rèn)。歷史要發(fā)展，科學(xué)要前進，“信息”一詞也就應(yīng)運而生了。它不僅保留了“意識”一詞原來的內(nèi)涵：“意識是物質(zhì)的產(chǎn)物”，它更告訴我們：“在物質(zhì)世界的一定深度，意識就是物質(zhì)”。也就是說，信息一詞不僅包涵了主觀的意識還增加了客觀的意識。信息論要討論主觀信息和客觀信息的問題，這在原來的哲學(xué)體系中是拒絕討論這個問題的。

總之，信息就是系統(tǒng)化、層次化、客觀化的意識。在這里一下子還講不明白，到下面“主觀信息和客觀信息”一節(jié)再作詳談。

D.信息和消息

信息和消息的關(guān)系非常復(fù)雜，因為它涉及到哲學(xué)和數(shù)學(xué)的關(guān)系。研究它們之間的關(guān)系使我想起了中國哲學(xué)一句名言：“道可道，非常道”。就是說：用語言可以表達清楚的道理，都不是自然界最根本的、永恒不變的道理。我們給“信息”一詞下了幾十上百個定義，沒有一個十分妥貼讓人滿意的。就是因為“信息”與中國哲學(xué)的“道”進入了大致相同的哲學(xué)層次。用語言（包括數(shù)學(xué)語言）都不可能完全表達清楚它的內(nèi)涵。

能夠用語言表達清楚的“道理”比“道”低一個層次，但是當(dāng)我們所要認(rèn)識的客觀事物本身就處在物質(zhì)世界比較淺顯的層次的時候，“道理”和“道”就完全一致了，在這種情況下我們完全可以把道理看作是“道”。同樣，信息和消息的也是這樣。信息一詞具有較深層次的哲學(xué)內(nèi)涵，是不可能用語言（包括數(shù)學(xué)語言）完全表達清楚的。用語言（包括數(shù)學(xué)語言）能夠完全解釋清楚的應(yīng)該是消息。但是，當(dāng)信息所在的系統(tǒng)處在客觀世界比較淺顯的層次時，信息和消息是完全等同的，在這樣的情況下我們把信息和消息混淆在一起也不為錯。只是我們必須清楚二者在什么情況下是相同的，可以相互通稱；在什么情況下二者是截然不同的不能相互通稱。

信息是哲學(xué)層次上的抽象。如何抽象才是哲學(xué)層次上的抽象呢？我對克芬特?仙農(nóng)先生的論述是這樣理解的：對客觀事物的物理特征進行抽象，包括三維大小尺度、顏色、溫度、頻率、速度、強度等等，可以獲得信息的最低級表達層次---信號；對信號進行數(shù)字化處理，運用數(shù)學(xué)語言進行邏輯推理、綜合、分析，可以獲得信息的較低級表達層次―-消息；哲學(xué)層次上的抽象在以前的哲學(xué)中主要是指運用辯證法對客觀事物進行多方位的抽象，而到了信息論這里已經(jīng)上升為運用系統(tǒng)觀察法對客觀事物進行多時空的系統(tǒng)的抽象了。學(xué)習(xí)過系統(tǒng)論的人都知道，系統(tǒng)可以賦予我們一種洞察力，讓我們能認(rèn)識到其他方法觀察不到的一些客觀現(xiàn)象，而信息一詞的內(nèi)涵恰恰就包括了這樣一些新的內(nèi)容。

消息是信息的數(shù)學(xué)表達層，或者說是語言表達層。由于四維時空的“數(shù)理屏障”作用，消息只能存在于四維時空之內(nèi)，而信息一詞是不受時空屏障制約的。在四維時空之外只有客觀信息存在，沒有消息和信號存在；在四維時空之內(nèi)既有客觀信息存在還有主觀信息存在。消息與主觀信息是完全相通的，可以通稱；消息與四維時空內(nèi)的客觀信息就不在同一個層次，是不可以通稱的。詳細解釋還是放到下面“主觀信息和客觀信息”一節(jié)來講。

2.信息是我們與外界交換內(nèi)容的名稱

信息論與控制論的創(chuàng)始人之一，美國著名數(shù)學(xué)家諾伯特?維納認(rèn)為:“信息就是我們在適應(yīng)外部世界和控制外部世界的過程中，同外部世界進行交換的內(nèi)容的名稱?！边@一句話講的很有內(nèi)涵，值得我們仔細探究。首先它告訴我們：信息存在于我們同外界進行交換的過程中，我們不與外界進行交換的時候信息就不存在。在沒有我們存在的客觀世界中本來是沒有信息存在的，“信息”的主觀屬性赫然若揭。

“交換內(nèi)容的名稱”這7個字也值得我們細心玩昧，信息不就是我們對交換內(nèi)容的一個稱呼嘛？這使我想起中國古人的一句名言：“名可名，非常名”。說的是我們對周圍事物的任何稱呼都不是一成不變的，隨著時間和空間的變化，我們對周圍事物的稱呼一直都在不斷地發(fā)生著變化。一般情況下，我們都是給相對穩(wěn)定的事物起一個名字，對于變化快的、比較復(fù)雜的事物我們沒有必要給它起名字，或者不方便起名字，這時候就需要有一個統(tǒng)稱，信息就是我們在這個時候使用的一個統(tǒng)稱。所以，不管是已經(jīng)有名稱的客觀事物，還是沒有名稱的客觀事物我們都可以把它們的基本屬性和存在方式看作是一個信息。當(dāng)然這樣的信息在未被我們的大腦意識到之前只能算是一個消息或一個信號。

我們在適應(yīng)外部世界和控制外部世界的過程中，同外部世界在不斷地進行著物資和能量的交換。對于交換的內(nèi)容有時我們有具體的名稱，我們既可以直呼其名，也可以稱之為“信息”；如果沒有具體的名稱，我們就直接稱之為“信息”。在此，我想模仿我的祖人“莊子”說一句粗話，還望大家見諒。“什么都是信息，信息也什么都不是。信息是個‘屁’”。消化道中的臟氣從排出，它的響聲和氣味開始擴散、稀釋，一直到人的感覺器官不能感覺到為止，我們把這一時間段的臟氣稱之為：屁。通常我們說：甲某放了一個屁把乙某給嗆跑了。如果我們用信息化的思維方式來說這句話，就是：甲某釋放出一個信息，乙某接受到這一信息后迅速離開了。這個簡單的例子告訴我們：信息論就是一個方法論，它告訴我們?nèi)绾斡眯畔⒒乃季S方式去認(rèn)識復(fù)雜的客觀世界。

一個外科醫(yī)生可以從患者的放屁聲中獲得手術(shù)成功的信息。因為“屁”是患者消化道的產(chǎn)物，它攜帶著患者消化系統(tǒng)的信息，它攜帶的信息量與它所在系統(tǒng)的復(fù)雜度密切相關(guān)。屁聲在沒有轉(zhuǎn)輸?shù)结t(yī)生的大腦之前只是一個客觀信號，被醫(yī)生的意識系統(tǒng)接受之后才成為信息，這時它的信息量與醫(yī)生大腦意識系統(tǒng)的復(fù)雜程度密切相關(guān)，一個經(jīng)驗豐富的醫(yī)生可以獲得更多的信息量。從這個簡單的例子我們可以看到：任何信息都是系統(tǒng)中的信息，脫離開系統(tǒng)無所謂信息。所以要認(rèn)識一個信息，首先要了解它所在的系統(tǒng)。

總之，信息論是一種方法論,是我們認(rèn)識復(fù)雜問題的一種思想方法.當(dāng)我們不使用這一種思維方法的時候,信息是不存在的.客觀世界中只存在著物質(zhì),不存在信息.當(dāng)我們開始運用這一種思想方法的時候,我們可以把任何物質(zhì)稱之為信息,包括我們已經(jīng)認(rèn)識到的物質(zhì)和我們還沒有認(rèn)識到的物質(zhì);信息就是我們的大腦對物質(zhì)的一種意識方法.信息化的認(rèn)識方法和信息化的思維方式是系統(tǒng)思維的主要內(nèi)容之一,任何信息都是一定系統(tǒng)中的信息，脫離開系統(tǒng)就沒有信息。我們必須把信息論、控制論和系統(tǒng)論結(jié)合起來一塊研究，形成一個完整的系統(tǒng)觀察法。

3.主觀信息和客觀信息

作為一個唯物論者，我不認(rèn)為信息[意識]是一種客觀存在。但是我是一個中國式的唯物論者，承認(rèn)有客觀信息[意識]存在。走出四維時空物質(zhì)就是意識，意識也就是物質(zhì)。對于中國哲學(xué)，言重一點的人稱它為：“客觀唯心”，平和一點的人稱它是“樸素的唯物主義”。以前我知道他們說的都不對，可是不知道如何來反駁，現(xiàn)在當(dāng)我學(xué)習(xí)了信息論、控制論和系統(tǒng)論以后，我明白了，原來中國哲學(xué)中的唯物主義應(yīng)該叫做：“系統(tǒng)辯證唯物主義”。中國哲學(xué)的“天人合一”思想就是透過人體這個小系統(tǒng)去認(rèn)識宇宙這個大系統(tǒng)。系統(tǒng)辯證唯物主義對客觀世界的認(rèn)識比辯證唯物主義更深入一個層次，是辯證唯物主義的升級版。辯證唯物主義僅僅是系統(tǒng)辯證唯物主義的一個重要組成部分。

我是馬克思和恩格斯的崇拜者，我崇尚馬克思充滿睿智的頭腦；我佩服恩格斯思路的敏捷，我對他們的辯證唯物主義從未有過懷疑。但是，我是一個中國人，我更信奉中國哲學(xué)；我還是一個現(xiàn)代人，我更喜歡學(xué)習(xí)現(xiàn)代科學(xué)理論。我曾經(jīng)在它們?nèi)咧g徘徊，不知所措。現(xiàn)在好了系統(tǒng)辯證唯物主義把它們非?？茖W(xué)地協(xié)調(diào)起來了。中國哲學(xué)、辯證唯物主義和信息論、控制論、系統(tǒng)論原本都是一體的，出現(xiàn)矛盾是我們對客觀世界的認(rèn)識還不夠深入。

信息論、控制論、系統(tǒng)論三論歸一是現(xiàn)代科學(xué)理論研究的一大趨勢，系統(tǒng)論是前兩論的基礎(chǔ)也已經(jīng)基本明確，只是這三歸一該如何一個歸法？多年來一直沒有一個明確的說法。我的方法就是首先給它們區(qū)分主觀、客觀屬性，就是把主觀系統(tǒng)和客觀系統(tǒng)，主觀控制和客觀控制，主觀信息和客觀信息一一區(qū)分開來。

A.主觀系統(tǒng)和客觀系統(tǒng)

系統(tǒng)就是一種整體觀念。當(dāng)我們用整體的觀念去認(rèn)識宇宙的時候，我們就把宇宙在主觀上設(shè)定為一個系統(tǒng)；當(dāng)我們把一個國家在主觀上設(shè)定為一個系統(tǒng)的時候，也就是在用整體的觀念研究這個國家。系統(tǒng)論就是一個整體方法論?？墒遣恢蠹沂欠裣脒^，你只要用整體的觀念去認(rèn)識客觀事物就必然會落入中國哲學(xué)的套路，因為在運用整體觀念上目前還沒有誰能比得上中國哲學(xué)。

我們說：“系統(tǒng)論是具有邏輯和數(shù)學(xué)性質(zhì)的一門新興的科學(xué)”，并常常以它具有邏輯和數(shù)學(xué)性質(zhì)來證明它的科學(xué)性。其實我們錯了，正是邏輯和數(shù)學(xué)的局限性制約了系統(tǒng)論的整體性，致使自然界中廣泛存在的另一大類系統(tǒng)不能被納入系統(tǒng)論研究。這另一大類系統(tǒng)就是德國科學(xué)家艾根在他的超循環(huán)理論中描述的“循環(huán)生成和循環(huán)制約系統(tǒng)”；也就是中國哲學(xué)中的“五行生克系統(tǒng)”?，F(xiàn)代的超循環(huán)理論和古代的五行生克循環(huán)，他們研究的是同一類自然現(xiàn)象。

這兩大類系統(tǒng)就像是一對孿生兄弟緊密聯(lián)系，相互影響，相互制約共同維護著客觀事物的平衡發(fā)展。也就是說：任何一個客觀事物的歷史發(fā)展過程都是這兩類系統(tǒng)相互影響，相互制約，相互依存共同發(fā)展的過程，像物質(zhì)世界的膨脹運動和旋轉(zhuǎn)運動、生物界的遺傳和變異、人類社會中的民主和集中等等。可惜的是這兩類系統(tǒng)中有一類系統(tǒng)是不能用邏輯和數(shù)學(xué)來表達的，現(xiàn)在的系統(tǒng)論只研究具有邏輯和數(shù)學(xué)性質(zhì)的系統(tǒng)也是出于無奈。

對系統(tǒng)論的深入研究，讓我們認(rèn)識到：系統(tǒng)起源于混沌，而最終也結(jié)束于混沌，系統(tǒng)的邊緣地帶也都是混沌的，系統(tǒng)處在混沌的包圍之中。那么系統(tǒng)究竟是如何起源于混沌的呢？

我們知道混沌是物質(zhì)的徹底的自由運動狀態(tài)。自由運動導(dǎo)致部分物質(zhì)和能量聚積起來，大聚積引發(fā)大爆炸、大膨脹。就是這種膨脹運動勢力在自由運動的混沌之中支撐起了系統(tǒng)；反過來說，系統(tǒng)是膨脹運動勢力把物質(zhì)組織起來形成的。所以系統(tǒng)都具有方向性[時間性]和擴張性。但是，在膨脹運動勢力支撐起來的系統(tǒng)之中自由運動勢力并沒有被消滅，原來表現(xiàn)為混沌狀態(tài)的自由運動的物質(zhì)在膨脹運動勢力的沖壓下轉(zhuǎn)變成了旋轉(zhuǎn)運動，旋轉(zhuǎn)運動進一步演化出循環(huán)運動。循環(huán)運動讓物質(zhì)在自由運動的原則下組織起來形成另外一種系統(tǒng)。這樣在一個相對獨立、完整的系統(tǒng)內(nèi)部就出現(xiàn)了兩種組織形式的系統(tǒng)，按照膨脹運動組織原則形成的系統(tǒng)我們稱之為“主觀系統(tǒng)”；按照自由運動組織原則形成的系統(tǒng)我們稱之為“客觀系統(tǒng)”。所有自然形成的系統(tǒng)都是主觀和客觀兩種系統(tǒng)交織在一起形成的。

很明顯，現(xiàn)在的系統(tǒng)論研究的主要是主觀系統(tǒng)。雖然德國科學(xué)家艾根在研究生物系統(tǒng)進化過程時發(fā)現(xiàn)了循環(huán)系統(tǒng)，也認(rèn)識到了循環(huán)系統(tǒng)在自然界中存在的廣泛性，但是幾十年過去了，人們一直沒有把這兩類系統(tǒng)并列到一起來研究。造成這一現(xiàn)象發(fā)生的原因大概有如下三個方面：首先是人們的基本觀念問題?，F(xiàn)代社會的主流文化是以分析思維占主導(dǎo)地位的西方文化。人們剛剛開始運用像信息論、系統(tǒng)論這樣的整體思想方法去認(rèn)識客觀事物，還不能完全擺脫分析思維慣性的制約?？陀^系統(tǒng)中各要素之間的復(fù)雜關(guān)系超出了辯證邏輯的認(rèn)識范圍，數(shù)學(xué)語言也無能為力，導(dǎo)致科學(xué)在客觀系統(tǒng)面前駐足不前?？蒲袑ο蟮木窒扌砸仓萍s了系統(tǒng)整體思維的全面發(fā)展?，F(xiàn)在科學(xué)家們研究的系統(tǒng)大多還是以人工系統(tǒng)為主，而人工系統(tǒng)工程都是主觀系統(tǒng)。在大自然中客觀控制系統(tǒng)主要表現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)運動，如原子的旋轉(zhuǎn)、太陽系的旋轉(zhuǎn)，我們目前還不知道它們?yōu)槭裁匆D(zhuǎn)；在四維時空之外它表現(xiàn)為暗物質(zhì)和暗能量，而我們對暗物質(zhì)也還知之甚少。

在生物界和社會組織中，客觀系統(tǒng)雖然容易被我們認(rèn)識到，由于物理學(xué)家認(rèn)識不到，數(shù)學(xué)家又解讀不了，這種客觀系統(tǒng)也只能被排斥在主流文化之外。如果再沒有哲學(xué)來揭開其中的奧妙，長此以往后果很嚴(yán)重，整個人類社會的發(fā)展都會受到很大影響。

通過對系統(tǒng)論的研究，我們認(rèn)識到：系統(tǒng)來源于混沌。由于系統(tǒng)論研究的主要是主觀系統(tǒng)，而混沌本身就是一種客觀控制系統(tǒng)，所以應(yīng)該說：主觀系統(tǒng)產(chǎn)生于客觀系統(tǒng)之中。而隨著系統(tǒng)的發(fā)展，主觀系統(tǒng)中又出現(xiàn)客觀系統(tǒng)；客觀系統(tǒng)中又產(chǎn)生主觀系統(tǒng)。從宇宙大爆炸到生命的產(chǎn)生，再到人類社會的出現(xiàn)，再到人類社會的發(fā)展和完善，系統(tǒng)就是這樣由客觀中產(chǎn)生主觀，再由主觀中出現(xiàn)客觀，主觀系統(tǒng)與客觀系統(tǒng)交替促進，協(xié)調(diào)發(fā)展。

總之，系統(tǒng)就是一種整體觀念。任何一個完整的系統(tǒng)或者說自然形成的系統(tǒng)都是主觀和客觀兩類系統(tǒng)交織在一起形成的。主觀系統(tǒng)是按照膨脹運動的組織原則組織起來的，因而它具有方向性和擴張性；客觀系統(tǒng)是按照自由運動的組織原則組織起來的，因而它具有不確定性。主觀系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間有級差關(guān)系，這是由系統(tǒng)的方向性所決定的控制與被控制關(guān)系；而客觀系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間都是相互平等的，這是物質(zhì)的自由運動原則所決定的相互制約，相互協(xié)同關(guān)系?，F(xiàn)代系統(tǒng)論研究的僅僅是主觀系統(tǒng)，這是因為數(shù)學(xué)語言解讀不了客觀系統(tǒng)。要想建立一個完整的系統(tǒng)理論就必須站在哲學(xué)的高度把主觀系統(tǒng)和客觀系統(tǒng)結(jié)合起來一塊研究。

B.主觀控制和客觀控制

在現(xiàn)宇宙中，任何客觀事物都是在膨脹運動和自由運動兩種勢力的相互抗衡中發(fā)展起來的。當(dāng)我們把某一相對獨立、完整的客觀事物看作是一個系統(tǒng)來進行研究的時候，就把膨脹運動勢力對系統(tǒng)的影響作用稱之為：“主觀控制”；自由運動勢力對系統(tǒng)的影響作用稱之為：“客觀控制”。實際上，主觀控制和客觀控制是相互依存、密不可分的，任何一個獨立、完整的系統(tǒng)內(nèi)部都同時存在著主觀和客觀兩種控制形式。比如：議會對國家的控制就是一種客觀控制，而政府對國家的控制就是一種主觀控制；董事會對企業(yè)的控制屬于客觀控制，而總經(jīng)理對企業(yè)的控制就屬于主觀控制。

主觀控制是膨脹運動勢力對客觀事物的影響過程。它具有種種膨脹運動的基本特性，如：擴張性、時序性和方向性等。指令和反饋是主觀控制的最基本形式，而促進客觀事物不斷向前發(fā)展是主觀控制的目的。

客觀控制是自由運動勢力對客觀事物的影響過程。系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間自由平等、有序競爭是其基本特性。在這里，“有序”是圍繞主觀控制的方向和目的形成的有序，是主觀控制的結(jié)果。循環(huán)相生、循環(huán)相克是客觀控制的基本形式，而維持系統(tǒng)平衡是客觀控制的目的。

現(xiàn)代系統(tǒng)論主要是研究主觀系統(tǒng)；同樣，現(xiàn)代控制論研究的也主要是主觀控制。這是人類對客觀世界認(rèn)識的階段性造成的，隨著人們對客觀世界認(rèn)識的不斷深入，將逐漸認(rèn)識客觀控制，這是一種不容易用邏輯思維和數(shù)學(xué)語言解讀的控制形式。

C.主觀載體信息和客觀本體信息

任何信息都是系統(tǒng)中的信息，沒有系統(tǒng)無所謂信息。在主觀系統(tǒng)中運行的是主觀信息；在客觀系統(tǒng)中運行的是客觀信息。主觀信息和客觀信息在結(jié)構(gòu)形式上是截然不同的。主觀信息只能依附于相應(yīng)的載體而存在，故稱之為：主觀載體信息；客觀信息就是一種客觀自在的物質(zhì)，故稱之為：客觀本體信息。

現(xiàn)代信息論主要講的是主觀信息，客觀信息這一概念缺失，主觀信息和客觀信息混淆不清，導(dǎo)致“信息”一詞的概念一直不能確定。比如：現(xiàn)代科學(xué)家經(jīng)常說：“信息被吸入黑洞、黑洞釋放出信息”等等，在這里信息就是物質(zhì)，物質(zhì)就是信息，這就是客觀本體信息。由于不明白主觀信息和客觀信息之間的關(guān)系，一些人在論壇上大聲疾呼：“某某科學(xué)家在宣揚唯心主義，唯心主義必敗”等過激言辭。實際上科學(xué)家沒有錯，錯誤的是我們，我們對系統(tǒng)科學(xué)理論的認(rèn)識不夠深刻；我們對客觀物質(zhì)世界的認(rèn)識還停留在比較膚淺的一個層次。研究21世紀(jì)的哲學(xué)必須在深入理解廣義相對論和量子力學(xué)之后。

我們的大腦就是客觀世界中自然生成的一個信息處理器。主觀信息就是大腦把物質(zhì)的存在狀態(tài)和基本屬性抽象出來，以一定的物理符號[信號]、記錄、儲存起來。大腦抽象的過程既是主觀信息形成的過程，也是主觀意識形成的過程，在這里主觀信息等于主觀意識。當(dāng)我們非常客觀地把大腦當(dāng)作一個信息處理器來認(rèn)識思維過程時，我們的思路似乎突然開闊起來，原來意識的實質(zhì)就是物質(zhì)的存在狀態(tài)和基本屬性。原本物質(zhì)和物質(zhì)的存在狀態(tài)、物質(zhì)的屬性是不可分離的，是大腦把物質(zhì)的存在狀態(tài)和屬性抽象出來與本體相分離。

在四維時空之外，宇宙大爆炸之前，物質(zhì)處于自由運動的混沌狀態(tài)，物質(zhì)就是信息――客觀信息；物質(zhì)就是意識――客觀意識。物質(zhì)處于混沌狀態(tài)，物質(zhì)和物質(zhì)的基本屬性無可分離，就不存在主觀信息和主觀意識。

物質(zhì)進入四維時空，進入了多層次的旋轉(zhuǎn)運動狀態(tài)，有了相對穩(wěn)定的形體，可以被大腦所意識。物質(zhì)的存在特征和基本屬性被大腦抽象出來就形成了主觀信息和主觀意識。

進入四維時空的物質(zhì)，在膨脹運動勢力和自由運動勢力的雙重作用下，運動形式不斷提高。生命運動的產(chǎn)生，社會運動的出現(xiàn)，主觀控制和客觀控制的表現(xiàn)形式也不斷提高，客觀信息的表現(xiàn)形式相應(yīng)發(fā)生了一定的變化。比如：在人類社會中，議會對國家的控制屬于客觀控制，議會選舉過程中每一張選票都是一個客觀信息，都代表一定的社會勢力。選票作為一個載體與社會勢力之間是一個代表關(guān)系，是一個設(shè)定關(guān)系。選票不是抽象出來的，是設(shè)定出來的。所以說，在比較高級的客觀控制系統(tǒng)中，客觀信息可以和客觀事物本身相分離，但是，這種分離不是抽象出來的和主觀載體信息有著明顯的區(qū)別。

舉例說明一下：前幾年長虹集團在電視機市場上掀起一場降價風(fēng)波。長虹集團老總的一紙電文，長虹彩電在全國范圍內(nèi)全面降價。這一紙電文就是一個主觀載體信息。這一降價行為作用于電視機市場引起各個品牌的電視機紛紛降價。這一降價行為就是一個客觀本體信息。

4.小結(jié)

20世紀(jì)初相對論和量子力學(xué)先后問世，人們對客觀世界的認(rèn)識進入到一個新的物理層次。更開闊的視野，引發(fā)人們更深入的思考。到了20世紀(jì)四、五十年代，新的思想方法開始不斷涌現(xiàn)，信息論，控制論和系統(tǒng)論幾乎是同時出現(xiàn)。這些新的思想方法背后是一個新的宇宙觀、一個新的哲學(xué)思想體系。新、舊思想體系之間不是相互否定、不是相互對立，而是一種新的拓展。這也決定了新、老宇宙觀之間不是直接的對抗，就像相對論與牛頓三定律之間的關(guān)系一樣，是一種承接、發(fā)展關(guān)系。辯證唯物主義就是這樣發(fā)展成為系統(tǒng)的辯證唯物主義。

我們現(xiàn)在都沒有把信息論、控制論和系統(tǒng)論當(dāng)作一個新的哲學(xué)體系來看待，這是因為客觀世界中同時存在著兩大類系統(tǒng)，而現(xiàn)代系統(tǒng)論只研究其中占主導(dǎo)地位的一類系統(tǒng)，對另一類系統(tǒng)視而不見。巨大的認(rèn)識缺陷，不認(rèn)真仔細地潛心思辨，還真的不容易發(fā)現(xiàn)。我們把客觀系統(tǒng)、客觀信息和客觀控制提出來，把主、客觀系統(tǒng)之間的相互關(guān)系辨析清楚，一個嶄新的哲學(xué)體系就顯現(xiàn)在我們的面前。

篇9

一、21世紀(jì)物理學(xué)的幾個活躍領(lǐng)域

蒸蒸日上的凝聚態(tài)物理學(xué)

自從80年代中期發(fā)現(xiàn)了所謂高臨界溫度超導(dǎo)體以來，世界上對這種應(yīng)用潛力很大的新材料的研究熱情和樂觀情緒此起彼伏，時斷時續(xù)。這種新材料能在液氮溫區(qū)下傳導(dǎo)電流而沒有阻抗。高臨界溫度超導(dǎo)材料的研究仍是今后凝聚態(tài)物理學(xué)中活躍的領(lǐng)域之一。目前，許多國家的科學(xué)工作者仍在爭分奪秒，繼續(xù)進行競爭，向更高溫區(qū)，甚至室溫溫區(qū)超導(dǎo)材料的研究和應(yīng)用努力?？梢灶A(yù)計，這個勢頭今后也不會減弱，此外，高臨界溫度的超導(dǎo)材料的機械性能、韌性強度和加工成材工藝也需進一步提高和解決?？茖W(xué)家們預(yù)測，21世紀(jì)初，這些技術(shù)問題可以得到解決并將有廣泛的應(yīng)用前景，有可能會引起一場新的工業(yè)革命。超導(dǎo)電機、超導(dǎo)磁懸浮列車、超導(dǎo)船、超導(dǎo)計算機等將會面向市場，屆時，世界超導(dǎo)材料市場可望達到2000億美元。

由不同材料的薄膜交替組成的超晶格材料可望成為新一代的微電子、光電子材料。超晶格材料誕生于20世紀(jì)70年代末，在短短不到30年的時間內(nèi)，已逐步揭示出其微觀機制和物理圖像。目前已利用半導(dǎo)體超晶格材料研制成許多新器件，它可以在原子尺度上對半導(dǎo)體的組分摻雜進行人工“設(shè)計”，從而可以研究一般半導(dǎo)體中根本不存在的物理現(xiàn)象，并將固態(tài)電子器件的應(yīng)用推向一個新階段。但目前對于其他類型的超晶格材料的制備尚需做進一步的努力。一些科學(xué)家預(yù)測，下一代的電子器件可能會被微結(jié)構(gòu)器件替代，從而可能會帶來一場電子工業(yè)的革命。微結(jié)構(gòu)物理的研究還有許多新的物理現(xiàn)象有待于揭示。21世紀(jì)可能會碩果累累，它的前景不可低估。

近年來，兩種與磁阻有關(guān)的引起人們強烈興趣的現(xiàn)象就是所謂的巨磁阻和超巨磁阻現(xiàn)象。一般磁阻是物質(zhì)的電阻率在磁場中會發(fā)生輕微的變化，而巨磁和超巨磁可以是幾倍或數(shù)千倍的變化。超巨磁現(xiàn)象中令人吃驚的是，在很強的磁場中某些絕緣體會突變?yōu)閷?dǎo)體，這種原因尚不清楚，就像高臨界溫度超導(dǎo)材料超導(dǎo)性的原因難以捉摸一樣。目前，巨磁和超巨磁實現(xiàn)應(yīng)用的主要障礙是強磁場和低溫的要求，預(yù)計下世紀(jì)初在這方面會有很大的進展，并會有誘人的應(yīng)用前景。

可以預(yù)計，新材料的發(fā)展是21世紀(jì)凝聚態(tài)物理學(xué)研究重要的發(fā)展方向之一。新材料的發(fā)展趨勢是：復(fù)合化、功能特殊化、性能極限化和結(jié)構(gòu)微觀化。如，成分密度和功能不均勻的梯度材料；可隨空間時間條件而變化的智能材料；變形速度快的壓電材料以及精細陶瓷材料等都將成為下世紀(jì)重要的新材料。材料專家預(yù)計，21世紀(jì)新材料品種可能突破100萬種。

等離子體物理與核聚變

海水中含有大量的氫和它的同位素氘和氚。氘既重氫，氧化氘就是重水，每一噸海水中含有140克重水。如果我們將地球海水中所有的氘核能都釋放出來，那么它所產(chǎn)生的能量足以提供人類使用數(shù)百億年。但氘和氚的原子核在高溫下才能聚合起來釋放能量，這個過程稱為熱核反應(yīng)，也叫核聚變。

核聚變反應(yīng)的溫度大約需要幾億度，在這樣高的溫度上，氘氚混合燃料形成高溫等離子體態(tài)，所以等離子體物理是核聚變反應(yīng)的理論基礎(chǔ)。1986年美國普林斯頓的核聚變研究取得了令人鼓舞的成績，他們在TFTR實驗裝置上進行的超起動放電達到20千電子伏，遠遠超過了“點火”要求。1991年11月在英國卡拉姆的JET實驗裝置上首次成功地進行了氘氚等離子體聚變試驗。在圓形圈內(nèi)，2億度的溫度下，氘氚氣體相遇爆炸成功，產(chǎn)生了200千瓦的能量，雖然只維持了1.3秒，但這為人類探索新能源——核聚變能的實現(xiàn)邁進了一大步。這是90年代核能研究最有突破性的工作。但目前核聚變反應(yīng)距實際應(yīng)用還有相當(dāng)大的距離，技術(shù)上尚有許多難題需要解決，如怎樣將等離子加熱到如此高的溫度？高溫等離子體不能與盛裝它的容器壁相接觸，否則等離子體要降溫，容器也會被燒環(huán)，這就是如何約束問題。21世紀(jì)初有可能在該領(lǐng)域的研究工作中有所突破。

納米技術(shù)向我們走來

所謂納米技術(shù)就是在10[-9]米（即十億分之一米）水平上，研究應(yīng)用原子和分子現(xiàn)象及其結(jié)構(gòu)信息的技術(shù)。納米技術(shù)的發(fā)展使人們有可能在原子分子量級上對物質(zhì)進行加工，制造出各種東西，使人類開始進入一個可以在納米尺度范圍，人為設(shè)計、加工和制造新材料、新器件的時代。粗略的分，納米技術(shù)可分為納米物理、納米化學(xué)、納米生物、納米電子、納米材料、納米機械和加工等幾方面。

納米材料具有常規(guī)材料所不具備的反常特性，如它的硬度、強度，韌性和導(dǎo)電性等都非常高，被譽為“21世紀(jì)最有前途的材料”。美國一研究機構(gòu)認(rèn)為：任何經(jīng)營材料的企業(yè)，如果現(xiàn)在還不采取措施研究納米材料的開發(fā)，今后勢必會處于競爭的劣勢。

納米電子是納米技術(shù)與電子學(xué)的交叉形成的一門新技術(shù)。它是以研究納米級芯片、器件、超高密度信息存儲為主要內(nèi)容的一門新技術(shù)。例如，目前超高密度信息存儲的最高存儲密度為10[12]畢特／平方厘米，其信息儲存量為常規(guī)光盤的10[6]倍。

納米機械和加工，也稱為分子機器，它可以不用部件制造幾乎無任何縫隙的物體，它每秒能完成幾十億次操作，可以做人類想做的任何事情，可以制造出人類想得到的任何產(chǎn)品。目前采用分子機器加工已研制出世界上最小的（米粒大?。┱羝麢C、微型汽車、微型發(fā)電機、微型馬達、微型機器人和微型手術(shù)刀。微型機器人可進入血管清理血管壁上的沉積脂肪，殺死癌細胞，修復(fù)損壞的組織和基因。微型手術(shù)刀只有一根頭發(fā)絲的百分之一大小，可以不用開胸破腹就能完成手術(shù)。21世紀(jì)的生物分子機器將會出現(xiàn)可放在人腦中的納米計算機，實現(xiàn)人機對話，并且有自身復(fù)制的能力。人類還有可能制造出新的智能生命和實現(xiàn)物種再構(gòu)。

“無限大”和“無限小”系統(tǒng)物理學(xué)

“無限大”和“無限小”系統(tǒng)物理學(xué)是當(dāng)今物理學(xué)發(fā)展的一個非?；钴S的領(lǐng)域。天體物理和宇宙物理學(xué)就屬于“無限大”系統(tǒng)物理學(xué)的范疇，它從早期對太陽系的研究，逐步發(fā)展到銀河系，直到對整個宇宙的研究。熱大爆炸宇宙模型作為本世紀(jì)后半葉自然科學(xué)中四大成就之一是當(dāng)之無愧的。利用該模型已經(jīng)成功地解釋宇宙觀測的最新結(jié)果。如宇宙膨脹，宇宙年齡下限，宇宙物質(zhì)的層次結(jié)構(gòu)，宇宙在大尺度范圍是各向同性等重要結(jié)果?？梢哉f具有暴脹機制的熱大爆炸宇宙模型已為現(xiàn)代宇宙學(xué)奠定了一定的基礎(chǔ)。但是到目前為止，關(guān)于宇宙的起源問題仍沒有得到解決，暴脹宇宙論也并非十全十美，事實上想一次就能得到一個十分完善的宇宙理論是很困難的，這還有待于進一步的努力和探索。

“無限大”系統(tǒng)物理學(xué)還有兩個比較重要的問題是“類星體”和“暗物質(zhì)”?！邦愋求w”是1961年發(fā)現(xiàn)的，一個類星體發(fā)出的光相當(dāng)于幾千個星云，而每個星云相當(dāng)于1萬億個太陽所發(fā)出的光，所以對類星體的研究具有十分重大的意義。60年代末，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)一個編號為3C271的類星體，一天之內(nèi)它的能量增加了一倍，到底是什么原因使它的能量增加如此迅速？有待于21世紀(jì)去解決。“暗物質(zhì)”是一種具有引力，看不見，什么光也不發(fā)射的物質(zhì)。宇宙中百分之九十以上的物質(zhì)是所謂的“暗物質(zhì)”，這種“暗物質(zhì)”到底是什么？我們至今仍不清楚，也有待于下世紀(jì)去解決。

原子核物理和粒子物理學(xué)則屬于“無限小”系統(tǒng)物理學(xué)的范疇，它從早期對原子和原子核的研究，逐步發(fā)展到對粒子的研究。粒子主要包括強子（中子、質(zhì)子、超子、л介子、K介子等）、輕子（電子、μ子、τ輕子等）和媒介子（光子、膠子等）。強子是對參與強相互作用粒子的總稱，其數(shù)量幾乎占粒子種類的絕大部分；輕子是參與弱相互作用和電磁相互作用的，它們不參與強相互作用；而媒介子是傳遞相互作用的。目前，人們已經(jīng)知道參與強相互作用的粒子都是由更小的粒子“夸克”組成的，但是至今不能把單個“夸克”分離出來，也沒有觀察到它們可以自由地存在。為什么“夸克”獨立不出來呢？還有一個不能解釋的問題是“非對稱性”，目前我們已有的定理都是對稱的，可是世界是非對稱的，這是一個有待于解決的矛盾。尋找獨立的夸克和電弱統(tǒng)一理論預(yù)言的、導(dǎo)致對稱性自發(fā)破缺的H粒子、解釋“對稱”與“非對性”的矛盾，是21世紀(jì)粒子物理學(xué)研究的前沿課題之一。

從表面上看“無限大”系統(tǒng)物理學(xué)與“無限小”系統(tǒng)物理學(xué)似無必然的聯(lián)系。其實不然，宇宙和天體物理學(xué)家利用廣義相對論來描述引力和宇宙的“無限大”結(jié)構(gòu)，即可觀察的宇宙范圍；而粒子物理學(xué)家則利用量子力學(xué)來處理一些“無限小”微觀區(qū)域的現(xiàn)象。其實宇宙系統(tǒng)與原子系統(tǒng)在某些方面有著驚人的相似性。預(yù)計21世紀(jì)“無限大”系統(tǒng)物理學(xué)將會與“無限小”系統(tǒng)物理學(xué)結(jié)合得更加緊密，即宏觀宇宙物理學(xué)和微觀粒子物理學(xué)整體聯(lián)系起來。熱大爆炸宇宙模型就是這種結(jié)合的典范，實際上該模型是在粒子物理學(xué)中弱電統(tǒng)一理論的基礎(chǔ)上建立起來的。可以預(yù)計，這種結(jié)合對科技發(fā)展和應(yīng)用都會產(chǎn)生巨大的影響。

二、跨世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢

科學(xué)技術(shù)能否取得重大突破的關(guān)鍵取決于基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展。所以，首先必須重視基礎(chǔ)科學(xué)的研究，不能忽視更不能簡單地以當(dāng)時基礎(chǔ)科學(xué)成果是否有用來衡量其價值。相對論和量子力學(xué)建立時好像與其他學(xué)科和日常生活無關(guān)，直到20世紀(jì)中期相對論和量子力學(xué)在許多科學(xué)領(lǐng)域中引起深刻的變革才引起人們的足夠重視。可以說，20世紀(jì)幾乎所有的重大科技突破，像原子能、半導(dǎo)體、激光、計算機等，都是因為有了相對論和量子力學(xué)才得以實現(xiàn)?？梢哉f，沒有基礎(chǔ)科學(xué)就沒有科學(xué)技術(shù)、社會和人類的發(fā)展。

20世紀(jì)重大科技成果的成功經(jīng)驗證明，不同學(xué)科間的互相交叉、配合和滲透是產(chǎn)生新的發(fā)明與發(fā)現(xiàn)，解釋新現(xiàn)象，取得科學(xué)突破的關(guān)鍵條件之一。例如，核物理與軍事技術(shù)的交叉產(chǎn)生了原子彈；半導(dǎo)體物理與計算技術(shù)的交叉產(chǎn)生了計算機。可以預(yù)計，21世紀(jì)待人類掌握核聚變能的那一天，一定是核物理、等離子體物理、凝聚態(tài)物理和激光技術(shù)等學(xué)科的交叉和配合的結(jié)果。這也是21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢之一。

篇10

關(guān)鍵詞：理想實驗；邏輯推理；應(yīng)用；作用；價值

中圖分類號：G424.31

1.理想實驗

1.1 理想實驗的概念

在物理學(xué)中，為了進行理論研究，常常設(shè)計理想實驗。所謂理想實驗，就是并不實際進行實驗操作，只是設(shè)想一套實驗裝置，并輔助以一定的假設(shè)作為前提和出發(fā)點，按照一系列理論進行推演，給出實驗過程和狀態(tài)的邏輯思維方法，采用已被大量事實所檢驗的物理理論和結(jié)論作為判斷的標(biāo)準(zhǔn)，對實驗的結(jié)論，邏輯性和假設(shè)的合理性進行分析，以得到有用的結(jié)論。理想實驗雖不同于真實實驗，但它要以真實實驗為基礎(chǔ)，又要與真實實驗相區(qū)別。理想實驗固然在技術(shù)上不能實現(xiàn)，但原則上這種實驗中的一切都是可能的。

1.2 理想實驗的幾個突出特點

（1）理想實驗首先是一種創(chuàng)造性的思維活動，由理想實驗所得的結(jié)論往往是對舊理論的懷疑、批判、標(biāo)新立異，它們不可能從舊理論中邏輯地推演出來，也不可能從舊實驗中歸納概括出來。物理學(xué)的發(fā)展與“理想實驗”方法密不可分，如果沒有理想實驗方法，人們的認(rèn)識思維就很難超越現(xiàn)實束縛而產(chǎn)生飛躍，物理學(xué)就很難產(chǎn)生革命性的發(fā)展，較新的理論體系就很難建立起來。

（2）實驗要給出理想思維構(gòu)想中的具體實驗裝置和狀態(tài)，這種裝置可以是模型化的。

（3）理想實驗本身都包含著一個比較判別的特征環(huán)節(jié)，無論理想實驗的運用多么靈活，都不會缺少這樣一個至關(guān)重要的本質(zhì)特征成分，如伽利略用不同邏輯演繹得出的悖論作為比較判別。

（4）理想實驗的思想過程是想象與邏輯活動的對立與統(tǒng)一。

（5）理想實驗是以真實實驗的格式展開，是在現(xiàn)實實驗的基礎(chǔ)上抽象化、理想化，所以必須對現(xiàn)有的理論和實驗條件有熟練的掌握和透徹的了解，否則就無法運用理想實驗。

1.3 理想實驗的局限性

理想實驗的結(jié)論或推論都不能視為正確的理論，而必須由實際的觀察、實驗來檢驗。如廣義相對論的三大推論的實踐檢驗就最具有代表性。

2.理想實驗及應(yīng)用

2.1 比薩斜塔實驗

關(guān)于伽利略的比薩斜塔實驗，傳說不一，在物理學(xué)史上尚有爭論，但伽利略巧妙地運用理想實驗否定了“物體下落的速度和質(zhì)量成正比”的不科學(xué)的論斷卻是不容置疑的。伽利略曾說：“我十分懷疑亞里士多德曾用實驗檢驗過，當(dāng)兩個石頭，一個重量是另一個的10倍，從同一個高度，如100庫比特下落時，其速度的差別會達到這樣的程度，以至前者落地時，后者下落不超過10庫比特?！辟だ跃o緊抓住這一疑點，設(shè)計了理想實驗來進行分析和論證。他指出：如果亞里士多德的論斷成立的話，即重物體比輕物體下落快的話，那么，當(dāng)兩個綁在一起下落時，由于快的受慢的阻礙而減慢，慢的受快的驅(qū)使而加快，其結(jié)果綁在一起的物體下落的速度一定介于原來兩個物體的速度之間，即小于原來重的物體下落速度，大于原來輕物體的下落速度。但是，當(dāng)兩個物體綁在一起就成了一個復(fù)合體，它比原來重的物體還要重，按亞里士多德的論斷復(fù)合體下落的速度要大于原來重物體下落的速度，這就自相矛盾了。由此可知重物下落不會比輕物下落快，二者下落的速度應(yīng)該是相等的?？傊ㄟ^這理想實驗，運用邏輯推理和運算，否定亞里士多德的論斷。

2.2 升降機實驗

愛因斯坦在創(chuàng)建廣義相對論時，曾用了所謂升降機的理想實驗。愛因斯坦運用在引力場中自由下落的升降機的理想實驗以及在慣性系中受外力牽引而勻速上升的升降機的理想實驗，結(jié)合慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量相等的事實，把引力場引入非慣性系中，建立了慣性系與非慣性系在物理上完全等效的假設(shè)，愛因斯坦稱之為等效原理。以這個原理為基礎(chǔ)，得出了廣義相對性原理的簡明表述：自然定律應(yīng)當(dāng)與坐標(biāo)系的選擇無關(guān)。在廣義相對性原理成立的前提下，又作了讓光線從在慣性系中受引力而勻速上升的升降機一個側(cè)面窗口水平射進升降機內(nèi)的理想實驗，得出了在引力場中光線彎曲的結(jié)論。于是在廣義相對性原理的基礎(chǔ)上，建立了新的引力理論。通過理想實驗，結(jié)合慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量相等的事實，運用邏輯推理和運算，建立了既發(fā)展了狹義相對論、又發(fā)展了牛頓的引力學(xué)說的廣義相對論。

2.3 麥克斯韋妖

麥克斯韋曾提出關(guān)于熱力學(xué)第二定律的著名理想實驗如下：

左、右兩容器內(nèi)盛有相同溫度的氣體，兩容器由隔開，隔板上有小孔，小孔有可以自由開關(guān)的、無摩擦的小門，小門由能夠識別并控制單個分子的“精靈”把守?！熬`”只允許快速運動的分子從左到有，慢速運動的分子從右到左。于是在精靈的控制下，完成了分子動能從左到右的有效轉(zhuǎn)移，形成了溫差，建立了秩序，實現(xiàn)了熵的自發(fā)減少，從而了熱力學(xué)第二定律。后人把麥克斯韋提出的這種精靈稱為麥克斯韋妖（事實上麥克斯韋妖并不違背熱力學(xué)第二定律，因為它是一個開放）。

3.理想實驗的價值

3.1 理想實驗可以用來舊的不合理的理論

物理學(xué)的發(fā)展源于人類對客觀世界的認(rèn)識，而正確的認(rèn)識往往經(jīng)歷許多曲折的過程，尤其是在古代，由于客觀條件的限制，認(rèn)識往往局限于表面現(xiàn)象而不能正確地反映客觀規(guī)律。例如，古希臘著名哲學(xué)家亞里士多德憑借日常觀察和哲學(xué)推理提出了“重物自由下落較輕物快”的錯誤觀點。伽利略利用理想實驗進行論證，輕易否定了亞里士多德的觀點。

3.2 理想實驗可以幫助建立一種新的理論

理想實驗不僅可以幫助舊的不合理的理論，而且也可以建立一種新的理論。例如慣性定律的建立就是伽利略斜面理想實驗是結(jié)晶。愛因斯坦在創(chuàng)立相對論時更是廣泛地利用了理想實驗這一有力的思維工具，“同時性”的“雷電”的理想實驗導(dǎo)致了狹義相對論中的“同時性的相對性”概念的建立，“愛因斯坦升降機”實驗導(dǎo)致了廣義相對論中的“等效原理”的建立等等，可以毫不夸張地說，沒有理想實驗這一工具，愛因斯坦就不可能創(chuàng)立出相對論。

3.3 理想實驗在一定條件下可轉(zhuǎn)化為真實實驗

理想實驗雖為一種邏輯思維方式，但也有一定實驗基礎(chǔ)的，其中有些理想實驗在某個歷史時期不可能做出，是限于科學(xué)技術(shù)的薄弱，但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，實驗條件的成熟，理想實驗有可能成為真實實驗。亦即理想實驗并非絕不可能做出，要看條件。換言之，理想實驗可以為真實實驗奠定基礎(chǔ)，一旦條件成熟可轉(zhuǎn)化為真實實驗。

3.4 理想實驗在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造精神方面的價值

理想實驗可以使學(xué)生清楚認(rèn)識到，在物理學(xué)習(xí)中，不能只看事物表面現(xiàn)象，也不能輕信別人的結(jié)論必須要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，需要學(xué)生親自動腦動手去思考和實踐，例如，牛頓第一定律的教學(xué)具有兩個方面的意義：一是具有物理學(xué)知識方面的意義；二是從歷史的發(fā)展過程中體現(xiàn)出來的方法方面的意義。后者對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思想方法、樹立科學(xué)世界觀無疑是很有意義和價值的。理想實驗方法的學(xué)習(xí)與研究，培養(yǎng)了學(xué)生正確的認(rèn)識論和處理問題的方法技巧，認(rèn)識和解決問題，應(yīng)該抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，即理想實驗恰好能為學(xué)生培養(yǎng)嚴(yán)密的邏輯思維推理能力，從而為產(chǎn)生新的思想和新的有價值的東西提供了可能。

4.結(jié)語

物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，在物理學(xué)的發(fā)展中，實驗起了重要作用，特別是理想實驗。理想實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)也是一個出色的物理學(xué)者提高思維技能、實驗?zāi)芰Φ谋匦蘅颇?。在物理的教學(xué)和學(xué)習(xí)過程中也是非常重要的一個環(huán)節(jié)。許多優(yōu)秀的實驗物理學(xué)家也都不僅在實際實驗本領(lǐng)上獨樹一幟，而且在理想實驗使用中也是獨巨匠心。理想實驗作為一種抽象思維方法，其精髓在于它是物理思想、數(shù)學(xué)演繹與一般性實驗的巧妙結(jié)合，是連接抽象的理論邏輯和具體實驗知識的紐帶，但理想實驗的作用只限于邏輯上的證明與反駁，而不能用來檢驗理論正確與否的標(biāo)準(zhǔn)。我們有理由認(rèn)為，理想實驗給我們最深刻最本質(zhì)的啟迪就在于確立唯物主義世界觀，確立科學(xué)的創(chuàng)新精神，對于從事物理學(xué)學(xué)習(xí)和研究的人來說，就更是如此。因為只有確立唯物主義世界觀，創(chuàng)新才能有實際的價值，而只有那些有價值的創(chuàng)新，才能使世界發(fā)展，是人類進步。從這種意義上說，理想實驗獨具的創(chuàng)新精神把今天的現(xiàn)實和明天的未來聯(lián)系在了一起，也為我們整個人類構(gòu)筑了未來世界的理想通道。

參考文獻

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