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李学生专栏 >> 现代物理学基础的思考(1-0)

李学生 (lixueshenglxs@21cn.com) 2007.05

引言

1、如果把哲学理解为是在最普遍和最广泛的形式中对知识的追求,那么显然,哲学可以被认为是全部科学研究之母。可是,科学的各个领域对那些研究哲学的学者们也发生强烈的影响,此外,还强烈地影响着每一时代的哲学思想。大家都认为,当我回顾自己一生的工作时,会感到坦然和满意。但事实恰恰相反。在我提出的概念中,没有一个我确信能坚如磐石,我也没有把握自己总体上是否处于正确的轨道。从某个优秀公式出发,使用演绎逻辑推导出超越前提的一个一个有用结果。在建立一个物理学理论时,基本概念起了最主要的作用。在物理学中充满了复杂的数学公式,但是,所有的物理学理论都起源于思维与观念,而不是公式。科学研究的领域已大大地扩张了,每一门科学的理论知识都已变得非常深奥。但是人类智慧的融会贯通的能力总是被严格限制着的。因此,无可避免地,研究者个人的活动势必限于愈来愈狭小的人类知识部门里。更糟糕的是,这种专门化的结果,使我们愈来愈难以随着科学进步的步调来对科学的全貌作个哪怕是大略的了解,而要是没有这种了解,真正的研究精神必定要受到损害。情况的发展很像《圣经》中的Babel通天塔的故事所象征的那样。每一位严肃的科学工作者都痛苦地意识到,他们被违反本意识地放逐到一个在不断缩小着的知识领域里,这是一种威胁,它会使研究者丧失广阔的眼界,并且使他下降到一个匠人的水平。一切理论科学总是力图用尽可能少的基本概念和逻辑上互不相关的基本假设(基本原理)为基础来建立理论体系。自然规律的简单性也是一种客观事实,而且正确的概念体系必须使这种简单性的主观方面和客观方面保持平衡。逻辑简单的东西,当然不一定就是物理上真实的东西。但是,物理上真实的东西一定是逻辑上简单的东西,也就是说,它在基础上具有统一性。如果自然界把我们引向极其简单而美丽的数学形式,即假设、公理等等的贯彻一致的体系,我们就不得不承认这些形式是"真"的,它们显示出自然界的真正特征。

──Einstein

2、在我看来,物理学只有通过给哲学以真正的帮助才能赢得其未来的尊贵。我之所以会有这种看法是因为所有科学必须以哲学为其公共的核心组织起来,而且是它的最终目的。这样,只有这样,才能在科学日益不可阻挡地趋于专业化的情况下保持科学文化的统一性,没有这个统一性整个文化都会走向衰败。

──马克斯·冯·劳厄

3、中国科学之所以缺乏原始性创新,与缺乏哲学思维有关。相对论是二十世纪最伟大的科学发现之一,直到今天仍然显示强大的生命力。可以预期,与天体物理、量子场论和现代数学相结合,相对论将继续向前发展,在认识宇宙的起源、演化、时空和物质的结构和运动方面取得重大的科学突破。在中国本土上第一个获得诺贝尔奖的人,一定是地处边远山区、一个在自由自在地做深入研究的民间科技工作者。在主流科学家不赞成的情况下,提出自己的看法,坚持自己的看法,并不断用科学方法加以验证,……而且要准备有一段时间坐冷板凳,或者是受到各种批评。

——周光召

4、一项重要的科学发明创造,很少是逐渐争取和转变它的对手而获得成功的,扫罗变成保罗是罕见的。而一般的情况是,对手们逐渐死去,成长中的一代从一开始就熟悉这种观念。 ——普朗克

5、自然科学从“主要是搜集材料的科学和关于既成事实的科学”到“本质是整理材料的科学,关于过程、关于这些事物的发生和发展以及关于把这些自然过程结合为一个伟大整体的联系的科学。世界的真正统一性在于它的物质性,而这种物质性不是魔术师的三两句话所能证明的,而是由哲学和自然科学的长期和持继的发展来证明。

——恩格斯

6、量子力学的直观诠释迄今仍然是充满矛盾的,这些矛盾涉及不连续性理论和连续性理论、颗粒和波动等观点的争论中。人们由此已经可以得到结论,利用通常的运动学概念和力学概念来对量子力学做出一种诠释,在任何情况下都是不可能的。事实上,量子力学恰恰起源于这样一种努力:打破通常的运动学概念,代之以具体的、由实验给出的一些数之间的关系。-------------------------------------------------------------Heisenberg

7、著名的物理学家、诺贝尔奖金获得者普里高津讲:“我们正处在一个新的自然观念的起点上,也许我们最终有可能把强调定量描述的西方传统和着眼于自组织描述的中国传统结合起来。”

8、美国高能物理学家卡普拉认为:过去数十年间现代物理学引起的巨大变化,好象正走向类似东方的世界观——宇宙的全部现象是一个不可分离的和谐的整体。

9、海森堡讲:“在人类思想发展史中,最确定成果的发展几乎总是发生在两种不同思维方法的交会点上。它们可能起源于人类文化中十分不同的部分,不同的时间,不同的文化环境或不同的宗教传统。因此,如果它们真正地汇总,也就是说,如果它们之间至少关联到这样的程度,以致于发生真正的相互作用,那么我们就可以预期将继之以新颖有趣的发展。”

10、当一个人看清了真理的时候就不能妥协,不管有多么宽容的理由。 在事关重大的根本问题上,逃避“良心的要求”就是祛懦。 —— George Sarton

11、一个民族要想站在世界的最前列,就一刻也不能停止其理论的思考。一切科学都是历史科学

——马克思

12、科学没有永恒的理论,一个理论所预言的论据常常被实验所推翻。任何一个理论都有它的逐渐发展和成功的时期,经过这个时间以后,它就很快地衰落。发现一个问题远远比解决一个问题更重要,因为解决一个问题也许只需要一个技巧,而发现一个问题则需要更高的智慧和意识。与一个没有意义问题的正确答案相比,一个重要问题的错误答案具有无法比拟的重要意义。物理学构成一种处在不断进化过程中的思想逻辑体系。真理是经得起经验的考验的。我想知道上帝是如何创造这个世界的,对这个或那个现象,这个或那个元素的谱我并不感兴趣。我想知道的是他的思想,其他的都只是细节。

——Einstein

13、 1900年以来的数学基础的进展是令人迷惑(bewildering)的,而数学目前的状况则是反常和可悲(anomalous and deplorable)的。前进的道理上不再有真理的光芒。尽管数学的证明方法仍然存在需要修正的地方,但是数学曾经是唯一能够得到普遍欣赏和普遍接受的东西,被当作是可靠推理的极致,然而,现在我们只能以矛盾的方式对待数学(we now have conflicting approaches to mathematics)。

……

旨在消除可能存在的矛盾以及与建立数学结构相容性的努力宣告彻底失败。已经再也不会存在一致的看法了。按照目前流行的观点,数学不过是不同结构的聚合,每一个结构建立在“属于自己”的公理化集合上(a collection of structures each based on its own set of axioms)。因此,需要宣示:必须放弃没有瑕疵(impeccable)的推理。事实上,不同的数学实体只是选择多样性的结果(different bodies of mathematics will result from the multiplicity of choices)。

一部分数学家仍未意识到数学基础的危险,也不知道数学大厦即将倒塌,仍然沿袭传统的数学而乐此不疲。

但是,对于另外一些同时代的数学家而言,他们完全清楚数学基础的变幻无常(uncertainties)。只不过他们更愿意无动于衷那些被他们视为与纯粹数学相对立的“哲学”问题。他们发现,相信在数学基础或者起码在他们自己从事的数学活动中存在需要予以严重关切的问题是困难的。对于他们来说,潜台词就是:让我们继续前进,好像过去的75年中什么事情也从来没有发生过。他们仍然按照那种被普遍接受的理性意识(in some universally accepted sense)谈论证明,而完全不在乎这样的证明是否存在;他们撰写和发表文章,似乎数学基础的不可靠性问题从未存在一样。他们关注的就是不断有新的出版,并且越多越好。个人的成就是必需的,无论是对还是错。

------------------------------------------M. Kline

14、要想象一些你从未看过的事物,这些事物必须跟已经看到过的东西完全吻合不悖,同时又要和已被想出来的完全不同;此外,它更必须是一些明确、不模糊的设想。那真是困难呀。科学家会做的是聆听,如果对方说的听起来很值得尝试,他的想法很是与别不同,粗看之下没有和以前累积下来的观测结果矛盾,那么就很让人兴奋,值得一试。你不会担心他到底研究了多久或者是为什么他要你听他说。就这方面而言,新想法从何而来根本无关重要。 ——费曼

15、我们通观现代科学的各个领域,可以看到一种戏剧性的、令人惊异的进化、在各个完全不同的领域中出现了相似的概念和原理,虽然这些观念的类似性是各个领域独立发展的结果,而且个别领域的工作者几乎没意识到这种共同的趋势。因为,在科学的所有领域中都出现了整体原理,组织原理,实在的动态概念原理"。这在生物学得到证实。原来基因中也有“物质”“时空”和“力”牛顿力学基本概念。同时也有相对论、量子力学原理。它具有最高抽象性和简洁性。此时如果在哲学思想上没有认识论的提高,DNA结构模型绝对时空与牛顿经典力学绝对时空一样,人们仍然要在牛顿经典力学的限制下费劲地理解DNA时空。生命科学研究,已经到了必须在观念上发生改变的时候了。

------------------------------------------------------------贝塔朗菲(《生命问题》)

16、从传统上说,找出一个矛盾一直是证明某个系统必须被拒斥的途径,容纳矛盾被认为在理智上是自毁的。但是,近来已经有人在探索和研究,似乎能够容忍某些矛盾的逻辑系统。如果说Heisenberg的成长是自己天才的努力与使一代科学家的精心培养,那么,Einstein的情况则完全不一样。Einstein是完全依靠自己。他在中学时就不受老师喜欢,第一次考大学也没有考上,在瑞士大学毕业时想留校做研究也没有成功,做了两年不受欢迎的中学老师后到专利局做职员。就是在专利局工作期间他发表了包括狭义相对论在内的四篇划时代的论文,1905年因此成为Einstein生命中的奇迹年。

17、整个科学史表明,一种概念或科学假设从来不会是一开始就完美无缺,总有后人去继承它、发展它或修正它。一百多年来,直到今天仍有很多人对狭义相对论(SR)和广义相对论(GR)作进一步的讨论和进行大规模的实验,甚至提出不同的意见。这是正常现象,是科学技术得以兴旺发达的必由之路。我们并不是否定Einstein;但任何一个科学理论均有其适用范围,不可能主宰一切。在科学研究中,如果思想不解放,就不可能创新。美国三个科学院组织的‘21世纪委员会’提交过一个报告,其中说‘Einstein的理论并不是最终真理’,意思是说‘关于相对论研究仍然是open的!

——宋健

18、(基础物理学)历史的风险在于,在思考过去的伟大工作(比如相对论、量子力学等)的那些伟大而勇敢的思想过程中,我们增加了对它们的这种崇敬,在我们想像的一种终极的物理学理论中,我们变得无法再重新评价它们的地位。 物理学并不是一个已完成的逻辑体系.相反,它每时每刻都存在着一些观念上的巨大混乱,有些像民间史诗那样,从往昔英雄时代流传下来;而另一些则是像空想小说那样,从我们对于将来会有伟大的综合理论的向往中产生出来. 这种几何观点在广义相对论和基本粒子物理之间造成人为隔阂。只要还能够指望,如爱因斯坦曾指望过的,物质最终可以用几何语言来理解,那么在描述引力理论时给黎曼(Riemann)几何以首要地位才是有意义的。但是现在,时间流逝已教导我们不能指望强作用、弱作用和电磁作用都可以用几何语言来理解。因而过分地强调几何,只能模糊引力理论与物理学其余部分之间的深刻联系 . 除非相应的经典场论服从等效原理,看来就不可能建立质量为零、自旋为2的粒子的任何洛伦兹协变的量子理论。这样,等效原理似乎就成了引力理论和基本粒子理论之间的最好的桥梁。 ——史蒂文·温伯格

19、 认识能力,对普通人来说是照亮生活道路的提灯,对天才则是普照大地的太阳!——叔 本 华

20、科学发展的最终目的就是要建立一个单一的科学理论体系来描述整个宇宙的物质存在与运动变化。

21、能嘲笑哲学,这才是真正的哲学思考。_________帕斯卡尔

22、目前物理学对宇宙的了解,包括猜想只有4%,而完全不知的竟占到了70%。知识还有一个副产品———权威与偏见。相对论体系存在有待验证的假定,基本原理不够完善,相互之间存在不协调;理论和时空观念都有需要改进之处。这个伟大体系同样不是一个完成了的理论体系。相对论体系其实包含着许多重要的假设要素。今天,宇观尺度上的观测数据分析结果,对相对论体系提出了严重挑战。”————郭汉英

23、知识最重要的产品是无知。 ————————2004年诺贝尔物理学奖得主大卫·格罗斯

24、世界上任何发明创造都是可及的,不是不可及的。 ————钱学森

25、人的天职是勇于探索真理。 ---------------------------------哥白尼

26、所有的物理学定律最终都是从宇宙中获取信息的,从牛顿定律到量子力学的所有原理都可以用同一种方法推导出来。-------物理学家弗里敦

27、不容置疑,一种疯狂的理论摆在我们面前。问题在于,要成为正确的理论,它是否足够疯狂。--------------Bohr

28、人类的认识史就是一部认识错误的历史。---------------------------------------罗巴切夫斯基

29、在理论认识方面,如果不对概念基础深刻地理解,并作必要的改革,就不可能出现革命性的发展。即使是最高权威的理论,对它也要‘通权达变、灵活运用---------------卢鹤绂

30、理论物理界的精英既是天才,也是疯子。………………………………………………. 丁肇中

31、当一个人看清了真理的时候就不能妥协,不管有多么宽容的理由。在事关重大的根本问题上,逃避“良心的要求”就是祛懦。

—— George Sarton

                                                                                                                       

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