導語：如何才能寫好一篇量子力學唯物主義，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關鍵詞 心身二元論 經典力學 觀察者 意識

中圖分類號：B089 文獻標識碼：A

意識涵蓋了大部分的心理現(xiàn)象，它既是我們體驗到的對心理狀態(tài)的復雜的內省，又等同于“覺醒”的狀態(tài)，或者感知狀態(tài)。因此，在給意識下定義時就會出現(xiàn)困難，它所涉及的分支眾多，難以用一個單一的定義將意識所包含的方面全部囊括其中。意識的核心問題是“現(xiàn)象性”，理解意識的關鍵在于弄清楚現(xiàn)象性本身的本質及其起源。在早期西方哲學歷史上，意識問題是以“心身問題”為標志開始的，意識是“心靈”的一個特征。從最早時期開始，意識與死亡相關聯(lián)，人們希望并且相信，意識是與物質性的身體相區(qū)別的東西。因此，對意識的研究首先要回溯到早期歷史上的心身問題。

自從笛卡爾提出“心身二元論”，賦予“心靈”以實體地位以來，對于心靈是否存在、怎樣存在、如果存在，心靈該如何與身體相互作用等問題的爭論延續(xù)至今。笛卡爾認為，心靈與物質是獨立的兩個實體，物質具有廣延的屬性，卻不能思考，心靈能夠思考卻不占有空間。從對日常經驗的內在主義素樸描述出發(fā)來看，心靈與身體之間和諧地相互作用，促使人們能夠相信，心靈必然有其獨特的存在地位。為了說明兩者如何互動作用，笛卡爾提出“松果腺”這一概念。但是“松果腺”的提出，卻恰恰暴露出笛卡爾的心靈觀念存在的矛盾。

從內在主義的角度看，心靈確實與物質相互作用，意愿、欲望能夠促成行為的發(fā)生，導致行為對象的改變等。但是，由于心靈不具有廣延且不占有空間的屬性，又導致人們無法運用在經典力學基礎之上形成的認知圖式，來理解和說明心靈的存在形式，心靈怎樣與物質相互作用更成為了一個難題。如果承認心靈的獨特實體地位，則有悖于經典力學的科學原則，如果依照唯物主義的基本觀點，把心靈與物質等同起來，用大腦內部的物質之間的相互作用來說明意識活動，則導致無法說明為什么存在主觀體驗和感受的問題，這顯然又違背了人類體驗的直覺。因此，無論是堅持二元論還是唯物主義一元論，心物互動問題都面臨著極大的理論困難，堅持內在主義觀點，就必須說明心靈有別于物質的本體論地位以及心身互動的作用機制；堅持唯物主義的觀點，就必須說明為什么人會有主觀體驗和感受。本文認為，除了上述兩種對心物關系的說明之外，存在第三種對心物關系的思考，即對經典力學原則在說明心靈問題上是否具有適用性的質疑：經典力學的原則是萬能的嗎？它是否能夠作為評判心靈是否存在以及怎樣存在的標準？心物關系問題難以有所進展，是否因為我們用來評判心靈存在的標準出了問題？量子力學能否作為新的研究范式來推進心靈的研究？

隨著人們認知程度的提高，自然科學的發(fā)展，對心靈問題的討論更加如火如荼。古老神秘的“心靈”概念也逐漸以“意識”這一嶄新的形式出現(xiàn)在哲學、神經科學、心理學、計算機科學等多學科的交叉研究視域中。本文將以“意識”這一概念來論述笛卡爾心物二元論中所提及的“心靈”。

“有一種古老的觀點：自然由兩部分組成，一部分包含感覺和思想，另一部分在運動中包含有物質對象。這個觀點在笛卡爾的時代復活，并成為經典物理學的基礎?！雹?687年，牛頓出版了著名的《自然哲學的數(shù)學原理》一書，掀起了科學的革命。在這本書中，宇宙被描述成一個遵循嚴格規(guī)律的大機器，依照數(shù)學的精密性在空間中運動。一切事物都可以被還原成遵循嚴格規(guī)律運動的物質實體，作為因果決定鏈條上的一環(huán)，按照既定的規(guī)律運行。因此，經典物理學的世界被冠以具有決定論和客觀性的特征。但是在涉及到微觀世界的對象時，經典物理學的基本原則就失效了。

意識問題是當代哲學、神經科學、心理學、計算機科學等多個交叉學科進行跨學科研究的熱點難題。眾多學科關注意識的原因在于，它是關乎人的本性根基和人與外部世界關系的根本性問題。不論是唯物主義立場，還是二元論立場來看待意識，都有不可回避的理論困難。

以上兩種立場在說明意識問題的過程中，會遭遇到困難的原因，除了意識問題本身的復雜性之外，另一個重要的原因是，唯物主義和二元論均把研究宏觀事物低速運動規(guī)律的經典力學，作為思考意識問題的理論基礎。二元論產生的部分原因是迫于經典力學的還原論和客觀性壓力，人們無法調和與說明物質活動和意識之間存在形式的不協(xié)調，但是卻又難以違背自己體驗的常識，放棄意識的主觀性特征。唯物主義則恰恰相反，它遵循經典力學的客觀性、決定論、還原論等根本規(guī)律，把物質放在優(yōu)先地位，試圖用經典力學的規(guī)律來同化或拒斥意識的主觀性特征。在一定程度上，二元論與唯物主義這兩種相對立的立場都是以經典力學的原則為根本依據(jù)，朝著各自相反的方向建構自己的理論，但是，二元論從理論內部割裂了意識與物質的關聯(lián)，而唯物主義又混淆了意識與物質的差別。

以牛頓運動定律為主要內容的經典力學在20世紀以前被稱為最美的物理學，它通過把“意識”排斥在研究范圍之外來實現(xiàn)其理論的完備性。它假定時空的絕對性和依據(jù)初始值可進行精確預測等特征，為人類認識自然、了解自身的本性描繪了一幅因果封閉、清晰可測的藍圖。世界上的任何物理系統(tǒng)都能夠被分解為各個組成元素，各個組成元素只能夠與彼此相鄰的元素發(fā)生相互作用，物理系統(tǒng)遵循著嚴格的物理因果封閉定律，根據(jù)一定的可觀測的物理量，能夠做出無限精確的預測。經典力學的唯物主義世界觀已經否定了意識是有別于物質，具有獨立存在地位的實體。大腦是世界上最為精密且復雜的整體系統(tǒng)，它作為意識活動發(fā)生的場所已經是毋庸置疑的科學事實。按照經典力學的觀點，大腦與意識同樣應該遵守經典力學的根本原則，但顯然意識的諸多屬性以及對應的神經活動的規(guī)律都無法用經典力學來說明。

神經科學的研究成果已經表明，意識活動的發(fā)生受到大腦整體活動的控制，它并不是固定發(fā)生在大腦的某一個區(qū)域。同樣，大腦的某一部分神經通路也不是意識發(fā)生的場所，完整的意識的出現(xiàn)，需要調動大腦內部不同腦區(qū)的神經元進行放電。不同的意識場景所對應的神經元活動的組合也不一樣。就目前的神經研究成果而言，神經科學只能夠對意識活動的說明進行基于科學經驗上的描述，而不能夠進行充分的因果說明。經典力學中的整體可以分解成部分的組合的原則，無法說明意識的高度統(tǒng)一性；相鄰部分的因果互動原則更加無法解釋不同腦區(qū)的神經活動，怎樣能夠作為單一的意識活動的組成部分。發(fā)生在個體大腦中的意識轉瞬即逝，難以捕捉，甚至毫無規(guī)律可循。大腦內部呈現(xiàn)的意識場景為什么具有統(tǒng)一整合性和動態(tài)的分化性，歸屬于不同腦區(qū)的神經元為什么能同時放電而形成單一的意識場景，控制這些神經元活動的機制是什么？這些問題，對于研究宏觀事物運動規(guī)律的經典力學而言存在困難。經典力學中不需要涉及對微觀事物的化學過程的說明，而這一點對于大腦研究來說，則非常重要。

如果從大腦內部和大腦外部兩個維度，來對意識進行一種描述上的區(qū)分，從大腦外部，引入一個“觀察者”，那么對意識就可以做出兩種不同的描述。這兩種維度的描述之間的區(qū)別也表明，經典力學難以說明意識。

按照經典力學的原則，每個腦區(qū)的神經元只能夠與它緊鄰的神經元發(fā)生互動，并根據(jù)所處的大腦區(qū)域的定域性而非全局性來表征意識場景。對意識的內在描述不是從外在的“觀察者”或者元素集合所體現(xiàn)出的整體功能性角度進行描述，而是對這些獨立的神經元描述的組合的描述。“根據(jù)經典力學，對物理系統(tǒng)和它的動力學的狀態(tài)的描述，能夠在內在的層次上表達出來。但是人們怎樣來理解經驗的整體思想的發(fā)生呢？”②

外在描述是在引入一個外部“觀察者”之后而做出的描述，觀察者知道大腦內部描述是由諸多元素所構成，但是，他能夠從外在維度對內部元素進行整合，使內部元素組合起來具有整體的表征屬性。同時，外部的觀察者能夠從整體的功能性角度出發(fā)來進行整體表征，在觀察者的意識中形成的整體性描述，不會受到各個不同腦區(qū)神經元活動的區(qū)域性限制?？傊@個外在的觀察者不僅具備“知道”大腦內部是由多個元素組合的能力，還具備把這些元素集合成整體的能力。因此，在內在描述層次上的獨立元素的集合，在外在層次上可以被稱為是一個單一的整體。

從功能的角度出發(fā)，大腦被看作是一個功能性的整體，但是在經典力學的框架中，功能基本上不具備任何實際的意義，因為大腦的過程受到不同腦區(qū)神經活動的控制，然而，大腦部分與部分之間的相互作用不可能實現(xiàn)大腦的整體作用。從根本上來說，一個從外在層次所描述的功能性整體，所表現(xiàn)出來的整體性含義要比邏輯上獨立的要素的簡單集合要復雜得多，而這一點恰恰是與經典力學的根本原則相悖。因此，意識的整體功能性概念在經典力學框架中也無法得到合理的說明。

依據(jù)經典力學的法則，整體可以被分解為獨立的局部要素的集合?！肮δ苄浴睂τ谖锢硪蚬忾]定律而言是無效的，因而不具備任何存在的理由，唯一承認它的理由就是方便我們從外在層次對它進行直接的理解。

靈感與頓悟是經常出現(xiàn)在人類思考過程中的真實存在的心理現(xiàn)象，在藝術和科學研究中表現(xiàn)尤為明顯。它們具有突發(fā)性、偶然性、豐富性、瞬息變化等特征，它們常常會受到當下場景或意識內容的刺激而產生，但是其產生的機制與結果卻遠遠超出了人對當下對意識的研究水平。按照經典力學的可預測性原則，依據(jù)一定的可觀測的物理量，就能夠對事物做出精確的預測，但是在靈感和頓悟這類具有突發(fā)性的心理現(xiàn)象上，經典力學的根本原則顯然不適用。

根據(jù)經典力學的根本原則來解決意識問題面臨諸多的理論困難，意識的高度整合性和高度的分化性、主觀體驗的整體性和動態(tài)多樣性、從外在的功能角度所描述的大腦的整體功能性特征、靈感和頓悟這類突發(fā)性的心理現(xiàn)象都無法從經典力學理論中得到科學合理的說明。

斯塔普（Henry Stapp）認為，對于經典力學而言，意識和行為之間的緊密關系不可能從邏輯上推導出來，相反，這恰恰意味著經典力學的不完整性。經典力學不能夠蘊含意識的現(xiàn)象性方面，除非意識是一種副現(xiàn)象。但是，如果意識是副現(xiàn)象，則顯然有悖了直覺。如果經典力學控制自然的整個動態(tài)過程，那么作為人類大腦高度進化發(fā)展結果的意識就是一個令人懷疑的神話。經典力學的動態(tài)原則既不蘊含現(xiàn)象實在的存在，也不能夠對它們怎樣從簡單形式進化到高級階段提供一種自然的動態(tài)說明。在經典力學的理論框架當中，人類的體驗既沒有存在地位，它也無法對大腦的動態(tài)作用提供充分合理的自然說明，那么我們就應該放棄用經典力學的整體邏輯結構來研究意識，并轉而尋求一種能讓我們的體驗充分發(fā)揮動態(tài)作用，且完全不同的邏輯結構的模式，這一模式就是量子力學。

量子力學的誕生打破了人類對經典力學關于世界的固有認識，傳統(tǒng)的物質觀念、物理封閉因果定律、決定論和連續(xù)性觀點都遭到了破壞。量子力學重新為人類描述了一個新奇的、感官不可知、反常識的世界。量子力學的理論框架內，大腦被看作一個量子系統(tǒng)。

意識與大腦之間的緊密聯(lián)系已經是一個不爭的科學事實，雖然經典力學在說明意識問題上存在許多的理論困難，但是科學的發(fā)展趨勢表明，我們始終要在科學的框架內來說明意識。因此，意識研究必須轉換一種新的研究范式。目前，最有希望將意識重新納入到物質世界的科學理論只有量子力學?！榜T諾依曼、諾伯特維納和霍爾丹指出，自然的量子力學方面似乎是為了將意識重新納入我們現(xiàn)有的物質概念而為意識量身定做。”③

經典力學與量子力學的不同之處在于，量子力學引入了“觀察者”因素，測量結果不再是具有絕對的客觀性。尤其是在對意識進行研究的過程中，“觀察者”本身也作為物理系統(tǒng)的一部分而參與和影響著對意識的測量結果。由于意識具有高度的分化性，各種心理事件瞬息萬變，每一次對意識的測量都會取得不同的結果，為了對意識現(xiàn)象做出完備的描述，每一次的測量結果彼此之間呈互補關系，這種互補性取消了在經典力學框架內應該具有的嚴格因果律，意識呈現(xiàn)出非因果性的特征。

當代著名的心靈哲學家查默斯也多次在其著作中談到意識可能與量子力學有緊密的關系，但是對此他常常又持一種懷疑的態(tài)度。作為提出“意識的困難問題”而聞名于世的哲學家來說，他始終關注的是意識的主觀經驗問題，但是，在他看來，量子力學與經典力學相比，在意識問題上具有一定的優(yōu)勢，但是即便如此，這一范式目前還未能說明為什么會有主觀感受的發(fā)生?！皢栴}在于物理理論的基本元素都要歸結到兩點：結構和物理過程的動力學，但是從結構和動力學出發(fā)，我們只能獲得更多的結構和動力學，而有意識的經驗仍然沒有被涉及?！雹鼙M管如此，量子力學在意識研究上仍有許多探討的空間。

注釋

① Stapp， H.P.（1993）Mind， Matter， and Quantum Mechanics， Springer-Verlag.83.

篇2

關鍵詞：科學觀念；實踐觀；辯證唯物主義

一、科學的進步與辯證唯物主義實踐觀的當展

科學是人類把握世界的基本方式之一，是人類哲學思維極其重要的基礎?？茖W發(fā)展既反映并推動著實踐的進步，又要求和促進著哲學的發(fā)展。恩格斯早就指出，隨著科學的每一個劃時代的發(fā)現(xiàn)，唯物主義也必然要改變自己的形態(tài)。馬克思和恩格斯立足當時科學發(fā)展的最高成就，從中提煉出具有時代意義的哲學問題，促成了哲學形態(tài)的變革與發(fā)展，形成了科學的哲學世界觀。一百多年來，隨著人類實踐不斷深入，科學也在迅猛發(fā)展，形成了特色鮮明的當代科學體系。今天，關注人類科學的時代性發(fā)展，提升和概括當代科學的哲學意蘊，建構當代形態(tài)的辯證唯物主義實踐觀和科學觀，是當展哲學的重要前提和當然內容。

科學是推動歷史前進的有力杠桿，在經典作家那里把科學界定為“一般社會生產力”，科學的發(fā)展有力地推動者社會生產的發(fā)展。而“全部社會生活在本質上是實踐的”，同時，實踐的內容和形式又不是一成不變的，科學的進步必將導致人類實踐觀的時代性發(fā)展。

20世紀以來，以牛頓經典力學為標志的經典自然科學到以相對論和量子力學為主干和基礎的現(xiàn)代非經典自然科學是人類認識領域的重大創(chuàng)造，近現(xiàn)代史上的三次工業(yè)革命則是科學在實踐領域的具體體現(xiàn)。而在當代，科學呈現(xiàn)出整體化地趨勢，深度分化和高度綜合是當代科學的突出特征。與此相對應，當代新技術革命在實踐領域的反映就是誕生了以電子計算機所帶來的信息技術為核心的一系列高新技術。當代自然科學與辯證唯物主義實踐觀的關系表現(xiàn)為自然科學成果的取得是在實踐中形成的，因此，自然科學的突破性發(fā)現(xiàn)必將導致辯證唯物主義實踐觀的變革。

人文社會科學的可能性表現(xiàn)為人應該成為科學的對象，而人是實踐的主體。因此，人文社會科學的產生與發(fā)展必將對辯證唯物主義實踐觀的當展帶來影響。

近代人文社會科學的產生標志是維科《新科學》的出版，在本書當中，作為“新科學”研究對象的是人類社會及其歷史發(fā)展。維科之所以能成為一個標界，是因為在他之前的科學家和哲學家都傾全力研究自然界，而忽視了對人類世界的研究。維科創(chuàng)立了“認識來源于實踐創(chuàng)造”的哲學原則，認為人之所以能夠認識人類社會和人的歷史，因為這個人類社會和人類歷史本來就是由人類創(chuàng)造出來的?！缎驴茖W》中揭示了人類社會發(fā)展的兩條規(guī)律：即“以己度物”（“人把他自己當作權衡一切事物的標準”）和類概念（即用一個具體的形象來代表一類抽象性質，形成想象性的類概念。）由此可以得出，人文社會歷史科學的客觀真理性基于“主客同一”、“知行合一”。在此基礎上，他解決了人類如何由野蠻發(fā)展為文明這一問題。

作為維科《新科學》的人文社會科學思想的發(fā)展，福柯在《詞與物――人文科學的考古學》中說：人文科學“這個認識體系把作為經驗存在的人當作自己的客體”。他進一步說，只有在特定的認識類型中，人才會作為人而不是作為物，成為人文科學而不是自然科學的對象，反過來說，也只有在這種情況下，人文科學才會真正的出現(xiàn)。也即是說，人真正作為科學的對象出場，以及人文科學的真正出現(xiàn)，均與科學理念的進步和知識類型的轉型密不可分，而與我們是否一般地研究了或者談論了人沒有關系，這在一定程度上表達了人是社會的人這一命題。

認為人的科學和自然科學是一門科學（把自然和人兩方面統(tǒng)一起來），認為人的歷史過程就是“人的自然化”（這里的自然包括人自身的自然，即“人的有機的身體”――人的肉體和具有受動性的人的感覺和外部自然，即“人的無機的身體”――人靠自然界生活）和“自然的人化”（這里的人是是歷史（自然）形成的，是通過對象化活動實現(xiàn)與自然的統(tǒng)一）的過程，得出“人是自然科學的直接對象”、“自然界是關于人的科學的直接對象”的結論。

在當代，人的主體性條件即是當代實踐的結果，也是當代實踐賴以形成和發(fā)展的前提。其中，人的主體性需要和利益是當代實踐的強大內驅力，人的主體能力是當代實踐得以展開、實現(xiàn)和發(fā)展的先決條件，主體思維方式是強化當代實踐的重要精神力量，而以當代科技為主干的工具、方法、系統(tǒng)是決定當代實踐效率和效益的關鍵性中介。

二、科學思維方式的轉變與辯證唯物主義實踐觀的當展

認識與實踐在人類改造世界的過程中相得益彰，彼此促進、共同發(fā)展。思維作為一種認識活動，是科學觀念的載體，哲學思維必須訴諸實踐、指導實踐，變?yōu)槿罕姷男袆?，化作對世界進行革命改造的物質力量。一百多年來，的每一步重大發(fā)展幾乎都是伴隨著科學實踐觀的發(fā)展并以它作為理論先導的。因此，科學思維方式的轉變必將對辯證唯物主義實踐觀的當展產生積極

影響。

通過“一個民族想要想站在科學的高峰，就一刻也不能離開理論思維。”“創(chuàng)新是一個民族的靈魂，是一個國家興旺發(fā)達的不竭動力。”等一系列經典作家的描述，可以得出：創(chuàng)新型思維對辯證唯物主義實踐觀的發(fā)展與變革具有決定性的影響地位。

主體對世界的觀念掌握，是通過思維活動實現(xiàn)的，而思維活動又總是在一定的思維方式中進行的。在當代，大力發(fā)展思維的創(chuàng)造能力是科學思維方式轉變的應有之義。主要表現(xiàn)為思維獨立性和想象創(chuàng)造性，創(chuàng)造力是一切創(chuàng)造之源，創(chuàng)造力水平的高低是決定主體活動水平的重要因素。當代的競爭在于科技的競爭，科技的競爭在于人才的競爭，人才的競爭又在于人的創(chuàng)造性思維能力的競爭。因此，只有具備了科學性創(chuàng)造性思維能力，主體才能不斷地創(chuàng)造出新知識、新創(chuàng)造，在競爭中獲勝。

在當代科學思維方式變革的過程中，逐步形成了一種反映當代科學發(fā)展整體化趨勢的新的科學思維方式，即系統(tǒng)思維、互補思維。這種新的科學思維方式破除了阻礙自然科學研究和人文社會科學研究的思想屏障，客服了經典自然科學思維方式的狹隘、片面的機械決定論，確立了當代科學發(fā)展共同遵循的觀念基礎和方法論原則。

辯證唯物主義實踐觀是科學的認識論，科學觀念是實踐過程中形成的思維方式和信念方法的集合。辯證唯物主義實踐觀是人類哲學史上唯一真正科學的實踐觀，它不僅批判地吸收了以往人類哲學思維的優(yōu)秀成果，在哲學方法論上實現(xiàn)了對舊哲學實踐觀的合理超越，而且更重要的是它深植于人類實踐特別是無產階級革命實踐及其歷史發(fā)展之中。在今天看來，辯證唯物主義實踐觀仍然是一種科學的實踐觀，即使在將來，它也不會過時。因為辯證唯物主義實踐觀如實地反映了人類實踐的客觀性本性及其在人與世界關系中的實際地位，體現(xiàn)了按照客觀事物的本來面目來理解事物而不附加任何外來成分的唯物主義哲學的基本原則，這些都不會因為時間的推移而有所改變。立足于當代科學，建構當代形態(tài)的辯證唯物主義科學觀是當前研究和發(fā)展辯證唯物主義科學觀的一項重要任務。立足于當代科學，不僅是指應當將當代科學作為當展辯證唯物主義科學觀的客觀依據(jù)，而且還意味著當展辯證唯物主義科學觀的根本目的在于通過對當代科學的合理理解來規(guī)范和促進當代科學的未來發(fā)展。建構當代形態(tài)的辯證唯物主義科學觀，是指為了實現(xiàn)當代科學的合理理解，我們在考察當代科學時必須確立起與當代科學的時代特點相適應的視野、觀念、思路和方法?？傊ㄟ^科學及科學觀念的時代性發(fā)展來對辯證唯物主義實踐觀進行科學的反思，當代形態(tài)的辯證唯物主義實踐觀必將注入新的生機和活力，其形態(tài)也必將隨著科學及科學觀念的發(fā)展而實現(xiàn)整體更新。

參考文獻

[1]陶德麟，汪信硯主編．哲學的當代論域[M]．人民出版社，2005．

[2]王貴友著．科學技術哲學導論[M]．人民出版社，2005．

篇3

關鍵詞：生物；教學；辯證

辯證思維是指能運用唯物主義來觀察、分析和研究事物，以辯證唯物主義和歷史唯物主義作為解決問題的最終、也是直接的指導原則的一種思維方法。如果我們關注一下20世紀的科學成果，如相對論、量子力學、分子生物學、系統(tǒng)論、控制論、信息論、計算機科學及與之相應的微電子技術和遺傳工程等就會發(fā)現(xiàn)，它們都是深刻領悟并充分運用這一思維方式而取得的。這種思維方式在任何一門科學中都是必不可少的。辯證思維不僅僅是哲學家的專利，更應該作為教師尤其是生物教師的教學指南。

1 辯證思維觀是教師專業(yè)素養(yǎng)發(fā)展的基本要求

教育是一種成就人的事業(yè)，教師則是承擔這個事業(yè)的專業(yè)人員。《中華人民共和國教育法》這樣定義教師“教師是履行教育教學職責的專業(yè)人員，承擔教書育人、培養(yǎng)社會主義建設者和接班人，提高民族素質的使命”。要擔負這個沉重的責任要求從業(yè)人員具備相應的專業(yè)素養(yǎng)。它要求教師具有崇高的品德、廣博的知識、現(xiàn)代教育理念和完善的能力結構。

辯證思維有助于我們正確看待事物，開闊眼界，活躍思想，在孤立的知識塊之間建立聯(lián)系，完善知識結構以趨于精專博達。這對于任何一個職業(yè)來說都是必要的，更不要說有崇高使命的教師職業(yè)了。較之其他職業(yè)，教師具有正確的世界觀和方法論顯得尤為重要。辯證思維作為一種思維方法和解決問題的策略將直接影響一位教師的教育觀、知識觀和學生觀。教師應該善于自覺運用唯物辯證觀來觀察、分析事物，將生命現(xiàn)象和教育現(xiàn)象進行因素分析，敏于發(fā)現(xiàn)問題、善于整合創(chuàng)新。這樣才能成為學生成長的引導者和學生發(fā)展的促進者。如果我們將這種思維方法融入我們的教育觀和學生觀，那么我們就會尊重客觀事實、重視調查研究，基于事實和資料全面分析，對學生就不會陷入先入為主的主觀偏見了；我們就會用一種辯證的眼光看待我們的學生，堅信一切都是發(fā)展變化的，人的發(fā)展是多向性的，就會堅定的以愛的執(zhí)著去改變那些暫時頑皮的孩子；我們就會明白事物是發(fā)展變化、相互轉化的，就能從不利條件中找到有利因素，就不會每天僅僅停留在對教育現(xiàn)狀無盡的抱怨和斥責了；我們就不會以一種固定不變的視角去定義那些“沒有前途”、“無可救藥”的孩子了；對于我們從事的職業(yè)，對于教育，對于學生，我們就會有一個更為全面和客觀的認識和更豁達樂觀的心境了。

對于生物教師，辯證思維尤其重要，這是因為生物本身以及生物和環(huán)境之間就存在著辯證唯物性，生物學的基本觀點和理論也都體現(xiàn)著唯物辯證觀。事物是普遍聯(lián)系的觀點、事物是不斷發(fā)展變化的觀點、對立統(tǒng)一的觀點、內外因關系等等辯證唯物思想在生物學中都得到了充分的體現(xiàn)。教師本身只有以辯證思維去把握，用理論指導解釋現(xiàn)象、掌握知識，對本學科的專業(yè)知識的理解才可能是深刻和正確的。

2 辯證思維的培養(yǎng)是學生發(fā)展的要求

教育的任務不僅僅是傳遞知識、培養(yǎng)能力，更重要的是幫助他們樹立正確的世界觀、價值觀和人生觀，為他們的終身發(fā)展奠定基礎。我們的任務不單單是如何更加完美地呈現(xiàn)生物學科的知識結構，而是如何更好的體現(xiàn)學生發(fā)展和社會的需要，以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和實踐能力為重點。辯證思維從哲學的高度為創(chuàng)造性思維活動提供解決問題的思路和策略，在整個思維過程中有不容忽視的指導作用。

2.1 樹立辯證唯物主義的觀點是中學生物課程標準的要求

在新頒布的《全日制義務教育生物課程標準》中提出了要使學生“初步形成生物學基本觀點和科學態(tài)度，為確立辯證唯物主義世界觀奠定必要的基礎”，在《普通高中生物課程標準》中更要明確的將“樹立辯證唯物主義自然觀，逐步形成科學的世界觀”作為課程目標之一?？梢娹q證唯物思維培養(yǎng)對學生的重要性。辯證唯物主義教育也是新教材中觀念教育的一個重要內容，教學中滲透辯證唯物主義教育，幫助學生樹立辯證唯物主義觀點是生物教學的重要環(huán)節(jié)。

生物學科中的許多基本觀點，如生物體的結構與功能、局部與整體、多樣性與共同性統(tǒng)一的觀點，生物進化和生態(tài)學觀點、生物的遺傳和變異等無不充滿著辯證唯物主義觀。對于這些基本的生物學觀點只有以辯證思維去看待才能深入理解并準確地把握它。否則，就會脫離唯物和辯證的軌道而失之主觀和偏狹。

2.2 有助于學生客觀、理性的看待生命現(xiàn)象

人類從來沒有懈怠過對自身的了解和研究，20世紀以來，生命科學研究取得了許多重大的突破，生物科學技術已經成為科學技術革命的世紀標志。生命科學不僅僅影響人類的生活和經濟活動，還將影響人們的思想觀念和思維方式以及社會文明的發(fā)展。但是，直到今天，人類對于自己仍然是知之不多，許多生命現(xiàn)象對于人類來說還是未解之謎。無論是對于為我們所知的，還是對于不為我們所知的，我們都應要求學生以辯證思維去看待和分析生命現(xiàn)象和生命本質，崇尚科學、反對迷信。只有教會學生客觀的分析、辯證的思考，從現(xiàn)象到本質全面的認識事物發(fā)生、發(fā)展的規(guī)律，找出事物之間的內在聯(lián)系，避免簡單片面的看待，學生才會對生命和世界有一個理性和客觀的認識，逐漸樹立科學的世界觀。

例如對于我們曾經遭遇過的非典，我們既要看到它肆虐的一面，在看到它給我們帶來巨大的傷害和和打擊的同時，也應該承認它促進了我國醫(yī)療和衛(wèi)生事業(yè)在短期內的迅速發(fā)展，并直接導致多項科學的發(fā)現(xiàn)和技術的發(fā)明創(chuàng)新……又如生物工程的興起和克隆技術的出現(xiàn)是人類科學的重大進展和技術的偉大進步，但也應該意識到它所引起的倫理沖突和對人類的倫理道德體系提出的挑戰(zhàn)以及可能帶來的一系列社會問題。我們在介紹、頌揚科學進步的同時，也要提醒學生注意科學的負面效應，認識到從事科學工作應有的社會責任感。

2.3 有助于學生更客觀地看待人與自然的關系

辯證思維方式的一個具體體現(xiàn)就是承認世界是有序的、和諧的、統(tǒng)一的整體。人與自然的關系是生命科學中最大的一個課題，也是目前人類還并未十分清楚的問題，更是生物學科中要力求使學生關注的問題。人一度敬畏自然，神化自然，崇拜自然。在那個被自然選擇的時代，人類是以一種仰天、頌天的觀念來看待自然的。隨著人類智慧的增進，對自然的了解的加深，人類處在了與自然對等的地位，于是人類陶醉于自己的智慧中。然而，自然永遠是最智慧的，人類對于自然的傷害終于反饋到人類自身，水土流失、生態(tài)失衡、資源枯竭……人類不得不承認，人是自然固有的一部分，人與自然本應該是和諧的、統(tǒng)一的整體。人類應當也只能尊重自己、愛護自然，樹立人與自然和諧發(fā)展的價值觀。教師應引導學生關注環(huán)境問題，使他們認同并最終樹立人與自然辯證統(tǒng)一、和諧發(fā)展的觀點。

辯證思維觀作為的世界觀和方法論是使人類思維具有全面性和深刻性的根本保證，在幫助教師更科學、更富有成效的教學方面顯然具有無可替代的作用，辯證思維的培養(yǎng)也是生物教師的教學指南和生物教學的重要環(huán)節(jié)。

篇4

關鍵詞：物理本體；物理實體；量子現(xiàn)象；主觀；客觀

基金項目：國家社會科學基金項目“量子概率的哲學研究”（16BZX022）

中圖分類號：N03 文獻標識碼：A 文章編號：1003-854X（2017）06-0054-06

一、引言

時間和空間是人類所有經驗的背景。除去存在的事物，時間、空間什么也不是，不存在只有一件事物的時間、空間，時空是事物之間相互關系的一個方面。

人類通過感性經驗認知的時空，稱作經驗時空；以科學原理和科學方法指導認知的時空是科學時空；牛頓時空、狹義相對論時空、廣義相對論時空、量子力學時空，是經驗時空的科學提升和科學發(fā)展，稱作物理時空①。物理時空是科學時空。描述現(xiàn)象實體的時空是現(xiàn)象時空，經驗時空、物理時空、科學時空均是現(xiàn)象時空。而未經觀察的“自在實體（物理本體）”所在時空，稱為“本體時空”?！氨倔w時空”是復數(shù)的②，因此，人類實質生活在復數(shù)時空中 。作為自然人，觀察者存在于“本體時空”，實時空是人類對時空認識的簡化③。

主體、客體、觀察信號是人類認知自然的三大基本要素④。一般“現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”有其客觀原因，體現(xiàn)觀察信號的自然屬性對觀察者在認知中的影響。當把現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性轉化為時空的屬性后，就可以達到客觀描述物質世界⑤。所謂客觀描述就是理論計算與經驗及科學實驗結果相符。

考慮觀察信號的客觀作用并納入時空理論的科學建構之中，客觀描述物理現(xiàn)象，是物理學家的重要工作。一般，哲學認知中沒有明晰“觀察信號中介作用”的客觀地位，不管“機械反映論”，還是“能動反映論”，都自動將其融入“反映論”理論體系，尤其是前者，往往容易導致主觀唯心主義的滋生。

狹義相對論用光對時，考慮了光對建立時空的貢獻；牛頓時空是對時信號速度c趨于無窮大的極限情態(tài)；考慮引力場對建立時空的影響，引力時空是彎曲的，狹義相對論的平直時空是它的局域特例。從牛頓力學到狹義相對論再到廣義相對論，時空發(fā)生了變化，但主體與描述對象的關系沒有變，主體對客體的描述是客觀的。那么是否主體對認知對象完全沒有主觀影響？如果有，它如何產生，又如何消解，實現(xiàn)客觀描述物質世界？經典力學中，人類的處理方法是通過揭示“現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”及其產生機理，在不同認知領域區(qū)分描述中可以忽略的和不可忽略的，能忽略的舍棄，不能忽略的轉化成時空的屬性，實現(xiàn)客觀描述；而從牛頓力學（或相對論力學）到量子力學，時空沒有變化，描述對象具有波粒二象性，“量子現(xiàn)象的主觀依賴性”更為突出。如何消解“量子現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”，實現(xiàn)量子現(xiàn)象的客觀描述，一直是量子力學基礎討論的熱點。量子力學必須有自己的客觀描述量子現(xiàn)象的時空⑥。

量子力學時空是閔氏時空的復數(shù)拓展和推廣⑦，由此可以實現(xiàn)客觀描述量子世界。它與相對論時空有交集，也有異域。有因必有果，反之亦然，時間與因果關系等價⑧。量子力學中的非定域性，與能量、動量量子化及量子態(tài)的突變性相關聯(lián)。突變無須時間，導致因果鏈斷裂，與因果關聯(lián)的相互作用也被刪除，由此引進了類空間隔。平行并存量子態(tài)的出現(xiàn)，是不遵從因果律的量子力學新表現(xiàn)；當能量、動量和相互作用變得連續(xù)，宏觀時序得到恢復時，回到相對論時空，量子測量中“量子態(tài)和時空的坍縮”⑨ 是不同物理時空的轉換，希爾伯特空間只是它們的共同數(shù)學應用空間⑩。

時空不是絕對的，相對時空有更廣闊的含義，人類需要擴大對時空概念的認知，不同的認知層次有不同的時空對應，復數(shù)時空更為本質。人們不應該將所有領域的物理實體歸于某一時空描述，或者用一種時空的性質去否定另一種時空的存在。還是愛因斯坦說得好：是理論告訴我們能夠觀察到什么。當然，新的實驗事實又將告訴人們，理論及其對應的時空應該如何修改和發(fā)展。理論不同時空不同，時空具有建構特征。

二、時空的哲學認知與物理學描述

時空是哲學的基本概念，也是物理學的基本概念。哲學認為，時間和空間是物質的存在形式，既不存在沒有時空的物質，也不存在沒有物質的時空。笛卡爾指出，空間是事物的廣延性，時間是事物的持續(xù)性；康德認為，時空是感性材料的先天直觀形式；牛頓提出時間和空間是彼此分離，絕對不變的，強調數(shù)學的時間自我均勻流逝；萊布尼茨說，空間是現(xiàn)象的共存序列，時間與運動相聯(lián)系；黑格爾認為，事物運動的本質是空間和時間的直接統(tǒng)一。休謨認為，時、空上的接近和先后關系與因果性直接相關。中國的“宇”和“宙”就是空間和時間概念，它是把三維空間和一維時間概念同宇宙密切聯(lián)系在一起的最早應用{11}。

哲學具有啟示作用，但時空概念如果不與人的社會實踐、科學實驗、科學理論及其數(shù)學物理方法相聯(lián)系，就只能停留在形而上，無法上升為科學理論概念。

物理學中，空間從測量和描述物體及其運動的位置、形狀、方向中抽象出來；時間則從描述物體運動的持續(xù)性、周期性，以及事件發(fā)生的順序、因果性中抽象出來；空間和時間的性質，主要從物體運動及其相互作用的各種關系和度量中表現(xiàn)出來。描述物體的運動，先選定參照物，并在參照物上建立一個坐標系，一般參照物被抽象成點，它就是坐標系的原點；假定被描述物體的形體結構對討論的問題（或對參照物的時空）沒有影響，將物體抽象成質點，討論質點在坐標系中的運動及其相關規(guī)律，這就是物理學。由此，“時空是物質的存在形式”的哲學認知也就轉化為人類可操作的具體物理理論描述。

可見，時空的認知與人類的社會實踐、科學實驗、科學進步直接相關，離不開物理和數(shù)學方法的應用。笛卡爾平直空間、閔可夫斯基空間、黎曼空間都已作為物理學所依托的幾何學，在牛頓力學、狹義相對論、廣義相對論中得到了充分應用。由此，幾何學被賦予了物理意義。從牛頓力學到狹義相對論再到廣義相對論，時空發(fā)生了變化，但描述對象與觀察者之間的關系沒有變，描述是客觀的，并且描述對象都可抽象成經典的粒子，采用質點模型。量子力學不同，從牛頓力學（相對論力學）到量子力學，描述量子現(xiàn)象的時空沒有變化{12}，物理模型沒有變，但量子現(xiàn)象對觀察者有明顯的主觀依賴性，難以客觀描述微觀量子現(xiàn)象。深入分析，解決的辦法有兩種，一是更換物理模型的同時也改變物理時空，消除“量子現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”，實現(xiàn)客觀描述微觀量子客體；二是改變時空的同時，保留“量子現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”，將本體、認識、時空融為一體，主觀納入客觀，模糊主客關系。雙4維時空量子力學基礎采用了第一種方法。通過場物質球模型，把點模型隱藏的空間自由度釋放出來；在改變物理模型的同時，也改變了描述時空；將不是點的微觀客體自身的空間分布特性，轉化為描述空間的屬性，客觀描述量子客體。我們認為，第二種方法將主觀認識不加區(qū)分地“融入時空”，有損客觀性、科W性，量子力學時空必須是描述客觀世界的時空。物理時空需要建構。

三、牛頓絕對時空中“現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”及其“消解”

眾所周知，物理學對物體運動狀態(tài)的描述，理應包含參照物和被描述物體自身的時空特征，而參照物和物體自身的時空特征，必須通過觀察發(fā)現(xiàn)。觀察需要觀測信號，物體運動狀態(tài)及其時空特征必然帶有觀測信號的烙印{13}。

“物理本體”不可直接觀察，我們觀察到的是“物理實體”{14}。參照物與研究對象都有自己對應的物理時空，牛頓力學時空應該是兩者的綜合，而不應該只是參照物的時空。但是，牛頓力學中光速無窮大，在討論物體運動時，又假設研究對象的時空結構對討論的問題沒有影響，忽略不計，于是，研究對象抽象成了質點，整個理論體系就只有與參照物聯(lián)系的時空了。

任何具體物體都不會是質點。當用信號去觀察它時，物體自身的時空特征與物體的運動狀態(tài)與觀察信號的性質、強弱和傳播速度相關。質點模型忽略物體自身的幾何形象及其變化，忽略運動及觀察信號對物體自身時空特征的影響，參照物也不例外。在從參照物到坐標系的抽象中，抽掉運動及觀察信號對參照物時空特性的影響，就是抽掉物體運動及觀察信號對坐標系時空特性的影響，就是抽掉人的參與對時空認知的影響{15}。牛頓力學時空與物體運動及觀察者無關，絕對不變，基于絕對不動的以太之上。所以，牛頓可以把時間和空間從物質運動中分離出來，時間和空間也彼此分割，空間絕對不變，數(shù)學的、永遠流逝的時間絕對不變{16}。哲學的時空演變成了可操作的物理時空。這是宏觀低速運動對時空的簡化與抽象，理論與宏觀經驗及計算相符。

相互作用實在論認為，現(xiàn)實世界是人參與的世界，對一個研究對象的觀察，離不開主體、客體、觀察信號三個基本要素。參照物和觀察對象的運動和變化及其時空屬性，與觀察信號的性質相關。牛頓力學中，不是沒有現(xiàn)象對觀察主體的依賴性，而是在理論的建立中認為影響很小，可以忽略不計。牛頓力學是“物理本體=物理實體”的力學{17}。這與宏觀經驗和科學實驗相符，在宏觀低速運動層次實現(xiàn)了主客二分，理論被看作是對客觀實在的描述。牛頓力學中，物質告訴時空如何搭建描述背景，時空告訴物質如何在背景中運動。二者構成背景相關。

牛頓時空是均勻平直時空，相對勻速運動坐標系間的變換是伽利略變換。物理定律在伽利略換下具有協(xié)變性，相對性原理成立。

四、狹義相對論中“現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”及其“消解”

狹義相對論建立之前，洛倫茲就認為高速運動中物體長度在運動方向發(fā)生收縮{18}。這是他站在牛頓時空立場，承認以太及絕對坐標系的存在對洛倫茲變換所作的解釋。描述時空沒有變，“現(xiàn)象對觀察者出現(xiàn)了主觀依賴性”。自然現(xiàn)象失去了客觀性，這是一次認識危機，屬19世紀末20世紀初兩朵烏云之一。

狹義相對論不同，它考慮宏觀高速運動中觀察信號對物體時空特征的影響。愛因斯坦在“火車對時”實驗中，他用“光”作為觀察、記錄、認知物體時空特征的信號{19}；通過參照物到坐標系的抽象，論證靜、動坐標系K與K′“同時性”不同，靜、動坐標系運動方向時空測量單位發(fā)生了變化；將洛倫茲所稱“運動物體自身運動方向上的長度收縮”演變成坐標系時空框架的屬性，還原質點模型，建立相對論力學。實現(xiàn)了觀察者對觀察對象的客觀描述。

狹義相對論中質點的動量、能量、位置和時間都有確定值，質點的運動具有確定的軌跡，這一點與牛頓力學相同。

狹義相對論時空的另一重要物理意義是揭示了“物理本體”的客觀實在性。

牛頓力學缺少相對論不可直接觀察的靜能（m0c2，m0c）對應物，物理本體=物理實體，哲學上的抽象時空直接過渡到牛頓物理時空。

狹義相對論不一樣，每一個物體都有一個不可直接觀察的靜能（m0c2，m0c）對應物，它在任何靜止參考系中都是不變量，是物理實體背后的物理本體，物理本體不變，變的是mc2、mc對應的物理實體?！拔锢肀倔w”既不是形而上的（物自體），也不是形而下的（物體），是形而中的（靜能對應物）。它可以認知、可以理論建構，但又不可直接觀察。相對于牛頓，愛因斯坦相對論揭示了“物理本體”的真實存在性?！翱陀^物質世界”不是思維的產物。

狹義相對論中，物質告訴時空在運動方向如何修正測量單位，時空告訴物質如何長度收縮、時間減緩。時空具有相對性。

狹義相對論時空雖然也是均勻平直時空，但由于有上述“相對時空”的出現(xiàn)，時空度規(guī)與歐氏時空度規(guī)有明顯區(qū)別，所以稱為贗歐氏時空。

但狹義相對論仍然是只考慮光及光速的有限性對建立時空的影響，沒有考慮引力作用對建立時空的影響。如果考慮引力對時空的影響又如何呢？

五、廣義相對論中“現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”及其“消解”

廣義相對論中有水星近日點進動問題和光走曲線的討論。站在牛頓平直時空的立場，觀察結果與理論計算不符。這不是儀器的精度不夠，也不是操作失誤，而是理論本身的問題。因為，牛頓力學也好，狹義相對論也好，討論引力問題，引力場對參照物和研究對象時空屬性的影響都沒有計入其中，而留在觀察者對“現(xiàn)象”的觀察、判斷之中，出現(xiàn)宇觀大尺度“現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”。如果考慮引力場使時空發(fā)生彎曲，利用彎曲時空計算水星近日點進動和光走曲線現(xiàn)象，“現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”就變成時空的屬性?！艾F(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”就得到了“消解”，觀察現(xiàn)象與理論結果就取得了一致。這里，物質使時空彎曲，時空告訴物質如何在彎曲時空中運動。廣義相對論實現(xiàn)了觀察者對觀察對象的客觀描述。

廣義相對論時空是彎曲的，時空度規(guī)是變化的。

六、量子力學中“現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”及其“消解”

微觀客體具有波粒二象性，同一個電子，通過雙縫表現(xiàn)為波，而打在屏幕上又表現(xiàn)為粒子，電子集波和粒子于一身，“量子現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”更為突出。經典力學中波動性和粒子性不能集物體于一身，量子力學與經典力學表現(xiàn)出深刻的矛盾。矛盾的產生，可能是描述微觀現(xiàn)象的時空出了問題。量子力學的研究領域是微觀世界，研究對象是微觀客體，不是經典的粒子，用以觀察的信號也不是連續(xù)的光，而是量子化了的光，通過光信號建立的時空應該與牛頓、相對論時空有所區(qū)別。而量子力學使用的還是牛頓時空、狹義相對論時空，時空沒有變，物理模型沒有變，而研究領域、觀察信號和研究“對象”變了。量子力學必須有自己對應的時空，將“量子現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”，轉化為描述時空的屬性，實現(xiàn)客觀描述量子現(xiàn)象！ 雙4維時空量子力學就是為實現(xiàn)這一目標應運而生的。

現(xiàn)有量子力學“量子現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”之所以難以消解，與量子力學中的點模型相關。許多量子現(xiàn)象與點模型隱藏的空間自由度有直接聯(lián)系，但點模型忽略了這些自由度對產生微觀量子現(xiàn)象的作用和影響。我們必須將隱藏的空g自由度還原于時空，才可能正確地認識、客觀描述量子現(xiàn)象。

可以公認，微觀客體不是點{20}，是一個有形客體，有一定的空間分布，不存在確定于某點的空間位置，這是客觀事實。理論上，牛頓時空幾何點位置是確定的，量子力學使用的是質點模型，0 維，位置也是確定的，牛頓時空可以精確描述質點的運動。那么微觀客體空間分布的不確定性如何處理？人們只好轉而認為點粒子在其“空間分布”區(qū)域位置具有概率屬性。微觀客體自身空間分布的客觀實在性在量子世界轉化成了一種主觀認知，賦予了微觀客體“內稟”的概率屬性，其運動產生概率分布，或稱其為概率波。

這是一個認識上的困惑，似乎量子力學描述失去了客觀實在性。這也是量子力學當今的困境。解決困難的方法是：（一）更換點模型，釋放點模型隱藏的自由度，展示“這些自由度對產生微觀現(xiàn)象的貢獻”；（二）建立適合量子力學自身的時空，將釋放的自由度植入其中，讓“量子現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”變成量子力學時空自身的屬性。

雙4維時空量子力學的辦法是：（一）用“轉動場物質球”模型取代“質點”模型，釋放點模型隱藏的空間自由度；（二）將4維實時空M4（x）拓展到雙4維復時空W（x，k），且將“釋放的空間自由度――曲率k”作為雙4維復時空的虛部坐標；（三）4維曲率坐標將量子力學賦予微觀客體自身的概率屬性變成量子力學復時空的幾何屬性，場物質球自身的旋轉與運動產生物質波――物理波。

“場物質球”與“物質波”（類似對偶性假設）既是同一物理實在的兩種不同描述方式，更是微觀客體粒子性和波動性的統(tǒng)一，曲率的大小表示粒子性，曲率的變化表示波動性。場物質球的物質密度是曲率k的函數(shù)，因此，物質波既是場物質球的結構波又是場物質密度波。物質波不是傳播能量，而是傳播場物質球的結構或物質密度變化，可映射成實時空M4（x）的概率分布{21}，與實驗結果相一致。

這樣，點模型中“量子現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”通過“釋放的自由度”轉變?yōu)闀r空W（x，k）的屬性，物質波傳播其中，量子現(xiàn)象是物質波所為。

研究表明，是量子測量引入的連續(xù)作用，使雙4維時空W（x，k）全域轉換到實時空M4（x），波動形態(tài)轉變成粒子形態(tài)（“相變”），球模型轉換成點模型，概率屬性內在其中，物質波自動映射成概率波，數(shù)學處理類似表象變換{22}。

簡言之，傳統(tǒng)量子力學，微觀客體簡化成質點，描述時空不變，人的主觀意識介入其中，將其空間分布特性――位置不確定性，變成點粒子的概率屬性，實現(xiàn)描述對象從客觀到主觀認知的轉變，具有位置不確定性的點粒子，其運動產生概率波；雙4維時空量子力學，微觀客體簡化成場物質球，“空間分布具體化為幾何曲率”，空間分布特性變成曲率坐標，仍然是從客觀到客觀，描述時空變成了復時空，曲率坐標在其虛部，場物質球的運動產生物質波――物理波。通過量子測量，物質波映射成概率波，球模型演變成點模型，顯示概率屬性，時空內在自動轉換，量子現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性消解在建構的時空理論中。具體論證方法是：

將靜態(tài)場物質球寫成自旋波動形式：Ψ0=е■，描述在復空間。ω0是常數(shù)，它的變化只與自身坐標系時間t0相關，全空間分布（物理本體所在空間）。設建在“靜態(tài)”場物質球上的坐標系為K0，觀察微觀客體從靜止開始作蛩僭碩，由洛倫茲變換：

微觀客體的運動速度不同，平面波相位不同。復相空間kμxμ即為物質波所在時空。物質波是物理波。

自由微觀客體的速度就是建在其上慣性坐標系的速度，慣性系間的坐標變換，隱藏速度突變――“超光速”概念，因為，連續(xù)變化會引進引力場破壞線性空間。不同慣性系中平面波之間，相位不同，類似量子力學中的不同本征態(tài)。這是相對論中的情形{24}。

但是，量子力學建立其理論體系時，把上述不同慣性系中的平面波（不同本征態(tài)，每一本征態(tài)則對應一慣性系），通過本征態(tài)突變躍遷假設（量子分割），切斷因果聯(lián)系，形成同一時空中“同時”并存的本征態(tài)的疊加。態(tài)的躍遷不需要時間，“超光速”（非定域），將類空間隔引入量子力學時空，破壞了原有的因果關系。疊加量子態(tài)的存在，是“違背”因果律在量子力學中的新表現(xiàn)。

量子力學時空顯然不是牛頓、狹義相對論時空，但量子力學卻誤認為量子躍遷引起的時空性質的變化是牛頓、狹義相對論時空中的特征，這當然會帶來不可調和的認知矛盾。

同一微觀客體，不同本征態(tài)“同時”并存的物理狀態(tài)，從整體看，是洛倫茲協(xié)變性在量子力學中的新表現(xiàn)。突變區(qū)“超光速”，是類空空間，“不遵從”因果律；釋放光子的運動在類光空間；而本征態(tài)自身在類時空間，微觀客體運動速度不能超過光速，需保持因果律，物質波討論的就是這一部分，就像相對論討論類時空間物理一樣。量子糾纏態(tài)將涉及到上述三種不同性質物理空間量子態(tài)的轉換，有完全合理的物理機制，不需要思維的特殊作用。不過，相對論長度收縮效應，將以物質波波長在運動方向上的收縮來體現(xiàn)。有了雙4維時空量子力學，量子力學與相對論就是相容的，光錐圖分析一樣適用。

相對論與量子力學的不同，關鍵在于認知層次發(fā)生了變化，光由連續(xù)場演變成了量子場。而我們用來觀察世界的光信號直接與時空相關，光的物理性質的變化，必然帶來物理空間性質的變化，帶來物理模型的變化，帶來量子力學時空W（x，k）與相對論時空M4（x）之間的區(qū)別，帶來對物質波――物理波的全新認知。我們預言，物質波有通訊應用價值{25}，但與量子力學非定域性無關。

《雙4維復時空量子力學基礎――量子概率的時空起源》的理論實踐表明，我們的工作是可取的{26}。結論是，量子力學中，物質告訴時空如何具有概率屬性，時空告訴物質如何作概率運動。量子現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性消解在對應的時空理論之中，實現(xiàn)了觀察者對量子現(xiàn)象的客觀描述。

雙4維時空是描述量子現(xiàn)象的物理時空，時空度規(guī)，無論實數(shù)部分，還是虛數(shù)部分，都是平直的{27}。

近年來，由于量子通訊技術的飛速發(fā)展，量子糾纏的物理基礎引起了人們的特別關注，波函數(shù)的物理本質，量子力學的非定域性討論十分熱烈?！傲孔蝇F(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”更是討論的核心。人們甚至被量子現(xiàn)象的奇異性迷惑了，特別是，有科學家甚至認為：“客觀世界很有可能并不存在”。世界是人臆造出來的？科學實在論者當然不能贊成！更加深入的探討，我們將另文討論。

按照曹天予的評論，《雙4維復時空量子力學基礎――量子概率的時空起源》值得關注{28}。雙4維復時空與弦論、圈論比較，最大優(yōu)點是將時空拓展、推廣到了復數(shù)空間，數(shù)學沒有那么復雜，而物理學基礎卻更加堅實、清晰。

七、結論與討論

1.“現(xiàn)象對觀察者的主觀依賴性”普遍存在于人與自然的關系之中，融入時空的只能是物理實體對時空有影響的部分，時空具有建構特征。

2. 物質運動與時空的關系：牛頓力學中，物質告訴時空如何搭建運動背景，時空告訴物質如何在背景上運動；狹義相對論中，物質告訴時空如何修正測量單位，時空告訴物質如何在運動方向長度收縮、時間減緩；廣義相對論中，物質告訴時空如何彎曲，時空告訴物質如何在彎曲時空中運動；量子力學中，物質告訴時空如何具有概率屬性，時空告訴物質如何作概率運動。

3. 量子力學時空是平直的，其方程是線性的，而廣義相對論時空是彎曲的，其方程是非線性的{29}。量子力學與廣義相對論的統(tǒng)一，不能機械地湊合，它們的統(tǒng)一，必須從改變時空的性質做起，建立相應的運動方程，并搭起非線性空間與線性空間的相互聯(lián)絡通道。

注釋：

① 趙國求：《雙4維時空量子力學基礎》，湖北科學技術出版社2016年版，第5頁；Cao Tian Yu， From Current Algebra to Quantum Chromodynamics： A Case for Structural Realism， Cambridge： Cambridge University Press， 2010， pp.202-241.

② Rocher Edouard， Noumenon： Elementaryentity of a Newmechanics， J. Math. Phys.， 1972， 13（12）， pp.1919-1925.

③④⑥⑦⑩{13}{15}{17}{21}{22}{24}{25}{27} w國求：《雙4維時空量子力學基礎》，湖北科學技術出版社2016年版，第5、105、9、147、179、94、133―136、106、151、151、159、152、149頁。

⑤ 主觀與客觀：“客觀”，觀察者外在于被觀察事物；“主觀”，觀察者參與到被觀察事物當中。 辯證唯物主義認為主觀和客觀是對立的統(tǒng)一，客觀不依賴于主觀而獨立存在，主觀能動地反映客觀。

⑧ L?斯莫林：《通向量子引力的三條途徑》，李新洲等譯，上海科學技術出版社2003年版，第29―33頁。

⑨ 張永德：《量子菜根譚》，清華大學出版社2012年版，第29頁；趙國求：《雙4維時空量子力學基礎》，湖北科學技術出版社2016年版，第178頁。

{11} 馮契：《哲學大辭典》，上海辭書出版社2001年版，第1579―1582頁。

{12} 參見L?斯莫林：《物理學的困惑》，李泳譯，湖南科學技術出版社2008年版。

{14} 相互作用實在論中的基本概念：（1）物質：外在世界的本原。（2）基本相互作用：遍指自然力，有引力，電磁、強、弱等力。（3）自在實體：指未經觀察的“自然客體”（相互作用實在論中，自在實體作為物理研究對象時稱物理本體）。（4）現(xiàn)象實體：經過觀察，系統(tǒng)的、穩(wěn)定的、深刻反映事物本質的理性認知物?，F(xiàn)象則表現(xiàn)自在實體非本質的一面。（相互作用實在論中，現(xiàn)象實體作為物理研究對象時稱物理實體）。（5）觀測信號：人類認知世界使用的探測信號。

{16} 參見伊?牛頓：《自然哲學之數(shù)學原理宇宙體系》，武漢出版社1996年版。

{18} 參見倪光炯等：《近代物理學》，上海科學技術出版社1980年版。

{19} 參見A?愛因斯坦：《相對論的意義》，科學出版社1979年版；愛因斯坦等：《物理學的進化》，周肇威譯，上海科學技術出版社1964年版。

{20} 坂田昌一：《坂田昌一科學哲學論文集》，安度譯，知識出版社2001年版，第140頁。

{23} 參見Guo Qiu Zhao， Describe Quantum Mechanics in Dual 4d Complex Space-Time and the Ontological Basis of Wave Function， Journal of Modern Physics， 2014， 5（16）， p.1684；趙國求：《雙4維時空量子力學基礎》，湖北科學技術出版社2016年版，第149頁。

{26} 參見Guo Qiu Zhao， Describe Quantum Mechanics in Dual 4d Complex Space-Time and the Ontological Basis of Wave Function， Journal of Modern Physics， 2014， 5（16）， p.1684；趙國求：《雙4維時空量子力學描述》，

《現(xiàn)代物理》2013年第5期；趙國求、李康、吳國林：《量子力學曲率詮釋論綱》，《武漢理工大學學報》（社會科學版）2013年第1期。

{28} 曹天予：《當代科學哲學中的庫恩挑戰(zhàn)》，《中國社會科學報》2016年5月31日。

篇5

關鍵詞:非線性;決定論;非決定論;態(tài);態(tài)決定論

中圖分類號:B1文獻標志碼:A文章編號:1673-291X(2010)06-0202-05

引言

決定論與非決定論是一個非常大的哲學命題,幾乎與哲學一樣久遠。在眾多的研究領域,決定論與非決定論的觀點異彩紛呈。因果決定論、道德決定論、邏輯決定論、歷史決定論等等,都是它的不同表現(xiàn)形式。21世紀的世界,科學技術的迅猛發(fā)展,又給人類描繪了世界極為紛繁的特征。這些特征是新技術革命發(fā)生之前所從未被認識過的,并且一些新特征還在不斷地被發(fā)現(xiàn)。這給科學研究和技術創(chuàng)新帶來前所未有的復雜性和艱難性,人們往往只憑在一個學科,一個領域,以及憑借個人的力量很難達到突破性創(chuàng)新。在科學研究中,正確把握決定論與非決定論之間的關系,則可以使研究創(chuàng)新工作少走彎路,達到投入產出的最佳效果。

自20世紀40―60年代系統(tǒng)論、控制論和信息論創(chuàng)立以來,系統(tǒng)的復雜特征逐漸被研究者所認識。盡管目前對復雜性系統(tǒng)的概念,復雜性系統(tǒng)的性質各學派還有很多的爭論,沒有達到清晰、完整的認識,但對其哲學意義的開掘卻已經開始。在系統(tǒng)劃分理論上,一些學派主張將系統(tǒng)劃分為線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)和復雜系統(tǒng),由此上升為線性系統(tǒng)理論、非線性系統(tǒng)理論和復雜系統(tǒng)理論以及線性科學、非線性科學和復雜性科學。從定量上看,復雜系統(tǒng)是空間高維的,具有多輸入多輸出的特征;從定性上看,復雜系統(tǒng)具有非線性、外部擾動、多因素耦合、結構和參數(shù)不確定性或時變性,某些參數(shù)可能具有分布特性和時間滯后性。同時復雜系統(tǒng)有復雜和多重的控制目標和性能判據(jù)[1]。錢學森指出:“把復雜性當做復雜性處理,是復雜性研究的方法論原則?！盵2]那么對非線性問題的研究,采用非線性方法處理就有其實際的合理性。本文將只對非線性系統(tǒng)的決定論與非決定論問題作一些探討。

一、線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)

1.線性系統(tǒng)的定義及歷史淵源

人類最初對自然界的認識,就是從事物的線性關系開始的。其疊加性原理,函數(shù)的直線映射關系構建了世界一幅因與果之間的嚴格對應圖像。由此,有線性代數(shù)、線性力學和線性科學的產生,有變量間變化率為常數(shù)的微分關系。這樣嚴格的機械決定論把一切自然現(xiàn)象都歸結為力學現(xiàn)象,一切運動都歸結為機械運動,整個自然過程可用力學原理來詮釋。1814年,著名的天文學家和數(shù)學家拉普拉斯(P. S. Laplace)的一段話被視為嚴格決定論的經典表述,史稱拉普拉斯決定論。其內容為:“我們應當把宇宙的目前狀態(tài)看做是它先前狀態(tài)的結果,并且是以后狀態(tài)的原因。我們暫時假定存在著一種理解力(intelligence),它能夠理解使自然界生機盎然的全部自然力,而且能夠理解構成自然的存在的種種狀態(tài)(這個理解力廣大無邊,足以將所有資料加以分析),它在同一方式中將宇宙中最巨大物體的運動和最輕原子的運動都包羅無遺;對于這種理解力來說,沒有任何事物是不確定的了;未來也一如過去一樣全都呈現(xiàn)在它的眼中?！盵3]

按照拉普拉斯決定論意義,宇宙狀態(tài)是其在前一瞬間狀態(tài)的必然結果,宇宙的發(fā)展具有嚴格的確定性;宇宙的未來在原則上可以精確預測,人類不能作完全精確的預測是因為觀測資料的不完整和人類智力的缺陷;宇宙可視為大量力學系統(tǒng)的疊加;宇宙處于線性因果關系中,一定的原因產生一定的結果,反之亦然。在這四層含義中,嚴格確定性是核心,可預言性、機械性及因果等當性可視為嚴格決定論的表征。所謂嚴格確定性,不僅表現(xiàn)在人們可用確定性的函數(shù)關系、微分方程、相空間軌道等數(shù)學語言加以描述,還表現(xiàn)在自然規(guī)律具有嚴格的確定性,即規(guī)律的可重復性、未來的可預言性、原則上的可精確計算性。

之所以出現(xiàn)拉普拉斯決定論,這與經典牛頓力學(classical Newtonian mechanics)長期統(tǒng)治人們對客觀世界的認識有著密切的關系。而且,這樣的認識論所產生的科學研究結果無一例外地都得到了重現(xiàn)性(recurrere)證實,因此人們對它的相信也達到了前所未有的程度。

恩格斯在1886年曾經這樣評論說:“上一世紀的唯物主義主要是機械唯物主義,因為那時在所有自然科學中達到某種完善地步的只有力學,而且只有剛體(天空和地上的)力學,簡言之,即重量的力學……。這是法國古典唯物主義的一個特有的,但在當時是不可避免的局限性?！薄斑@種唯物主義的第二個特有的局限性在于:它不能把世界理解為一種過程,理解為一種處在不斷的歷史發(fā)展中的物質。這是同當時的自然科學狀況,以及與此相聯(lián)系的形而上學的即反辯證法的哲學思維方法相適應的。人們知道自然界是處在永恒的運動中,但是根據(jù)當時的想法,這種運動是永遠繞著一個圓圈旋轉,因而始終是停留在同一地點:總是產生同一的結果?！盵4]

2.非線性系統(tǒng)的定義及性質

長期以來,從事科學研究的工作者對非線性系統(tǒng)的認識有一定的片面性,即認為,系統(tǒng)模型不能用線性數(shù)學模型描述的系統(tǒng)。本文所論及的非線性系統(tǒng),不是專指數(shù)學上不能用線性數(shù)學模型描述的系統(tǒng)。有些模型雖然不是數(shù)學上線性顯現(xiàn)的,但仍有確定的解析描述形式,因而是滿足拉普拉斯確定關系的,也就是說這樣的系統(tǒng)仍然是線性的,因為這樣的所謂非線性格式,是可以通過數(shù)學上的變換線性化處理的。例如,軸承的基本額定壽命與當量動載荷之間滿足的關系為:

PL=C (1)

式中:P為當量動載荷,單位為牛頓(N);L為基本額定壽命,單位為小時(h);ε為壽命指數(shù),且ε≠1,C為常數(shù)。很明顯上式是一個雙曲線方程,這好像是一個非線性問題。但是,如果作數(shù)學處理,等式兩端取自然對數(shù),上式就變?yōu)?

εlnP+lnL=lnC (2)

再令lnP=y,lnL=x,lnC=c,1/ε=b,c/ε=c上式又變?yōu)?

y+bx=c(3)

這是線性方程。

非線性系統(tǒng)是不能用解析數(shù)學模型完備描述的系統(tǒng)。非線性系統(tǒng)的結構耗散性、協(xié)同性、突變性、混沌性、超循環(huán)性和分形特征等,是迄今為止所發(fā)現(xiàn)的非線性系統(tǒng)的幾個重要屬性;而非線性系統(tǒng)的復雜性,則是上述本特征耦合的結果,因此復雜系統(tǒng)并不是獨立區(qū)別于非線性系統(tǒng)的另一類系統(tǒng)。

普利高津(I. Prigogine)的耗散結構理論(dissipative structure theory)認為,在開放系統(tǒng)遠離平衡態(tài)下,系統(tǒng)通過和外界環(huán)境進行物質、能量和信息交換,一旦系統(tǒng)的某個參量變化到一定臨界值時,系統(tǒng)就有可能從原來的無序狀態(tài)轉變?yōu)橐环N時間、空間或能量宏觀的有序狀態(tài);哈肯(H. Haken)認為,一個系統(tǒng)從無序到有序的轉變關鍵不在于系統(tǒng)是平衡還是非平衡,也不在于離平衡態(tài)有多遠,而是系統(tǒng)內部子系統(tǒng)間通過非線性相互作用和協(xié)作,在一定條件下,能自發(fā)地產生在時間、空間或功能上穩(wěn)定的有序結構,也就是自組織性;托姆(R. Thom)則認為,系統(tǒng)的狀態(tài)隨外界控制參數(shù)連續(xù)改變時而發(fā)生不連續(xù)的變化,突變類型不取決于狀態(tài)變量的數(shù)目,而取決于控制參量的數(shù)目。當控制參數(shù)不多于4個時,只有7種不同類型的突變形式;龐加萊(H. Poincare)早期從數(shù)學角度運用確定性理論研究太陽系運動時發(fā)現(xiàn),即使是三個星體的簡單模型,也會得到隨機的結果。所以混沌學(scientific chaos)是研究確定性非線性動力學系統(tǒng)所表現(xiàn)出來的,具有貌似隨機,無規(guī)則性復雜行為混沌運動的非線性動力學。雖然混沌是確定性系統(tǒng)內隨機性的表征,但混沌依然存在著確定性:混沌區(qū)在控制空間的位置是確定的;每個吸引域的范圍是確定的;混沌運動遵循統(tǒng)計規(guī)律;奇怪吸引子在相空間的位置是確定的;從初值開始的運動必定走向吸引子,奇怪吸引子的分數(shù)維也是確定的。再以生命的誕生為例,雖然我們用統(tǒng)計方法也難以預言,這是一種本質上的偶然性。但“幾率極小的極偶然事件,在全系綜得以實現(xiàn)的條件下,其實現(xiàn)幾率為一?！盵5] 艾根(M. Eigen)吸收進化論和自組織理論的思想提出的超循環(huán)理論(hypercycle theory)認為,在生命起源和發(fā)展的化學進化階段和生物學進化階段之間,有一個分子自組織階段。在這個階段形成了今天人們發(fā)現(xiàn)的具有統(tǒng)一遺傳密碼的細胞結構。這種遺傳宏觀的形成是由于一種超循環(huán)式的組織一旦建立,就永存下去的選擇機制。曼德布羅特(B. B. Mandelbrot)發(fā)現(xiàn):組成部分以某種方式與整體相似的形體叫分形 (fractal),具有自相似結構的那些幾何形體稱為分形體[6～7]。

二、態(tài)決定論

1.非線性對嚴格決定論的否定

眾所周知,因果性、因果確定性、因果等當性是物理決定論與非決定論的重要判據(jù)。經典科學基于線性因果關系,而上述非線性系統(tǒng)所蘊涵的復雜性科學揭示出世界的非線性因果聯(lián)系,否定了嚴格決定論。

對于混沌與嚴格決定論的關系大致有兩種對立的觀點:法國哲學家布多認為,混沌并“沒有宣布拉普拉斯兩世紀前所說明的普遍的決定論的著名學說失效”[8],并不存在嚴格的混沌定義,它還更多的只是假設的性質。許多過于理想化的混沌只是數(shù)學的模型,不具有具體的物理指稱。更多的研究者持相反的觀點,認為混沌現(xiàn)象廣泛存在于天體運動、化學反應、氣候變化、經濟增長甚至疾病傳播中?；煦缙茰缌死绽箍深A測性幻夢,標志著嚴格決定論的失效?；煦鐑入S機特性表明,確定性系統(tǒng)也是不確定的。隨機性是普遍存在的甚至可起支配作用,確定性反而是個別的,這恰恰與嚴格決定論對確定性的信念倒置。“蝴蝶效應”是一種非線性因果關系,這標志確定系統(tǒng)的長期可預測性失效。奇異性進一步揭示出確定性與隨機性、有序與無序的辯證關系?；煦绮⒎墙^對的有序,也不是完全的無序,它顛覆了嚴格決定論對確定性的機械理解。

長期預測的不確定性,決定了事物結構的穩(wěn)定性,本質上是事物發(fā)展的基本訴求。在市場經濟條件下,股市的短期可預測性是經濟規(guī)律的體現(xiàn);但長期的不可預測性是股市防止控的“自身免疫”,如果股市發(fā)展是線性決定的,實際也就標志著縱,從而走向崩盤。從本質上看,股市的混沌性是股市健康發(fā)展的基礎。

2.非線性不是對非決定論的肯定

波普爾(K. Popper)在《非決定論和人類自由》一文中強調自己是一位非決定論者,但他同時指出,僅以決定論與非決定論的視野來看待世界是不夠的。他說:“如果決定論是真的,那么世界就是一個完美無瑕的運行的鐘,包括所有的云,所有的有機體,所有的動物,以及整個人類。另一方面,如果皮爾斯的、海森堡的或其他形式的非決定論是真的,那么純粹的機遇就在我們的物理世界中起到一種主要的作用。但機遇真的會比決定論更令人滿意嗎?”[9]顯然,波普爾的決定論是嚴格的決定論。但事實上,機遇在很多情況下比嚴格決定論更令人滿意,當嚴格決定論對世界圖像的描述陷入困惑時,非線性決定論所起的作用就是無可比擬的,但這決不是非決定論。愛因斯坦(A. Einstein)有一句名言:“上帝不會擲骰子” 。從哲學來看,愛因斯坦與“正統(tǒng)派”的爭論,焦點并非客觀物理世界是否存在秩序和規(guī)律(這幾乎是所有科學家的共識)。關鍵在于:這個井然有序的客觀世界究竟是完全決定性的,還是為機會、發(fā)展、新穎性以及人的自由和神的作為留有實實在在的空間?愛因斯坦顯然屬于前者,他認為,“或許,從未有過一個理論能像量子理論這樣,能對各種不同的經驗現(xiàn)象提供解釋和計算的鑰匙。盡管如此,我卻堅信此理論會把我們對物理學基礎統(tǒng)一性的尋求引入歧途。因為我認為它是對實在事物的一種不完備的表示,盡管它是唯一的一種能夠用力和質點這些基礎概念建造起來的理論(對經典力學的量子修正)。然而,這種表示的不完備性必然導致規(guī)律的統(tǒng)計本質(不完備性)。” [10]

非線性的另一個重要原則是不確定性,不確定性不等于非決定論。莫蘭(E. Morin)認為,通常存在著對于復雜性的兩種誤解:第一種是把復雜性設想為妙方、答案,而不是把它考慮為挑戰(zhàn)和對于思想的激勵,以為復雜性是簡化方法的有效替代物,像簡化方法一樣可以程序化和加以明確規(guī)定;第二種誤解是把復雜性與完備性加以混淆。他指出,復雜性的愿望只是說明被不同學科之間、不同認識范疇之間和不同類知識之間的斷裂所破壞的各種關聯(lián)的必要性……在它的核心包含著“一個不完備性和不肯定性的原則”[11]。

3.態(tài)決定論(state determinism)

態(tài)的哲學定義是存在,是事物的表現(xiàn)?！按嬖谙扔诒举|”,這是因為我們的哲學認識必須從主觀開始[12]。非線性系統(tǒng)的本質特征是不滿足拉普拉斯決定論,其內稟性是,由態(tài)所決定的。仔細考察拉普拉斯決定論,就會發(fā)現(xiàn),其實拉普拉斯決定論的態(tài)是一個包含完整信息,能夠決定其未來和過去任意時刻的態(tài),它出現(xiàn)的概率為1,因此不具有分布性,表現(xiàn)出線性關系性質。更多的系統(tǒng),并不具有這樣的內稟性,“上帝真是在擲骰子”,其幾率決定態(tài)表現(xiàn)了系統(tǒng)不一樣的非線性性質。

力學量用算符表達是力學研究的普遍方法,但算符的采用并不表明系統(tǒng)一定可數(shù)學解析表述。設為本征量算符(Operator),O是態(tài)的本征值,那么就有

Φ=oΦ(4)

式(4)中Φ為態(tài)函數(shù),且可表示為:

Φ=Φ(α,β,γ,…)(5)

式(5)中α,β,γ,…是描述態(tài)的空間坐標。由(4)式決定的算符本征值實際揭示了事物本征的態(tài)決定性,這就是態(tài)決定論的具體內涵。

在經典力學中,態(tài)由物體的質量(凝聚態(tài))m表征,將算符寫為=,即速度關于時間的一階微分算符,由(4)式則有:

m=am(6)

或寫為:

m=ma(7)

這就是著名的牛頓第二定律。顯然這個定律描述的是線性關系。在量子力學中,態(tài)由概率波(Probability wave)函數(shù)Ψ描述,波函數(shù)Ψ的歸一化表示了態(tài)存在的統(tǒng)計結果。如果將算符寫為:

=-+(8)

E為系統(tǒng)的能量本征值,μ為粒子的質量,為普朗克常數(shù),由(4)式可得到:

-+Vψ()=Eψ()(9)

這就是著名的薛定諤(Schrdinger)方程,幾率決定性成為了系統(tǒng)一個突出的特征。

在數(shù)學物理方法中,如果函數(shù)Φ(α,β,γ,…)可分離變量,即:

Φ(α,β,γ,…)=φ(α)φ(β)φ(γ)(10)

則方程(4)似乎可以得到解析解。但這個過程主要包含了以下兩個基本假設:1)系統(tǒng)各子態(tài)間是非耦合的;2)系統(tǒng)各子態(tài)是線性的。非常不幸的是能夠找出解析解的微分方程是很少的,因此,這樣的系統(tǒng)在自然界中寥寥無幾。大量的系統(tǒng)是非解耦的,非線性的,這就是系統(tǒng)的復雜性。之所以不能完整地描述世界,是因為:1)我們不能把(4)式寫得更具有完備性。著名物理學家普朗克(M. Planck)指出:“科學是內在的整體,它被分解成單獨的整體,不是取決于事物本身,而是取決于人類認識能力的局限性……”[13] 正因如此,(10)式究竟可以寫成多少個分離子態(tài)的連乘積,可能永遠也不會有一個明確的答案;2)即使我們認識了系統(tǒng)的耦合度,我們也始終不可能將其解耦,因為對總系統(tǒng)而言,態(tài)的解耦可能意味著系統(tǒng)的“崩潰”。量子力學描繪的圖景中,有一個不確定性原理[14]使得物理學家們有“盲人摸雪”的比喻。3)宏微觀世界的割裂描述,也決定了我們不能完整地描述世界。宏觀世界的描述方法導致了對微觀世界的思維困惑,同樣微觀世界的描述方法導致了對宏觀世界的思維困惑。我們至今沒有勇氣承認宏觀世界中,同樣存在不確定性原理。

材料力學中壓桿的屈曲問題[15],就可以找到不確定性原理的宏觀表現(xiàn)。設壓桿為一均質圓形截面等直桿,兩端由理想球鉸鏈支承,受到載荷F(臨界載荷為F)的軸向作用,E為彈性模量,I為圓桿的軸慣性矩,其滿足的決定性方程為:

-EIφ(x,y)=Pφ(x,y)(11)

式中φ(x,y)是描述壓桿彎曲的態(tài)函數(shù)。如圖1所示,壓桿在經過z軸,與xoy平面相垂直的任何一個平面內發(fā)生失穩(wěn)彎曲的機會是均等的,因此無法確定壓桿將在哪一個平面內發(fā)生失穩(wěn)。如果刻意要確定壓桿是在xoz或yoz平面內發(fā)生失穩(wěn),那么至少壓桿的支承球鉸鏈是要發(fā)生改變的,由球鉸鏈變?yōu)槠矫驺q鏈。這時的系統(tǒng)已經不再是原來的系統(tǒng)了。

三、基于態(tài)決定論的哲學認識

1.態(tài)決定論是另一種形式的因果結構

非線性系統(tǒng)的因果關系意味著的可預言性并不是實際的可預言性,因為沒有誰能知道完備的事實和規(guī)律。如果先前條件和有關規(guī)律的完備描述確實存在,那么事件的預言就的確存在一種二值邏輯關系:真(T)與假(F),但這并不意味著結果以必然性跟隨原因。由于相關性的存在,與因果關系是不相同的。決定態(tài)的演化歷史的因素并不只是因果關系上的因素,同時還有相關性因素,相關性因素的不確定性,導致態(tài)的非二值邏輯決定關系。

2.態(tài)決定論不是非決定論

由于量子力學的不確定性原理,可能產生的誤解則是認為量子力學的基本特征是非決定論的[16],一些學者提出的三值邏輯取代傳統(tǒng)的二值邏輯的三個可能值:真(T)、假(F)和不確定(I),并不是真正意義上的非決定論,因為無論上述三值中的任何一個都是決定論的結果,因為自然界并不存在無果之因。態(tài)決定論基于事件發(fā)生前的歷史,是有預言性的,也即過去“態(tài)”對事物的發(fā)展方向是有所影響的;而將來“態(tài)”的不確定性同樣對事物的發(fā)展方向產生一定的影響,對將來“態(tài)的預期”可能會引導態(tài)的演進方向。態(tài)決定論自然觀的歷史演變呈現(xiàn)出否定之否定的發(fā)展過程,即從原始人的偶然性的混沌自然觀,中經各種決定論自然觀(如拉普拉斯決定論自然觀),再回到現(xiàn)代的確定性混沌自然觀。

3.超越中西思唯模式的哲學認識

基于態(tài)決定論的哲學認識意義在于超越西方的二元論思維模式和東方的一元思維模式,單純的經典科學中的波動與粒子、有序與無序、確定性與不確定性等對非線性系統(tǒng)的描述是不完備的,而一元思維模式又不能體現(xiàn)過程的具體性。當代科學研究中的成果體現(xiàn)出的更多是多元思維的成就。同時,在具體的科學研究活動中,不論是東方的一元思維模式還是西方的二元思維模式,仍然發(fā)揮著不可替代的作用。非線性系統(tǒng)是形下學世界與形上學世界綜合客觀體現(xiàn)。

結語

我們沒必要在決定論與非決定論之間作出選擇。因為如果我們以決定論觀點看待這一切,那么無序、偶然性、不確定性只是有序、必然性、確定性中的偏差,但實際上這不僅是偏差的問題,甚至有可能背離。不作這樣的選擇,并非意味著我們的研究工作毫無意義,如果我們以非決定論觀點看待這一切,那么“組織化和有序化僅僅是大混亂中的一時的偏差和波動” [16],這樣科學事實就失去了重現(xiàn)性,我們的所有研究也就隨之失去了意義。辯證的原則提醒我們不要選擇,因為任何一種選擇都會導致偏執(zhí)。非線性的復雜性要求我們,超越選擇并避免偏執(zhí)。非線性既不能停留于非決定論的迷茫中,亦不能以決定論的偏執(zhí)遮蔽世界的本質。

參考文獻:

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The Determinism and Indeterminism On Non-Linear System

HUANG Jun-ping1,2

(1.College of Resources and Environmental Science Chongqing University, Chongqing400044,china;2.Chongqing Vocational Institute of Engineering, Chongqing 400037,China)

篇6

關鍵詞：世界;可知性;闡釋

思維與存在的同一性是一個古老的哲學問題,世界是可知的,抑或不可知?不同的哲學家有不同的解釋。這種種解釋推動著人們對這一問題的思索,但很難令人信服地說已有一個相對合理完滿的答案。本文試圖通過對這一闡釋歷史過程的演進的分析,揭示這一問題的內涵及解決之道。

一本體論闡釋

近代哲學以前,對世界可知性問題的闡釋,是構建在獨立于人之外的世界本體的預設基礎之上的.人們追問的問題是:世界是否可知?如果可知,其理據(jù)何在?世界是否徹底可知?如果不是徹底可知,其界限何在?古希臘人最早提出了思維與存在的同一性問題.巴門尼德認為,“能被思維者和能存在者是同一的”[1],蘇格拉底、柏拉圖都堅信人類的心靈、靈魂可以把握事物的本質,得到真正的知識.但懷疑論者指出,人類的理解力只能把握現(xiàn)象中已有的東西,一切理性的東西都離不開感覺經驗.人是依賴感覺去把握存在的,而感覺的主觀性、不確定性說明思維并不能絕對地反映存在。因此高爾吉亞認為即使有物存在,也不可知。盡管人心可以設想關于實在的觀念,但這種觀念畢竟不等同于實在本身。形而上學借經驗類比推測超驗的實在,從思想觀念推證存在本質,根源在于對絕對確定性的追求。事實上,對確證性的渴望只能以或然性的假設而告終。

近代唯理論和經驗論都肯定思維與存在的同一性,但為認識可靠性的基礎是理性還是經驗而爭論不休。休謨認為,“我們憑什么論證能夠證明人心中的知覺是由和它們相似(如果這是可能的)而實際完全差異的一些外物所引起的呢?”[2]事實上,人的認識只能建立在經驗基礎上,它不能超出經驗。但經驗的證據(jù)有兩重性:一方面,作為知識來源的原始經驗是可靠的,只真不假;另一方面,由原始經驗出發(fā)做出的經驗推理是可錯的,它只能提供或然性的知識,不具有普遍必然性。也就是說,原始經驗的可靠性決定了它可以作為一切科學認識唯一牢固的基礎,經驗推理的不確定性決定了經驗體系范圍是有限的,它不能達到終極的原則。

休謨認為,在經驗范圍之內的事情是可知的,超出經驗的事情是不可知的。只有將認識限制在合理的范圍內,才能反對一切獨斷的迷信。休謨劃分可知與不可知界限的做法給康德以深刻啟示。在思維與存在同一性問題上,關鍵問題不在于思維和存在是否同一,在何基礎上同一的問題,而是思維和存在同一性的界限問題,或者說“我們能認識什么”的問題。在康德看來,理性以其先天知識形式在綜合統(tǒng)一后天感覺材料中創(chuàng)造自己的認識對象———自然界,從而獲得知識的有效性;但理性為自然所立的法只適用于現(xiàn)象界,而不適用于作為現(xiàn)象基礎的物自體,因而人只能認識現(xiàn)象而不能認識物自體,物自體存在而不可知。這一思想遭到黑格爾的嚴厲抨擊。黑格爾認為,給認識的有效性劃定一個范圍,認為認識只能把握有限相對的事物,至于絕對無限的東西則被否認或推到不可知的領域,實際上就否認了思維與存在的同一性。康德形而上學的錯誤在于割裂了現(xiàn)象與本質、有限與無限、相對與絕對、實在和概念的有機的辯證的統(tǒng)一。在黑格爾看來,存在即思維,沒有思維以外的客觀存在,思維是存在的本質,存在是思維的內容;思維與存在的同一不是絕對的,僵死的,而是一個矛盾發(fā)展的過程,是由自在到自為,由有限到無限,由相對到絕對,由直觀的多樣性到多樣性的統(tǒng)一,由表面的現(xiàn)象到深刻的本質的過程。作為認識不是一成不變的,而是一個由感性直觀到思維概念的發(fā)展,是一個越來越深入地把握對象真理性的過程。

黑格爾試圖通過揭示思維和存在的辯證性質克服認識的界限問題,從而最終解決思維和存在的同一性或者說認識的可知性問題,但由于其客觀唯心主義基礎,這種分析仍不盡合理。黑格爾預設絕對精神,把認識看作是對絕對知識愈來愈全面的把握,依然是構建在主客二分,絕對本質的先驗預設的本體論基礎之上的?，F(xiàn)代科學如量子力學等科學的最新發(fā)展都證明,“絕對精神”,事物的絕對全面的本質是不存在的,假定客觀世界獨立于觀察者,并且不受主體對它的認識所影響,即有一個自在自為的客觀世界和獨立于認識對象之外的“超然觀察者”,這是不成立的,世界可知性問題要求新的闡釋。

二語言論闡釋

現(xiàn)代西方哲學在現(xiàn)代科學的基礎上,排斥作為傳統(tǒng)認識論基礎的主客、心物、思有的二元分立,實現(xiàn)了“語言學的轉向”。他們認為,語言是存在的家,世界只有進入語言,才能表現(xiàn)為人的世界;世界的視域就是語言的視域,我們都是在語言中認知,世界可知性問題可以歸結為語言論問題。胡塞爾認為,傳統(tǒng)的本體論闡釋的一個根本缺點是沒有考慮認識如何可能的問題。既然我們關于世界的一切知識都是通過認識獲得的,那么在對認識的可能性問題反思之前就不能認為世界是可知的。人們要問:意識之外是否存在獨立于意識之外的對象?意識如何能越出自己達到對象,何從知道由認識所描述的對象與事物本身狀態(tài)相符合?認識的主體在認識對象過程中究竟起什么作用?胡塞爾反思的結果是追溯到語言研究,認知之所以可能,在于意識自身建構的意義,意義指向語言,語言規(guī)定了認知理解的限度。維特根斯坦則直接把世界可知還是不可知轉換為世界可說還是不可說的問題。在他看來,世界概念并不僅僅包含現(xiàn)實世界,更重要的是包含一切邏輯上的可能世界,“世界是事實的總和,而不是事物的總和”[3],現(xiàn)實世界只是邏輯上的可能世界中的一種而已。

一旦有了這種對世界的清晰認識,我們就可以用邏輯來分析語言命題,發(fā)現(xiàn)語言表達中潛在的邏輯形式,并以此確定語言的界限或者說認識的界限.也就是說,我們描述世界的語言限制著我們對世界的認知,語言的界限和世界的界限是同一的。所謂能夠說的東西是指語言命題在一定邏輯架構中可以真實地表達事實。用來述說事物的語言基本單位是命題,一個命題作為一個邏輯圖像說某些事情,它有確定的含義,命題的含義在于它是一個可能事態(tài)的圖像,一經分析,普通語言就顯示出邏輯形式。真命題就是描述存在結構的命題,存在事態(tài)的總和構成事實,真命題的總和形成科學;世界作為事實的總和,語言邏輯保證只要能說的都能說清楚。所謂不能說的東西,是指對象世界不能用語言表達的東西。一切能夠表達的東西都能用邏輯形式加以描述,但邏輯是有限度的,不可能表達一切東西,如邏輯形式的地位,哲學本質,生命意義和對世界的神秘感覺都是不可說的。這些東西不可說,但理智本性卻總想說出它們,傳統(tǒng)形而上學錯誤正是試圖說出這些不可說的對象。因此,維特根斯坦告訴我們必須在語言中劃清界限,“凡是能夠說的東西,都能說清楚,凡是不能談論的,就應該保持沉默?！盵4]但是能夠說的東西是什么樣的對象世界?這演變?yōu)楫敶Z言哲學中的實在論與反實在論之爭。實在論者認為對象世界是獨立于人的存在而存在的,語言陳述的真假與主體的認識能力無關,科學理論是表述客觀世界的,決定科學陳述真假的,不是人的主觀感覺,也不是人們的內心結構或語言,而是外在的世界,語句的真假值取決于該命題和該命題所描述的外在世界是否一致;反實在論者則認為認知活動是一種構造和想象,“人們總是通過這樣或那樣的概念的透鏡來了解自然,而且這些概念框架以及嵌在框架之內的語言,可能給我們所認知的事場染上一種不可避免的色彩”。[5]人們沒有理由相信語言解釋反映了真實世界,語句的真假值總是和認知者的價值系統(tǒng),語言架構甚至個人興趣密切相關。

如此,世界可知性問題的闡釋集中在以下的問題上:可知的世界是什么?世界可知的理據(jù)是什么?或者說世界在什么意義上是可知的?哲學在實踐基礎上對此進行了科學的分析。

三實踐論闡釋

篇7

關鍵詞：物理學；人文文化

物理學是一門最基本的自然學科，它是探討物質結構和物質基本運動規(guī)律的學科，所以人們往往認為物理學只是包含一些枯燥的理論公式，而忽視了物理學中包含的人文因素諸如人文哲學思想、美學、道德等方面。實際上，物理學在產生、形成、發(fā)展的過程中，人們不是為了物理學而研究物理學，而是為了有助于人類、社會以及個體人的發(fā)展而研究物理學，所有這些都涉及到了人與人的關系、人與自然的關系，這些關系中都蘊含著豐富的人文文化。

著名物理學家吳健雄曾指出：為了避免出現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展中的危機，當前一個刻不容緩的問題是消除現(xiàn)代文化中兩種文化，即科學文化和人文文化之間的隔閡，而加強這兩方面的聯(lián)系。沒有比大學更加適合的場所了。只有當兩種文化的隔閡在大學園里加以彌合之后，我們才能對世界給出連貫而令人信服的描述。所以我們有必要去討論科學文化中的人文思想。

下面從文化角度去剖析物理學中的人文思想，主要有以下幾方面：

1　物理學中的唯物辯證法思想

物理學在古代被稱為自然哲學，物理學作為一門精密的學科進行研究是從1687年牛頓發(fā)表的《自然哲學的數(shù)學原理》開始的。隨著學科的發(fā)展與不斷完善，物理學才從哲學中分化出來，形成獨立的學科，但物理文化中蘊含的哲學思想是不會被分離的。

1.1　實踐是檢驗真理的唯一標準

物理學是實驗科學，物理實驗既是建立物理理論的基礎又是檢驗物理理論真理性的方法。楊振寧教授說“物理學是以實驗為本的學科”，物理學上很多理論都是通過實驗檢驗論證的結果，體現(xiàn)了唯物辯證法的認識論觀點——實踐是檢驗真理的唯一標準。

1.2　物質是普遍聯(lián)系的

物理發(fā)展史上，很多地方體現(xiàn)了物質是普遍聯(lián)系的觀點。比如人們曾經把電和磁孤立起來，物理學家奧斯特接受自然力統(tǒng)一的哲學思想。堅信電和磁之間存在某種潛在聯(lián)系，經過多年研究，終于發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應，并由此開創(chuàng)了電磁學的新紀元。把電和磁聯(lián)系了起來，這正體現(xiàn)了唯物辯證法的特征——物質是普遍聯(lián)系的。

1.3　事物發(fā)展過程中的“否定之否定”規(guī)律

人們對物理現(xiàn)象及其本質的認識是不斷地發(fā)展和完善起來的，每一種理論的建立過程都體現(xiàn)了“實驗(事實)——理論假設——實驗(新的事實)——修正理論”，遵循著辯證唯物主義中的“否定之否定”規(guī)律。比如在整個光學的發(fā)展史中對光本質這個問題的認識，先是牛頓的微粒說；再是惠更斯的彈性波動說；接著麥克斯韋提出電磁波動說；到20世紀愛因斯坦提出光量子說。最終人們認識到光具有波粒二象性，人類對光本性的認識就正是遵循著“否定之否定”認識規(guī)律的反映。

1.4　主要矛盾與次要矛盾的辯證關系

物理學中為了方便研究問題，經常抓住物體的主要特征，忽略物體的次要特征，而抽想出一些理想模型。如“質點”這個理想模型保留了實際物體的質量和存在的位置，而忽略了物體本身的大小形狀，體現(xiàn)出辯證唯物主義中的“主要矛盾與次要矛盾之間的辯證關系”。

1.5　運動的相對性和時空的相對性

近代物理學的一大理論—愛因斯坦的相對論中涉及的哲學問題很多。最突出的就是相對運動和相對的時空觀念。相對論指出：相對性原理的本質在于運動的相對性這一事實，而不存在絕對運動。相對論否定了絕對運動的存在，就否定了絕對時空的概念。它通過不變的光速把時間和空間聯(lián)合為一個整體，由洛倫茲變換建立起各個慣性系之間的時空關系。

可見，不論是物理文化知識本身，還是物理文化形成、發(fā)展的過程都蘊含著豐富的哲學思維方法，對人類的自然觀和哲學思想有重大的影響。

2　物理學中的美學文化

2.1　物理理論的美學特征

2.1.1　簡單深刻美

在一個藝術家眼里簡單是一種美。自然現(xiàn)象錯綜復雜，物理學則力求用簡單的方程或定律去概括自然規(guī)律，但其反映的內在規(guī)律確是非常深刻的。如能量的轉化和守恒定律反映了各種不同形式的能量的轉化，牛頓的三大定律更是概括了宏觀低速條件下各種機械運動的規(guī)律，麥克斯韋電磁方程組將復雜的電磁現(xiàn)象統(tǒng)一其中，愛因斯坦相對論中的基本原理簡單凝練，但其中內涵確是豐富而深刻的。

2.1.2　對稱守恒美

對稱是自然界中廣泛存在的也是人們很樂于接受的一種美學形式，物理學在對自然的表述中處處顯現(xiàn)出了這種對稱的美：引力和斥力，“電生磁”與“磁生電”，粒子與反粒子，物質與反物質、圓孔或單縫衍射圖樣的對稱、無限長直導線周圍磁場的軸對稱等等。物理定律對某種規(guī)范變換的不變性、守恒性更是貫穿于整個物理學的一種對稱形式，物理學中有許多守恒定律如：動量守恒、機械能守恒等等。實際上，對稱性已經成為當代物理學家研究物理理論的一種方法。

2.1.3　統(tǒng)一和諧美

物理理論的和諧統(tǒng)一美實際上是自然界和諧統(tǒng)一美的理論形態(tài)。如麥克斯韋電磁場理論把電學、磁學、光學統(tǒng)一了起來，量子力學把波動性和粒子性統(tǒng)一了起來，愛因斯坦的相對論把時間、空間、物質和運動統(tǒng)一起來，把經典物理學都包容在他的理論框架之內，創(chuàng)造了程度更高范圍更大的和諧統(tǒng)一理論。

2.2　物理學家與美學思想

世界著名物理學家狄拉克認為：讓一個方程具有美感要比符合實驗更為重要。法國科學家彭加勒曾說：“科學家研究自然，是因為他從中能得到樂趣，他之所以能得到樂趣，是因為她美”。著名物理學家楊振寧曾經說過：“物理學的原理有它的結構，這個結構有它的美跟妙的地方，而各個物理學工作者對于這個結構的不同的美跟妙的地方的感受，有不同的了解，因為大家有不同的感受，所以每一個工作者會發(fā)展他自己獨特的研究方向跟研究方法，形成他自己的風格。”

許多著名的物理學家都有感知美的奇異本領，美學思想在許多物理學家創(chuàng)立與評價物理學理論時起著重大的啟發(fā)與指導作用。追溯人類科學源頭，科學美始終被作為一種人文理想而追求，成為科學家們獻身科學、潛心研究的直接動力之一。

3　物理學中的科學道德精神

3.1　對未知的好奇與探索精神

好奇心是一種情感，是一種人文精神，也是最重要的科學精神。科學進步的真正動力是許多物理學家對了解未知事物的欲望。牛頓看到蘋果落地，就去想蘋果為什么會從樹上掉下來，從而想到了萬有引力；阿基米德從浴桶洗澡中得到啟示，發(fā)現(xiàn)水面上升與他身體侵入部分體積之間的內在聯(lián)系，找到了鑒別金質王冠是否摻假的方法，產生阿基米德原理，發(fā)現(xiàn)浮力定律等。這種對未知的好奇與探索精神，對物理學的發(fā)展與人類的文明有很重要的作用。

3.2　實事求是、勇于創(chuàng)新的科學精神

實事求是認知的基礎，而創(chuàng)新則是科學精神的核心。20世紀物理學的革命告訴我們：科學的發(fā)展道路上科學家要創(chuàng)立一種新理論的時候，都必須要有敢于向已有的舊理論、舊思想提出質疑的勇氣。例如：伽利略正是因為對亞里士多德“力是產生物體運動的原因”的懷疑，才建立了正確的力和運動的關系。以至于后來的牛頓運動定律的產生。著名物理學家楊振寧和李政道正是因為敏銳的覺察到了從未被人懷疑過的宇稱守恒定律的適用范圍，大膽提出了弱相互作用中宇稱不守恒的論斷，才使物理學理論有了一個突破性的進展。

3.3　合作與寬容精神

篇8

十九世紀末二十世紀初，經典物物學的各個分支學科均發(fā)展到了完善、成熟的階段，隨著熱力學和統(tǒng)計力學的建立以及麥克斯韋電磁場理論的建立，經典物理學達到了它的頂峰，當時人們以系統(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觀察到的物理現(xiàn)象。由于經典物理學的巨大成就，當時不少物理學家產生了這樣一種思想：認為物理學的大廈已經建成，物理學的發(fā)展基本上已經完成，人們對物理世界的解釋已經達到了終點。物理學的一些基本的、原則的問題都已經解決，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，在十九世紀末二十世紀初，正當物理學家在慶賀物理學大廈落成之際，科學實驗卻發(fā)現(xiàn)了許多經典物理學無法解釋的事實。首先是世紀之交物理學的三大發(fā)現(xiàn)：電子、X射線和放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)。其次是經典物理學的萬里晴空中出現(xiàn)了兩朵“烏云”：“以太漂移”的“零結果”和黑體輻射的“紫外災難”。[1]這些實驗結果與經典物理學的基本概念及基本理論有尖銳的矛盾，經典物理學的傳統(tǒng)觀念受到巨大的沖擊，經典物理發(fā)生了“嚴重的危機”。由此引起了物理學的一場偉大的革命。愛因斯坦創(chuàng)立了相對論；海林堡、薛定諤等一群科學家創(chuàng)立了量子力學?，F(xiàn)代物理學誕生了！

把物理學發(fā)展的現(xiàn)狀與上一個世紀之交的情況作比較，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建立起來以后，現(xiàn)代物理學經過七十多年的發(fā)展，已經達到了成熟的階段。人類對物質世界規(guī)律的認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?？梢哉f，現(xiàn)代物理學的大廈已經建成。在這一點上，目前有情況與上一個世紀之交的情況很相似。因此，有少數(shù)物理學家認為今后物理學不會有革命性的進展了，物理學的根本性的問題、原則問題都已經解決了，今后能做到的只是在現(xiàn)有理論的基礎上在深度和廣度兩方面發(fā)展現(xiàn)代物理學，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驗，多數(shù)物理學家并不贊成這種觀點，他們相信物理學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領域中有一些物理現(xiàn)象是現(xiàn)代物理學的理論不能很好地解釋的，但是這些矛盾并不是嚴重到了非要徹底改造現(xiàn)有理認紗可的程度。在這方面，目前的情況與上一個世紀之交的情況不同。在上一個世紀之交，經典物理學發(fā)生了“嚴重的危機”；而在本世紀之交，現(xiàn)代物理學并無“危機”。因此，我認為目前發(fā)生現(xiàn)代物理學革命的條件似乎尚不成熟。

雖然在微觀世界和宇宙學領域中有一些物理現(xiàn)象是現(xiàn)代物理學的理論不能很好地解釋的，但是這些矛盾并不是嚴重到了非要徹底改造現(xiàn)有理認紗可的程度。在這方面，目前的情況與上一個世紀之交的情況不同。在上一個世紀之交，經典物理學發(fā)生了“嚴重的危機”；而在本世紀之交，現(xiàn)代物理學并無“危機”。因此，我認為目前發(fā)生現(xiàn)代物理學革命的條件似乎尚不成熟?？陀^物質世界是分層次的。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)構成。物質世界從微觀到宏觀分成很多層次。物理學研究的目的包括：探索各層次的運動規(guī)律和探索各層次間的聯(lián)系。

回顧二十世紀物理學的發(fā)展，是在三個方向上前進的。在二十一世紀，物理學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，我們已經了解了原子核的結構，發(fā)現(xiàn)了大量的基本粒子及其運規(guī)律，建立了核物理學和粒子物理學，認識到強子是由夸克構成的。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，所以我認為近期內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。

我個人對于近年來提出的宇宙創(chuàng)生學說是不太信的，并且認為“大爆炸”理論只是對宇宙的一個近似的描述。因為現(xiàn)在的宇宙學研究的只是我們能觀測到的范圍以內的“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)代宇宙學只研究我們這個“宇宙”，當然只能得到近似的結果，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)計物理學研究的主

要內容。二十世紀在這方面取得了巨大的成就，先是非平衡態(tài)統(tǒng)計物理學有了得大的發(fā)展，然后建立了“耗散結構”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科都納入非線性科學的范疇。相信在二十一世紀非線性科學的發(fā)展有廣闊的前景。

上述的物理學的發(fā)展依然現(xiàn)代物理學現(xiàn)有的基本理論的框架內。在下個世紀，物理學的基本理論應該怎樣發(fā)展呢？有一些物理學家在追求“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，我認為“物質世界是既統(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。”“人們在實踐中對于真理的認識也就永遠沒有完結?！盵5]

現(xiàn)代物理學的革命將怎樣發(fā)生呢？我認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。物質構成了生命體之后，其運動和變化實在太奧妙了，我們沒有認識的問題實在太多了，我們今天對于生命科學的認識猶如亞里斯多德時代的人們對于物理學的認識，因此在這方面取得突破性的進展是很可能的。我認為，物理學業(yè)與生命科學的交叉點是二十一世紀物理學發(fā)展的方向之一，與此有關的最關于復雜性研究的非線性科學的發(fā)展。

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

三、現(xiàn)代物理學的理論基礎是完美的嗎？

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

呢？我們來審思一下這個問題。

1）對相對論的審思

當年愛因斯坦就是從關于光速和關于時間要領的思考開始，創(chuàng)立了狹義相對論[1]。我們今天探尋現(xiàn)代物理學革命的突破口，也應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”，這樣就很自然地導出了洛侖茲變換，進一步導致一個四維時空（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、空間是物質運動的表現(xiàn)形式，不能脫離物理質運動談論時間、空間，在定義時空時應該說明是關于什么運動的時空。現(xiàn)代物理學認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于由電磁相互作用引起的物質運動的時空，適用于描述這種運動。

愛因斯坦把他定義的時間應用于所有的物質運動，實際上就暗含了這樣的假設：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，關于由電磁力引起的物質運動的四維時空（x，y，z，ict）和關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，需要導出c＇的數(shù)值。

我在二十多年前開始形成上述觀點，當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，希望能從實驗結果推算出c＇是否等于c。令人遺憾的是，經過長斯的努力引引力波實驗沒有獲得肯定的結果，隨后這項工作冷下去了。根據(jù)愛國斯坦理論預言的引力波是微弱的，如果在現(xiàn)代實驗技術能夠達到的測量靈敏度和準確度之下，這樣弱的引力波應該能夠探測到的話，長期的實驗得不到肯定的結果似乎暗示了害因斯坦理論的缺點。應該從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，則可能導出引力波的強度比根據(jù)愛因勞動保護坦理論預言的強度弱得多的結果。

弱力、強力與引力、電磁力有本質的不同，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量和能量有關，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”，是否應該用

弱力或強力信號取代光信號呢？我對核物理學和粒子物理學是外行，不想貿然回答這個問題。如果應該用弱力或強力信號取代光信號，那么關于由弱力或強力引起的物質運動的時空和關于由電磁力引起的運動的時空（x，y，z，ict）及關于由引力引起的運動的時空（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）

有很大的不同。設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，很可能應該這樣來考慮問題：關于由弱力引起的運動的時空，在定義中應該以規(guī)范粒子的靜質量取作零時的速度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，則關于由弱力引起的運動的時空和關于由電磁力引起的運動的時空是相同的，同為（x，y，z，ict）。關于由強力引起的運動的時空，在定義中應該以介子的靜質量取作零（在理論上取作零，在實際上沒有靜質量為零的介子）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、新的核物理學和新的粒子物理學等。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）對量子力學的審思

從量子力學發(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？我認為這個問題或許還與時間、空間的定義有關?，F(xiàn)在的量子力學理論中時寬人的定義實質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、空間都不是嚴格確定的，決定論的時空要領不再適用。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考慮相關的物質運動的類別。模糊數(shù)學已經發(fā)展得相當成熟了，把這個數(shù)學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）在二十一世紀物理學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。

2）可能應該從兩方面去控尋現(xiàn)代物理學革命的突破口。（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的理論基礎，重新定義時間、空間，建立新的理論

3）由于現(xiàn)代物理學尚未發(fā)生“危機”，因此目前發(fā)生現(xiàn)代物理學革命的條件也許還不成熟，物理學的發(fā)展和物理學革命都有賴于在物理實驗和對客觀物質世界的觀測中獲得新的結果，實驗和觀測是發(fā)展物理學的量重要手段，這是我們要關注的首要問題。然而，科學的發(fā)展和物理學的發(fā)展有本身的邏輯，符合客觀規(guī)律的、有真知灼見的思維也是一個關鍵。

篇9

一、易學自然觀

《周易》包括《易經》和《易傳》兩部分，實際上是上古巫文化化出的符號、周初時期占筮驗詞集錦和戰(zhàn)國末年理性詮釋的統(tǒng)合。作為《易傳》的十篇釋文已經完全脫離卜筮，建立起一套以陰陽為綱闡釋變化的理論體系。漢興，《周易》作為官學傳習和研究的對象，被尊稱為“五經”之首；漢易已經納入陰陽五行學說，隋唐時期易學即以其理性向科學領域滲透；進而逐漸形成以符號系統(tǒng)與以陰陽為綱紀相結合的范疇體系和理論結構。

易學對宇宙的基本觀點是：陰陽相涵相因、流變會通，構成一個合諧互補的有機整體。

張立文教授在《王船山易學思想略論》〔1-191〕中指出：船山的本體哲學，統(tǒng)體會通于和合。所謂和合者，就是“陰陽未分，二氣合一，氤氳太和之真體”?！兑讉鳌酚醒浴靶味险咧^之道，形而下者謂之器”，作者認定道器是虛實范疇，虛與實的主要差異在于隱與顯。“形而上者是隱也”，隱不是無，而是潛在，是形而下所以存在的根據(jù)?！靶味抡呤秋@也”，指有形質的東西，“即形之成乎物而可見可循者也”。即此可知，顯指可見可循的事物和現(xiàn)象，隱指寓于“器”而起作用的現(xiàn)象背后更本質的東西；而隱又不是虛無，“道不虛生，則凡道皆實也”。從而推定道乃實存之體，得出道器交與為體、相涵相因、流變會通的兩系統(tǒng)結構論。

道和器的關系究竟如何？就邏輯上講，“形上者乃形之所自生”，因為凡器皆有形，由“形”邏輯上得出對應于“形下”必然存在著“形上”。就二者的主從關系講，“當其未形而隱然有不可喻之天則，天以之化”，依此概括二者的關系為：道是器存在的依據(jù)；道通過器而表現(xiàn)自己，一切顯性的運動變化之因皆源之于道。再就孰先孰后的角度講，是“理不先而氣不后”，二者既不存在先后、本末之別，也就從根本上排除了天理、神創(chuàng)的觀念。

張教授立足于人文（兼及自然）闡述問題，認為“王船山道器、氣關系，充分體現(xiàn)和貫徹了《周易》和合人文的精神”，本文專門討論自然而不涉及人文。依據(jù)形上學本體哲學，自然界的物理客體應該分兩類，即“形之已成乎物”和“未形”，二者的本質區(qū)別在于形下之“顯”和形上之“隱”。

小結：易學自然觀是兩系統(tǒng)結構論。從靜態(tài)角度講，“萬物（包括宇宙自身）負陰而抱陽，沖氣以為和”；從動態(tài)角度講，“陰變陽，陽變陰，其變無窮”。所謂的易，就是講陰陽變化之理的學問，即“易以道陰陽”。

二、兩種物理學理論

物理學作為一門學術的名稱，是從亞里士多德的希臘文著作延續(xù)下來的，這個希臘詞的意思是探討自然的秩序和原理的“自然學”，亞氏又稱其為自然哲學。大約到18世紀中葉，由于學科內容的分化，自然史和化學從物理學中獨立出來，18世紀后半葉法國討論過留下的物理學意味著什么，結果是把物理學分為一般物理學和特殊物理學。前者指牛頓力學或由《自然哲學的數(shù)學原理》導出的以數(shù)學描述質點運動的傳統(tǒng)，后者包括聲、光、電、磁等廣泛領域。通常都把這種劃分說成是數(shù)學科學傳統(tǒng)和實驗物理學的分離。

1829年，泊松把當時法國物理學的思想傾向歸為兩類：物理力學和解析力學。他把前者的特征描述為“它的唯一的原理是把一切還原為分子運動，而這些分子是把力的效果從一點傳到另一點并保持這些力之平衡作用的核心”，即期望用天體運動的牛頓平方反比定律數(shù)學格式，精密地描述宇宙一切現(xiàn)象，稱牛頓范式；而后者則強調現(xiàn)象的解析格式，輕視對物理原因進行討論，稱非牛頓范式。1840年以后，牛頓范式的地位被非牛頓范式所取代；與之同時，拉格朗日原理被泊松和哈密頓予以發(fā)展，使力學成為完全分析的形式，并且以能量取代力的概念體系。本應該由之意識到“根本不存在純粹的力學現(xiàn)象，實際上運動總是結合著熱和電磁的變化，它們也規(guī)定運動”〔2-9〕，從而結束牛頓的“力學神話”，可惜的是西方哲學沒有能夠為物理學提供合適的自然觀，以后的物理學就在迷茫中走了許多彎路。對兩種范式的本質差異，一般都視為用幾何法還是用解析法的數(shù)學問題。

19世紀30年代之后，隨著實驗物理學的成熟，出現(xiàn)了實驗物理學和理論物理學之區(qū)分；物理學的理論又分原理理論和構造理論兩類。前者是先使用分析法在經驗中發(fā)現(xiàn)自然過程的普遍特征（即原理），然后給出各種過程必須滿足的數(shù)學形式的判據(jù)，比如牛頓力學；后者又叫“假說—演繹”法，即先確立“想象的原理”（即“假說”），然后采用反證法通過由原理導出的結論對原理進行證明，給出的內容與經驗所顯示的現(xiàn)象吻合得愈多愈一致，特別是能夠從假說來預言現(xiàn)象并得到證實，這種構造理論就愈成功。依據(jù)這種分類方法，一般都承認17世紀牛頓的《原理》和惠更斯的《論光》就分別代表了原理理論和構造理論。對這兩種理論劃分的依據(jù)主要在于思維方式，即前者采用分析法而后者采用綜合法。

三、兩類物理客體

牛頓的《原理》和惠更斯的《論光》，從近代物理學奠基開始，兩種截然不同的理論分別傳承為兩種體系，即牛頓范式——原理理論，惠更斯范式——構造理論，其本質差異不在思維方式和數(shù)學形式之不同，也不在是采用數(shù)學方法還是實驗方法之別，而在于研究的客體分屬于根本不同的兩類。

以質量對物體進行計量，并假定質量都集中在一個質點，以相互傳遞力的作用描述運動，是牛頓范式的核心觀念；非牛頓范式研究的光、熱、電、磁等現(xiàn)象，都不能以質量進行計量，最終認識到了這種現(xiàn)象都與“能量”直接相關，并且以能量取代了力學概念體系。

而今首當其沖應該明確的是物理學根本就不直覺研究“物質”，正象無法品嘗水果一樣，因為二者都是抽象的類概念。物理學只研究質量、能量、電量、時間和空間之間的關系，兩種理論的適用范圍不同，前者是關于質量系統(tǒng)的理論，后者則適用于能量系統(tǒng)。以往不適當?shù)匕涯芰空f成是物質運動的形式（如“能即運動”）〔3-526〕，是產生混亂的肇端?，F(xiàn)代物理學已經確認物理客體分兩類：宇觀上有分立的天球和連續(xù)輻射，微觀上分粒子和場，粒子物理學分費米子和玻色子，理論物理學稱其為物質粒子和相互作用；物理學理論也分用質量計量和時空描述、用能量計量和位形描述兩個系統(tǒng)。“我們首先把宇宙的物質內容分成兩個部分：“物質”即諸如夸克、電子和繆介子等粒子，以及“相互作用”諸如引力和電磁力等等”〔4-38〕。當代著名物理學家霍金居然會說出如此不合邏輯的荒唐話，不難看出“物質”這個誤用概念帶來的混亂是何等嚴重。

物理客體不能用“物質”這個概念進行抽象和概括，而應該分為質量和能量兩個系統(tǒng)，二者的本質差異有3：1、分立和連續(xù)；2、有無靜質量；3、量傳遞時物理客體僅只振動而不發(fā)生運動方向的位移。確認能量系統(tǒng)存在的依據(jù)有5：1、德西特從廣義相對論場方程得出沒有物質的宇宙時空解；2、無限的（負能電子）海的發(fā)現(xiàn)；3、愛因斯坦說：“依據(jù)廣義相對論沒有以太的空間是不可思議的”；4、3K微波背景輻射證明“空間”不空；5、粒子物理學的實驗發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)粒子為瞬息億變的動態(tài)網(wǎng)絡。

“全〖ZZ(〗空間〖ZZ)〗充滿著相互作用著的各種不同的場”〔2-387〕，這種分布著某種物理量的空間，不同于經典物理學中作為參量的空間?！皥鰪臄?shù)學上表述了能量局域性概念”，“是一個具有無窮多自由度的動力系統(tǒng)”〔2-353〕。即此可知，一切自然現(xiàn)象雖表現(xiàn)為質量系統(tǒng)單元個體的運動和變化，動變之因卻源于能量系統(tǒng)的作用；而能量系統(tǒng)本身不通過作用于質量系統(tǒng)的效應也根本就無法觀測。物理學早已將物理客體分為彌散態(tài)粒子和凝聚態(tài)物體，3K微波輻射發(fā)現(xiàn)之后，就應該從分類學的角度再增添一種連續(xù)態(tài)網(wǎng)絡；進而將彌散態(tài)粒子分為質量子和能量子，如此一來，物理世界圖象就會變得非常清晰。

物理客體分物體、粒子、網(wǎng)絡三類，分別用質量、電量（或荷質比）、能量計量；人類生活的現(xiàn)實世界屬于質量系統(tǒng)（從天球到原子乃至質子、電子），能量系統(tǒng)則是一切運動變化的動力之源；所有的共振態(tài)、復合態(tài)粒子均屬于能量系統(tǒng)的動態(tài)網(wǎng)絡，只有那些穩(wěn)定的能量子才有現(xiàn)實意義；不同能量子的有序組合構成信息（從質量系統(tǒng)講，傳遞信息必須有載體，而對能量系統(tǒng)，信息和載體則合而為一，于此無暇展開討論），可以用于操作質量系統(tǒng)的變化和存儲一切自然現(xiàn)象。

小結：物理客體分兩個系統(tǒng)三種態(tài)。質量系統(tǒng)和能量系統(tǒng)確實屬于“負陰而抱陽，沖氣以為和”的狀態(tài)；作為兩系統(tǒng)“中介”的彌散態(tài)，是演繹世間萬象的“大舞臺”；何以產生質量和電量，是現(xiàn)實世界存在的最根本機制。

四、時間和空間

無論哲學還是物理學，時間和空間都是一對非常重要的范疇，同時又是亙古至今爭論最多直到今天還沒有取得共識的兩個概念。16世紀之前，基本上沒有留下多少值得關注的重要論點；牛頓為了創(chuàng)立完整的力學體系，不得不提出人類歷史上第一個時空構架。他認為物質是在絕對空間中運動，時間不跟任何物質對象相關、自身等速地在那里流；時間和空間各自獨立互不相關。亦即是說時間和空間僅只是描述運動的參量。

現(xiàn)代物理學的發(fā)現(xiàn)則是：“廣義相對論用空時結構的幾何性質來表示引力場”〔2-328〕，場不但“是某種物理量的空間分布”，還是“一個具有無窮多自由度的動力系統(tǒng)”〔2-353〕。很顯然，時空結構應該被理解為改變物體或帶電粒子運動狀態(tài)的作用量。

依據(jù)質能兩系統(tǒng)結構論看待，即使在牛頓力學體系中，時空結構也是作用量而不是描述運動的參量。比如牛頓力學的第一號自然力——重力G=mg，如果沒有g作用于m，物體就不會自由下落，很顯然g是使m自由下落的作用量。如果用電磁作用相類比，g可以被稱為引力場強，其作用效應跟電場作用于電量沒什么兩樣。自從發(fā)現(xiàn)了動量和能量守恒之后，牛頓力學方程基本上已經不再使用，足以說明牛頓力學非常片面，能夠溝通三個領域最基本的物理量只有動量和動能，根本就不需要力這個概念。

時間和空間究竟指什么？答曰：二者分別是對能量系統(tǒng)單元個體持續(xù)性和廣延性的計量，恰如用質量計量物體、用電量計量帶電粒子那樣。

“空間一時間未必是一種可以認為離開物理實在的實際客體而獨立存在的東西。物理客體不是在空間之中，而是這些客體有著空間的廣延性”〔5-112〕。愛因斯坦如果對中國古典哲學稍有理解，就會再說一句：這些客體還有著時間的持續(xù)性。這種“物理實在的實際客體”即指能量系統(tǒng)而言。

能量系統(tǒng)雖是連續(xù)態(tài)，探究其具體作用時卻需要量子化。假定其最小單元為h，由ε＝hν＝h/T可知，只要測出周期T，即可以知道具體的能量值，同理測出波長即可知動量。故而可以說時間和空間是對能量系統(tǒng)兩種屬性的計量。

董光璧教授猜想對于不同的相互作用，應該“各有其時空結構”，是有道理的。用于電動力學的時空結構已經非常成功，“對于電磁相互作用，相對論提供的時空結構和量子論提供的能量結構，既在邏輯上自洽又與經驗相符”〔2-429〕；而對于質量，發(fā)揮作用的時空結構有ι2t-2和ιt-1兩種，對行星的運行則有R3/T2＝K。

小結：時空不是獨立的存在，而是用于計量能量系統(tǒng)屬性的概念構架。對于物體或帶電粒子，不同的時空結構作用于質量和電量可得能量和動量；對于能量系統(tǒng)，只需要用T和λ對基本單元個體計量，即是能量和動量。

五、兩種運動

討論過物理學不應該使用“物質”這個哲學范疇，明確了物理客體分質量、能量兩個系統(tǒng)，確立了質量、電量、能量和時空是基本的物理量，并且弄清了時（T）空（λ）可以直接作為計量能量和動量的基本量，不同時空結構又分別是驅動質量或電量的基本作用量之后，還應該討論一下運動形式問題。

亞里士多德很早就提出自然運動和強迫運動區(qū)分之必要，物理學界至今都沒有認真對待。所謂自然運動，應該是不受人的干預，不準附加任何人為條件的運動，比如自由落體、自組織系統(tǒng)的變化和行星運轉等（下文稱絕對運動）；所謂的強迫運動當指人為增添了特設條件的運動，比如將物體抬高、擺鐘和日常生活中經常發(fā)生的許多運動。

牛頓力學除自由落體之外，幾乎都有附加條件，將運動定義為一個物體對另一個物體的位移，運動的基點建立在物體對物體的作用（即力）之上，并將物體看作一個質點等，基本上都屬于質量系統(tǒng)的相對運動?，F(xiàn)代物理學發(fā)現(xiàn)的因果關系被破壞，基本上都產生于對絕對運動和相對運動的作用機制之混淆。

“一個鐘所處的引力勢越低（深），它走得越慢，而那里發(fā)出的光在引力勢較高處去接收就會發(fā)生紅移”〔5-92〕，亦即是說原子鐘在那里發(fā)出的光頻率較小，周期變大。如果是擺鐘，依據(jù)T＝2πL/g，由于g變大，周期就必然變小。兩種鐘的結果居然完全相反，基于什么原因呢？這就恰好能夠說明相對運動和絕對運動的作用機制不同，顯示的結果就必然會適得其反。由于原子鐘的頻率直接決定于能量子的頻率，屬于絕對運動；而擺鐘的周期則由作用量g與彈性勢的平衡決定，屬于相對運動，g變大時相對而言等于固定不變的彈性勢變小，故而鐘的周期亦隨之變小。“量子理論和每一種合理的真實世界觀念都沖突”〔6-127〕；“量子力學改變了古典物理學的因果觀和實在論”〔2-328〕。這些觀念產生于發(fā)現(xiàn)了絕對運動和相對運動效果迥異，感到困惑的原因是沒有樹立起時間和空間“不再是事件在其中發(fā)生的被動的背景”，“相反的，它們現(xiàn)在成為動力學的量”〔4-53〕，根源在于沒有突破“物質”一元論的樊籬。

問起廣義相對論場方程的意義，通常的回答是：“物質和能量要使時空向其自身彎曲”〔4-60〕，反過來彎曲時空的曲率又決定著物體運動的路徑。這種表述本來存在一個因果互易的邏輯循環(huán)，只需要將誤用概念“物質”去掉，就變成了非常明晰的單因（能量）決定單果（質量運動路徑）的關系。再如“勢函數(shù)V表示質量系統(tǒng)對空間任意點的引力作用”〔2-361〕，實質上則是勢函數(shù)表示任意時空點對質量的趨動作用。作用和被作用的因果關系弄顛倒的原因，許多都出在用相對運動的觀念去解釋絕對運動；產生這種觀念的根源又非常久遠和牢固，先是哲學上把物質說成第一性，繼而近代科學一開始就決定只研究屬于第一性的質量和重量，外加擔心宗教神學找麻煩，所有物理學理論就都必須把物質或質量說成是運動變化的起因。依據(jù)兩系統(tǒng)結構論，動因僅來源于能量系統(tǒng)。

宇觀上的星體都是絕對運動，很早很早之前就受到許多哲人的關注，他們的不少觀點由于跟相對運動的理論不合，都受到了冷遇。歐拉認為“一切物理過程都是以太與物質相互作用的結果”〔2-180〕，歐多克斯認為“日、月和行星分別固定在想象的勻速轉動的天球上，星體本身不動，它們隨著天球運動”〔2-51〕，笛卡爾的觀點更明確：“宇宙空間充滿媒質的旋渦運動，天體被媒質的旋渦推動”〔2-145〕；最直觀形象的描述莫過于那個陰陽互動的太極圖，那是華夏先民無數(shù)代人仰觀俯察智慧的結晶。天空中所有星系或星系團無不都是一個渦旋，其中不少渦旋的中心根本就找不到質量（被稱為質量丟失的暗物質）。很顯然這些渦旋都是能量積累形成的畸變時空，那些特定的R3/2＝K的不同旋線上，都可能會有星體在做自然運動，根本就不需要什么引力作為向心力，自然也就沒有必要去找切線力的源。

易學中雖說沒有“自組織”這個詞，王船山卻早就講清了自組織的作用機制?！瓣栕冴幒希藱C而為動靜”，“二氣之動，交感而生，凝滯而成物我之萬象”，如果將質量子和能量子類比為陰陽，這種說法還滿有道理的。

小結：運動有相對和絕對之別。因果關系被破壞的原因大都生之于用相對運動的理論去解釋絕對運動，根源在于物質一元論不能作為物理學的哲學基礎。

六、唯物宇宙觀

科學思想作為文化的一部分，在相當長的時間內世界各地都是沿著自己的傳統(tǒng)在發(fā)展；從16世紀開始，隨著西方殖民主義的掠奪，希臘傳統(tǒng)的科學逐漸傳播到世界各地。如今所說的近代科學，主要指希臘科學傳統(tǒng)的擴展，其間也不乏阿拉伯、中國和印度等地科學成果的積累。物理學思想的發(fā)展在很大程度上跟古希臘哲學有著非常密切的關系，古希臘哲學的自然觀主張人與自然分離。

在古希臘文化傳統(tǒng)中，從公元1世紀基督教創(chuàng)立開始，就出現(xiàn)了理性和信仰、哲學和神學的紛爭，科學思想的發(fā)展亦被打上深深的烙印?；浇坛蔀閲讨?，“知識服從信仰”成為教會的基本準則之一，于是就有人提出“學問來源于經驗”與之抗衡。

基督教創(chuàng)立不太久，某些護教派發(fā)現(xiàn)那些愚昧貧乏的教義抵抗不住古希臘、羅馬文化，特別是哲學，就開始從古希臘、羅馬哲學中尋找為教義辯護的依據(jù)，從而發(fā)展出貌似科學的神學，進而宣布真正的哲學和真正的宗教是同一的和信仰先于理性的原則。中世紀的歐洲幾乎一切學術都在宗教神學的桎梏之下，自然科學也不例外，布魯諾被活活燒死，伽利略遭受終生監(jiān)禁，都因為他們的理論對神學不利。

唯物主義宇宙觀針對信仰先于理性提出物質第一性、意識第二性，自然科學總算找到了哲學基礎。由于近代科學確定只研究屬于第一性的質量和重量，而不研究與感覺有關的第二性，即把意識范疇留給宗教，總算爭得了一席之地。當我們立足于現(xiàn)代科學的成果和困惑，去反思物理學發(fā)展的歷史時發(fā)現(xiàn)，把物質和意識的關系視為全部、特別是近代哲學重大基本問題的唯物主義哲學，根本就不能作為物理學的理論基礎。為了從神學桎梏下掙脫出來，選擇第一性、第二性之分的哲學雖說必要，終歸總逃不掉為臨時應付而“舉債”付出更高的代價。

物質和意識對立，對立的雙方是自然和人，這是古希臘自然與人分離自然觀的延續(xù)。這種哲學適用的范圍應該是人天系統(tǒng)，即探討的中心課題是人與自然的關系；而物理學則屬于純客觀地探討自然界的秩序和原理的學問，亦即是說它只研究物質和物質之間的聯(lián)系、相互作用和運動變化規(guī)律等問題，絲毫不涉及物質與意識關系的內容。故而我們認為，唯物主義宇宙觀雖說使物理學擺脫了宗教神學的束縛，而成為一門獨立的學科，卻不能做為物理學的哲學基礎。

自然界是一個有機整體，要探討其運動變化的規(guī)律，就不應該將所有的物理客體用“物質”一個概念概括。因為變化只能發(fā)生在至少兩種客體之間，如MN和NM；而MM則是永遠無法觀測的。

“科學史界越來越多的學者認識到，站在現(xiàn)代科學的立場尋找歷史來龍去脈的做法有誤入歧途的危險，轉而采取從原來的境況中重新闡釋科學思想”〔7-2〕，不少人發(fā)現(xiàn)了《周易》中保留著自然學的原初形式，可以為科學發(fā)展提供有益的哲學啟迪。本人沿著這條進路摸索多年，學習探尋的心得是，物理學只有依據(jù)兩系統(tǒng)結構論的自然觀，才可以討論變與不變。

易以道陰陽；萬物負陰而抱陽，沖氣以為和；陰變陽，陽變陰，其變無窮；陽變陰合，乘機而為動靜；二氣之動，交感而生，凝滯而成物我之萬象——僅依據(jù)上述五句富涵哲理的格言，對物質、時間、空間、運動和因果關系等重要概念做一些簡要的剖析，就可以理出一條新的思路。如果依據(jù)兩系統(tǒng)結構論，對物理學的概念和理論進行一次新的整合與梳理，極有可能會將物理學帶出當前的困境。不當之處，敬請各位師長、同仁指正。

參考書目：

1、朱伯昆主編《國際易學研究》第三輯，華夏出版社1997年版

2、董光璧等著《世界物理學史》吉林教育出版社1994年版

3、《馬克思恩格斯選集》第三卷人民出版社1972年版

4、(英)霍金著《霍金講演錄》湖南科技出版社1995年版

5、倪光炯等著《近代物理》上?？萍汲霭嫔?979年版

篇10

(一)地位與作用。

復數(shù)的概念是復數(shù)的第一課時,在實數(shù)的基礎上;進一步研究X=-1而得到復數(shù)系。

復數(shù)在近、現(xiàn)代科學中發(fā)揮著極其重要的作用。如,流體力學、熱力學、機翼理論的應用;滲透到代數(shù)學、數(shù)論、微分方程等數(shù)學分支。復數(shù)在理論物理、彈性力學、天體力學等方面得到了廣泛應用,是現(xiàn)代人才必備的基礎知識之一。

復數(shù)在高考中的地位逐漸下降:題量減少,難度降低。通常就考一題,或者是客觀題,或者是主觀題,均為中低檔難度題。復數(shù)的概念與代數(shù)的運算是本章的基礎知識,也是高考的必考內容。

(二)教學目標。

1.知識要求。

(1)了解引入復數(shù)的必要性,理解復數(shù)的有關概念。

(2)使學生初步體會i=-1的合理性。

(3)使學生會對復數(shù)系進行簡單的分類。

2.能力要求。

在培養(yǎng)學生類比、轉化的數(shù)學思想方法的過程中,提高學生學習能力。

3.育人因素。

培養(yǎng)學生科學探索精神和辯證唯物主義思想。

(三)教學重、難點。

1.重點。

復數(shù)的有關概念。

2.難點。

對i和復數(shù)定義的理解。

二、學生分析

由于復數(shù)是從實數(shù)的基礎上進一步擴充數(shù)系。因此,學生對學習復數(shù)的概念存在有不同于實數(shù)概念的差異。學生在教師的引導下能基本掌握本節(jié)知識。

本班學生層次為理科基礎班、基礎較差,所以講解過程不宜較多展開,要簡明扼要地讓學生掌握復數(shù)的概念,特別是i的規(guī)定。

三、教學法

(一)教法。

目標教學法、討論法;學法:歸納―討論―練習。

(二)教學手段。

多媒體電腦與投影機。

四、教學過程

(一)引入部分。

1.教師引入內容:因生產和科學發(fā)展的需要數(shù)集在逐步擴充,數(shù)集的每一次擴充,對數(shù)學學科本身來說,也解決了在原有數(shù)集中某種運算不是永遠可以實施的矛盾,分數(shù)解決了在整數(shù)集中不能整除的矛盾,負數(shù)解決了在正有理數(shù)集中不夠減的矛盾,無理數(shù)解決了開方開不盡的矛盾。但是,數(shù)集擴到實數(shù)集R以后,像x=-1這樣的方程還是無解的,因為沒有一個實數(shù)的平方等于-1。由于解方程的需要,人們引入了一個新數(shù)i,叫做虛數(shù)單位,并由此產生的了復數(shù)。

由意大利米蘭學者卡當在十六世紀首次引入,經過達朗貝爾、棣莫弗、歐拉、高斯等人的工作,此概念逐漸為數(shù)學家所接受。復數(shù)有多種表示法,諸如向量表示、三角表示、指數(shù)表示等。它滿足四則運算等性質。它是復變函數(shù)論、解析數(shù)論、傅里葉分析、分形、流體力學、相對論、量子力學等學科中最基礎的對象和工具。

2.學生對此部分內容在了解的基礎上要能夠產生學習復數(shù)的興趣和好奇心。

(二)概念講解部分(此過程應按部就班,層層遞進)。

1.虛數(shù)單位i。

(1)它的平方等于-1,即i=-1。

(2)實數(shù)可以與它進行四則運算,進行四則運算時,原有加、乘運算律仍然成立。如:ai+bi=(a+b)i,ai-bi=(a-b)i,aibi=abi=-ab,ai/bi=a/b(b≠0)。

2.與-1的關系。

i就是-1的一個平方根,即方程x=-1的一個根,方程x=-1的另一個根是-i。

3.i的周期性。

i=i,i=-1,i=-i,i=1。此部分由學生發(fā)現(xiàn)得到。

4.復數(shù)的定義。

形如a+bi(a,b∈R)的數(shù)叫復數(shù),a叫復數(shù)的實部,b叫復數(shù)的虛部全體復數(shù)所成的集合叫做復數(shù)集,用字母C表示。

5.復數(shù)的代數(shù)形式。

復數(shù)通常用字母z表示,即z=a+bi(a,b∈R),把復數(shù)表示成a+bi的形式,叫做復數(shù)的代數(shù)形式。

6.復數(shù)與實數(shù)、虛數(shù)、純虛數(shù),以及0的關系。

對于復數(shù)a+bi(a,b∈R),當且僅當b=0時,復數(shù)a+bi(a、b∈R)是實數(shù)a;當b≠0時,復數(shù)z=a+bi叫做虛數(shù);當a=0且b≠0時,z=bi叫做純虛數(shù);當且僅當a=b=0時,z就是實數(shù)0。

7.復數(shù)集與其它數(shù)集之間的關系(由學生討論得到)。

N?芴Z?芴Q?芴R?芴C.

8.兩個復數(shù)相等的定義。

如果兩個復數(shù)的實部和虛部分別相等,那么我們就說這兩個復數(shù)相等。

這就是說,如果a,b,c,d∈R,那么a+bi=c+di?圳a=c,b=d。

復數(shù)相等的定義是求復數(shù)值,在復數(shù)集中解方程的重要依據(jù)。一般的,兩個復數(shù)只能說相等或不相等,而不能比較大小。如3+5i與4+3i不能比較大小。

現(xiàn)有一個命題:“任何兩個復數(shù)都不能比較大小”對嗎?不對如果兩個復數(shù)都是實數(shù),就可以比較大小只有當兩個復數(shù)不全是實數(shù)時才不能比較大小。如3+5i與4+3i不能比較大小。

復數(shù)不能比較大小的一種解釋:例如:i與0能不能比較大小?

(1)如果i>0,那么i•i>0•i,即-1>0。

(2)如果i0,(-i)>0•(-i),即-1>0。

(三)典例剖析(重引導,由學生比較概念得到結論)。

例1.請說出復數(shù)2+3i,-3+i,-i,--i的實部和虛部,有沒有純虛數(shù)?

答:它們都是虛數(shù),它們的實部分別是2,-3,0,-;虛部分別是3,,-,-;-i是純虛數(shù)。

例2:實數(shù)m取什么值時,復數(shù)z=m+1+(m-1)i是:(1)實數(shù);(2)虛數(shù);(3)純虛數(shù)。

解:(1)當m-1=0,即m=1時,復數(shù)z是實數(shù);

(2)當m-1≠0,即m≠1時,復數(shù)z是虛數(shù);

(3)當m+1=0,且m-1≠0時,即m=-1時,復數(shù)z是純虛數(shù)。

例3:已知(2x-1)+i=y-(3-y)i,其中x,y∈R,求x與y。

解:根據(jù)復數(shù)相等的定義,得方程組2x-1=y,1=-(3-y),所以x=,y=4。

(四)練習(達標)。

課后練習1、2。

(五)小結。

這節(jié)課我們學習了虛數(shù)單位i及它的兩條性質,復數(shù)的定義、實部、虛部,以及有關分類問題,復數(shù)相等的充要條件,等等?；舅枷胧?利用復數(shù)的概念,聯(lián)系以前學過的實數(shù)的性質,對復數(shù)的知識有較完整的認識,以及利用轉化的思想將復數(shù)問題轉化為實數(shù)問題。

五、課后反思的三個方面

(一)學生對概念的掌握。

(二)數(shù)的發(fā)展和完善過程給學生的啟示。