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自然界是不连续的，存在着质的变化。作为自然界的一部分，人与自然界的相互作用即人类的认识有别于作用的双方，产生了质的飞跃。人类的认识是自然界中所发生的新事物，其既有效但又不同于原有的自然界。 为了深刻地理解理论世界与客观世界的相互关系，即深刻地理解人类认识的相对性，我们引入黑箱概念，如图所示。  黑箱系统 “黑箱” 是控制论为研究和控制复杂系统提出的一个非常重要的概念。所谓黑箱是指这样一个系统，对于该系统我们只能得到它的输入信号和输出信号，却无法知道该系统的内部结构是什么。控制论的基本思想是，根据一定的输入信号和输出信号构建一个系统，在这些信号的范围内，该系统与黑箱之间是不可分辨的，它们具有相同的输入信号和输出信号，即对外部激励有着相同的反应。于是，我们就称这一系统为该黑箱的同构系统。对于一个黑箱系统来说，由于我们永远也无法获得其所有潜在的输入信号和输出信号，所以黑箱的同构系统只是一定条件下的同构系统。此外，相对于一定的输入信号和输出信号，黑箱系统可以有多个同构系统，而且这些系统的结构是截然不同的。 比如，对于不同的温度计来说，在一定温度的变化范围内，它们相应的变化即度数是完全相同的，具有不可分辨性，所以它们都有度量温度的功能。但是，这些温度计的内部结构是不一样的，根据不同的机理至少有压力式和热电式两种。类似的同构系统还有很多，如计时器、血压计和体重秤等。 同理，客观世界对于人类来说，也是一个永远无法直观地看见其内部结构的黑箱系统。通常我们所观察到的各种自然现象，都只是该黑箱系统的表观特征。理论的基本概念和物理参量，是我们对自然界这一黑箱系统输入的信号；从实验中得到的实验结果，是该黑箱系统针对我们输入的信号所反馈的输出信号；而由基本定律组成的理论世界，则是科学家根据这些输入信号和输出信号所构建的关于自然界的同构系统。因此，虽然理论世界和客观世界在结构上是不同的，而且根据科学家本人的兴趣和文化背景的不同，他们所构建的理论世界也是千差万别的。但是，结构的不同，并不妨碍理论世界在一定的范围内仍然可以准确地预言和说明各种自然现象，并得到实验的验证。 如果人类的观念发生变化，或人类所接触到的那部分自然界随着人类认识的深入而扩展，使科学家产生了新的概念和新的实验，即产生了新的输入信号和输出信号，那么作为自然界同构系统的理论世界也必然会发生相应的变更。这一变更的过程，就是库恩提出的科学发展的革命时期。比如，当人类的认识超出宏观范围，进入高速、宇观和微观领域，作为物理背景的空间效应便从不同的角度显现了出来。于是，原来相对于宏观范围的同构系统——经典力学，便不再与自然界同构了，相对于新的现象，两者是可分辨的。于是，由狭义相对论、广义相对论和量子力学，作为新的同构系统，取代了经典力学，后者是作为旧的同构系统而不是错误的理论退出了历史舞台的。 由此可见，在人类的认识史上，少数走在时代前列的伟人提出的新概念、新观念和新实验，即建立新的输入信号和输出信号，对于推动人类认识的发展和不断地变更关于自然界的同构系统是非常重要的。如果没有这些新概念、新观念和新实验，就不会产生新的输入信号和输出信号，已有的旧理论就永远是自然界的同构系统，就没有必要再建立新的同构系统，人类的认识就会因此而停滞不前。所以，理论世界与客观世界是否同构，取决于我们对自然界的观察角度，取决于我们对自然界所能够给予的输入信号，取决于我们选择和建立什么样的同构系统。从这个意义上讲，科学工作的实质，既不是研究客观世界的本体，也不是发现自然界的内部结构，而是建立一系列关于自然界的且适合于人类认识和理解的同构系统。 建立这种同构系统的必然性，在于理论世界必须和客观世界有着同样的输入信号与输出信号，必须让大自然喊“一致”；建立这种同构系统的或然性则在于，与自然界同构的潜在系统是无限的，人类可以根据自己的偏爱和特点，在这些等价的同构系统中进行选择，必须让人类也高呼“一致”。因此，一个好理论必须同时满足上述两方面的关于“一致”的要求，所以科学发展的首要条件就是维持认识的“张力”，保持科学的二维性。 |
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