教育教育论文：物理学哲学研究的理论哲学

教育教育论文：物理学哲学研究的理论哲学



导言：在“分科化的科学哲学”的视野中进行比较分析，用总体性观点对诸“分科”的核心理念进行定性和定位，那么，我们物理学哲学研究纲领的核心理念在于，科学实在论与毕达哥拉斯主义这样两种理念的整合。笔者在《规范场论的哲学探究——它的概念基础、历史发展与哲学意蕴》中已经提出这一点。我们是科学实在论者，深信成熟的科学理论中的科学定律所表征的正是物理世界的近似真理。无论原子论传统下的“粒子本体论”或者场论传统下的“场的本体论”都不违背科学实在论（而且两者可以融合）。同时我们又深信，物理世界基本结构及其相互作用的奥秘都深藏于数学和谐（尤其是基本对称性，既包括外部对称性，也包括内禀对称性）之中。



笔者在《生物科学的哲学》中提出的核心理念是，整个生物学哲学的奥秘在于能阐明自组织演化规律的系统科学，系统科学是生物学理论背后的元理论，经过复杂性系统科学重新解释的“目的论自然观”对于理解生命现象有特殊价值。在这总纲领之下，相互竞争的诸子纲领（如渐变说与灾变说，生存竞争与协同合作等等）应当互补地进行整合。



在《计算机科学哲学研究》和《计算机科学哲学研究的核心理念》中提出，毕达哥拉斯主义和有机体论或目的论自然观的整合，将是理解计算机科学哲学奥秘的一把金钥匙。这是新纲领的核心理念，并与这一领域中的“计算主义”（弱论题）相呼应的。人工生命、机器智能等等都能在这一框架中得到合理解释。



以上是在“分科化的科学哲学”的视野中，用总体性观点阐明我们的物理学哲学的核心理念。以下则是具体论述本研究课题各部分的基本思想要点：



1.近代科学革命新解——从伽利略、笛卡尔到牛顿。笔者虽然十分推崇拉卡托斯的科学史与科学哲学相结合的“内史”观点，但是又以关注“科学的社会历史因素”的“外史”观点来补充：（1）在科学史家A·柯依列《伽利略研究》的思想启迪之下，通过对比伽利略与牛顿、笛卡尔与牛顿的思想关联，就他们对近代科学革命的不同贡献，作出新的“社会建构”意味的解读。（2）我们认为，以往的近代科学革命史存在一种夸大伽利略、弱化笛卡尔的历史作用的错误倾向，这种倾向直接揭示了科学史被“异化”这样一种事实。（3）从哲学背景角度说，这种夸大或弱化（“异化”）与欧洲哲学史上英国经验论传统与欧洲大陆唯理论传统的对立直接相关。（4）进一步深入说，科学史的“异化”源自哲学、心智、地域、媒介、政治上的偏见，而这些偏见在深层又折射了科学历史以及科学的社会建构性。



2.物理学史上的毕达哥拉斯主义研究传统。（1）在科学哲学中，其要旨是，认为物理世界的奥秘在于数学和谐或基本对称性。（2）通过科学史的考察表明，追寻数学和谐与基本对称性的思想，不仅对近代天体力学中行星运动定律的发现有决定性意义，而且对理解现代原子光谱学、相对论、规范场论和粒子物理学等都有启示价值。（3）伽利略的话被看做毕达哥拉斯主义的宣言：宇宙这部宏伟的书是用数学语言写的，它的文字是三角形、圆以及其他几何图形。（4）在近代科学中，开普勒行星三大定律的发现应当看做毕达哥拉斯主义的胜利，因为正是追求宇宙数学奥秘的思想，才引导他最终成功地使用数学语言、公式来表述物理世界的定律。（5）韦斯科夫在（92好论文网www.92hlw.com）《20世纪物理学》中说：毕达哥拉斯的观念在氢原子光谱线中再生，“天体谐音”又重新出现在原子世界之中。（6）海森伯在《20世纪物理学中概念的发展》中强调说，现代物理学中的“粒子”，不是德谟克利特的原子，却是基本对称性的数学抽象。（7）爱因斯坦很想把握“宇宙设计”的基本思路，而不是枝节问题。大部分物理学家都追随爱因斯坦的理性主义思路。自然的基本设计是“寻求内在的对称性与和谐之美”，这一信念已经深入物理学家们的骨髓。（8）直至超弦理论——宇宙的琴弦，大自然的琴弦，仍然是毕达哥拉斯式的琴弦。



3.解读狭义相对论的思想渊源。（1）从科学思想的历史渊源和深层哲学根据的视角来分析狭义相对论。爱因斯坦的深层思想是一贯的：坚信物理世界的建构应当遵循和谐秩序的原则，坚信“自然定律的普遍有效性，应当不随坐标系变换而变”的哲学理念，从狭义到广义相对论的进展，这始终是探寻新理论时最重要的启发性原则。（2）爱因斯坦独具慧眼，他用“理性的眼睛”洞察到：如果电磁学的麦克斯韦方程组只对“以太”这个绝对参照系才有效，则就违背了相对性原理。大自然绝不允许这样做，不允许破坏和谐秩序！伽利略的相对性原理已经表明，力学



规律对一切惯性系都同等有效，不随参照系而变；那么，电磁学规律也应当如此。（3）如果真有“以太”这个绝对参照系，那么就可以在地球上测定“以太漂移速度”。可是，实验反复所得到的只是令人意外的“零结果”。对此，经典物理学旧体系的竭力维护者和激进的革新者作出了完全不同的反应和解读。（4）爱因斯坦与洛伦兹及彭加勒存在根本区别：尽管在相对论的先驱者中，率先提供数学表达式的是洛伦兹，率先找到普遍原理的是彭加勒，可惜他们最终还是没有摆脱旧观念（“以太”、绝对参照系等）的束缚，未能把工作进行到底。洛伦兹可说是旧理论体系中技艺最精湛的修补匠，“长度收缩”、“局域时间”都是应付反常的绝妙之计，可惜只是限于特设性假设。然而，在相对论革命家爱因斯坦那里，则另有一番景象，“同时性是相对的”成为突破口，彻底批判绝对时空观，摧毁其核心原理，确立了“光速不变”和“狭义相对性原理”等全新的第一原理，“长度收缩”、“局域时间”都真正成为从第一原理导出的自然结果。转载自ＷＷw.qiqi8.cn778论文在线



4.解读广义相对论的思想渊源。（1）爱因斯坦坚信物理世界的和谐秩序原则，坚信“自然定律的普遍有效性，应当不随坐标系变换而变”。对于惯性系是那样，推广到非惯性系也应当是那样。在进行推广时，架构的桥梁是等效原理和广义协变性原理。（2）分析广义相对论的创立过程中，新物理思想与新数学工具之间的能动相互作用。特别是一旦认识到在弯曲时空中必须采用“柔性标尺”，也就借助于黎曼几何与张量分析工具取得了关键性的突破。（3）马赫对绝对时空观的大胆怀疑和有力批判，给予爱因斯坦无穷的启发性力量。通过对“马赫原理”的重新解读，还可以看出它对寻找广义相对论的引力场方程的启发性作用。（4）从新的角度讨论了广义相对论时空观，指出引力场的时空相对性之中仍包含着某种绝对性。探讨了爱因斯坦与马赫的相对性纲领的微妙差异，分析了物理上广义相对性与数学上广义协变性的区别与联系。



5.海森伯与量子革命。（1）量子革命是20世纪三大革命之一。慕尼黑学派、哥廷根学派、哥本哈根学派这三大学派在量子革命中起决定性作用。这些不同的学派、科学共同体各有各的特色，各有各的研究纲领、方针路线和战术部署。（2）索末菲：史称“量子工程师”，他所领导的是慕尼黑学派。纲领性目标是，根据有关原子光谱的最新实验数据，运用精致的数学技巧来改良玻尔的原子模型，属于量子革命前夜的改良派。该学派的特色是量子光谱学；启发性思想方法：毕达哥拉斯的数学和谐。（3）玻恩：史称“量子数学家”，他所领导的是哥廷根学派。哥廷根的氛围相当于数学王国。初级阶段（1922年）推出的“行星原子力学”纲领仍然是改良主义的，即企图弥补玻尔理论的缺点，建构一个在逻辑上更一致又在数学上更严密的行星原子模型。该学派的特色是微扰方法；启发性思想方法：类比天文学的摄动方法。（4）量子危机孕育着量子革命。旧量子论的反常事实层出不穷，各种特设性假说、权宜之计都无补大局。1924年进入新阶段，为了摆脱危机，玻恩终于下决心提出革命性纲领：要求建立全新的公理化量子力学，拥有自己的基本运动方程，原子客体的一切性质可以从这“第一原理”自然地推演出来。（5）玻尔：史称“量子哲学家”，他所领导的是哥本哈根学派。这里所谓的“量子哲学”，不是思辨的形上学，而是从量子物理学实际内容中提炼出来的最普遍的原则性问题，但决非技术性的细节。玻尔所特有的是，对于物理学概念的整体性把握和哲理性思考。哥本哈根学派的特长有：一是以辐射量子论作为范例；二是对应原理的熟练应用，即以量子－经典类比为指针，来寻找新定律、新公式。（6）海森伯从“量子工程师”索末菲那里学到了物理学，从“量子数学家”玻恩那里学到了数学，从“量子哲学家”玻尔那里学到了哲学。他是慕尼黑学派、哥廷根学派与哥本哈根学派这三个科学共同体联合培育的结果，具有人才学意义上的“杂交优势”，因此能成为量子革命的先锋与主将。



6.玻尔的互补性哲学之真谛——一种量子力学的科学哲学。[9]（1）玻尔早年所接受的独特的辩证思维教育：每个人进入智慧之门都有特殊的途径，玻尔并不例外。丹麦哲理诗人摩勒的小说，采用轻松而幽默的方式表述了黑格尔的“反思辩证法”，居然对青年玻尔的哲学理解力起到了顿开茅塞的决定性作用。（2）以老玻尔克里斯蒂安为轴心，有一个喜欢自由争鸣的生理学家共同体，“机械论与目的论”的关系之争成为他们的热门话题。这件事无论就“喜欢自由争鸣”习性的培养，或者是日后对“互斥又互补”的关系的理解上，都对青年玻尔的心灵具有潜移默化的作用。（3）通过好友罗宾，玻尔了解到詹姆斯《心理学原理》中关于“思想流的整体不可分性”和“自我”与“非我”划界的相对性。这些概念对于理解量子世界的本性，具有启发性价值。（4）对于互补性独特的物理内涵，恐怕许多人都没有抓住其要害。那么，其特异性究竟何在？最本质的特征究竟何在？从前，在对宏观世界的处理中，“主体＝观察者”与“客体＝被观察者”，两者可以严格划分。前提是经典力学有两种理想化：“观察”——不会对客体产生真正的干扰；“物理客体”——可以与外界的相互作用隔绝（原来是什么样就什么样，可以严格界定其孤立状态）。现在，在量子力学对原子世界的处理中，相互作用不可忽略，观察者与被观察者的两者关系已经变得难分难舍，“既相互排斥，又相互补充”的了。换句话说，观察者（主体）与物理系统（客体）划界虽然仍是必不可少，但由于相互作用和量子纠缠无所不在，绝对的孤立状态并不存在，严格划界不再可能。92好论文网www.92hlw.com（5）互补性与一般辩证法的联系：尽管“互补性”概念来自对量子世界本性独特的“互补又互斥”或“相反相成”的抽象，但它一旦从量子力学语境中抽象出来它也就获得了普遍意义。重要的是，这种“互补又互斥”以科学的精确性来刻画，没有任何逻辑矛盾。（6）对罗森菲尔德互补性辩证法研究的再分析。玻尔的密友罗森菲尔德从辩证哲学观点出发，就互补性与经验的关系、量子规律的几率特征、互补性与决定论的关系、互补性与客观性、科学实在论以及互补性本身的界限等六个方面，为互补观点作出了有力的辩护。在此基础上，我们再分析并集中地阐发了玻尔思想中的辩证法内涵。（7）罗森菲尔德所说的“互补性是量子力学的毕加索艺术”，言无虚发，它不只是一种隐喻，而且还是形象化模型。实际上，毕加索的立体主义让人物的正面、侧面或背面互补起来，奇特地结合成整体，这与玻尔的互补性的语义模型（即“黎曼面模型”）确实很一致[10]。