本帖最后由 风云际会 于 2013-8-26 05:02 编辑
I: N: Z# v/ u
7 T( X+ f% o, W引子:这是我国内的导师所写的一篇文章,会在他所著的《量子力学:菜根谭(第二版)》里出现。这里经过他授权同意,让我代发在网上以引起讨论。此文的版权归原作者所有,任何转载请注明原作者。另,这也是同时将在《全国高校量子力学研究会2013年年会》(西安会议)上的报告修改稿(张老师是全国量子力学理事会前理事长,现任是潘建伟老师)4 C) i1 M6 i# ^
9 l4 @6 z: v2 f5 J" U, N
! b0 G$ ~" P* R3 S* \- o+ Y# G$ H近代自然科学禀性探讨 % p0 Y! e0 X$ l) i5 W
张永德
) O7 s+ t( V0 d q9 T, i. U. U9 U中国科学技术大学,近代物理系,合肥,230026
1 J5 j4 i* `3 z$ u) v9 X5 Q# o目 录
( K7 n0 m7 O, I2 b/ H* M: o3 i 一,近代自然科学的基本特征( V" [& y1 U2 h( e4 ~6 U
二,蕴含的要素
& `2 z0 z/ W' P8 ^, n 三,发源于西方
7 u; ~0 h* ]! G; k( C 四,局限性
1 C; N0 l8 ?$ k- T 五, 科学观与方法论中常见的偏颇
& X) A" T# r+ d* \; ?0 q3 v! X1 O 六, 自然规律的三条基本原理
+ h1 ]6 {/ k5 z5 s2 Y※ ※ ※
2 I/ u" }& J0 F* E5 W5 U1 X! A前 言 . J6 B7 h! b5 o- Q
近代自然科学和技术, 本文简称作近代自然科学。按目前科学进展而论, 它主要包括数、理、化、生、地、天、能源科学、计算机和电子网络、量子通讯、材料科学、脑科学、DNA科学……等等。
/ Z& F0 X. V8 J' K" @" b
' d3 v4 v* x/ x7 q0 H 本文探讨近代自然科学的一些基本问题, 包括剖析和概括它们基本特征、共同要素、局限性、科学观和方法论中常见的偏颇,最后归纳为近代自然科学的三条基本原理。本文力图通过深入的剖析,结合广阔视野的概括,来考察和认识近代自然科学的基本规律。
6 l7 j. @: |$ O8 {; }4 M$ n0 b/ X [6 p# q- a: @
一,近代自然科学的基本特征 . {$ a5 n0 s% @+ A
, z$ V. W: q p. { 全部近代自然科学技术都仅仅是“可道之道”,只是相对真理,并非绝对真理或最终真理。对近代自然科学规律的认识是全体人类理性认识的最大公约数。, n) I+ |% p6 f) @6 f4 k9 W5 k
, a. a- M A$ O
总体上,近代自然科学总是从经验和现象出发,从实践中抽出公设,运用逻辑演绎建立起一个个相对自洽的理论体系,再返回实践经受检验,获得进一步修正和发展。这种思路基本特征有两条:“实验检验”和“逻辑论证”。实践检验以及对理性美的追求是建立这些理论体系的出发点,而实践检验也是归宿。- S4 c, C K' P- }
+ @" B7 V0 u' i x 近代自然科学不是只承认经验和概念复合的经验主义或符号主义,而是同时承认物质的客观存在性、客观规律的物质性,绝对真理的存在性。所以,近代自然科学技术本质上应当称作唯物的逻辑实证主义。举例来说,桌子不仅仅是感觉的复合,更是独立于观察者的具有客观存在性的实体,虽然可以用对它感觉的复合来描述它;月亮不仅仅只是人们主观感觉的复合, 更是独立于观察者的具有客观存在性的实体。
' O& `- H7 q" e6 X3 d H d3 M7 L* t4 j# a# l6 K% D! C5 y
物质与精神是对立的统一体,如同硬币的正反两个侧面。人脑思维过程既是精神过程也是物质过程,是同一过程的两个不可分割的侧面。这种对立统一,人们是强调 “对立”——为斗争哲学寻找理论依据呢?!还是看重“统一”——强调关联、强调共性、强调依存呢?!生命和脑科学家感兴趣的显然是两者之间的关联、对应和统一。) |( u) u+ [3 J. o7 B! J6 M) R
4 S; H$ \! P8 x" |7 e( @+ V' h# `
真、善、美:科学用理性“求真”,文艺随情感“求美”,信仰从人性“求善”。三者全体构成人类和谐社会。其中,自然科学遵循客观性,体现理性精神,从属“诚不诚都灵” 的逻辑。而自然科学理性范畴之外的信仰、爱情等等,依循主观性,渗透主观感受和文化熏陶,显现出另一种“诚则灵,不诚可能不灵”的模式。
# P# q4 L% X, f: T) L二,蕴含的要素
4 }! w4 a5 I, T. S( h- H' s _7 y i1 i7 ]
整体概括而言, 近代自然科学蕴含如下五个要素:
$ y8 l+ D$ w: l4 F8 y. a8 R( {) ~! e$ e6 O+ P0 d6 t- T2 C
1)因果性 :有因果关联的,有实验响应的。 ; Y: y" V- P1 ~6 c: c" p
2)普适性 :满足前提下,结论普适,与观察者无关。
0 K* G2 f$ W( N, I1 B 3)自洽性 :体系内部所有结论是自洽的。
& V. a1 ?+ m5 L& y' x 4)可重复性、可检验性:所有结论都能够接受实验检验。, l8 q9 m0 C" C& o8 |( f, H
5)可量度性:不可量度的事物不属于近代自然科学范畴。
' p# x" P1 J& N5 b: t
# K& t* _4 r6 u" _6 G6 @ 总之, 没有理性基础、无相互作用、不受影响、无因果关联、不可重复、无法检验、不可量度的的事物不属于自然科学范畴,而属于文学、艺术和宗教…等范畴。比如问: 孙悟空体重是多少?无法观测;“糊里又糊涂的”爱情,不可度量; 以前的动物学植物学大体属于描述和归纳性质,并不能算作近代科学。宗教信仰,按Born转述的Einstein的观点【1】,是属于理性之外(也即科学之外——本文作者注)的正常事物。* M7 g* d {1 w5 X+ E; P
" v) e- B0 Q6 C: i/ I2 V& S三,发源于西方
: X9 o/ G% @6 p& w8 V, O! c; T5 Y. _! E* |) k1 c
一般认为,近代自然科学发源于西方,摇篮是Euclid的“几何学原本(The Elements)”。从实践中抽出公设,经过逻辑加工构成理论,返回实践,这一思维模式实是开万代自然科学体系之先河。所以,确切些说,近代自然科学应当称作西方近代自然科学。# }% a5 q( y1 P+ ]3 I l, F% w9 ~
; o1 r4 e) n q4 P8 H8 X: N9 C5 G 应当说,中国有雄厚的技术史,但确实没有对应雄厚的自然科学史。值得称道的指南针、造纸术、火药、活字印刷四大发明都是技术。当然,这不等于说中国5千年文明史中没有很多自然科学成果的亮点。总体而论,中国古代对自然研究的基本特征是“天人合一”式的直觉“综合”远胜于理性逻辑的“分析”。“格物”不得法,“致知”不系统。中国古代学者缺乏大块逻辑思维训练。例证是中西医基本特征的比较━━两者集中体现了东西方文化和思维模式的差异。7 A8 F$ h/ o+ v6 T- H# \4 F
% u# V! b6 x" {9 M$ H四,局限性 1 y$ h% s: ^, h2 s; e& i" r0 Y
; f5 n& Y. t S4 `# ]; E$ W
西方近代自然科学既然纯属“可道之道”,其总体思维模式就存在着局限性。深入检讨有如下5点:
: j% \" r. f, a5 v( t8 Z4 O, ~" x- W! M
' E- l7 |$ Y5 k, R1 a3 I) g6 w 1)公设有局限性。人类实践的局限性产生了认识的局限性, 认识局限性导致公设的局限性。举例说, 从欧氏几何到罗氏几何再到黎曼几何的发展过程就说明了这一点。) P$ d: h$ L0 c3 |1 g
8 [9 f% p% j& Y$ j! ~
2)人类认知能力有局限性。人类眼耳鼻舌身,以及人类 (包括现在和将来利用人类所在空间的物质) 制造的全部探测系统,它们总体一定是完备的吗? 就是说,凡是自然界中存在的东西,最终一定会为人类所认识吗? 其实,这只是一个未经论证也无法证实的论断。说到底,它只是人们的一个信念。
# d! ?, i/ \1 d" S9 Y, O6 B' D# y( y9 I5 f
3)逻辑演绎能力有局限性。牛顿力学诞生到量子力学创立一再表明,物理学基本规律和基本观念都是逻辑论证无能为力的地方。还有,K. Gödel的“不完备定理”【2】也表明, 任何逻辑体系都不可能是完备的。Landau也说理论物理中追求数学严格性往往是自欺欺人【3】,其原义都在于此。' A. ?) G3 c4 b6 `. l
5 k' e$ e/ l+ J1 }1 B 4) 量化问题的局限性。Einstein 说过:不是所有可以量化的东西都是重要的,也不是所有重要的东西都可以量化。后者比如,爱情、亲情和信仰就是无法量化的“重要的东西”。
( Y7 _4 Z A. h4 z- B$ c8 D) N1 a: s; S
5)科学只能解决物质文明,并不能解决精神文明。
+ |& l. H9 A' O$ f. n3 R5 h( } t1 b Y+ y T
只有科学,没有信仰的社会是自私、放纵的社会;只有信仰,没有科学的社会是贫穷、愚昧的社会。纽约报纸载文也说:“我们已经可以把人送上月球,却无法让人从车门口向车中间挪动一步。” 公共汽车车门的踏脚板就是乘车人的“变心板”:乘车人一踏上这块板,对下面挤车人说话的口气就会变。众所周知, 科学本身是把双刃剑。既可以用来创造物质财富, 造福人类,也可以用于危害人类。( q0 P) U3 {: ` W4 h
& g4 ~. T; t. o8 q) S
其实,就对人的全面成长而言,科学是对人能力的锻炼培养,信仰是对人格的引导塑造。所以,科学与信仰实际并行不悖、科学与宗教应当相辅相成。科学解决物质文明;信仰和宗教解决精神文明。科学是振兴一个国家所必须的、重要的,但决不是万能的、包容一切的。走向极端的科学主义是严重的偏颇!世界上信仰多种多样,人类应当而且必须学会尊重别人的信仰。3 P7 \$ a* ~3 g# V5 @0 }. o
1 W, R* b# E6 l 我们实在应当牢牢记取Einstein的话:没有宗教的科学是瘸子;没有科学的宗教是瞎子【4】。我们也应当牢记孙中山的话:佛教有救世之仁, 佛学是哲学之母,研究佛学可补科学之偏【5】。
9 u5 f8 c& C1 V+ _- c1 |/ [ ^$ t5 U
) ^; H$ y: K+ G3 ^$ N+ R, o, Q# r5 v【1】M. Born, 《Max and Albert Einstein》,The Born-Einstein Letters,London,Macmillan,2nd edn,2005。0 a; l, t9 B. g& Y D, V
【2】关于数理逻辑的 “不完备定理”(1931),参见汪芳庭《数理逻辑(第二版)》,合肥:中国科学技术大学出版社,2010。第3、4章。
5 G5 _: p, A C! Y; R【3】朗道,栗弗利茨,《量子力学 非相对论理论》,北京:高等教育出版社,1980。英文第一版序言。$ S$ e; E: v C, E- T5 s9 _
【4】A. Einstein,《Ideas and Opinions》,Carl Seelig,ed.,New York:
$ \4 D# r+ T6 M3 k$ d. SThree Rivers Press,1982;M. Jammer,《Einstein and Religion:
% M5 H3 B9 x8 |5 Z: l: J6 [Physics and Theology》,Princeton:Princeton University Press,1999。
3 V- \5 z2 c& U) D VEinstein给P. Wright的信。安·罗宾逊编著,《爱因斯坦 相对论一百年》, 张卜天译, 长沙:湖南科技出版社,2006。/ A/ ]2 `5 C- v0 ]; l( q
【5】《孙中山全集》第9卷,或见西安大慈恩寺石壁题字。 |