量子力学的基本理论观点范文

引言：寻求写作上的突破？我们特意为您精选了12篇量子力学的基本理论观点范文，希望这些范文能够成为您写作时的参考，帮助您的文章更加丰富和深入。

篇1

作者们在本书所呈现的理论观点是经过长时间的努力寻找而获得的答案。长期以来，科研人员试图寻找答案的以下问题：哪些概念对量子力学的发展起重要作用；是什么为这些概念提供了物理基础；量子力学背后的物理学的最新发现中，有哪些对这些问题的回答形成了综合的和自洽的新的理论框架。

作者认为任何物质系统都是一个开放系统，它们永久地接触随机零点辐射场，并与其达到平衡状态。从这个基础出发，导出量子力学形式体系的核心以及非相对论QED的相对论修正，同时揭示了基本的物理机制。本书打开了通向进一步探索并揭示物理的新大门。读者会看到，这一任务远没有结束，仍存在很多问题没有考察到，期待进一步研究。

本书阐明了量子理论一些核心特点的根源，诸如原子的稳定性，电子自旋，量子涨落、量子非定域性和纠缠。这里发展的理论重新确认了诸如实在性、因果性、局域性和客观性等基本的科学原理

全书内容共分10章：1.量子力学：某些问题；2.唯象随机方法：通向量子力学的简捷途径；3.普朗克分布，涨落零点场的一个必然推论；4.通向薛定谔方程的漫长旅途；5.通向海森伯量子力学之路；6.超越薛定谔方程；7.解开量子纠缠； 8.量子力学的因果性、非定域性和纠缠； 10.零点场波（和）物质。

本书适合熟悉量子力学的最基本概念和结果的读者阅读。其内容适用于从事理论物理、数学物理、实验物理、量子化学和物理哲学的研究人员、研究生和教师参考。

丁亦兵，教授

（中国科学院大学）

Ding Yibing，Professor

（The University，CAS）Ignatios Antoniadis et al

Supersymmetry After the

Higgs Discovery

2014

http：///book/

篇2

关键词：凝聚态物理学；基本概念；特点阐述

凝聚态物理学的基本概念需根据物质世界的层次化进行阐述效果会更加明了。作为一门至今仍然拥有丰富生命力的研究学问，凝聚态物理学时时刻刻影响着我们生活的方方面面。例如，液态金属、溶胶、高分子聚合物等等物质的研究都和凝聚态物理学有着密不可分的联系。凝聚态物理学发展历史和其理论支撑，是对凝聚态物理学的基本概念进行阐述的基础。

一、凝聚态物理学发展历史

1、物质世界层次化

为了对凝聚态物理学基本概念进行阐述，首先就需要提到物质世界层次化的研究方式。纵观二十世纪的物理学发展，在二十世纪初，两大划时代的物理理论突破的出现，拉开了宇观物理学和微观物理学的探究序幕。两大理论即是相对论和量子论，相对论和量子理论是对传统物理学的质疑和挑战。其中，狭义相对论修正了经典物理学当中的电磁学和力学之间存在的矛盾；广义相对论则是为近代物理学当中的天体运行研究做出了巨大的贡献。量子论的建立正式拉开了现代物理学对于微观世界的研究，使得基于原子乃至更小系统的探究成为可能。现代物理学的研究方式正是基于这一种将物质世界进行分层的观点进行的，因为物理学当中的理论使用范围都有区别。例如，在宏观世界当中，牛顿力学成立；在微观世界当中，牛顿力学就难以支撑实验事实了。

2、凝聚B物理学的步步发展

从科学家开始探索微观世界开始，凝聚态物理学就悄然发展开来。科学家从原子物理出发，深入到原子核内外空间的研究，为了探索微观世界粒子的基本特性，建立了多代高能粒子加速器，使得近代微观物理学探索出中子、夸克、轻子类的微观粒子。同时，近代物理学的一条研究途径也是将原子物理作为基本主线。在这条研究主线当中，量子力学和统计物理学向结合，奠定了固定物理学的基础。固定物理学的逐渐发展扩大，演变为了凝聚态物理学。凝聚态物理学的研究发展从简单到复杂，从宏观到微观。其结合到其他学科（材料学、化学、生物学等）共同创新，取得了巨大成果。

二、凝聚态物理学的基本概念阐述

1、基本理论

凝聚态物理学基本概念中最重要的基础则是构建这门学科的理论支撑。其基本理论当中的核心即是量子物理和经典物理。根据凝聚态物理学的发展历史来看，量子物理理论推动了凝聚态物理学的发展，使其对众多实验研究成为可能。经典物理理论在凝聚态物理学中并非一无是处，仍在一些研究方面起着不可忽视的作用。两种理论知识在凝聚态物理学当中的应用都存在着自身的适用范围，下面对其进行比较说明。在中学物理中我们初步了解到，物质粒子具有二象性――粒子与波。在粒子的二象性当中，粒子所具有的波动性使得量子力学有别与经典力学。二者的适用范围的界限通常是一些临界温度、直径、场（电场、磁场）强等方面。

2、凝聚现象

凝聚态物理学的基础概念即是凝聚现象，然而凝聚现象在我们日常生活当中是随处可见的。大家都知道，气体可以凝结成固体或者是液体，液体和固体之间最明显的区别是液体的流动性。根据量子力学等理论分析，在某些临界温度附近，物质之间就发生凝聚现象。发生凝聚现象的物质往往具备一些新的物理性质。例如物质原有的沸点、导电性、光敏性等发生改变。

3、凝聚态物质的有序化

根据中学物理和化学的知识可知，物质反应在平衡状态时，其系统能量内能与熵等因素的影响。系统物质内能的上升使得系统趋于不稳定性，使得熵值增加。当温度下降时，凝聚态物质则趋于熵值下降和系统稳定，研究发现，凝聚态物质往往是某一种有序结构的物相。大量物质粒子所组成的系统表现出来的直观特征即是位置序，这也说明不同的粒子直接是存在着相互联系的。当然，也存在着粒子相互作用较弱的情况，其宏观表现即是粒子无序分布。在经典粒子系统当中，使得系统有序化的物理基础则是粒子和粒子之间的相互作用，这可当作是量子力学当中的一个问题处理。根据中学知识我们知道，在量子力学当中，物质粒子存在着位置不确定性和动量不确定性。根据上述进行总结，凝聚态物质是空间当中的凝聚体，而相对空间往往是分为两个方面。一方面是位置形态空间，另外的一方面是抽象的动量空间。凝聚态物质的有序化在这两个空间当中的存在形态极为丰富。

三、研究概念阐述

凝聚态物理学当中基本的研究概念在于以下几个方面。第一是固体电子论。对固定系统当中电子的行为研究是凝聚态物理学一直在努力的方向，按照电子行为的相互作用的大小，又将其分为三个小的区域。首先是弱关联区，这个区域的研究已经取得了巨大进展，也是构成半导体物理学的理论基础。其次是中等关联区域，主要研究对象包括的是一般的金属和强磁性的物质，其构成了磁铁学的物理基础。强关联区受能带理论发展的影响，目前其研究还有待开拓。第二是宏观量子态。宏观量子态研究当中对某些物质的超导现象的研究是一个重点，一些非常规的超导体研究也是目前科学家所努力的方向。第三是纳米结构与介观物理，凝聚态物理学对于一些简单物质的研究已经较为清楚。按照不同物质材料的结构尺度进行探究是凝聚态物理学研究的新方向之一，纳米结构和介观物理需要量子理论进行支撑，研究目的主要是为了获取材料和器件的复合体，同时创造出一些具有优良性能的物理材料。

四、总结

凝聚态物理学的理论基础是量子力学，目前量子力学的发展已经趋于完备。由于凝聚态物理学设计大量微观粒子的研究，其复杂程度较高，需要研究者从实验、计算、推演等方面开展研究。凝聚态物理学作为一门高新技术，其研究前景十分广阔。只要充分结合其他相关学科知识，加以探究，一定会取得更加丰硕的研究成果。

参考文献

篇3

在此世纪之交的时候，人们自然想展望一下二十一世纪物理学的发展前景，探索今后物理学发展的方向。我想谈一谈我对这个问题的一些看法和观点。首先，我们来回顾一下上一个世纪之交物理学发展的情况，把当前的情况与一百年前的情况作比较对于探索二十一世纪物理学发展的方向是很有帮助的。

一、历史的回顾

十九世纪末二十世纪初，经典物物学的各个分支学科均发展到了完善、成熟的阶段，随着热力学和统计力学的建立以及麦克斯韦电磁场理论的建立，经典物理学达到了它的顶峰，当时人们以系统的形式描绘出一幅物理世界的清晰、完整的图画，几乎能完美地解释所有已经观察到的物理现象。由于经典物理学的巨大成就，当时不少物理学家产生了这样一种思想：认为物理学的大厦已经建成，物理学的发展基本上已经完成，人们对物理世界的解释已经达到了终点。物理学的一些基本的、原则的问题都已经解决，剩下来的只是进一步精确化的问题，即在一些细节上作一些补充和修正，使已知公式中的各个常数测得更精确一些。

然而，在十九世纪末二十世纪初，正当物理学家在庆贺物理学大厦落成之际，科学实验却发现了许多经典物理学无法解释的事实。首先是世纪之交物理学的三大发现：电子、X射线和放射性现象的发现。其次是经典物理学的万里晴空中出现了两朵“乌云”：“以太漂移”的“零结果”和黑体辐射的“紫外灾难”。[1]这些实验结果与经典物理学的基本概念及基本理论有尖锐的矛盾，经典物理学的传统观念受到巨大的冲击，经典物理发生了“严重的危机”。由此引起了物理学的一场伟大的革命。爱因斯坦创立了相对论；海林堡、薛定谔等一群科学家创立了量子力学。现代物理学诞生了！

把物理学发展的现状与上一个世纪之交的情况作比较，可以看到两者之间有相似之外，也有不同之处。

在相对论和量子力学建立起来以后，现代物理学经过七十多年的发展，已经达到了成熟的阶段。人类对物质世界规律的认识达到了空前的高度，用现有的理论几乎能够很好地解释现在已知的一切物理现象。可以说，现代物理学的大厦已经建成。在这一点上，目前有情况与上一个世纪之交的情况很相似。因此，有少数物理学家认为今后物理学不会有革命性的进展了，物理学的根本性的问题、原则问题都已经解决了，今后能做到的只是在现有理论的基础上在深度和广度两方面发展现代物理学，对现有的理论作一些补充和修正。然而，由于有了一百年前的历史经验，多数物理学家并不赞成这种观点，他们相信物理学迟早会有突破性的发展。另一方面，虽然在微观世界和宇宙学领域中有一些物理现象是现代物理学的理论不能很好地解释的，但是这些矛盾并不是严重到了非要彻底改造现有理认纱可的程度。在这方面，目前的情况与上一个世纪之交的情况不同。在上一个世纪之交，经典物理学发生了“严重的危机”；而在本世纪之交，现代物理学并无“危机”。因此，我认为目前发生现代物理学革命的条件似乎尚不成熟。

虽然在微观世界和宇宙学领域中有一些物理现象是现代物理学的理论不能很好地解释的，但是这些矛盾并不是严重到了非要彻底改造现有理认纱可的程度。在这方面，目前的情况与上一个世纪之交的情况不同。在上一个世纪之交，经典物理学发生了“严重的危机”；而在本世纪之交，现代物理学并无“危机”。因此，我认为目前发生现代物理学革命的条件似乎尚不成熟。客观物质世界是分层次的。一般说来，每个层次中的体系都由大量的小体系（属于下一个层次）构成。从一定意义上说，宏观与微观是相对的，宏观体系由大量的微观系统构成。物质世界从微观到宏观分成很多层次。物理学研究的目的包括：探索各层次的运动规律和探索各层次间的联系。

回顾二十世纪物理学的发展，是在三个方向上前进的。在二十一世纪，物理学也将在这三个方向上继续向前发展。

1）在微观方向上深入下去。在这个方向上，我们已经了解了原子核的结构，发现了大量的基本粒子及其运规律，建立了核物理学和粒子物理学，认识到强子是由夸克构成的。今后可能会有新的进展。但如果要探索更深层次的现象，必须有更强大得多的加速器，而这是非常艰巨的任务，所以我认为近期内在这个方向上难以有突破性的进展。

2）在宏观方向上拓展开去。1948年美国的伽莫夫提出“大爆炸”理论，当时并未引起重视。1965年美国的彭齐亚斯和威尔逊观测到宇宙背景辐射，再加上其他的观测结果，为“大爆炸”理论提供了有力的证据，从此“大爆炸”理论得到广泛的支持，1981年日本的佐藤胜彦和美国的古斯同时提出暴胀理论。八十年代以后，英国的霍金[2,3]等人开始论述宇宙的创生，认为宇宙从“无”诞生，今后在这个方向上将会继续有所发展。从根本上来说，现代宇宙学的继续发展有赖于向广漠的宇宙更遥远处观测的新结果，这需要人类制造出比哈勃望远镜性能更优越得多的、各个波段的太空天文望远镜，这是很艰巨的任务。

我个人对于近年来提出的宇宙创生学说是不太信的，并且认为“大爆炸”理论只是对宇宙的一个近似的描述。因为现在的宇宙学研究的只是我们能观测到的范围以内的“宇宙”，而我相信宇宙是无限的，在我们这个“宇宙”以外还有无数个“宇宙”，这些宇宙不是互不相干、各自孤立的，而是互相有影响、有作用的。现代宇宙学只研究我们这个“宇宙”，当然只能得到近似的结果，把他们的延伸到“宇宙”创生了初及遥远的未来，则失误更大。

3）深入探索各层次间的联系。

这正是统计物理学研究的主要内容。二十世纪在这方面取得了巨大的成就，先是非平衡态统计物理学有了得大的发展，然后建立了“耗散结构”理论、协同论和突变论，接着混沌论和分形论相继发展起来了。近年来把这些分支学科都纳入非线性科学的范畴。相信在二十一世纪非线性科学的发展有广阔的前景。

上述的物理学的发展依然现代物理学现有的基本理论的框架内。在下个世纪，物理学的基本理论应该怎样发展呢？有一些物理学家在追求“超统一理论”。在这方面，起初是爱因斯坦、海森堡等天才科学家努力探索“统一场论”；直到1967、1968年，美国的温伯格和巴基斯坦的萨拉姆提出统一电磁力和弱力的“电弱理论”；目前有一些物理学家正在探索加上强力的“大统一理论”以及再加上引力把四种力都统一起来的“超统一理论”，他们的探索能否成功尚未定论。

爱因斯坦当初探索“统一场论”是基于他的“物理世界统一性”的思想[4]，但是他努力探索了三十年，最终没有成功。我对此有不同的观点，根据辩证唯物主义的基本原理，我认为“物质世界是既统一，又多样化的”。且莫论追求“超统一理论”能否成功，即便此理论完成了，它也不是物理学发展的终点。因为“在绝对的总的宇宙发展过程中，各个具体过程的发展都是相对的，因而在绝对真理的长河中，人们对于在各个一定发展阶段上的具体过程的认识只具有相对的真理性。无数相对的真理之总和，就是绝对的真理。”“人们在实践中对于真理的认识也就永远没有完结。”[5]

现代物理学的革命将怎样发生呢？我认为可能有两个方面值得考试：

1）客观世界可能不是只有四种力。第五、第六……种力究竟何在呢？现在我们不知道。我的直觉是：将来最早发现的第五种力可能存在于生命现象中。物质构成了生命体之后，其运动和变化实在太奥妙了，我们没有认识的问题实在太多了，我们今天对于生命科学的认识犹如亚里斯多德时代的人们对于物理学的认识，因此在这方面取得突破性的进展是很可能的。我认为，物理学业与生命科学的交叉点是二十一世纪物理学发展的方向之一，与此有关的最关于复杂性研究的非线性科学的发展。

2）现代物理学理论也只是相对真理，而不是绝对真理。应该通过审思现代物理学理论基础的不完善性来探寻现代物理学革命的突破口，在下一节中将介绍我的观点。

三、现代物理学的理论基础是完美的吗？

相对论和量子力学是现代物理学的两大支柱，这两大支柱的理论基础是否十全十美的

呢？我们来审思一下这个问题。

1）对相对论的审思

当年爱因斯坦就是从关于光速和关于时间要领的思考开始，创立了狭义相对论[1]。我们今天探寻现代物理学革命的突破口，也应该从重新审思时空的概念入手。爱因劳动保护坦创立狭义相对论是从讲座惯性系中不同地点的两个“事件”的同时性开始的[4]，他规定用光信号校正不同地点的两个时钟来定义“同时”，这样就很自然地导出了洛仑兹变换，进一步导致一个四维时空（x，y，z，ict）（c是光速）。为什么爱因劳动保护担提出用光信号来校正时钟，而不用别的信号呢？在他的论文中没有说明这个问题，其实这是有深刻含意的。

时间、空间是物质运动的表现形式，不能脱离物理质运动谈论时间、空间，在定义时空时应该说明是关于什么运动的时空。现代物理学认为超距作用是不存在的，A处发生的“事件”影响B处的“事件”必须通过一定的场传递过去，传递需要一定的时间，时间、空间的定义与这个传递速度是密切相关的。如果这种场是电磁场，则电磁相互作用传递的速度就是光速。因此，爱因斯坦定义的时空实际上是关于由电磁相互作用引起的物质运动的时空，适用于描述这种运动。

爱因斯坦把他定义的时间应用于所有的物质运动，实际上就暗含了这样的假设：引力相互作用的传递速度也是光速c.但是引力相互作用是否也是以光速传递的呢？令引力相互作用的传递速度为c＇。至今为止，并无实验事实证明c＇等于c。爱因斯坦因他的“物质世界统一性”的世界观而在实际上假定了c=c＇。我持有“物质世界既统一，又多样化的”以观点，再加之电磁力和引力的强度在数量级上相差太多，因此我相相信c＇可能不等于c。工样，关于由电磁力引起的物质运动的四维时空（x，y，z，ict）和关于由引力引起的运动的时空（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）是不同的。如果研究的问题只涉及一种相互作用，则按照现在的理论建立起来的运动方程的形式不变。例如，爱因斯坦引力场方程的形式不变，只需把常数c改为c＇。如果研究的问题涉及两种相互作用，则需要建立新的理论。不过，首要的事情是由实验事实来判断c＇和c是否相等；如果不相等，需要导出c＇的数值。

我在二十多年前开始形成上述观点，当时测量引力波是众所瞩目的一个热点，我曾对那些实验寄予厚望，希望能从实验结果推算出c＇是否等于c。令人遗憾的是，经过长斯的努力引引力波实验没有获得肯定的结果，随后这项工作冷下去了。根据爱国斯坦理论预言的引力波是微弱的，如果在现代实验技术能够达到的测量灵敏度和准确度之下，这样弱的引力波应该能够探测到的话，长期的实验得不到肯定的结果似乎暗示了害因斯坦理论的缺点。应该从c＇可能不等于c这个角度来考虑问题，如果c＇和c有较大的差异，则可能导出引力波的强度比根据爱因劳动保护坦理论预言的强度弱得多的结果。

弱力、强力与引力、电磁力有本质的不同，前两者是短程力，后两者是长程力。不同的相互作用是通过传递不同的媒介粒子而实现的。引力相互作用的传递者是引力子；电磁相互作用的传递者是光子；弱相互作用的传递者是规范粒子（光子除外）；强相互作用的传递者是介子。引力子和光子的静质量为零，按照爱因斯坦的理论，引力相互作用和电磁相互作用的传递速度都是光速。并且与传递粒子的静质量和能量有关，因而其传递速度是多种多样的。

在研究由弱或强相互作用引起的物质运动时，定义惯性系中不同的地点的两个“事件”的“同时”，是否应该用弱力或强力信号取代光信号呢？我对核物理学和粒子物理学是外行，不想贸然回答这个问题。如果应该用弱力或强力信号取代光信号，那么关于由弱力或强力引起的物质运动的时空和关于由电磁力引起的运动的时空（x，y，z，ict）及关于由引力引起的运动的时空（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）

有很大的不同。设弱或强相互作用的传递速度为c＇＇，c＇＇不是常数，而是可变的，则关于由弱或强力引起的运动的时空为（x＇＇，y＇＇，z＇＇，Ic＇＇t＇＇），时间t＇＇和空间（x＇＇，y＇＇，z＇＇）将是c＇的函数。然而，很可能应该这样来考虑问题：关于由弱力引起的运动的时空，在定义中应该以规范粒子的静质量取作零时的速度c1取代光速c。由于“电弱理论”把弱力和电磁力统一起来了，因此有可能c1=c，则关于由弱力引起的运动的时空和关于由电磁力引起的运动的时空是相同的，同为（x，y，z，ict）。关于由强力引起的运动的时空，在定义中应该以介子的静质量取作零（在理论上取作零，在实际上没有静质量为零的介子）时的速度c＇＇取代光速c，c＇＇可能不等于c。则关于由强力引起的运动的时空（x＇＇，y＇＇，z＇＇，Ic＇＇t＇＇）不同于（x，y，z，ict）或（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）。无论上述两种考虑中哪一种是对的，整个物质世界的时空将是高于四维的多维时空。对于由短程力（或只是强力）引起的物质运动，如果时空有了新的一义，就需要建立新的理论，也就是说需要建立新的量子场论、新的核物理学和新的粒子物理学等。如果研究的问题既清及长程力，又涉及短程力（尤其是强力），则更需要建立新的理论。

1）对量子力学的审思

从量子力学发展到量子场论的时候，遇到了“发散困难”[6]。1946——1949年间，日本的朝永振一郎、美国的费曼和施温格提出“重整化”方法，克服了“发散困难”。但是“重整化”理论仍然存在着逻辑上的缺陷，并没有彻底克服这一困难。“发散困难”的一个基本原因是粒子的“固有”能量（静止能量）与运动能量、相互作用能量合在一起计算[6]，这与德布罗意波在υ=0时的异性。

现在我陷入一个两难的处境：如果采用传统的德布罗意关系，就只得接受不合理的德布罗意波奇异性；如果采纳修正的德布罗意关系，就必须面对使新的理论满足相对论协变性的难题。是否有解决问题的其他途径呢？我认为这个问题或许还与时间、空间的定义有关。现在的量子力学理论中时宽人的定义实质上依然是决定论的定义，而不确定原理是微观世界的一条基本规律，所以时间、空间都不是严格确定的，决定论的时空要领不再适用。在时间或空间的间隔非常小的时候，描写事情顺序的“前”、“后”概念将失去意义。此外，在重新定义时空时还应考虑相关的物质运动的类别。模糊数学已经发展得相当成熟了，把这个数学工具用到微观世界时空的定义中去可能是很值得一试的。

1）在二十一世纪物理学将在三个方向上继续向前发展（1）在微观方向上深入下去；（2）在宏观方向上拓展开去；（3）深入探索各层次间的联系，进一步发展非线性科学。

篇4

在此世纪之交的时候，人们自然想展望一下二十一世纪物理学的发展前景，探索今后物理学发展的方向。我想谈一谈我对这个问题的一些看法和观点。首先，我们来回顾一下上一个世纪之交物理学发展的情况，把当前的情况与一百年前的情况作比较对于探索二十一世纪物理学发展的方向是很有帮助的。

一、历史的回顾

十九世纪末二十世纪初，经典物物学的各个分支学科均发展到了完善、成熟的阶段，随着热力学和统计力学的建立以及麦克斯韦电磁场理论的建立，经典物理学达到了它的顶峰，当时人们以系统的形式描绘出一幅物理世界的清晰、完整的图画，几乎能完美地解释所有已经观察到的物理现象。由于经典物理学的巨大成就，当时不少物理学家产生了这样一种思想：认为物理学的大厦已经建成，物理学的发展基本上已经完成，人们对物理世界的解释已经达到了终点。物理学的一些基本的、原则的问题都已经解决，剩下来的只是进一步精确化的问题，即在一些细节上作一些补充和修正，使已知公式中的各个常数测得更精确一些。

然而，在十九世纪末二十世纪初，正当物理学家在庆贺物理学大厦落成之际，科学实验却发现了许多经典物理学无法解释的事实。首先是世纪之交物理学的三大发现：电子、X射线和放射性现象的发现。其次是经典物理学的万里晴空中出现了两朵“乌云”：“以太漂移”的“零结果”和黑体辐射的“紫外灾难”。[1]这些实验结果与经典物理学的基本概念及基本理论有尖锐的矛盾，经典物理学的传统观念受到巨大的冲击，经典物理发生了“严重的危机”。由此引起了物理学的一场伟大的革命。爱因斯坦创立了相对论；海林堡、薛定谔等一群科学家创立了量子力学。现代物理学诞生了！

把物理学发展的现状与上一个世纪之交的情况作比较，可以看到两者之间有相似之外，也有不同之处。

在相对论和量子力学建立起来以后，现代物理学经过七十多年的发展，已经达到了成熟的阶段。人类对物质世界规律的认识达到了空前的高度，用现有的理论几乎能够很好地解释现在已知的一切物理现象。可以说，现代物理学的大厦已经建成。在这一点上，目前有情况与上一个世纪之交的情况很相似。因此，有少数物理学家认为今后物理学不会有革命性的进展了，物理学的根本性的问题、原则问题都已经解决了，今后能做到的只是在现有理论的基础上在深度和广度两方面发展现代物理学，对现有的理论作一些补充和修正。然而，由于有了一百年前的历史经验，多数物理学家并不赞成这种观点，他们相信物理学迟早会有突破性的发展。另一方面，虽然在微观世界和宇宙学领域中有一些物理现象是现代物理学的理论不能很好地解释的，但是这些矛盾并不是严重到了非要彻底改造现有理认纱可的程度。在这方面，目前的情况与上一个世纪之交的情况不同。在上一个世纪之交，经典物理学发生了“严重的危机”；而在本世纪之交，现代物理学并无“危机”。因此，我认为目前发生现代物理学革命的条件似乎尚不成熟。

虽然在微观世界和宇宙学领域中有一些物理现象是现代物理学的理论不能很好地解释的，但是这些矛盾并不是严重到了非要彻底改造现有理认纱可的程度。在这方面，目前的情况与上一个世纪之交的情况不同。在上一个世纪之交，经典物理学发生了“严重的危机”；而在本世纪之交，现代物理学并无“危机”。因此，我认为目前发生现代物理学革命的条件似乎尚不成熟。客观物质世界是分层次的。一般说来，每个层次中的体系都由大量的小体系（属于下一个层次）构成。从一定意义上说，宏观与微观是相对的，宏观体系由大量的微观系统构成。物质世界从微观到宏观分成很多层次。物理学研究的目的包括：探索各层次的运动规律和探索各层次间的联系。

回顾二十世纪物理学的发展，是在三个方向上前进的。在二十一世纪，物理学也将在这三个方向上继续向前发展。

1）在微观方向上深入下去。在这个方向上，我们已经了解了原子核的结构，发现了大量的基本粒子及其运规律，建立了核物理学和粒子物理学，认识到强子是由夸克构成的。今后可能会有新的进展。但如果要探索更深层次的现象，必须有更强大得多的加速器，而这是非常艰巨的任务，所以我认为近期内在这个方向上难以有突破性的进展。

2）在宏观方向上拓展开去。1948年美国的伽莫夫提出“大爆炸”理论，当时并未引起重视。1965年美国的彭齐亚斯和威尔逊观测到宇宙背景辐射，再加上其他的观测结果，为“大爆炸”理论提供了有力的证据，从此“大爆炸”理论得到广泛的支持，1981年日本的佐藤胜彦和美国的古斯同时提出暴胀理论。八十年代以后，英国的霍金[2,3]等人开始论述宇宙的创生，认为宇宙从“无”诞生，今后在这个方向上将会继续有所发展。从根本上来说，现代宇宙学的继续发展有赖于向广漠的宇宙更遥远处观测的新结果，这需要人类制造出比哈勃望远镜性能更优越得多的、各个波段的太空天文望远镜，这是很艰巨的任务。

我个人对于近年来提出的宇宙创生学说是不太信的，并且认为“大爆炸”理论只是对宇宙的一个近似的描述。因为现在的宇宙学研究的只是我们能观测到的范围以内的“宇宙”，而我相信宇宙是无限的，在我们这个“宇宙”以外还有无数个“宇宙”，这些宇宙不是互不相干、各自孤立的，而是互相有影响、有作用的。现代宇宙学只研究我们这个“宇宙”，当然只能得到近似的结果，把他们的延伸到“宇宙”创生了初及遥远的未来，则失误更大。

3）深入探索各层次间的联系。

这正是统计物理学研究的主要内容。二十世纪在这方面取得了巨大的成就，先是非平衡态统计物理学有了得大的发展，然后建立了“耗散结构”理论、协同论和突变论，接着混沌论和分形论相继发展起来了。近年来把这些分支学科都纳入非线性科学的范畴。相信在二十一世纪非线性科学的发展有广阔的前景。

上述的物理学的发展依然现代物理学现有的基本理论的框架内。在下个世纪，物理学的基本理论应该怎样发展呢？有一些物理学家在追求“超统一理论”。在这方面，起初是爱因斯坦、海森堡等天才科学家努力探索“统一场论”；直到1967、1968年，美国的温伯格和巴基斯坦的萨拉姆提出统一电磁力和弱力的“电弱理论”；目前有一些物理学家正在探索加上强力的“大统一理论”以及再加上引力把四种力都统一起来的“超统一理论”，他们的探索能否成功尚未定论。

爱因斯坦当初探索“统一场论”是基于他的“物理世界统一性”的思想[4]，但是他努力探索了三十年，最终没有成功。我对此有不同的观点，根据辩证唯物主义的基本原理，我认为“物质世界是既统一，又多样化的”。且莫论追求“超统一理论”能否成功，即便此理论完成了，它也不是物理学发展的终点。因为“在绝对的总的宇宙发展过程中，各个具体过程的发展都是相对的，因而在绝对真理的长河中，人们对于在各个一定发展阶段上的具体过程的认识只具有相对的真理性。无数相对的真理之总和，就是绝对的真理。”“人们在实践中对于真理的认识也就永远没有完结。”[5]

现代物理学的革命将怎样发生呢？我认为可能有两个方面值得考试：

1）客观世界可能不是只有四种力。第五、第六……种力究竟何在呢？现在我们不知道。我的直觉是：将来最早发现的第五种力可能存在于生命现象中。物质构成了生命体之后，其运动和变化实在太奥妙了，我们没有认识的问题实在太多了，我们今天对于生命科学的认识犹如亚里斯多德时代的人们对于物理学的认识，因此在这方面取得突破性的进展是很可能的。我认为，物理学业与生命科学的交叉点是二十一世纪物理学发展的方向之一，与此有关的最关于复杂性研究的非线性科学的发展。

2）现代物理学理论也只是相对真理，而不是绝对真理。应该通过审思现代物理学理论基础的不完善性来探寻现代物理学革命的突破口，在下一节中将介绍我的观点。

二、现代物理学的理论基础是完美的吗？

相对论和量子力学是现代物理学的两大支柱，这两大支柱的理论基础是否十全十美的

呢？我们来审思一下这个问题。

1）对相对论的审思

当年爱因斯坦就是从关于光速和关于时间要领的思考开始，创立了狭义相对论[1]。我们今天探寻现代物理学革命的突破口，也应该从重新审思时空的概念入手。爱因劳动保护坦创立狭义相对论是从讲座惯性系中不同地点的两个“事件”的同时性开始的[4]，他规定用光信号校正不同地点的两个时钟来定义“同时”，这样就很自然地导出了洛仑兹变换，进一步导致一个四维时空（x，y，z，ict）（c是光速）。为什么爱因劳动保护担提出用光信号来校正时钟，而不用别的信号呢？在他的论文中没有说明这个问题，其实这是有深刻含意的。

时间、空间是物质运动的表现形式，不能脱离物理质运动谈论时间、空间，在定义时空时应该说明是关于什么运动的时空。现代物理学认为超距作用是不存在的，A处发生的“事件”影响B处的“事件”必须通过一定的场传递过去，传递需要一定的时间，时间、空间的定义与这个传递速度是密切相关的。如果这种场是电磁场，则电磁相互作用传递的速度就是光速。因此，爱因斯坦定义的时空实际上是关于由电磁相互作用引起的物质运动的时空，适用于描述这种运动。

爱因斯坦把他定义的时间应用于所有的物质运动，实际上就暗含了这样的假设：引力相互作用的传递速度也是光速c.但是引力相互作用是否也是以光速传递的呢？令引力相互作用的传递速度为c＇。至今为止，并无实验事实证明c＇等于c。爱因斯坦因他的“物质世界统一性”的世界观而在实际上假定了c=c＇。我持有“物质世界既统一，又多样化的”以观点，再加之电磁力和引力的强度在数量级上相差太多，因此我相相信c＇可能不等于c。工样，关于由电磁力引起的物质运动的四维时空（x，y，z，ict）和关于由引力引起的运动的时空（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）是不同的。如果研究的问题只涉及一种相互作用，则按照现在的理论建立起来的运动方程的形式不变。例如，爱因斯坦引力场方程的形式不变，只需把常数c改为c＇。如果研究的问题涉及两种相互作用，则需要建立新的理论。不过，首要的事情是由实验事实来判断c＇和c是否相等；如果不相等，需要导出c＇的数值。

我在二十多年前开始形成上述观点，当时测量引力波是众所瞩目的一个热点，我曾对那些实验寄予厚望，希望能从实验结果推算出c＇是否等于c。令人遗憾的是，经过长斯的努力引引力波实验没有获得肯定的结果，随后这项工作冷下去了。根据爱国斯坦理论预言的引力波是微弱的，如果在现代实验技术能够达到的测量灵敏度和准确度之下，这样弱的引力波应该能够探测到的话，长期的实验得不到肯定的结果似乎暗示了害因斯坦理论的缺点。应该从c＇可能不等于c这个角度来考虑问题，如果c＇和c有较大的差异，则可能导出引力波的强度比根据爱因劳动保护坦理论预言的强度弱得多的结果。

弱力、强力与引力、电磁力有本质的不同，前两者是短程力，后两者是长程力。不同的相互作用是通过传递不同的媒介粒子而实现的。引力相互作用的传递者是引力子；电磁相互作用的传递者是光子；弱相互作用的传递者是规范粒子（光子除外）；强相互作用的传递者是介子。引力子和光子的静质量为零，按照爱因斯坦的理论，引力相互作用和电磁相互作用的传递速度都是光速。并且与传递粒子的静质量和能量有关，因而其传递速度是多种多样的。

在研究由弱或强相互作用引起的物质运动时，定义惯性系中不同的地点的两个“事件”的“同时”，是否应该用弱力或强力信号取代光信号呢？我对核物理学和粒子物理学是外行，不想贸然回答这个问题。如果应该用弱力或强力信号取代光信号，那么关于由弱力或强力引起的物质运动的时空和关于由电磁力引起的运动的时空（x，y，z，ict）及关于由引力引起的运动的时空（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）

有很大的不同。设弱或强相互作用的传递速度为c＇＇，c＇＇不是常数，而是可变的，则关于由弱或强力引起的运动的时空为（x＇＇，y＇＇，z＇＇，Ic＇＇t＇＇），时间t＇＇和空间（x＇＇，y＇＇，z＇＇）将是c＇的函数。然而，很可能应该这样来考虑问题：关于由弱力引起的运动的时空，在定义中应该以规范粒子的静质量取作零时的速度c1取代光速c。由于“电弱理论”把弱力和电磁力统一起来了，因此有可能c1=c，则关于由弱力引起的运动的时空和关于由电磁力引起的运动的时空是相同的，同为（x，y，z，ict）。关于由强力引起的运动的时空，在定义中应该以介子的静质量取作零（在理论上取作零，在实际上没有静质量为零的介子）时的速度c＇＇取代光速c，c＇＇可能不等于c。则关于由强力引起的运动的时空（x＇＇，y＇＇，z＇＇，Ic＇＇t＇＇）不同于（x，y，z，ict）或（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）。无论上述两种考虑中哪一种是对的，整个物质世界的时空将是高于四维的多维时空。对于由短程力（或只是强力）引起的物质运动，如果时空有了新的一义，就需要建立新的理论，也就是说需要建立新的量子场论、新的核物理学和新的粒子物理学等。如果研究的问题既清及长程力，又涉及短程力（尤其是强力），则更需要建立新的理论。

1）对量子力学的审思

从量子力学发展到量子场论的时候，遇到了“发散困难”[6]。1946——1949年间，日本的朝永振一郎、美国的费曼和施温格提出“重整化”方法，克服了“发散困难”。但是“重整化”理论仍然存在着逻辑上的缺陷，并没有彻底克服这一困难。“发散困难”的一个基本原因是粒子的“固有”能量（静止能量）与运动能量、相互作用能量合在一起计算[6]，这与德布罗意波在υ=0时的异性。

现在我陷入一个两难的处境：如果采用传统的德布罗意关系，就只得接受不合理的德布罗意波奇异性；如果采纳修正的德布罗意关系，就必须面对使新的理论满足相对论协变性的难题。是否有解决问题的其他途径呢？我认为这个问题或许还与时间、空间的定义有关。现在的量子力学理论中时宽人的定义实质上依然是决定论的定义，而不确定原理是微观世界的一条基本规律，所以时间、空间都不是严格确定的，决定论的时空要领不再适用。在时间或空间的间隔非常小的时候，描写事情顺序的“前”、“后”概念将失去意义。此外，在重新定义时空时还应考虑相关的物质运动的类别。模糊数学已经发展得相当成熟了，把这个数学工具用到微观世界时空的定义中去可能是很值得一试的。

1）在二十一世纪物理学将在三个方向上继续向前发展（1）在微观方向上深入下去；（2）在宏观方向上拓展开去；（3）深入探索各层次间的联系，进一步发展非线性科学。

篇5

然而，在十九世纪末二十世纪初，正当物理学家在庆贺物理学大厦落成之际，科学实验却发现了许多经典物理学无法解释的事实。首先是世纪之交物理学的三大发现：电子、X射线和放射性现象的发现。其次是经典物理学的万里晴空中出现了两朵“乌云”：“以太漂移”的“零结果”和黑体辐射的“紫外灾难”。[1]这些实验结果与经典物理学的基本概念及基本理论有尖锐的矛盾，经典物理学的传统观念受到巨大的冲击，经典物理发生了“严重的危机”。由此引起了物理学的一场伟大的革命。爱因斯坦创立了相对论；海林堡、薛定谔等一群科学家创立了量子力学。现代物理学诞生了！

把物理学发展的现状与上一个世纪之交的情况作比较，可以看到两者之间有相似之外，也有不同之处。

在相对论和量子力学建立起来以后，现代物理学经过七十多年的发展，已经达到了成熟的阶段。人类对物质世界规律的认识达到了空前的高度，用现有的理论几乎能够很好地解释现在已知的一切物理现象。可以说，现代物理学的大厦已经建成。在这一点上，目前有情况与上一个世纪之交的情况很相似。因此，有少数物理学家认为今后物理学不会有革命性的进展了，物理学的根本性的问题、原则问题都已经解决了，今后能做到的只是在现有理论的基础上在深度和广度两方面发展现代物理学，对现有的理论作一些补充和修正。然而，由于有了一百年前的历史经验，多数物理学家并不赞成这种观点，他们相信物理学迟早会有突破性的发展。另一方面，虽然在微观世界和宇宙学领域中有一些物理现象是现代物理学的理论不能很好地解释的，但是这些矛盾并不是严重到了非要彻底改造现有理认纱可的程度。在这方面，目前的情况与上一个世纪之交的情况不同。在上一个世纪之交，经典物理学发生了“严重的危机”；而在本世纪之交，现代物理学并无“危机”。因此，我认为目前发生现代物理学革命的条件似乎尚不成熟。

虽然在微观世界和宇宙学领域中有一些物理现象是现代物理学的理论不能很好地解释的，但是这些矛盾并不是严重到了非要彻底改造现有理认纱可的程度。在这方面，目前的情况与上一个世纪之交的情况不同。在上一个世纪之交，经典物理学发生了“严重的危机”；而在本世纪之交，现代物理学并无“危机”。因此，我认为目前发生现代物理学革命的条件似乎尚不成熟。客观物质世界是分层次的。一般说来，每个层次中的体系都由大量的小体系（属于下一个层次）构成。从一定意义上说，宏观与微观是相对的，宏观体系由大量的微观系统构成。物质世界从微观到宏观分成很多层次。物理学研究的目的包括：探索各层次的运动规律和探索各层次间的联系。

回顾二十世纪物理学的发展，是在三个方向上前进的。在二十一世纪，物理学也将在这三个方向上继续向前发展。

1）在微观方向上深入下去。在这个方向上，我们已经了解了原子核的结构，发现了大量的基本粒子及其运规律，建立了核物理学和粒子物理学，认识到强子是由夸克构成的。今后可能会有新的进展。但如果要探索更深层次的现象，必须有更强大得多的加速器，而这是非常艰巨的任务，所以我认为近期内在这个方向上难以有突破性的进展。

2）在宏观方向上拓展开去。1948年美国的伽莫夫提出“大爆炸”理论，当时并未引起重视。1965年美国的彭齐亚斯和威尔逊观测到宇宙背景辐射，再加上其他的观测结果，为“大爆炸”理论提供了有力的证据，从此“大爆炸”理论得到广泛的支持，1981年日本的佐藤胜彦和美国的古斯同时提出暴胀理论。八十年代以后，英国的霍金[2,3]等人开始论述宇宙的创生，认为宇宙从“无”诞生，今后在这个方向上将会继续有所发展。从根本上来说，现代宇宙学的继续发展有赖于向广漠的宇宙更遥远处观测的新结果，这需要人类制造出比哈勃望远镜性能更优越得多的、各个波段的太空天文望远镜，这是很艰巨的任务。

我个人对于近年来提出的宇宙创生学说是不太信的，并且认为“大爆炸”理论只是对宇宙的一个近似的描述。因为现在的宇宙学研究的只是我们能观测到的范围以内的“宇宙”，而我相信宇宙是无限的，在我们这个“宇宙”以外还有无数个“宇宙”，这些宇宙不是互不相干、各自孤立的，而是互相有影响、有作用的。现代宇宙学只研究我们这个“宇宙”，当然只能得到近似的结果，把他们的延伸到“宇宙”创生了初及遥远的未来，则失误更大。

3）深入探索各层次间的联系。

这正是统计物理学研究的主

要内容。二十世纪在这方面取得了巨大的成就，先是非平衡态统计物理学有了得大的发展，然后建立了“耗散结构”理论、协同论和突变论，接着混沌论和分形论相继发展起来了。近年来把这些分支学科都纳入非线性科学的范畴。相信在二十一世纪非线性科学的发展有广阔的前景。

上述的物理学的发展依然现代物理学现有的基本理论的框架内。在下个世纪，物理学的基本理论应该怎样发展呢？有一些物理学家在追求“超统一理论”。在这方面，起初是爱因斯坦、海森堡等天才科学家努力探索“统一场论”；直到1967、1968年，美国的温伯格和巴基斯坦的萨拉姆提出统一电磁力和弱力的“电弱理论”；目前有一些物理学家正在探索加上强力的“大统一理论”以及再加上引力把四种力都统一起来的“超统一理论”，他们的探索能否成功尚未定论。

爱因斯坦当初探索“统一场论”是基于他的“物理世界统一性”的思想[4]，但是他努力探索了三十年，最终没有成功。我对此有不同的观点，根据辩证唯物主义的基本原理，我认为“物质世界是既统一，又多样化的”。且莫论追求“超统一理论”能否成功，即便此理论完成了，它也不是物理学发展的终点。因为“在绝对的总的宇宙发展过程中，各个具体过程的发展都是相对的，因而在绝对真理的长河中，人们对于在各个一定发展阶段上的具体过程的认识只具有相对的真理性。无数相对的真理之总和，就是绝对的真理。”“人们在实践中对于真理的认识也就永远没有完结。”[5]

现代物理学的革命将怎样发生呢？我认为可能有两个方面值得考试：

1）客观世界可能不是只有四种力。第五、第六……种力究竟何在呢？现在我们不知道。我的直觉是：将来最早发现的第五种力可能存在于生命现象中。物质构成了生命体之后，其运动和变化实在太奥妙了，我们没有认识的问题实在太多了，我们今天对于生命科学的认识犹如亚里斯多德时代的人们对于物理学的认识，因此在这方面取得突破性的进展是很可能的。我认为，物理学业与生命科学的交叉点是二十一世纪物理学发展的方向之一，与此有关的最关于复杂性研究的非线性科学的发展。

2）现代物理学理论也只是相对真理，而不是绝对真理。应该通过审思现代物理学理论基础的不完善性来探寻现代物理学革命的突破口，在下一节中将介绍我的观点。

三、现代物理学的理论基础是完美的吗？

相对论和量子力学是现代物理学的两大支柱，这两大支柱的理论基础是否十全十美的

呢？我们来审思一下这个问题。

1）对相对论的审思

当年爱因斯坦就是从关于光速和关于时间要领的思考开始，创立了狭义相对论[1]。我们今天探寻现代物理学革命的突破口，也应该从重新审思时空的概念入手。爱因劳动保护坦创立狭义相对论是从讲座惯性系中不同地点的两个“事件”的同时性开始的[4]，他规定用光信号校正不同地点的两个时钟来定义“同时”，这样就很自然地导出了洛仑兹变换，进一步导致一个四维时空（x，y，z，ict）（c是光速）。为什么爱因劳动保护担提出用光信号来校正时钟，而不用别的信号呢？在他的论文中没有说明这个问题，其实这是有深刻含意的。

时间、空间是物质运动的表现形式，不能脱离物理质运动谈论时间、空间，在定义时空时应该说明是关于什么运动的时空。现代物理学认为超距作用是不存在的，A处发生的“事件”影响B处的“事件”必须通过一定的场传递过去，传递需要一定的时间，时间、空间的定义与这个传递速度是密切相关的。如果这种场是电磁场，则电磁相互作用传递的速度就是光速。因此，爱因斯坦定义的时空实际上是关于由电磁相互作用引起的物质运动的时空，适用于描述这种运动。

爱因斯坦把他定义的时间应用于所有的物质运动，实际上就暗含了这样的假设：引力相互作用的传递速度也是光速c.但是引力相互作用是否也是以光速传递的呢？令引力相互作用的传递速度为c＇。至今为止，并无实验事实证明c＇等于c。爱因斯坦因他的“物质世界统一性”的世界观而在实际上假定了c=c＇。我持有“物质世界既统一，又多样化的”以观点，再加之电磁力和引力的强度在数量级上相差太多，因此我相相信c＇可能不等于c。工样，关于由电磁力引起的物质运动的四维时空（x，y，z，ict）和关于由引力引起的运动的时空（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）是不同的。如果研究的问题只涉及一种相互作用，则按照现在的理论建立起来的运动方程的形式不变。例如，爱因斯坦引力场方程的形式不变，只需把常数c改为c＇。如果研究的问题涉及两种相互作用，则需要建立新的理论。不过，首要的事情是由实验事实来判断c＇和c是否相等；如果不相等，需要导出c＇的数值。

我在二十多年前开始形成上述观点，当时测量引力波是众所瞩目的一个热点，我曾对那些实验寄予厚望，希望能从实验结果推算出c＇是否等于c。令人遗憾的是，经过长斯的努力引引力波实验没有获得肯定的结果，随后这项工作冷下去了。根据爱国斯坦理论预言的引力波是微弱的，如果在现代实验技术能够达到的测量灵敏度和准确度之下，这样弱的引力波应该能够探测到的话，长期的实验得不到肯定的结果似乎暗示了害因斯坦理论的缺点。应该从c＇可能不等于c这个角度来考虑问题，如果c＇和c有较大的差异，则可能导出引力波的强度比根据爱因劳动保护坦理论预言的强度弱得多的结果。

弱力、强力与引力、电磁力有本质的不同，前两者是短程力，后两者是长程力。不同的相互作用是通过传递不同的媒介粒子而实现的。引力相互作用的传递者是引力子；电磁相互作用的传递者是光子；弱相互作用的传递者是规范粒子（光子除外）；强相互作用的传递者是介子。引力子和光子的静质量为零，按照爱因斯坦的理论，引力相互作用和电磁相互作用的传递速度都是光速。并且与传递粒子的静质量和能量有关，因而其传递速度是多种多样的。

在研究由弱或强相互作用引起的物质运动时，定义惯性系中不同的地点的两个“事件”的“同时”，是否应该用

弱力或强力信号取代光信号呢？我对核物理学和粒子物理学是外行，不想贸然回答这个问题。如果应该用弱力或强力信号取代光信号，那么关于由弱力或强力引起的物质运动的时空和关于由电磁力引起的运动的时空（x，y，z，ict）及关于由引力引起的运动的时空（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）

有很大的不同。设弱或强相互作用的传递速度为c＇＇，c＇＇不是常数，而是可变的，则关于由弱或强力引起的运动的时空为（x＇＇，y＇＇，z＇＇，Ic＇＇t＇＇），时间t＇＇和空间（x＇＇，y＇＇，z＇＇）将是c＇的函数。然而，很可能应该这样来考虑问题：关于由弱力引起的运动的时空，在定义中应该以规范粒子的静质量取作零时的速度c1取代光速c。由于“电弱理论”把弱力和电磁力统一起来了，因此有可能c1=c，则关于由弱力引起的运动的时空和关于由电磁力引起的运动的时空是相同的，同为（x，y，z，ict）。关于由强力引起的运动的时空，在定义中应该以介子的静质量取作零（在理论上取作零，在实际上没有静质量为零的介子）时的速度c＇＇取代光速c，c＇＇可能不等于c。则关于由强力引起的运动的时空（x＇＇，y＇＇，z＇＇，Ic＇＇t＇＇）不同于（x，y，z，ict）或（x＇，y＇，z＇，ic＇t＇）。无论上述两种考虑中哪一种是对的，整个物质世界的时空将是高于四维的多维时空。对于由短程力（或只是强力）引起的物质运动，如果时空有了新的一义，就需要建立新的理论，也就是说需要建立新的量子场论、新的核物理学和新的粒子物理学等。如果研究的问题既清及长程力，又涉及短程力（尤其是强力），则更需要建立新的理论。

1）对量子力学的审思

从量子力学发展到量子场论的时候，遇到了“发散困难”[6]。1946——1949年间，日本的朝永振一郎、美国的费曼和施温格提出“重整化”方法，克服了“发散困难”。但是“重整化”理论仍然存在着逻辑上的缺陷，并没有彻底克服这一困难。“发散困难”的一个基本原因是粒子的“固有”能量（静止能量）与运动能量、相互作用能量合在一起计算[6]，这与德布罗意波在υ=0时的异性。

现在我陷入一个两难的处境：如果采用传统的德布罗意关系，就只得接受不合理的德布罗意波奇异性；如果采纳修正的德布罗意关系，就必须面对使新的理论满足相对论协变性的难题。是否有解决问题的其他途径呢？我认为这个问题或许还与时间、空间的定义有关。现在的量子力学理论中时宽人的定义实质上依然是决定论的定义，而不确定原理是微观世界的一条基本规律，所以时间、空间都不是严格确定的，决定论的时空要领不再适用。在时间或空间的间隔非常小的时候，描写事情顺序的“前”、“后”概念将失去意义。此外，在重新定义时空时还应考虑相关的物质运动的类别。模糊数学已经发展得相当成熟了，把这个数学工具用到微观世界时空的定义中去可能是很值得一试的。

1）在二十一世纪物理学将在三个方向上继续向前发展（1）在微观方向上深入下去；（2）在宏观方向上拓展开去；（3）深入探索各层次间的联系，进一步发展非线性科学。

2）可能应该从两方面去控寻现代物理学革命的突破口。（1）发现客观世界中已知的四种力以外的其他力；（2）通过审思相对论和量子力学的理论基础，重新定义时间、空间，建立新的理论

篇6

作者简介：丁艳丽（1979-），女，回族，辽宁辽阳人，沈阳化工大学数理系，讲师；母继荣（1964-），女，河北乐亭人，沈阳化工大学数理系，副教授。（辽宁　沈阳　110142）

中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）35-0067-02

量子力学是反映微观粒子（分子、原子、原子核、基本粒子等）运动规律的理论。[1]它是20世纪初在大量实验事实和旧量子论基础上建立起来的，是人们认识和理解微观世界的基础。量子物理和相对论的成就使得物理学从经典物理学发展到现代物理学，奠定了现代自然科学的主要基础。量子力学的发现引发了一系列划时代的科学发现与技术发明，对人类社会的进步作出了重要贡献。通过量子物理的教学，有利于培养大学生的科学素质、科学思维方法和科研能力，培养学生的探索精神、创新精神、科学思维能力以及辩证唯物主义的科学观。另外，量子物理是处于发展中的理论，怎样将量子论和广义相对论（引力作用）统一起来仍是困扰人们的问题。“弦理论”的提出使人们看到了希望，通过这部分的教学可以培养学生的横、纵向思维和不断追求科学真理的精神。因此，在大学物理的教学中应适当增加量子物理的教学内容。由于量子物理里好多概念、思想和宏观世界里的完全不同，叫人无法理解，以致量子论的奠基人之一玻尔（Niels Bohr）都要说：“如果谁不为量子论而感到困惑，那他就是没有理解量子论。”[2]那么怎样让学生在轻松愉快的状态下学好量子物理呢？在教学过程中适当引入物理学史有利于学生掌握其核心，既培养了学生的学习兴趣，又有利于实现启发式教学，而非纯粹的概念和公式的教学。下面主要从几个方面阐述物理学史在大学生学习中的重要作用。

一、非物理专业大学生学习量子物理的需要

即使是物理专业的学生，多数人在学习量子物理时一直如在云里雾里，虽然知道微观粒子的波粒二象性，也知道不确定原理，了解原子的轨道理论，但是却不知道为什么这样。这一方面是由于量子物理里好多概念、思想和宏观世界里的完全不同。另一方面，学生没有掌握量子物理的核心，没有从整体上把握量子物理的基石。一些教材对这部分的介绍也较少。如果在教学中能够引入量子物理的发展史，不仅能吸引学生的注意力，调动学生的学习兴趣，还有利于学生理解量子物理的概念和思想，使学生能够身临其境地感受到那场史诗般壮丽的革命，深刻体会量子论的伟大，有利于学生辩证唯物主义观的形成。而非物理专业的学生与物理专业的学生相比，在学习量子物理时难度更大。这是由于物理专业的学生开设了许多物理专业课，如原子分子物理、物理学史等课程，为量子物理的学习奠定了基础。而非物理专业的学生没有前期的知识铺垫，对知识的掌握难度增大。如果能适当加入量子发展史的介绍，不仅降低了学生学习难度，还激发了学生学习兴趣，这就更突显出物理学史在大学物理教学中的重要作用。

从整体上介绍量子物理的发展史可以使学生掌握量子物理的核心，从整体上把握量子物理的基石，即波恩的概率解释、海森堡的不确定性原理和玻尔的互补原理。[2]这三大核心原理中，前两者摧毁了经典世界的因果性理论，互补原理和不确定原理又合力捣毁了世界的客观性和客观实在性理论。一些实验和理论斗争的介绍不仅可以吸引学生的学习兴趣，还可以培养学生的科学思维方法。19世纪末20世纪初，好多物理学家认为物理学大厦已经基本建成，后辈的工作只是做些细枝末节的修补和完善。但当时物理学天空漂浮着两朵小乌云，一朵是“以太的绝对参考系”，另一朵是“黑体辐射的紫外线灾难”。前者导致了相对论的建立，后者导致了量子物理的建立。

对量子物理三大基石的掌握，即波恩的概率解释、海森堡的不确定性和玻尔的“互补原理”是量子物理的三大支柱。大学所学的量子物理学是基于这三个支柱的。这就像数学中的公理一样，对于大学生而言不能去讨论为什么，只能是是什么。

二、大学生素质教育的需要

大学物理的量子部分教学不同于物理专业学生的量子物理教学。大学物理教学的目的主要是增强学生分析问题和解决问题的能力，培养学生科学的思维方法、辩证唯物主义观等素质教育，重在方法而非纯理论教学。因此，大学物理的教学目的与任务是使学生对物理学的基本概念、基本理论和基本方法有比较系统的认识和正确的理解，为进一步学习打下坚实的基础。更为重要的是，在大学物理课程的各个教学环节中，都应在传授知识的同时注重培养学生分析问题和解决问题能力，注重培养学生科研探索精神和辩证唯物主义世界观的形成。量子物理发展史的介绍和讲解有助于培养学生这方面的能力。

1.辩证唯物主义世界观的培养

在大学物理的教学过程中融入物理学史的内容有利于培养学生的辩证唯物主义世界观。如关于光的本性的争论持续了300年，光的波动理论和微粒理论艰苦卓绝地斗争了300年。量子论就是在这种斗争中逐渐建立起来的。托马斯·杨的双缝干涉实验、菲涅尔的圆盘衍射等实验形象的描述可使学生体会到光的波动性；而光电效应实验、康普顿的X射线散射实验等实验的介绍可使学生深刻体会光的粒子性；德布罗意电子波及实物粒子波理论的介绍及戴维逊和革末关于电子的实验，电子通过镍块时展现了X射线衍射图案，证明了电子具有波动性，由此人们认识到了光及实物粒子的波粒二象性。这部分的教学可使学生领悟到看似毫不相干的量实际上存在着深刻的联系，波动性和粒子性原来是不可分割的一个整体。就像漫画中教皇善与恶的两面，虽然在每个确定的时刻只有一面能够体现出来，但它们确实集中在一个人的身上。从中学生们可以深刻体会到任何事物都存在两面性，人们要辩证地看待问题。这部分历史的简单介绍还可以使学生深刻体会到人们对真理的认识是随着科技的发展而不断完善的过程，也是一个艰苦长期的斗争过程。对光的波粒二象性的认识有利于培养学生辩证唯物主义世界观。

2.分析问题和解决问题能力的培养

在大学物理的教学过程中适当引入一些实验的描述或利用多媒体等手段演示实验过程有利于培养学生的分析能力和解决能力。对康普顿实验的讲解分析可以培养学生的分析问题和解决问题的能力，尤其是康普顿的分析过程，而非纯理论上的推导分析。康普顿在研究X射线被自由电子散射的时候发现一个奇怪的现象：散射出来的X射线分成两个部分，一部分和原来的入射射线波长相同，而另一部分却比原来的射线波长要长，具体的大小和散射角存在着函数关系。如果运用通常的波动理论，散射应该不会改变入射光的波长才对。但是怎么解释多出来的那一部分波长变长的射线呢？康普顿苦苦思索，试图从经典理论中寻找答案，却撞得头破血流。终于有一天，他作了一个破釜沉舟的决定，引入光量子的假设，把X射线看作能量为hν的光子束的集合。这个假定马上让他看到了曙光，眼前豁然开朗：那一部分波长变长的射线是因为光子和电子碰撞所引起的。光子像普通的小球那样，不仅带有能量，还具有动量。当它和电子相撞，便将自己的能量交换一部分给电子。这样一来，光子的能量下降，根据公式E=hν，E下降导致ν下降，频率变小，便是波长变大。这样，X射线被自由电子散射的问题得到完美的解决。然后再进行理论推导，根据动量和能量守恒解决该问题，这样不仅使学生印象深刻，还锻炼了物理思维能力。

3.求实精神的培养

通过大学物理量子史部分的教学，介绍科学家严谨的治学态度、勇于追求真理的精神，培养学生追求真理的勇气、严谨求实的科学态度和刻苦钻研的作风。

4.科学观察和思维能力的培养

在教学的过程中适当融入量子发展史的内容有利于培养学生科学观察和思维能力。如玻尔的互补原理的提出过程。当海森堡完成“不确定原理”后向玻尔请教，两人就“不确定原理”是从粒子性而来还是波动性而来展开了论战，从而提出了互补原理：波和粒子在同一时刻是互斥的，但它们却在一个更高的层次上统一在一起，作为电子的两面性被纳入一个整体概念中。这就是玻尔的“互补原理”。它连同波恩的概率解释、海森堡的不确定性共同构成了量子论“哥本哈根解释”的核心，至今仍然深刻地影响人们对于整个宇宙的终极认识。讲解过程中应形象生动地描述海森堡和玻尔的讨论过程及他的思维过程，使学生有种身临其境的感觉，从而培养科学观察和思维的能力。在教学过程中适当介绍思维实验有利于培养学生的思维能力及科学分析能力。如海森堡不确定性原理的提出过程就借助了思维实验及1935年爱因斯坦提出EPR思维实验等。[3]

5.创新意识的培养

通过学学物理学的研究方法、量子物理的发展史以及物理学家的成长经历等，引导学生树立科学的世界观，激发学生的求知热情、探索精神、创新欲望以及敢于向旧观念挑战的精神。如普朗克能量子假设的提出体现了敢于向旧观念、权威学家挑战的精神。而创新意识对一个学生来说是非常重要的，对社会生产力的发展也起着重要作用的。

6.科学美感的培养

以麦克斯韦方程组为例，描述麦氏方程所表现出的深刻、对称、优美，使得每一个科学家都陶醉在其中，玻尔兹曼情不自禁地引用歌德的诗句“难道是上帝写的这些吗？”描述麦克斯韦方程组的美。[2]一直到今天，麦氏方程组仍然被公认为科学美的典范。许多伟大的科学家都为它的魅力折服，并受它深深的影响，有着对于科学美的坚定信仰，甚至认为：对于一个科学理论来说，简洁优美要比实验数据的准确来得更为重要。依此引导学生认识物理学所具有的明快简洁、均衡对称、奇异相对、和谐统一等美学特征，培养学生的科学审美观，使学生学会用美学的观点欣赏和发掘科学的内在规律，逐步增强认识和掌握自然科学规律的能力。

7.科学探索精神的培养

物理学在追求着大统一。许多科学家献身于这项伟大的事业，比如弦理论的提出。讲述其发展过程可激发学生的科学探索精神。

三、科学发展的需要

科学发展到今天，是建立在前人取得成就的基础上的。牛顿都说：“我站在了巨人的肩上。”以史为鉴，才能少走弯路。物理学发展到今天只剩下了最后一个分歧，但也很可能是最难以调和和统一的分歧，即量子物理和引力理论。只有了解和掌握了前辈所创造的财富，才能找到解决物理大统一的有效道路，才能实现物理学的梦想。这需要几代人的共同努力，可能需要几十年甚至几百年才有可能实现。很多人正在为之不断努力，这也是人们不断追求的科学理想。

大学生量子物理的学习需要适当引入物理学史，这既有利于学生学好大学物理，培养学生的辩证唯物主义世界观、分析问题和解决解决问题的能力、求实精神、科学观察和思维的能力、创新意识及科学探索精神，又有助于启发式教学。

参考文献：

[1]周世勋.量子力学教程[M].第1版.北京：高等教育出版社，2002.

篇7

中图分类号：D62 文献标识码：A 文章编号：1003-8809（2010）05-0282-01

一、历史的回顾

十九世纪末二十世纪初，经典物物学的各个分支学科均发展到了完善、成熟的阶段，随着热力学和统计力学的建立以及麦克斯韦电磁场理论的建立，经典物理学达到了它的顶峰，当时人们以系统的形式描绘出一幅物理世界的清晰、完整的图画，几乎能完美地解释所有已经观察到的物理现象。由于经典物理学的巨大成就，当时不少物理学家产生了这样一种思想：认为物理学的大厦已经建成，物理学的发展基本上已经完成，人们对物理世界的解释已经达 到了终点。物理学的一些基本的、原则的问题都已经解决，剩下来的只是进一步精确化的问题，即在一些细节上作一些补充和修正，使已知公式中的各个常数测得更精确一些。

然而，在十九世纪末二十世纪初，正当物理学家在庆贺物理学大厦落成之际，科学实验却发现了许多经典物理学无法解释的事实。首先是世纪之交物理学的三大发现：电子、X射线和放射性现象的发现。其次是经典物理学的万里晴空中出现了两朵“乌云”：“以太漂移”的“零结果”和黑体辐射的“紫外灾难”。这些实验结果与经典物理学的基本概念及基本理论有尖锐的矛盾，经典物理学的传统观念受到巨大的冲击，经典物理发生了“严重的危机”。由此引起了物理学的一场伟大的革命。爱因斯坦创立了相对论；海林堡、薛定谔等一群科学家创立了量子力学。现代物理学诞生了！

回顾二十世纪物理学的发展，是在三个方向上前进的。在二十一世纪，物理学也将在这三个方向上继续向前发展。

（1） 在微观方向上深入下去。 在这个方向上，我们已经了解了原子核的结构，发现了大量的基本粒子及其运规律，建立了核物理学和粒子物理学，认识到强子是由夸克构成的。今后可能会有新的进展。但如果要探索更深层次的现象，必须有更强大得多的加速器，而这是非常艰巨的任务，所以我认为近期内在这个方向上难以有突破性的进展。

（2）在宏观方向上拓展开去。 1948年美国的伽莫夫提出“大爆炸”理论，当时并未引起重视。1965年美国的彭齐亚斯和威尔逊观测到宇宙背景辐射，再加上其他的观测结果，为“大爆炸”理论提供了有力的证据，从此“大爆炸”理论得到广泛的支持，1981年日本的佐藤胜彦和美国的古斯同时提出暴胀理论。八十年代以后，英国的霍金等人开始论述宇宙的创生，认为宇宙从“无”诞生，今后在这个方向上将会继续有所发展。

（3）深入探索各层次间的联系。这正是统计物理学研究的主要内容。二十世纪在这方面取得了巨大的成就，先是非平衡态统计物理学有了得大的发展，然后建立了“耗散结构”理论、协同论和突变论，接着混沌论和分形论相继发展起来了。近年来把这些分支学科都纳入非线性科学的范畴。相信在二十一世纪非线性科学的发展有广阔的前景。

爱因斯坦当初探索“统一场论”是基于他的“物理世界统一性”的思想，但是他努力探索了三十年，最终没有成功。我对此有不同的观点，根据辩证唯物主义的基本原理，我认为“物质世界是既统一，又多样化的”。且莫论追求“超统一理论”能否成功，即便此理论完成了，它也不是物理学发展的终点。因为“在绝对的总的宇宙发展过程中，各个具体过程的发展都是相对的，因而在绝对真理的长河中，人们对于在各个一定发展阶段上的具体过程的认识只具有相对的真理性。无数相对的真理之总和，就是绝对的真理。”“人们在实践中对于真理的认识也就永远没有完结。”

现代物理学的革命将怎样发生呢？我认为可能有两个方面值得考试：

（1）客观世界可能不是只有四种力。第五、第六……种力究竟何在呢？现在我们不知道。我的直觉是：将来最早发现的第五种力可能存在于生命现象中。物质构成了生命体之后，其运动和变化实在太奥妙了，我们没有认识的问题实在太多了，我们今天对于生命科学的认识犹如亚里斯多德时代的人们对于物理学的认识。

（2） 现代物理学理论也只是相对真理，而不是绝对真理。应该通过审思现代物理学理论基础的不完善性来探寻现代物理学革命的突破口，在下一节中将介绍我的观点。

二、现代物理学的理论基础是完美的吗

相对论和量子力学是现代物理学的两大支柱，这两大支柱的理论基础是否十全十美的呢？我们来审思一下这个问题。

篇8

【正文】

近年以来，后现代主义沸沸扬扬，“后现代科学”也成为一个时髦的名词。似有“忽如一夜春风来”，后现代科学也如“梨花”盛开。问题是，后现代科学真能如此“盛开”吗？本文首先考察现代科学具有什么样的范式；其次，考察后现代科学有什么样的特征，它的依据是什么，这些依据是否使现代科学范式渐趋式微？科学还要“返魅”吗？如若不然，后现代科学又是在何种意义上有其价值？

1　现代科学范式

1.1　自近代以来，科学与哲学发生分离， 科学与宗教神学发生决裂。经过以伽利略、牛顿为代表的第一次科学革命和以能量守恒与转化定律、电磁学理论为标志的第二次科学革命，到19世纪末，确立了近代科学的基本范式。与两次科学革命相对应，发生了两次工业革命，推动了科学制度、经济制度和社会制度的创新，到19世纪末，欧洲、北美基本上实现了现代化，它们为世界不发达国家展示出崭新的未来前景。

正是在这样一种氛围中，值19—20世纪之交的时刻，许多著名科学家认为经典物理学的大厦业已建立，只需对大厦作一些修补工作，晴朗的天空仅有两朵乌云，殊不知，这两朵乌云却引发了20世纪初相对论、量子力学的诞生。在世纪之交早就为科学家彭加勒注意到的初始条件的敏感性，也引发了60—80年代的混沌学的诞生。相对论、量子力学和混沌学是同一水平的革命，同属于第三次科学革命，它们从三个方面给牛顿力学施加了限制。如一位物理学家说：相对论排除了绝对空间和时间的牛顿幻觉；量子论排除了对可控测量过程的牛顿迷梦；混沌则排除了拉普拉斯决定论的可预见性的狂想。〔1〕可见， 第三次科学革命否定了机械自然观。但是， 第三次科学革命并没有摧毁由第一、 二次科学革命确立的科学范式，而且，它们共同构建了现代科学范式。

需要指出的是，在我国一般把20世纪之前的科学称为近代科学， 20世纪之后的科学称之为现代科学。但是，在西方， 则通称为现代科学。西方没有近、现代之分，只有现代（modern）一词。正如现代化研究专家罗荣渠指出：“在英文里（法文、西班牙文、德文、俄文等也同样），‘现代’一词至少有两层含义：一层是作为时间尺度，它泛指从中世纪结束以来一直延续到今天的一个‘长过程’；一层是作为价值尺度，它指区别于中世纪的新时代精神与特征”。〔2〕

1.2　我们首先看一下“范式”这一概念。范式（paradigm ）是由科学哲学家库恩（T.Kuhn）在《科学革命的结构》一书提出来的。库恩没有给范式下一个明确的定义，解释不一。大体上是指科学共同体成员共有的研究传统、理论框架、理论上和方法上的信念、科学的模型和具体运用的范例等，还包括指导和联系理论体系与心理认识的自然观或世界观，后来他又称之为专业基质（disciplinary matrix）。 在库恩看来：“‘范式’一词，无论实际上还是逻辑上都很接近于科学共同体这个词；反过来说，也正是由于他们掌握了共有的范式才组成了这个科学共同体”。〔3 〕“科学共同体”指的是在科学发展的某一历史时期该学科领域中持有共同的基本观点、基本理论和基本方法的科学家集团。大体讲，库恩所指的“范式”包含两方面的涵义：（1）从心理上讲，它是指科学共同体所共有的信念；（2）从理论与方法上讲， 它是指科学共同体所共同具有的模型或框架。科学共同体还可分为许多级。全体自然科学家成为一个最大的科学共同体。

1.3　我们认为，现代科学范式由以下部分组成：（1）近、现代自然科学家所共同拥有的信念（如科学目标、科学的社会规范、自然观等）；（2）建构科学理论所必须遵从的规范和方法论原则；（3）还包括科学与技术、经济、社会、文化、宗教神学等的关系规范。大体讲，现代科学范式的具体内容主要有：

1.3.1　关于科学的目标。到18—19世纪， 人们普遍形成了无误论的观点，即认为科学是由真命题构成的系统。科学无误论认为科学目标是追求真知识，即绝对确定的可证明的知识。到20世纪，逻辑实证主义认为，科学是具有一定预言值的命题系统，科学的目标旨在追求高概率的理论（命题）。波普尔则认为科学的目标旨在提高理论的逼真度，追求逼真度更大的理论。而在者看来，科学目标是与真理问题相联系的。科学是一项理性的事业，其目标是科学真理，而且科学真理是相对真理与绝对真理的统一。科学的目标是不断向绝对真理逼近。

1.3.2　关于建构科学理论所必须遵从的规范或原则。 这一规范凸显了科学理论与其它理论（或知识）相区别的根本性特征。就科学理论所遵从的规范而言，大致有预设主义和相对主义两类观点。预设主义是合理性的传统模式，它以逻辑推理作为合理性的形式，其次以经验检验作为合理性的最终标准。譬如，逻辑经验主义认为，理论的评价或选择与这个理论的形式结构和它引出的经验证据有关。相对主义认为预设主义观点极为片面。历史主义者库恩就说，逻辑形式与观察实验不能决定相对立的理论或范式，因为范式各方面的支持者都有一套彼此相异的评判标准。

尽管预设主义与相对主义相对立，但是或多或少可以接受的共同评价规范还是有的。至少，狭义地讲，科学是一个陈述系统，该系统满足一些基本规范。这些规范构建了科学不同于其它人类知识的典型特征，可以称之为建构科学理论体系的基本原则。这些原则具体包括：内在一致性（理论的逻辑无矛盾），可检验性（经验实证性），解释性（预见性，特别是能预见新的不同类的科学事实），逻辑简单性等。这些原则实际上反映了科学理性的基本内核。

1.3.3　关于构建科学理论的方法论原则。 为什么要选择这样一种方法或规则，而不选择别的？这关涉到科学方法的根据。预设主义坚持方法论的一元论，认为科学方法论作为科学的逻辑是一套对科学进行逻辑分析的元科学，它给出一切理论都应具有的永恒不变的公理结构，即注重逻辑形式而不关注内容。与此相反，相对主义坚持方法论的多元论。历史主义认为，重要的不是科学形式，而是科学的内容，其原因在于科学的一切随社会文化条件而转移。我们认为，科学方法论应当在一元与多元、变与不变之间保持适当的张力。虽然科学方法随科学的发展而变化，但是一些基本的科学方法却没有多大的变化，只是在科学发展的不同时期凸现了不同的科学方法。科学愈向高级阶段发展，其抽象性愈高，假设一演绎法愈受到重视。

1.3.4　关于科学的社会规范。 科学的社会规范支配着所有从事科学活动的人，同时成为科学活动的行为规范。倘若没有这些规范，就无法产生重要的科学问题，无法评价科学活动的成果，奖励卓有成效的科学家。科学的社会规范主要有：普遍性、竞争性、公有性、诚实性和合理的怀疑性。科学的社会规范被默顿（R·Merton ）称之为科学的精神气质。他指出：“科学的精神气质是有感情情调的一套约束科学家的价值和规范的综合。这些规范用命令、禁止、偏爱、赞同的形式来表示。它们借助于习俗的价值而获得其合法地位。这些通过格言和例证来传达、通过法令而增强的规则在不同程度上被科学家内在化了，于是形成了他的科学良心”。〔4 〕科学的社会规范构成了科学区别于人类其它活动的基本特征。

1.3.5　关于科学与宗教神学之间的关系。 尽管科学与宗教神学之间的关系较为复杂，但是科学体系与上帝、神毫无关系。现代科学是与“自然的祛魅”（disenchantment）相联系的。所谓“自然的祛魅”，按后现代主义者格里芬（D·R·Griffin）的说法， “它意味着否认自然具有任何的主体性、经验和感觉”。〔5 〕虽然人类文明初期的许多知识被宗教神学家篡改，为其神学目的服务，但是，具体的宗教教义是和相关科学的结论或原理相冲突的。罗素指出：“神学与科学的冲突，也就是权威与观察的冲突”。〔6 〕科学与宗教的本质区别在于科学的实证性与宗教的信仰性，二者是难以简单调和的。

1.3.6　关于科学与政府之间的关系。自近代科学以来， 科学与政府的关系日趋紧密。特别是20世纪以来，科学已向人类社会的各个领域全面渗透，知识经济的来临，科学技术成为第一生产力，科学与政府权力日益整合。科学的问题在很大程度上已是一个政府的问题。没有政府的赞助，科学难以发展。政府的不正当要求也会使科学迷失方向，甚至堕落。因此，科学的合法发展要由合法性的政府来规范。但是，当代合法的政府却存在合法性危机（如政治危机、经济危机和文化危机等等），为此，需要各国政府和国际社会一道制定合理的规范制约政府的行为，保证科学的合理合法的发展，保证科学指向人类进步的向度。

以上我们仅论及了现代科学规范的几个主要方面，其中1.3.1、1. 3.2、1.3.3三节构成了科学的内在规范，1.3.4、1.3.5、1.3.6 三节构成了科学的外在规范。内在规范中1.3.2， 即“建构科学理论所必须遵从的规范或原则”凸显了科学理论与其它人文知识的本质区别，界定了科学理论的本质规定性，换言之，它是现代科学范式的核心，是硬核，难以改变。科学的内在规范是科学范式的主要方面，对科学的发展起决定性作用；外在规范是次要方面，非本质的。但是，在一定条件下，外在规范也可能对科学的发展起决定性作用。

2　后现代科学可以成立吗？

2.1　西方发达资本主义国家自50年代向后工业社会过渡，60 年代出现了后现代主义思潮。90年代在我国，后现代主义也大行其道。当代主要后现代主义哲学家的理论各有特点，虽有冲突，但是，他们主要从哲学层面出发，其共同点体现在：反对（否定、超越）传统形而上学、体系哲学、心物二元论、基础主义、本质主义、理性主义、人类中心主义、一元论和决定论等，可称为否定性或解构性的后现代主义。与此相反，格里芬等人则从人与世界、人与自然的关系问题，在很大程度上是从科学的层面出发，探讨更为广泛的问题，倡导建设性的后现代主义，主张人与世界、物质与意识、价值与事实、真与善与美的统一，主张科学应当“返魅”（reenchantment）。 这些观点较为集中地反映在由格里芬主编的《后现代科学—科学魅力的再现》一书中。参加此书撰写的学者既有科学家，也有从事神学、灵学研究的学者。其中包括著名物理学家大卫·玻姆（David Bohm）。凡了解量子力学的读者一定会知道玻姆，他的思想极为深刻。比如，在著名物理学家爱因斯坦与玻尔关于量子力学是否完备的论战中，爱因斯坦等人于1937年提出了一个关于坐标与动量关联的理想的EPR实验来反驳玻尔。50 年代玻姆则从自旋的三个分量着手提出了具有可操作性的自旋EPR实验方案。目前EPR的检验仍然是物理学的前沿之一，直接涉及到量子力学是否完备这一重大问题。（参见吴国林《从微观物质开放性角度审视ERP佯谬》， 《科学技术与辩证法》，1997年第1期）。

2.2　近年来后现代主义之所以能够迅速传播， 就在于人们对现代性愈来愈不满足。譬如，当代有人口问题、资源问题、环境问题、两次世界大战带来的巨大灾难等等。就中国而言，自1978年改革开放以来，一方面，经济高速增长，经济“软着陆”成功；另一方面，中国的生态环境迅速恶化。随着计划经济向市场经济转变，人们的思想观念也发生了相当大的变化。对外开放使外域之风也迅速吹向国内。总之，种种因素使后现代主义在我国迅速传播，这也表明了国人对我国正在进行的现代化运动的急切关注和深思。

无疑，外域之风并非都是清新馨香的，保持谨慎的批判态度是必要的，只有如此，我们才能更好地建设我国的现代化与信息化。实际上，许多西方学者早就注意到，晚期资本主义文化领域完全渗透了资本和资本的逻辑，渗透了商品的逻辑，而且，晚期资本主义文化正向全球蔓延，对于经济落后的第三世界国家极为不利。西方者杰姆逊（F·Jameson）就指出：“中国读者也应该抵制后现代社会的某些特征，其实也就是晚期（资本主义），但同样是彻头彻尾的资本主义文化逻辑的一部分，这些特征从内容到形式完全溶入到商品生产和消费中，尽管具有新的类型”。〔7〕

2.3　在当代，科学或知识或信息的作用日益凸显。80 年代经济学家罗默（P·Romer）、卢卡斯（R·Lucas）等人提出了新经济增长理论，知识成为内生变量，知识内在地推动经济发展。1996年经合组织第一次明确提出了知识经济是以知识为基础的经济，人类将步入一个以知识资源的占有、配置、生产、分配和消费为最重要因素的经济时代。我国业已制定的《技术创新工程》、《211工程》， 《知识创新工程》正处于试点阶段。无疑，推动经济增长最重要的知识是科学知识，其根源是科学。所谓科学，就是系统化的知识；反过来，知识则不一定是系统化的。知识包括人文知识与科学知识。一般所指的科学，是指自然科学。自然科学具有实证性。科学与知识的区别在于，科学是系统化的实证性的知识，而且如前所述现代科学已形成了自身的范式，这一范式也没有因为后现代主义思潮发生突变。

2.4　虽然，早在19世纪之前就发生过反现代运动，如始于19 世纪初的浪漫主义者和卢德派的反现代运动。1755年卢梭在其专著《论人类不平等的起源和基础》一书中对科学和艺术，进而对整个人类的文明进步，都持否定态度。本世纪法兰克福学派也对科学技术进行过批判。他们把科学技术看作新的意识形态，认为科学技术具有压抑人、统治人的功能。马尔库塞主张要彻底否定科学技术成果。但是，当前后现代主义的反现代情绪比以往任何时候都要普遍和强烈。如果说后现代主义可以概括为格里芬所言：“它指的是一种广泛的情绪而不是任何共同的教条——即一种认为人类可以而且必须超越现代的情绪”。“后现代世界是一种新的科学、一种新的精神和一种新的社会”。〔8〕那么， 具有严格规范要求的“科学”如何可能与后现代主义“情绪”相调适呢？

2.4.1　在格里芬等人看来，后现代科学应当有什么特征呢？ 他们反对科学必然和一种“祛魅”的世界观相联盟，其中没有宗教意义和道德价值，即顽固的自然主义。主张灵活的自然主义，即认为“自由、价值的客观实在性，神在世界中作用（通过它的作用，价值才得以在我们生活中产生影响）、生态伦理以及对泛心理学，如超感观视觉、心灵感应以及中国气功师的外气发放等问题的研究，甚至死后生命问题等等，都占有一席之地”。〔9〕一言以蔽之， 后现代科学的特征大致可概括为：整体论和有机论。

转贴于 2.4.2　在格里芬看来， 后现代科学背离了与现代科学密切相关的机械论和还原论的世界观，根源于科学本身实质性的进展。的确，玻姆发展了一种隐变量的量子理论，提出了一个包含环境信息的量子势概念，由此他认为：“世界不能真正分解成彼此分离的部分，而必须把它看成一个不可分的统一体，其分离部分的出现，只是作为一种仅仅在经典极限下才有效的近似”。“从量子尺度看，宇宙是一个不可分的整体，它不能真正看成是由彼此分离的独立部分构成的。”〔10〕从物理上讲，这是正确的。后来，他又提出了显序和隐序概念，他认为，整体包含于每一部分之中，部分被展开成为整体。无疑，这已是物理哲学的概括了。在玻姆看来，“后现代物理学，广而言之，后现代科学”，“不应将物质与意识割裂开来，因而也不应将事实、意义及价值割裂开来”。〔11〕这只能是更有哲学意味了。诚然，近代科学以机械论、还原论为特征，现代科学以整体论为特征。且不说，在西文意义上，近代科学与现代科学是同一概念，仅以科学史来看，是先有科学实验、科学发现、科学理论，后有科学世界观。换言之，还原论、整体论都是从近现代科学中抽象出来的，它只能看作科学理论的次级意义或社会意义。事实上，还原论、整体论也只能算作科学的外在规范，是非本质的，并不能构成对科学内在规范（核心）的重大冲击。而且整体论也不是抛弃还原论的整体论，而是建立在还原论基础上的整体论。当代科学发展的客观事实是， 实践中的科学家在某种意义上都是还原论者，进行还原尝试的方法仍然极富成果。〔12〕

2.4.3　后现代的有机论认为，所有原初的个体都是有机体， 都具有哪怕是些许的目的因。原初的有机体可以被组织成两种形式：（1 ）一个是复合的个体，它产生于一个无所不包的主体，（2 ）一个是非个体化的客体，它不存在统一的主体性。动物属第一类。石头属第二类。后现代的有机论认为，不存在什么本体论的二元论，但存在着一种组织的二元论。〔13〕我们认为这一观点是站不住脚的。按后现代的有机论看来，宇宙的原初总应当看作一个有机体吧！总应包含些许的目的因吧！但是，描述宇宙原初的物质状态，是用宇宙波函数表达的。宇宙波函数仅有引力场和物质场。当代著名的理论物理学家、 宇宙学家霍金（S·W·Hawking）发展的“无边界”量子宇宙学已粗略地给出了宇宙的创生与演化过程。实质上，它否定了任何目的论、否定了上帝或神秘力量的存在。正如卡尔·萨根在为霍金的名著《时间史之谜》一书中所做的“导言”中指出：“这还是一本关于上帝……或许关于上帝不存在的书”。“正如霍金明确指出的，他试图理解上帝的思想。这使他的努力所得的结论越加出人意料之外，至少到目前为止是如此：一个没有空间边缘、没有时间起点或终点，以及没有上帝可做事情的宇宙”。〔14〕

2.4.4　克里普纳（S·Krippner）在《灵学与后现代科学》一文中说：“不仅量子论指出无法区分一个‘观察者’和一个‘被观察者’，而且它还可以通过将意识完全并入科学研究的主流中来而得到解释”。虽然在量子力学的观察者与被观察者关系上有许多争论，但是，观察者也没有将自己的意识并入量子过程中。事实上，观察者是宏观物体，量子过程是微观过程，两者之间有本质区别。量子现象是微观客体与宏观外界共同作用的结果。物理学家玻姆曾明确指出：“我不认为精神对原子有重要的效应，至少人类精神对原子没有影响”。〔15〕与玻姆长期合作的海利（B·Hiley）教授认为：“我不明白为何在现阶段需要把精神引入到物理学中来”。现在用量子势来表达，就不会陷入量子理论的多宇宙解释所造成的精神介入困境。〔16〕

2.4.5　格里芬认为， 自然的祛魅的一个深刻而主要的特征是否认“远距离作用”。韦伯在形容祛魅一词时，含有“驱除魅力”的含义。机械论的中心内容就是否定自然事物有任何吸引其它事物的隐匿（神秘）的力量。〔17〕事实上，从已有的关于EPR实验的结果来看， 绝大多数支持量子力学是完备的，这也意味着量子力学中波函数之间的联系是瞬时的，也即是远距离作用；玻姆倡导的非定域的量子势概念也是远距离作用的。可见，从物理上讲，微观客体可以存在“远距作用”，尽管现代物理学（如粒子物理学）仍然建立在近距作用基础上。科学的一个基本原则是用自然说明自然，否认任何神秘作用。由EPR 实验所表征的“远距作用”与灵学中的超心理现象、心灵致动、“中国大气功师”所宣称的“他心通”、“遥视”等“特异功能”的“远距作用”具有本质区别。科学坚持重复检验原则，一个科学事实是可以在相同的实验条件和实验程式下重复出现，至少存在相当高的概率。一个事实不能得到较高概率或重复出现就不能被证认为科学事实。〔18〕灵学中宣称的心灵感应、气功中的“特异功能”几乎没有在科学的严格规范下重复出现，“大师”们也没有显出比常人有更大的本领。然而灵学家、大气功师们却把结果的不可重复归因于：心不诚则不灵，有人干扰气场，没有进入气功状态等，无疑这是遁词。可见，科学不是简单肯定或否定远距作用，科学必须建立在具有可重复性检验的科学事实上。不可重复的事实，其真伪性无法判定，由此彰显了科学与灵学的区别。

2.5　如果说后现代科学是可能的， 那么后现代科学的范式是什么呢？格里芬在《论心与分子：心身相关宇宙中的后现代医学》一文中有所表达。在他看来，二元论和唯物论是17世纪以来统治现代社会的两种范式，可具体归纳为：客观论、现象论、移动论、机械决定论、还原论和感觉论，这样一来，世界的基本构成要素是“空洞的实在”，全然不存在内在的实在、感知或经验、主观性、目的以及一切的内在的生成。但是，这种论点是可疑的。由此，格里芬提出了后现代范式的依据——泛经验论，用以表述后现代科学的基本性格和方向。

2.5.1　 格里芬的泛经验论建立在怀特海和哈茨霍恩哲学的基础之上，是一种后现代的有机选择论。泛经验论的具体要点可概括为：（1）每一实际存在都是一个实际活动，亦被称为一个经验活动。（2 ）自为的经验是一个作为主体的事件。事件作为主体，它被涉入一个简短的生成过程中。作为主体的经验活动将感受（肉体性）与自决（精神性）结合在一起。（3）一个客体就是一个原本实质上的主体事件， 主体与客体的不同仅表现在时间上。（4 ）“心”与“分子”是一系列先主体后客体的事件。它们之间的差异只是程度上的差异，而不是是否具有经验这种绝对的差异。（5 ）每一种永恒的事物都是一个由一系列迅速发生的事件所组成的时间上的“群集”。事件是最基本的个体。一个事件的“运动”不是移动，而是内部生成。（6）内部生成是第一性的， 移动是派生的。（7）每一新的经验都是产生于许多经验之上的集合体。 合众为一是经验的终极实质。实际上，它就是宇宙的终极原因。（8 ）实在是完完全全群集的，不存在只保持其本来面目的永恒的实在，存在的仅是事件和事件的群集。（9 ）每一层次的个体都是有机体的一个层次。心理学和生物学研究较高层次的有机体。人类是具有等级结构的有机体：是有机体的有机体的有机体。〔19〕据此，格里芬断言，心会受到身体内一切活动的影响，同时，身体内的一切活动也会受到心的影响——这是与现代范式截然不同的看法。

2.5.2　不难看出，泛经验论是有一定启发意义的， 是一种后现代性质的本体论。正如格里芬自己承认：“当然，泛经验论是有一种未被证实的假设”。但是他又认为：“低级存在不具有任何形式的经验的观点亦未被证实。验证每一假设的途径只能是考察这一假设所导致的结论”。〔20〕中国几千年的气功实践，无疑证明了心和身是相关的，但是，要把人类具有的经验内涵泛化到分子也具有经验，显然是外延太大了。不仅在逻辑上是不成立的，而且在科学实践中也没有被证实。我们知道，一个科学理论除了满足逻辑一致、经验实证性和解释性之外，还有一个重要的标志：科学理论必须能够预见新的不同类的科学事实，而且愈多愈好。比如，爱因斯坦的广义相对论，首先预言了光线弯曲，这与“光线为直线”的日常经验不一致，是一类新的经验。后来，广义相对论还预见了雷达回波延迟、黑洞等新的物理现象。那么，泛经验论的推论又预见了什么新的事实呢？用泛经验论可以解释医学中业已存在的心身相关问题，并没有什么特别之处，它能否在物理、化学等无生命物质世界逻辑地预见一个新的事实呢？显然，目前没有这样的事例。我相信，今后也不会出现。因此，泛经验论也只能是一种哲学思辨式的无根的假设，而不是一个具有可检验性的科学假设。可见，企图建立于泛经验论这一基础之上的后现代科学，无异于空中楼阁。不仅结不了果，甚至连花也开放不了。

2.6　后现代科学空疏的根本原因在于，现代科学范式没有突变， 现代科学没有发生危机。

2.6.1　牛顿的第一次科学革命确立了机械论自然观思想， 第二次科学革命确立了世界是联系的发展的辩证的自然观，第三次科学革命否定了机械论自然观、否定了自然的不变性和预成性，否定了决定论和确定性，代之以世界的生成性和不确定性，凸显了不确定性的重要地位。虽然从第一次、第二次到第三次科学革命，自然观上有较大的变化，也就是说，现代科学的某些外在规范发生了变化，但是，科学的内在规范——现代科学范式的核心部分（如建构科学理论的规范或原则等）——却没有受到冲击，经受住了科学发展的检验。

2.6.2　就现代科学自身而言， 特别是带头科学——物理学与生物学，它们不仅没有危机发生，反而生机一片，有力地促进了信息社会、知识经济时代的来临。按照库恩的科学发展模式：常规科学危机科学革命新的常规科学……。只有现代科学发生危机，科学革命才能发生。如果说现代科学有危机发生，至多只能说有危机的征兆（主要是指外在规范问题），而没有冲击现代科学范式的内在规范。既然现代科学范式没有本质的危机，那么科学革命就不可能发生，亦即不可能发生从旧范式向新范式的过渡。

2.6.3　仅仅依持科学规范发生的某些变化， 仅仅停留在“祛魅”、“返魅”、“物质有痛苦”、“磁石有灵魂”等词语的编排上，显然是不可能符咒般地呼唤出后现代科学。既然如此，又为何极力呼喊后现代科学呢？难道我们还不能洞见到文化中渗透了商品的逻辑吗？

2.7　我们认为，在后现代主义思潮中， 后现代科学更多的是一种哲学观念。例如，玻姆在《后现代科学和后现代世界》一文中，提出了后现代物理学。他说，相对论与量子力学的共同点是同意宇宙是一个完整的整体，量子论的数学定律可以被理解为对整体运动的描述，在这一整体运动中，部分被展开为整体。后现代物理学应从整体出发。〔21〕可见，玻姆的后现代物理学也只是一个思路，没有具体的操作意义，对量子力学的重新理解也不过是变换了一个视角。 法国哲学家利奥塔（J·F·Lyotard）在《后现代状态——关于知识的报告》一书中也谈到后现代科学，他说：“后现代科学本身发展为如下的理论化表述：不连续性、突变性、非矫正性以及佯谬。后现代科学对以下事物关切备至：不可决定的、精确控制的极限、以不完全信息表征的冲突、破碎的、突变和语用学悖论等”。〔22〕这些特征是与量子力学、突变论、混沌学、耗散结构论等有明显的联系，但是，这些学科却都是属于现代科学，而不是后现代科学。因此，我宁愿把现在所谓的“后现代科学”称之为“后现代知识”，即在现代科学范式下可以合理存在着后现代知识，后现代知识以不确定性为标志。其原因在于：科学是一种严格的体系，有一定的稳定性和确定性，而知识则不一定，可以没有体系要求。目前所称的“后现代科学”更没有什么体系可言，只是一种哲学式的假设罢了。从科学的角度看，后现代知识可以从1927年量子力学不确定性原理的提出作为肇始的标志。到50年达资本主义国家向后工业社会过渡之时，后现代知识才成为浩浩江河，特别是90年代知识经济的出现，后现代知识已势不可挡。〔23〕

3　结语

尽管后现代科学难以成立，但是，后现代科学力图克服现代科学种种弊端，以达澄明之境；后现代科学对人类发展所表现出的深切关怀和焦虑，因此，它是有意义的。然而，有意义的东西不一定要冠之以“科学”称谓，不如称之为“后现代知识”。要使后现代科学真正成为可能，不仅需要哲学家、宗教学家等人文学者的努力，而且更重要的是，现代科学自身已发生了危机、发生了范式嬗变；不仅要有概念变革的先行，而且要有实践运作的科学具体操作层面的突变，要有科学方法的变革。目前看来，后现代科学所具有的意义，或许从观念逐渐浸润的视角加以评价更为恰当些，而操作意义上的工作还远没有展开。而这种展开目前看不见明显的征兆。

在我看来，在现代科学范式下，人类仍有现实的可行策略，即通过“立法”——制度创新——来化解现代科学带来的弊端，减少现代科学带来的不确定性。在科学如此发达的今天，人类可以通过各国政府及政府间的合作达成某些共识，利用人类文化（包括宗教、伦理等）的精粹，构建若干科学规范——“科学法”——规导现代科学，使科学更好地为人类社会的可持续发展服务。〔24〕从某种意义上讲，这或许是一种现代科学范式下的“后现代知识”状态。也正是中国当前所需要的有益的“后现代”策略。

【参考文献】

〔1〕詹姆斯·格莱克：《混沌，开创新科学》，上海译文出版社，1990，6。

〔2〕罗荣渠：《现代化新论》，北京大学出版社，1993，5～6。

〔3〕库恩：《必要的张力》，福建人民出版社，1980，291。

〔4〕默顿：科学的规范结构，《科学与哲学》，1982，（4）：121。

〔5〕〔8〕〔9〕〔11〕〔13〕〔17〕〔19〕〔20〕〔21〕格里芬编，《后现代科学》，中央编译出版社，1995，2， 中译本序言，中译本序言，76，28，3，199，193，85。

〔6〕罗素：《宗教与科学》，商务印书馆，1982，6。

〔7〕杰姆逊：《后现代主义与文化理论》，北京大学出版社，1997，自序。

〔10〕美玻姆：《量子理论》，商务印书馆，1982，192，193。

〔11〕格里芬编，《后现代科学》，中央编译出版社，1995，2， 中译本序言，中译本序言，76，28，3，199，193，85。

〔12〕黄顺基等主编，《科学技术哲学引论》， 中国人民大学出版社，1994，322—323。

〔14〕斯蒂芬·霍金著：《时间史之谜》，上海人民出版社，1991，导言。

〔15〕〔16〕英戴维斯，布朗合编，《原子中的幽灵》， 湖南科技出版社，1992，106，129。

〔18〕吴国林：以概率确证审视气功“特异功能”之真伪， 《气功与科学》，1998，（1），14。

篇9

一、化学理论与化学实验的辩证关系

(一)从化学发展史看化学理论与实验1.近代化学。从人类利用火起是人类应用化学的萌芽。随着人类社会生活的发展，出现一些冶金技术和医药化学，也有一些代表性著作，但在古代、中古时代的化学以生产经验的积累、整理为主，未能成为科学，只是在17世纪后期到19世纪末，化学在大量实验的基础上建立起初步的理论，从而发展为实验科学。这段时间为近代化学发展史，化学以实验为主。近代化学奠基人波义耳、拉瓦锡、道尔顿等从不同的角度和方面阐述了化学理论与实验的关系。在他们的一生工作中与实验密不可分。波义耳认为:人之所能效力于世界，莫过于勤在试验上作功夫，他在大量化学实验的基础上提出了元素的定义，为研究物质的组成指出了明确的方向，从而使化学发展到一个新的阶段。化学由此被确立为科学(恩格斯语)。从波义耳、拉瓦锡、道尔顿等近代化学奠基人的工作中可以看出，在化学发展的近代史阶段，化学理论是对大量化学实验工作的总结和概括，其理论对新的实验给予了指导。其发展模式应是实验一理论一实验……，二者相互联系，交替式促进发展。在近代化学史阶段，化学以实验为主，是一门实验科学。2.现代化学。进入20世纪以来，随着工业生产的突飞猛进，化学理论与实验水平有了显著提高，随着化学动力学、化学热力学、化学统计热力学、量子化学等理论的建立、发展和完善，化学发展为一个新的更高阶段，即现代化学。在现代化学发展阶段，实验技术、手段等不断提高、更新。许多高新尖技术如无线电电子技术、真空技术、高能技术、高温技术、高压技术、激光技术、低温超导技术、计算机技术等被应用于化学实验中，人类对化学各个方面的认识得到了加强，固有的理论被完善和加强，新的理论被建立。现代化学的发展，距今已近百年。1916年相对论建立，1926年量子力学建立，改变了人类的时空观。现代化学基本理论逐步形成和建立。60年以后，借助计算机科学技术的进步，不仅量子化学、结构化学得到迅速发展和广泛应用，而且化学科学正在走向分子设计新方向。分子反应动力学以及态一态化学的发展，正在分子水平的微观程度上对化学科学的核心问题一化学反应的本质作深入的揭示。化学研究的范围已扩展到宇宙空间，人类社会、微观世界的各个领域，几乎无处没有化学，形成了众多的交叉边缘学科。从现代化学的发展史看，化学理论与化学实验的关系更为复杂，更为密切。人类从更精密、更准确的化学实验中建立起新的化学理论，而理论又反过来指导新的实验。实验与理论相结合，实验在检验理论的同时，又促使人们提出更新的理论。这一理论是对前一理论的补充、完善或者部分否定。现代化学发展阶段，理论与实验已不再如近代化学发展阶段交替式促进，其发展模式以如下方式进行:（图略）化学理论与实验的关系已是密不可分，二者是共同促进的过程。

(二)从21世纪化学的发展趋势看化学理论与实验21世纪将是化学科学全面发展的世纪。化学理论、实验和应用都将获得巨大成果。化学科学的发展，不仅将在更深层次揭示化学反应，物质结构与性能的关系，.72而且将在揭示和解决许多自然的、社会的、精神的实际问题如生命科学中的化学问题、环境中的化学问题、人类认识和思维的物质基础及其化学过程中发挥巨大作用和作出贡献。化学学科的发展，将在继续分化的同时，更重要的趋势是走向综合。一方面化学的四大学科无机、有机、分析、物化的内部在分化、综合、交叉、渗透发展中将模糊界限;另一方面化学将与物理学、生命科学、材料科学、环境科学、信息科学以及自然科学其它学科乃至人文和社会科学等众多学科相互交叉、渗透、融合和相互促进，形成更大的更多的综合趋势。化学科学的发明与创造被应用的周期将迅速缩短，化学与化工、材料、能源、环境、农业、军工等产业密切结合。化学理论的独立性将增强，实验技术会迅速提高。人们在大量实验的基础上建立起新的化学理论的同时，将利用更多更新的高精尖实验技术乃至人们自身的思维实验加以验证。实验与理论的关系将更加密不可分。

二、化学理论与实验的关系对教学的启示

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这些无法证实的假说和那些直接与现实世界相连且可以通过观测检验的――例如，粒子物理学的标准模型以及暗物质和暗能量的存在――截然不同。如我们所见，理论物理学正在冒险进入数学、物理和哲学之间的真空地带，无法真正满足任何要求。

可检验性的问题已经潜伏了十多年。在科普书籍和科学论文中，已经有批评弦理论和多重宇宙的声音。 2014年3月，理论物理学家保罗・斯坦哈特（Paul Steinhardt）在《自然》 杂志中写道：“暴胀宇宙学理论已不再是科学，因为它是如此灵活，可以与任何观测结果相调和。”理论家和哲学家理查德・戴维（RichardDawid）和宇宙学家肖恩・卡罗尔（Sean Carroll）对这些批评进行了反驳。

我们很赞同戴维、卡罗尔和其他物理学家将这个问题拿出公开讨论。但是，他们崇尚的激进步伐还需要仔细地推敲。这场关于物理学灵魂的论战爆发于科学结果――从气候变化到进化论――遭到一些政客和宗教原教旨主义者质疑之时。科学家和哲学家之间更深层次的对话必然要包含公众对科学的信心，以及对基本物理学的本质受到的潜在伤害的关注。

弦理论

弦理论是一个精心设计的理论，通过在更高维空间中微小的（一维）弦和（高维）膜来统一现有的物理学。较高的维度都紧紧地卷曲了起来，尺度都太小，即便是未来的粒子对撞机也达不到探测它的能标。

弦理论的某些方面原则上是可以通过实验来检验的。例如，在弦理论中引入了费米子和玻色子间的对称性――超对称性――之后，它预言每种粒子都存在一个尚未被发现的伙伴粒子。欧洲核子研究中心的大型强子对撞机到目前为止还没有发现任何伙伴粒子，对在超对称性可能存在的能量范围进行了限定。如果这些伙伴粒子继续不见踪影的话，我们可能永远也无法知道它们是否存在。当然，支持者总是可以声称，这些粒子的质能比我们所能探测的质能更高。

戴维认为，弦理论的真实性可以通过对研究过程的哲学和概率论证来确立。他援引贝叶斯的理论，认为如果一个理论“正确”或“可行”的概率在不断提升，它就可以被认为得到了确认。这一概率的增加可以是纯理论性的，因为“没人能找到一个更好的方案”和“该理论没有其他可行的替代方案 ”，于是他认为弦理论应该被视为是正确的。

在我们看来，这是“射门不成，移动门柱”的做法。和通过观测证据来佐证科学理论的信念相反，他认为理论发现可以巩固这一信念。然而，从数学逻辑得出的结论未必适用于现实世界。从宇宙的稳恒态理论到粒子物理学中意图统一弱电力和强力的SU（ 5 ）大统一理论，实验已经证明许多优美而简单的理论是错误的。波普尔和其他 20 世纪的哲学家已经否定了不以事实为根据就推断出真理的做法（归纳法优越论）。

我们不知道是否有其他的理论。我们可能只是还没有找到它们。或者，这一提法可能就是错误的。如果由时空曲率来描述的引力确实有别于统治粒子的强力、弱力和电磁力，那也许就没有必要建立一个有关四种基本作用力和粒子的统一理论。有着众多变体的弦理论本身甚至都没有明确的定义：在我们看来，这是一张期票，也许会存在这样一个统一理论。

许多的多重宇宙理论

驱动多重宇宙理论发展的是一个谜题：为什么自然界基本常数――例如，描述粒子间电磁相互作用强度的精细结构常数和与宇宙加速膨胀有关的宇宙学常数――的数值恰好位于能使生命得以存在的小范围之内。多重宇宙理论认为，还存在数十亿个不可观测的宇宙，在它们中，这些常数可以取一切可能的数值。其中一些会和我们的宇宙一样适宜生命生存，另一些则不会。

一些物理学家认为，多重宇宙是许多离奇巧合的最佳解释。例如，宇宙学常数难以解释的微小数值，它比量子场论的预言小了120个数量级。 多重宇宙的概念图

2014 年年初，作为多重宇宙和多重世界假说的倡导者，卡罗尔反驳了波普尔的证伪标准，将其称为“钝刀”。他提出两个其他的要求：一个科学理论应该是“确定性”的和“实证性”的。卡罗尔说，“确定性”指的是这个理论“就现实如何运转有清晰和明确的表述”。对于“实证性”，他同意传统的定义，即应该通过解释测量数据的能力来判断一个理论是成功还是失败。

他认为，不可及的宇宙会对我们的宇宙产生“戏剧性的效果”，由此可以解释为什么我们观测到的宇宙学常数是如此之小。但在多重宇宙理论中，这一解释可以不顾天文学家的观测结果。宇宙学参数所有可能的组合会存在于某个地方，而这个理论本身也有许多可调的参数。其他理论，例如单模引力和修正了的爱因斯坦广义相对论，也可以解释为什么宇宙学常数很小。

有些人已经提出了更易于检验的多重宇宙理论。如果测量发现宇宙具有负的空间曲率，那就可以否定物理学家伦纳德・ 萨斯坎德（Leonard Susskind）提出的版本。不过，这一发现对其他众多的多重宇宙理论来说并不能说明什么。从根本上说，多重宇宙的解释依赖于弦理论，而弦理论本身还未经证实，它还依赖于某种机制，能在不同的宇宙中实现不同的物理学。在我们看来，这绝不坚实，更遑论可以检验。

物理学家休・埃弗雷特（Hugh Everett）提出的对量子现实的多重世界解释是最终的量子多重宇宙，在其中，量子概率会影响到宏观世界。根据埃弗雷特的观点，在密闭的箱子里通过随机放射性衰变放毒，每一只薛定谔的猫，其是生是死在自己的宇宙中是真实发生的。每当你做出选择，即使是再平常不过的选择，比如说向左走还是向右走，都会在量子真空中诞生出新的宇宙，以适应其他的行为。

数十亿个宇宙、星系和我们每个人的“副本”，无法相互建立通信，我们也无法对其进行检验。但是，如果在每一个多重宇宙中都有一个我的“副本”， 并且可能有无穷多个，那么哪一个才是我现在正在经历的真正的“我”？是否存在一个优先于其他的“自我副本”？如果有一个我的“副本”青睐多重宇宙理论而其他的“副本”则反之，那么“我”又该如何知晓现实的真正本质呢？

我们认为，宇宙学家应该注意数学家希尔伯特的警告：虽然数学上确实需要无穷维度的向量来实现完备的函数系，它并不存在于物理宇宙中。

通过检验

我们同意理论物理学家萨宾・霍森费尔德的观点：后实证科学就是一个矛盾。量子力学和相对论之所以是正确的理论，是因为它们做出了预言并在实验检验中存活了下来。然而，从托勒密的地心说到开尔文的原子“旋涡论”，再到弗雷德・霍伊尔（Fred Hoyle）的宇宙稳恒态理论，大量的历史教训提醒我们，在没有充足数据的情况下，即便是优美且令人信服的想法也会把科学家引入错误的方向。

过分宣扬某些理论意义的后果是沉重的――科学方法会变得岌岌可危。我们认为，宣称一个理论是如此之好，它的存在便取代了对数据和检验的需要，这一做法有误导学生和公众的风险，比如该如何做科学研究？同时还有可能为伪科学家大开便利之门。

怎么办？物理学家、哲学家和其他科学家应该在当今物理学的框架下制定一个与其相适应的对科学方法的释义。在我们看来，这个议题可以归结为澄清一个问题：什么样的潜在观测或实验证据能够令你相信某个理论是错误的并使得你放弃它？如果没有，那它就不是一个科学理论。

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中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）02-0088-02

一、引言

常微分方程是高等师范院校数学与应用数学专业的主要基础课程。一方面，它是数学分析、高等代数等课程的延续和补充，另一方面，它是微分方程定性理论、偏微分方程等课程的前提和基础。常微分方程是自然科学、社会科学中精确描述各种基本定律和相关问题的重要工具和手段。只要根据问题的前提条件和应用背景建立微分方程模型，利用相应的微分方程的求解方法计算出该微分模型的精确解或数值解，从而人们就可以利用其结果预见事情的发展趋势，比如2003年爆发的非典，根据非典的特点和发展趋势，数学家和医学专家建立相应的微分方程模型，并找到控制疾病的方法、研发有效的药物。由此可见，常微分方程变成人们发现、认识、适应、改造自然和世界的有力工具，也是将数学等理论应用实际的主要途径。因此，常微分方程对高等师范院校数学与应用专业学生应用能力的培养是至关重要的。

二、常微分方程课程教学模式改革的必要性

目前衡阳师范学院等高等师范院校在“常微分方程”课程教学中，存在一些问题和矛盾，结合以前学习常微分方程及现在担任常微分方程教学任务的亲身体会，笔者认为主要有以下几点：

第一，讲解应用实际问题例题方面不够。众所周知，在众多抽象的数学专业课程中，常微分方程是一门与自然世界联系非常密切的数学课程，可是，担任这门课程的任课教师在教学过程中，经常忽略这一特点，比如在教学内容的处理方面，根据教材，只注重讲授微分方程的基本定义、解的存在唯一性等基本理论和一阶或高阶微分模型的基本解法，很少补充讲授常见的微分方程模型的背景知识、如何分析模型、求解模型及模型的应用价值。事实上，许多的常微分方程模型在量子力学、社会关系学、医学中传染病、分子化学、金融经济学及气象学中应用非常广泛。分析和讲解这些实际问题的理论背景对于激发和培养学生学习常微分方程的兴趣是至关重要的，使他们深刻意识到常微分方程模型在求解具体实际问题发挥非常重要的应用价值，从而培育学生的发现、分析和解决实际问题的能力，进一步激发他们的创造性。

第二，处理教材的教学内容方面不太合理。许多重要的定理（例如一阶微分方程解的存在唯一性定理），任课教师在课堂上只简复述一下定理的主要内容，然后简单板书一下定理证明的五个步骤，没有阐述清楚为什么要分五步来证明，也没有着重强调它与微分方程组或高阶微分方程解存在唯一性的相互关系；还有一些重要的基础内容（例如，质点振动、第二宇宙速度计算等），许多任课教师一笔带过或略讲，这些内容恰恰体现常微分方程在物理学中的应用，学生可以用常微分方程相关知识来求解中学时学过的物理知识，简单明了，从而激发学生学习常微分方程的兴趣；此外，有些知识点（例如奇解、数值解等）虽然课程设置不作要求，不在常微分方程考试范围内，任课老师就只字不提，然而这些知识点在研究生课程――《微分方程定性理论》及《微分方程数值解》中占有十分重要的位置。

第三，调动学生学习积极性方面不够。当前在中国，大学生学习专业知识积极性不高是一种非常普遍的现象：课前很少有学生自觉预习，课后自动复习的学生少之又少，导致课堂上检查预习和复习的效果很差；课堂上提问题的学生比较少，课后向老师请教的学生更少了，而在美国大学课堂上，有疑问学生可以直接向任课教师提问或者探讨不同的观点，或者利用随身带IPAD等电子设备查阅相关的参考文献来验证，课堂气氛非常融洽；做作业也只完成教师指定的作业，大部分学生相互抄袭，很少有学生把课后所有作业都独立完成，课程考试成绩一般由期末考试和平时表现决定，而在美国，学生可以自由选择课后作业，独立完成，课程考试成绩由期末考试、月考和平时表现决定。造成这种想象的原因有很多：监考制度不严，平时学习好的考试不一定得高分；就业压力大，成绩优秀的不一定能找到好工作；近几年来我国高校的扩招，导致所录取的大学生整体素质不高，学生接收消化知识的能力下降；最近社会涌现出一批低学历的暴发户，让大学生认为创业更容易发挥自己的价值，感觉没有考上大学的比考上大学的混得更好等等。主要原因是由任课教师的课堂教学的引导造成的，在教学过程中，从这一章节到另一章节，知识点衔接不好，学生不能发现它们之间的联系，把握不好整个课程知识的整体框架，相关知识点之间的融会贯通的能力差，学完课程不能发现它的用处。

三、关于常微分方程课程教学改革的几点建议

众所周知，每一门课程都有它自己独有的特点，常微分方程具有理论、实际和计算的鲜明特点。理论是指微分方程（组）解存在唯一性定理、稳定性、奇点、极限环、分支和混沌等，因为一般情况不能直接找到微分方程的（通）解，通常只能利用MATLAB等软件得到其似近解，然而这些理论就是其数值计算的主要依据；实际就是指微分方程与自然社会联系紧密，微分方程关系表达式就是描述自然社会中量与量之间的关联；计算是指利用已知条件求出微分方程（组）的（通）解。显然，常微分方程的教学改革不只是改变教学手段和方式，而依据其特点，调动学生的学习积极性，提高学生解决实际问题的能力，从而达到良好的实际效果的变革。因此，针对常微分方程课堂教学中出现的问题和矛盾，我们制定以下几条措施。

第一，凸显常微分方程的应用性。常微分方程作为高等师范院校数学与应用数学专业人才培养方案的核心课程，具有很强实际应用性。具体体现在：客观实际中许多抽象数学理论主要通过建立微分方程模型来实现在其他学科的应用，比如著名牛顿运动定律、RLC电路、质点振动、Malthus人口模型、传染病模型、化学动力学模型等都可以通过常微分方程来建立数学模型。首先，作为任课教师必须在课堂教学上向学生解释这些微分方程模型的实际背景，如何重述实际问题，课堂上演示如何将问题转化，从而建立相应的微分方程模型，接着引导学生利用所学的微分知识对已经建立的微分方程进行求解，然后根据问题的实际背景对所建立的模型进行修正和改善，从而建立合理而又客观的数学模型，这样既有利于提高学生的分析问题和解决问题能力，又激发学生的学习兴趣，简而言之，任课教师要不断培育和增进学生的数学建模能力；其次，在布置课后作业时，任课教师要据学生的情况设置一些实用性、趣味性、开放性的习题，告诉学生完成作业的方式可以多种多样，例如学生分组，一起讨论、相互合作，共同完成作业，完成的时间很宽裕，这样既调动了学生学习的积极性，又可以提高学生团队合作能力；再次，有条件的教师鼓励学生参与自己的科研立项项目，或者指导学生申报大学生研究性创新项目；最后，期末考试内容和形式也可以多样化。

第二，整合与优化课堂教学内容。任课教师在讲授常微分方程过程中，根据自己的教学对象，对教学内容进行整合与优化。首先，由于高阶微分方程可以等价转化为一阶线性微分方程组，因此高阶微分方程存在唯一性定理及其基本理论与一阶线性微分方程组的相应内容非常相似，通过对比讲授，它们的相同之处可以快速讲过去，重点分析它们的不同的地方，这样既可以在较少的授课时间内完成教学任务，缓解学生学习的压力，又能增加学生的印象，从而真正地理解和掌握这两部分内容。教师应从课外选出一些有代表性的习题，尤其是考研的试题作为例子进行讲解，这样授课的范围不仅仅局限于教材，避免出现照本宣科的现象，提高学生的学习兴趣，同时可以增强学生考研的信心。

第三，增强师生的互动性。在教学过程中真正充分发挥学生的主体作用，让学生养成自主学习的习惯、培育敢于探索的精神是高等师范院校数学与应用数学专业常微分方程教学方法改革的核心。就像在美国大学课堂教学中，学生事先预习，先了解一些基本概念、基本问题，容易理解的知识点，在时间充裕的情况下可以让学生在课堂上讲解，有不同观点的可以相互阐述，同时允许学生自己查找各种相似问题，在课堂与老师、同学们分享，这样真正让学生参与到教学过程中来，能够充分调动学生学习积极性。另外，任课教师在讲授例题时，从问题的研究背景、问题的引入到解决，处处设置疑问，留下伏笔，提出问题，尽可能激发学生的好奇心和求知欲，启发和引导学生分析问题。总而言之，在例题解答过程中，学生参与讨论，勇于发表自己的观点，营造一个师生平等、有问有答的课堂环境，从而培养学生自主学习的好习惯，增强学生不怕困难、敢于钻研、不断探索问题的能力。

四、结束语

面向新世纪，为社会培养出更多理论知识扎实、专业知识过硬、实践能力超强的应用技术型本科人才，每一个从事高等教育的人民教师，都应该及时转变教学观念，调整和优化教学内容，更新教学手段和考核方式，为制定与时俱进的课程体系贡献自己的光和热！

参考文献：

[1]王高雄，等.常微分方程[M].第2版.北京：高等教育出版社.2003.

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一、国外学者的回答

波普尔(K．Popper)认为，科学是人类心灵的壮丽探险，科学的本质就在于永无止境的探索。他把“问题”作为整个科学探索的起点，运用“可否证性”(falsifiability)或“否证”(falsification)概念，提出了科学进步的四段图式；P1(问题1)TT(试探性理论) EE(消除错误) P2(问题2)。这个图式周而复始，永无止境。显然，波普尔把理论看作科学变革的实体——科学革命是科学理论的变更，因此理论是暂时的、脆弱的，它随时都可以被一次否证。

本世纪60年代初，库恩(T．Kuhn)出版了他的代表作《科学革命的结构》。在这本小册子中，库恩反对逻辑经验主义把科学的发展看成是各种货色一件件地或—批批地添加到不断加大的知识货堆上。他力主动态地、历史地看待科学的进步，把科学的发展视为常规时期和革命时期交替出现的过程。他不满意波普尔把理论看作科学变革的实体，他的科学观的核心是“范式”（paradigm）概念。库恩给范式赋予多种含义(有人统计共有21种用法)，从“一种具体的科学成就”到“一组特定的信念和预想”。综而观之，它是由理论要素、心理要素以及联合这两个要素的本体论和方法论要素组成的，每一种要素内又包括五花八门的具体内容。库恩认为科学革命就是抛弃旧范式，采纳新范式。他利用范式概念建立了下述的科学发展的动态模式：前科学常规科学危机科学革命新的常规科学……

库恩开创了以科学史料为基础来考察科学哲学问题，探讨科学发展和知识增长规律的先河。继库恩之后，又有拉卡托斯、费耶阿本德、劳丹等人的学说汇入其中，形成了一股历史主义的潮流。

拉卡托斯(I. Lakotos)既不满意波普尔的否证主义，也不满意库恩范式的模糊性和选择范式的非理性标准。为了强调科学发展的连续性和科学进步的合理性，他提出了研究纲领的模式。在拉卡托斯看来，科学总是以研究纲领的形式向前发展的。科学发现和评价科学理论的基本单位是研究纲领，它是一个有结构、有层次的整体。研究纲领内部有相对稳定的“硬核”，外部是柔韧多变的“保护带”，还有一套解决疑难的机制，即助研究法(heuristic)。硬核是约定的，是作为研究纲领未来发展基础的、最普遍的基本假设和基本原理，它比范式具有更大的稳定性。保护带由各种辅助假设构成，当遇到反常或否证时，保护带可以通过调整辅助假设而达到保护硬核的目的。当研究纲领失去解释力和预测力时，它就会因逻辑的和经验的原因而碎裂，人们就会抛弃这样的退化的研究纲领，而采纳进步的研究纲领，这是科学革命的基本原理，是一个自然的新陈代谢过程。

在同库恩的论战中，费耶阿本德（P．Feyerabend）描绘了他的科学发展模式。他认为科学有一定的“韧性”，人们总能够从许多理论中选出一种可望取得成功的理论，即使遇到巨大困难时仍可加以坚持，而置大量反证于不顾。在这一点上，他不赞同波普尔关于理论总是被不断驳倒的观点。有了韧性，我们就不必用顽强的事实取消某一理论了，我们可以使用其他理论T′、T″、T″′等，即对现行的理论进行调整，这就不可避免地要接受增生原理，容许不同理论的并存。在这一点上，他又坚决反对范式的绝对统治。在费耶阿本德看来，科学之所以不断发展，正是增生与韧性相互作用的结果。

劳丹(L．Laudan)把科学看作一种解决问题、定向问题的活动。他同意理解和评价科学进步的工具是较一般的大理论，而不是单个的具体理论。他认为这种大理论不是范式或研究纲领，而是所谓的研究传统。研究传统为发展具体理论提供了一套指导方针。它们中的一些构成了一种本体论，以—般方式详细阐述研究传统所属领域中的基本实体的类型。研究传统中具体理论的作用，就是通过把经验问题还原为研究传统的本体论，来解释这些经验问题。研究传统还概括了这些实体相互作用的方式。研究传统也往往说明某种程序，它构成这一传统内的研究者所愿意接受的合法的研究方法。这些方法论原则广泛包括试验技术、理论检验和评价方式等。简而言之，研究传统就是有关领域的一组本体论和方法论的“做”与“不做”。在劳丹看来，科学革命不过是竞争着的研究传统之间的特别引人注目的一次决定性冲突所带来的研究传统此消彼长的新格局。

为了说明科学革命的实质并描绘科学进步的图像，其他西方学者也从不同的角度对库恩的范式论进行了批判、修正和改造。例如；尼古拉斯麦克斯韦(Nicholas Maxwell)的“形而上学蓝图”、斯尼德-斯台格缪勒(Sneed-Stegmüller)的“理性重组”(S纲领)、夏佩尔（D. Shapere）的“域”(domain)理论等，我们对此不拟一一加以介绍。在这里，有必要提及苏联学者凯德洛夫(Б. М. Кедров)的观点。

凯德洛大是从列宁关于革命的普遍定义出发来论述科学革命概念的，他从认识论和方法论两个方而对“革命”概念进行厂逻辑分析，并详细论述了科学革命的三个特点。在此基础上，他对科学革命做了下述定义：“所谓自然科学革命，应当首先理解为研究和说明自然现象的观点本身的根本转折，用来认识(反映)所研究的对象的思维结构本身的转折。真正的自然科学革命的实质恰恰在于思维方式这种急剧的转折，恰恰在于由已经陈旧的科学认识方法向新的进步的科学认识方法的转变。” 以此为根据，凯德洛夫把历史上的科学革命分为四种不同的类型：第一类革命——哥白尼革命——从外观到现实性，第二类革命——康德革命——从不变到发展，第三类革命——“自然科学最新革命”(列宁在《唯物主义和经验批判主义》中的称谓)，第四类革命——科学技术革命。在凯德洛夫看来，这也是在科学史上先后发生的四次革命。鉴于这个问题本文作者已有专文 论述，此处不拟赘述。

国外学者的探索是难能可贵的，他们构造的实体和模式都从不同方面或角度说明了科学进步的事实，包含有部分的真理性。但是，他们的实体似乎都没有抓住科学革命的实质，他们的模式也不完全能说明科学发展的历史实际。波普尔把科学变革的实体视为理论，他涉及的层次似乎偏低，结果他的四段图式导致了走马灯式的“不断革命”。劳丹的研究传统、凯德洛夫的思维方方式，指的都是科学的哲学基础或科学中的哲学成分，其涉及的层次恐怕偏高，把它们的变革看作是科学革命的实质，似乎也没有深中肯綮。拉卡托斯的研究纲领、费耶阿本德的韧性原理和增生原理，尤其是库恩的范式，又显得过于庞杂，使人不得要领。

那么，科学革命的实质或科学革命变革的主要实体究竟是什么呢?弄清这个问题，才能比较正确地描绘科学进步的图像。而要弄清这个问题，必须首先从分析科学理论的结构入手。

二、科学理论的基础或框架——科学观念

不少人承认，科学革命的最关键的因素是重建科学理论的基础或框架。然而，人们对这样的基础的理解却不尽相同。有人认为科学理论的基础是这门科学的经验材料、基本理论原理和基本概念的总和；有人认为它是基本理论的、逻辑的或哲学的思想观念；有人认为它是本体论和方法论的信条；有人认为它是世界图像、研究的普遍方法、解释的思想、知识的构架；还有人认为它是认识活动的全部综合，其中包括主体及其目的和任务，认识的手段、方法和条件，知识的认识作用和体系，等等。

说起来，爱因斯坦对科学理论的结构是有真知灼见的。他在谈到科学理论时这样写道： “科学一旦从它的原始阶段脱胎出来以后，仅仅靠着排列的过程已不能使理论获得进展。由经验材料作为引导，研究者宁愿提出一种思想体系，它一般地是在逻辑上从少数几个所谓公理的基本假定建立起来的。我们把这样的思想体系叫做理论。” 爱因斯坦以理论物理学为例，说明科学理论的完整体系是由基本概念、被认为对这些概念是有效的基本关系以及用逻辑推理得到的结论这三者构成的，其中前两者是科学理论的基础或根本部分，它们不能在逻辑上进一步简化。在爱因斯坦看来，所谓基本关系，就是基本概念之间的根本关系，他往往又称基本关系为基本假定、基本假设、基本公设、基本公理、基本原理、基本定律、基本命题等。爱因斯坦在一些场合还把基本概念和基本关系统称为基本观念，或曰科学观念。这样一来，科学观念就是科学理论的基础，它也是科学理论的逻辑前提或框架。

例如，牛顿力学的理论基础是：具有不变质量的质点，任何两个质点之间的超距作用，关于质点的运动定律。在狭义相对论中，就是相对性原理和光速不变原理以及同时性概念等。

科学观念(基本概念和基本关系)虽然在科学理论的逻辑结构中仅占很少的比重，但由于它是最核心、最抽象的部分，因而反映了科学对象的最深刻、最本质的联系，蕴涵着十分丰富的内容，从中可以导出原先料想不到的结论(如从狭义相对论的前提导出质能关系式)，甚至还隐含着“尚未理解的东西的残余”，它的更隐秘的根源有待于人们进一步去揭示。

爱因斯坦十分强调科学观念在科学理论中的显著地位。他认为通过最少个数的基本概念和基本关系的使用，就可以尽可能完备地理解全部感觉经验的关系。他甚至认为理论物理学的目的，就是要以数量上尽可能少的、逻辑上互不相关的假设为基础，来建立概念体系，如果有了这种概念体系，就可能确立整个物理过程总体的因果关系。

关于科学理论的基础的来源、特点及其与感觉经验的关系，爱因斯坦有一段原则性的论述(他虽然是就物理学而言的，实际上也适用于其他理论科学)：“物理学构成一种处在不断进化过程中的思想的逻辑体系，它的基础可以说是不能用归纳法从经验中提取出来的，而只能靠自由发明来得到。这种体系的根据(真理内容)在于导出的命题可由感觉经验来证实，而感觉经验对这基础的关系，只能直觉地去领悟。进化是循着不断增加逻辑基础简单性的方向前进的。为了要进一步接近这个目标，我们必须听从这样的事实：逻辑基础愈来愈远离经验事实，而且我们从根本基础通向那些同感觉经验相关联的导出命题的思想路线，也不断变得愈来愈艰难、愈来愈漫长了。”

三、科学革命是科学观念急剧而根本的改造

科学观念是科学家或科学共同体借助于经验事实的提示，通过思维的自由创造和理智的自由发明而抽象出来的。它在逻辑上不能再加以分析，是不能再简化的一种逻辑元素，其中包含着人们当时还不甚理解的东西。因此，它反映了在科学发展的一定历史阶段人们对科学对象的认识，是当时历史条件下科学认识的界限，只具有相对的意义。随着时间的推移，大量反常现象和新的经验知识无法纳入这一框架之中，它自身的尚未被理解的残余也充分被揭示出来。这样，原来被视为基本概念和基本关系的东西不再是“基本”的了，它从科学发展的形式变为科学发展的桎梏。只有打碎旧的科学观念，科学发展的潜力才能充分发挥出来。这时，科学革命的时机就成熟了。

科学革命并没有抛弃已有的经验材料和经验知识，而只是改变了理解这些材料和知识的准则，确定了它们的合法地位。彭加勒说得好，只要人们不把那些用实验确证了的理论推到极端，“它就会有十分清楚的意义”，“只有它溶化到更高级的和谐中，它才能消失。” 科学革命打碎的只是科学理论的旧框架，摧毁的只是科学理论的旧基础。爱因斯坦谈到这一点时说过，这里的基础这个词，并不意味着同建筑的基础在所有方面都有雷同之处。从逻辑上看，各个物理定律当然都是建立在这种基础上面的。建筑物会被大风暴或者洪水严重毁坏，然而它的基础却安然无恙；但是在科学中，逻辑的基础所受到的来自新经验或者新知识的危险，总是要比那些同实验比较密切接触的分科来得大。基础同所有各个部分相联系，这是它的巨大意义之所在，但是在面临任何新因素时，这也正是它的最大危险。

在科学革命中，即使是旧的科学观念，也并非统统被抛弃，其中一部分是辩证的扬弃。旧科学观念中的一些只是丧失了自己以前独有的统治地位，从以前的不正确的、与事实不符的壳体中解放出来，被赋予新的意义。它们原有的真理颗粒被保留下来，并作为从属成分有机地溶入新科学观念之中。

从历史上的科学革命来看，科学观念的改变通常有以下几种方式。1．彻底取代。如以地球为中心的观念被以太阳为中心的观念取代，原子不可分的观念被原子有内部结构的观念取代，超距作用被媒递作用取代，目的论和神创论被进化论取代。2．旧名新意。如道尔顿的原子论虽然可以追溯到古希腊的原子论，但他把纯哲学思辨变为科学的论证，给原子论以真正的科学内容。又如经典力学中的质量、惯性、时间、空间等基本概念在相对论中已被赋予新的含义和内容。3．合理推广。如力学中的相对性原理在狭义相对论中被推广到光学和电磁学，在广义相对论中又被从惯性系推广到加速参照系。4．辩证综合。如光的微粒说和波动说被综合为波粒二象性，分立的粒子的概念和连续的场的概念被综合为物质波的概念。5. 包容蕴含。如能量子概念否定了“自然无飞跃”的传统观念，但这只在微观过程才显示出来，在经典系统中，由于h很小(h＝6.626×1027尔格秒)，使得分立的能量谱实际上无法区分而连成一片，这时能量的连续作为极限情况被包括在新概念内。6．独辟蹊径。如自然选择、光速不变原理、等效原理、海森伯测不准关系、泡利不相容原理等都是在科学革命中提出的新观念。

对科学革命中原有经验知识的地位和科学观变革方式的考察，使我们清楚地看到，科学革命尽管使科学本身发生了质的变化，但是在新旧科学理论体系之间也存在着明显的继承关系。同时，也可以看到，科学革命的形式不仅有库恩所说的“危机”型，还应该容许其它形式存在，如“综合”型、“推广”型等等。 革命性变革最深刻的普遍特征是形成新理论体系的实体基础，而这样的实体基础就是科学观念，因此科学革命的实质是科学观念急剧而根本的改造。

在这里，我们之所以选择“改造”这个词，是经过深思熟虑的。在汉语中，改造一词具有双重含义：其一是，“就原有的事物加以修改或变更，使适合需要”；其二是，“从根本上改变旧的、建立新的，使适应新的形势和需要”。这样，“改造”一词就能恰如其分地描绘出科学观念的各种变革方式，体现了科学中的革命与继承的辩证关系。我们在“改造”二字前加上“急剧”和“根本”两个修饰语，无非是从速度上和程度上强调科学观念的改造是迅速的、彻底的，而不是缓慢的、逐步的、局部的、审慎的、尽可能少破坏的。因此，我们所谓的科学革命，指的是一种整体性的革命，这既可以针对整个科学而言(如历史上的三次科学革命，即以哥白尼的《论天球的运行》和牛顿的《原理》为标志的革命，以道尔顿的原子论、达尔文的进化论、麦克斯韦的电磁理论为标志的革命，以相对论和量子力学为标志的革命)，也可以针对某一学科而言(如物埋学革命、化学革命、生物学革命等)。至于某一学科内部某个理论体系中的个别科学观念的变化，我们一般不称其为科学革命，而把它视为科学观念的局部变革(也有人称之为“局部革命”或“小型革命”)。这种变革虽然也是科学观念的部分质变，但并未引起整个科学观念的根本质变。

把科学观念作为科学革命中的变革的主要实体，一个优点在于它的明晰性，因为它不像范式、研究纲领等那么庞杂、含混。更为重要的优点在于它的合理性。科学观念是属于经验成分(经验知识、具体的理论等)和哲学成分(本体论、方法论、自然观、思维方式等)二者之间的中间层次。—方面，它是科学理论的基础，与科学具体理论本身紧紧相联。另一方面，它又是高度思辨、高度抽象的产物，与哲学成分密切相关。它既不像科学理论那么脆弱，易受实验触动；也不像哲学成分那么僵硬，难以改变，而具有相对的稳定性和一定的可变性。这就避免了波普尔、库恩等人的观点的缺陷。

在这里，有必要从更广阔的视野上稍加考察。事物的本质基础并非建筑在这一事物的范围内，而是以这一事物的全部因素为基础。基础属于这一事物，同时又不完全属于它。在一定的关系中，基础应该是内容丰富的，基础是体系的决定性的属性。作为科学理论的基础的科学观念正是这样，它决定着科学理论的性质：它属于科学理论体系，但在某些方面似乎又超出了科学理论体系的范围，因为它具有浓厚的哲学色彩。严格地讲，像本体论、方法论、思维万式、自然观等哲学成分，并不是科学理论体系之内的东西，它们是外在的。把科学革命的实质归结为某一种或某几种哲学成分的转变是不妥当的，因为科学革命毕竟不是哲学革命，科学革命变革的主要实体只能在科学自身中寻找，而无须到哲学中去寻找。

科学革命的最关键因素，科学革命的核心是形成本质上全新的基础。不过，在科学观念发生急剧而根本的改造的同时，科学理论也会焕然一新。也就是说，新的科学框架不仅能容纳已有的经验知识，而且还能容纳许多新的经验知识，而这些新知识是无法纳入旧科学框架中去的。另外，由于科学观念与那些哲学成份有千丝万缕的联系，新科学观念对旧科学观念的否定，必然耍伴随或导致新的自然观、方法论和思维方式等的全面变革。因此，笔者尝试给科学革命下这样一个定义：科学革命是科学观念急剧而根本的改造，与此同时，也伴随或导致科学理论、自然观、方法论和思维方式的全面变革。科学革命这一概念是关于科学进步的辩证诠释的基本概念。

四、科学发展的“进化一革命”互补图像

作为科学理论基础或框架的科学观念具有完整性、内在统一性和进一步发展的能力，这些逻辑构架起着组织、建立以及解释科学理论的作用，并调节和控制获得新知识的过程。因为它们在某种程度上是科学的(正确的、郑重的、不是荒唐的)抽象，比较深刻、比较正确、比较完全地反映了科学认识对象，从而具有巨大的现实统摄力量和潜在的容异功能。科学观念一旦建立起来；它的现实统摄力量就会不断地得以发挥，它所统辖的研究领域的知识不断积累，且日益成熟和完善。在科学发展的一定阶段，科学观念原有的潜在容异功能也会转化为现实性。也就是说，它可以作为一种研究指导纲领扩展到其它领域，甚至把与它不相协调的经验知识容纳进来或暂存起来。这时，科学观念对科学发展起着促进作用，科学呈现出相对平静的发展趋势，知识的增长主要表现在量的积累上。这就是科学的进化时期。进化时期主要是科学家在已有的科学观念指导下进行的定向研究时期，这也是科学理论的多产时期。

从牛顿的《原理》奠定了近代物理学的基础到19世纪末，物理学大体经历了两百多年的进化时期。在这段漫长的时间内，经典力学的基本观念被物理学家作为研究传统而接受下来，决定了他们的思想、研究和实践方向。牛顿力学起初主要处理质点问题(质点力学)，后被推广到流体和刚体，流体力学和刚体力学就是在牛顿所提出的科学观念的基础上建立起来的。力学的基本观念又被引进光学、热学和电磁学的研究中。尽管热学中熵的概念和热力学第二定律以及电磁学中的场的概念，都是超出牛顿力学的基本观念之外的新东西，但是它们分别通过对分子热运动进行统计解释和通过以太的力学模型的运用，而把这些具有革命性的新观念纳入到力学框架之中。

科学的进步会引起它的基础的深刻变革。在进化阶段的后期，科学观念已基本穷尽了它的统摄力量和容异作用，科学理论也在这个基础上发展到了顶峰。这时，科学观念通过修修补补已无法容纳大量的反常现象，而且各理论体系之间发生的概念问题也越来越暴露出已有科学观念的局限性。这时，唯一的出路就是对这些科学观念进行根本的改造，提出新的科学观念，这就是科学发展中的革命时期。在这个时期，那些具有哲学头脑、思想活跃、敢于背离陈规旧说的科学家，往往成为科学革命的主将。

相对地讲，科学革命时期一般是不太长的，如历史上的三次科学革命所经历的时间分别为144年(1543~1687)、61年(1803~1864)和33年(1895~1928)。哥白尼-牛顿革命之所以持续时间最长，是因为它要摧毁亚里士多德的自然哲学教条，而这些教条在将近两千年间一直禁锢着人们的头脑，并被经院哲学当作毋庸置辩的真理。而且，当时科学成果和科学思想的交流受到各种条件的限制，远不如后来那么频繁和自由。尤其是，这次革命要总结人类有史以来的关于自然的知识，建立第一个真正的近代科学体系——牛顿力学。在哥白尼《论天球的运行》问世时(1543年)，欧洲人所具有的力学知识是否像阿基米德(公元前287～212)所了解的那么多，还是值得怀疑的。但是，到这次革命的终结，牛顿力学已牢固建立起来，能够说明天上和地上所遇到的一切力学现象。照此看来，百余年的革命并不算长。第二次科学革命之所以持续时间较长，是因为这次科学革命的带头学科不是一门学科，而是一组学科(主要是化学、生物学和物理学)。这样一来，科学观念的变革发生在不同的领域，而这些科学观念彼此又不甚相关，一个学科中的科学观念的变革对另一个学科中的科学观念的变革没有什么直接的影响。于是，革命的持续时间势必要稍长一些。

科学的进步就是“进化-革命”的无穷系列。在进化时期与革命时期之间，也可能存在库恩所说的危机阶段，这在世纪之交物理学革命的前夕表现得尤为明显(但是，不见得每次科学革命前夕都有一个危机时期)。危机是科学革命的前夜，旧科学观念摇摇欲坠，新科学观念尚未诞生或尚未巩固之时，就是科学的危机时期。不过，科学发展的进化-(危机)革命阶段只是为叙述的方便而提出的理想模式，它们的界限并非泾渭分明。它们就像电影中的一串串渐隐镜头，当一串场景的最后几幅画面还未完全消失时，第二串场景的开头几幅画面就逐渐溶入，致使两串场景相接处的几幅画面我中有你，你中有我。

正如劳丹批评库恩时所说的，常规科学并非像库恩所描绘的那样“常规”，科学革命也不像库恩所断言的那么“革命”。因此，我们拟提出“进化-革命”互补图像来描绘科学的发展。在这里，“互补”的含义有二：其一是进化与革命互相转换，即进化转换为革命，革命又转换为进化，周而复始，以至无穷，而每一次循环，都使科学发展到一个新的更高的阶段；其二是进化与革命互相渗透，这不仅表现在二者的衔接处，而且也表现在二者的过程之中。例如，18世纪基本上是科学的进化时期，经典力学的基本观念不仅在力学发展中表现得生机勃勃，而且也指导着其他学科(例如电学、热学、化学等)的研究。但是，值得注意的是，康德在这个时期提出的星云假说，把发展的观念引入自然科学，这是超越于经典力学的新观念。拉瓦锡的氧化说和元素概念也否定了燃素说和燃素概念(燃素说是在经典力学基本观念指导下提出的燃烧理论)。这一切，都是在进化时期科学观念所发生的局部变革，或像有人说的局部革命或小型革命。同样，在革命过程中也伴随着一些进化。爱因斯坦1905年提出的狭义相对论标志着物理学一个领域的革命的开始，而普朗克1906年通过对爱因斯坦的电子运动的方程的修正进而得到的动能的表达式，以及闵可夫斯基1908年提出的四维世界理论，都不过是狭义相对论的自然进化而已。

因此，如果把事物的发展比喻为波浪式发展、螺旋式上升的话，那么科学的进步则可以形象地描绘为具有小波纹的滚滚向前的大波浪，或以大螺线为轴心而攀援上升的小螺线(等于把一个长而细的弹簧绕成螺线)。这就是科学发展的“进化-革命”互补图像(尽管它也是一个不尽恰当的模式)。后一个比喻显然与黑格尔的下述命题有某种相通之处：“科学表现为一个自身旋绕的圆圈，中介把末尾绕回到圆圈的开头，这个圆圈以此而是圆圈中的一个圆圈，因为每一个别的支节，作为方法赋予了灵魂的东西，都是自身的反思，当它转回到开端时，它同时又是一个新的支节的开端。”

参 考 文 献

Б. М. Кедров，Ленин и Научные РевалюцииВсте-ствазнаниеФизика， Издательства《Наука》，Москва，1980.

李醒民：简论凯德洛夫的科学革命观，北京：《自然辩证法通讯》，1985年，第1期。