物理學(xué)的飛躍與困境 從二十世紀(jì)初開(kāi)始,物...
物理學(xué)的飛躍與困境 從二十世紀(jì)初開(kāi)始,物理學(xué)出現(xiàn)了一次大飛躍,一群朝氣蓬勃的年輕人開(kāi)始探索原子以下的微觀世界。愛(ài)因斯坦提出了適用于微觀世界的相對(duì)論,玻爾畫(huà)出了原子的結(jié)構(gòu)圖,普朗克提出了量子力學(xué)的觀點(diǎn),海森堡證明了測(cè)不準(zhǔn)原理。每一項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)都是對(duì)成熟的經(jīng)典物理學(xué)理論和時(shí)空觀的巨大沖擊。 第一顆原子彈的爆炸不但驗(yàn)證了愛(ài)因斯坦有關(guān)物質(zhì)質(zhì)量和能量之間的關(guān)系方程,更向人展示了微觀世界的巨大能量。然而六十多年已經(jīng)過(guò)去,人類(lèi)科學(xué)在認(rèn)識(shí)物質(zhì)和掌握能量上的突破卻舉步維艱。設(shè)想一下,按照現(xiàn)代科學(xué)的認(rèn)識(shí),構(gòu)成原子的基本粒子不外乎質(zhì)子、中子和電子。如果我們有這樣一口大鍋,可以把一切物質(zhì)熬成“基本粒子粥”,然后再按照我們的需要隨心所欲地排列這些基本粒子,我們就可以點(diǎn)石成金,可以化一切腐朽為神奇,而且就象樹(shù)木造紙那樣方便。 當(dāng)然實(shí)際情況絕沒(méi)有這么簡(jiǎn)單,僅僅將原子打碎成基本粒子所需要的能量不啻于原子彈的爆炸。這樣大的能量對(duì)于只能熟練利用機(jī)械能或化學(xué)能的人類(lèi)來(lái)說(shuō)就象是一只螞蟻要舉起一棵大樹(shù)一樣。另一方面,人類(lèi)對(duì)于微觀世界粒子之間的作用力和行為特性知之甚少,又怎能隨心所欲地操作和排列那些借助目前最大的顯微鏡也無(wú)法看到的粒子呢? 事情到了這里還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有結(jié)束。1927年,海森堡發(fā)現(xiàn)了“測(cè)不準(zhǔn)”原理,即微觀粒子的位置和動(dòng)量不能同時(shí)精確測(cè)定,因此量子力學(xué)就不能不表現(xiàn)出隨機(jī)性,即粒子的運(yùn)動(dòng)是隨機(jī)的:條件相同的情況下,可以有完全不同的結(jié)果。該理論推翻了傳統(tǒng)科學(xué)和傳統(tǒng)哲學(xué)中強(qiáng)調(diào)的因果性。接著,玻爾和海森堡又共同研究出了協(xié)變?cè)?,即在微觀領(lǐng)域進(jìn)行觀測(cè)的科學(xué)家們所觀察到的事物與觀測(cè)者觀念和觀測(cè)手段有關(guān)。這又打破了另一個(gè)西方科學(xué)的基本信念:存在一個(gè)獨(dú)立于觀測(cè)人之外的客觀世界。粒子物理學(xué)家前不久提出的超弦場(chǎng)論,認(rèn)為基本粒子的構(gòu)成是一個(gè)弦,長(zhǎng)度為1.66*10^-33厘米,如果要拉斷這根弦則需要10^19電子伏特,這種能量相當(dāng)于一個(gè)原子核裂變的100億倍。人類(lèi)不得不望著這個(gè)天文數(shù)字般的能量而徒喚奈何了。 轉(zhuǎn)換一種哲學(xué) 在十九世紀(jì)末,整個(gè)的經(jīng)典物理學(xué)——從牛頓的經(jīng)典力學(xué)到麥克斯韋的電磁理論已經(jīng)相當(dāng)完善??茖W(xué)家們認(rèn)為輝煌的物理學(xué)大廈已經(jīng)竣工,剩下的只有一些修修補(bǔ)補(bǔ)的小工作了。就連被公認(rèn)的物理學(xué)權(quán)威開(kāi)爾文勛爵也在當(dāng)時(shí)的物理學(xué)年會(huì)上說(shuō):“未來(lái)的物理學(xué)真理,將不得不在小數(shù)點(diǎn)后的第六位去尋找了?!?然而二十世紀(jì)初,物理學(xué)的兩大突破——相對(duì)論和量子力學(xué)卻打開(kāi)了一個(gè)全新的領(lǐng)域。1905年,愛(ài)因斯坦發(fā)表了《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》,第一次提出了相對(duì)論的理論。與眾不同的是,在這篇文章中,愛(ài)因斯坦沒(méi)有引用任何一篇前人的科學(xué)文獻(xiàn),而是完全按照他自己的哲學(xué)思想和科學(xué)思想創(chuàng)作的。愛(ài)因斯坦深受斯賓諾莎和馬赫的哲學(xué)思想影響,他自己也多次說(shuō)過(guò):“與其說(shuō)我是個(gè)物理學(xué)家,還不如說(shuō)我是個(gè)哲學(xué)家呢”。量子力學(xué)的領(lǐng)軍人之一海森堡同時(shí)也是一位哲學(xué)家,并著有《物理與哲學(xué)》一書(shū)。威爾杜蘭在《西洋哲學(xué)史話》序言中說(shuō)到:“各種科學(xué)都始于哲學(xué),……科學(xué)僅能傳授知識(shí),只有哲學(xué)才能給以智慧。”可以毫不夸張地說(shuō),二十世紀(jì)物理學(xué)的突破,實(shí)際上是哲學(xué)的突破。 狹義相對(duì)論打破了古老哲學(xué)中的絕對(duì)時(shí)空觀念。速度的變化(觀察者的運(yùn)動(dòng))使時(shí)間具備了伸縮性,所謂“現(xiàn)在”的概念并沒(méi)有絕對(duì)性。例如著名的“雙生子效應(yīng)”:一個(gè)宇航員高速航行若干年后返回地球,變得比他留在地球上的孿生兄弟年輕了。1915 年,愛(ài)因斯坦完成了他的廣義相對(duì)論,突破光速極限的時(shí)空彎曲甚至可能導(dǎo)致時(shí)光倒流,從理論上人們可以走向過(guò)去,也可以回到未來(lái)。 量子力學(xué)則打破了人們認(rèn)為存在一個(gè)“客觀”世界的觀念,讓科學(xué)重新變成了“形而上學(xué)”。西方科學(xué)就是建立在觀測(cè)、歸納和驗(yàn)證的基礎(chǔ)上的,如果第一環(huán)節(jié)都會(huì)因“測(cè)不準(zhǔn)”而人言人殊、見(jiàn)仁見(jiàn)智,后續(xù)的歸納和驗(yàn)證當(dāng)然也就徹底失去了基礎(chǔ)。再往下微觀世界發(fā)展下去,西方科學(xué)已經(jīng)無(wú)路可走了。
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