從現(xiàn)代物理學的建立看自然觀對科學研究的影響

摘要：本文以現(xiàn)代物理學的建立與發(fā)展過程為出發(fā)點，分析了現(xiàn)代物理學的建立對新的自然觀形成的推動作用，并論述了自然觀對科學研究的影響，作者認為，自然觀影響了科研工作者對世界的認識、研究者對自身的認識與科學態(tài)度的形成，同時自然觀促進了科學研究的方法和手段的發(fā)展。

關鍵詞：現(xiàn)代物理學 自然觀 科學研究

1 概述

自然觀是人們對自然界總的看法和觀點。任何時代的自然觀都是在一定的歷史文化背景下形成的，尤其與當時的自然科學發(fā)展水平密切相關。同時，它又對自然科學有著這樣或那樣的影響。

在歷史上，最先出現(xiàn)的是神話形態(tài)的自然觀；進入階級社會以來，唯物主義自然觀與唯心主義自然觀的對壘日趨明顯，在古代，人們基本上把自然界看作是一個普遍聯(lián)系、不斷運動的整體，由此形成樸素的自然觀，近代科學深入自然界的各個細節(jié)進行孤立靜止的考察，由此產(chǎn)生形而上學自然觀，現(xiàn)代科學則日益廣泛地揭示了自然界的各種聯(lián)系，從各個不同的角度發(fā)展著辯證唯物主義自然觀，這一科學的自然觀對整個自然科學和哲學日益發(fā)揮著積極的作用。

物理學是集思想、方法、實驗于一體的先導學科，在人類正確的自然觀、世界觀、方法論的形成和發(fā)展中，起著其它學科無法替代的作用，物理學研究所形成的物質觀、自然觀、時空觀、宇宙觀對科學技術的進步、生產(chǎn)力的發(fā)展乃至整個人類文化都產(chǎn)生極其深刻的影響，而現(xiàn)代物理學的建立和發(fā)展，則徹底改變了20世紀整個科學的面貌，也由此開始了自然科學發(fā)展的新紀元。

2 現(xiàn)代物理學的建立對新的自然觀形成的推動作用

20世紀以來，以相對論與量子力學的創(chuàng)立為標志的現(xiàn)代物理學研究工作，從理論和實踐兩個方面，對人類認識和社會發(fā)展起到了難以估量的作用[1]。物理學理論的發(fā)展，把人類對自然界的認識推進到了前所未有的深度和廣度。

2.1 相對論的誕生對絕對時空觀的改變 相對論是關于物質運動與時間空間關系的理論，是現(xiàn)代物理學和科學技術的重要理論基礎之一。1905年6月，愛因斯坦以“運動物體的電動力學”為題發(fā)表了關于狹義相對論的第一篇杰出論文，提出了狹義相對論的兩條原理——相對性原理和光速不變原理。根據(jù)這兩條原理，可以推出許多重要結論。例如，關于時空坐標相互聯(lián)系的洛倫茲變換，從而改變了自牛頓以來統(tǒng)治物理學兩百多年的絕對時空觀[2]。

相對論的誕生，不僅大大推動了自然科學和技術的發(fā)展，而且在哲學世界觀方面具有非常重大的意義，為辯證唯物主義的時空觀提供了堅實的科學依據(jù)，廣義相對論的建立，則為人類探索宇宙奧秘提供了有力的理論工具。

2.2 量子力學的建立對確定性世界的改變 量子力學的建立是二十世紀初物理學取得的最偉大成就之一。量子力學揭示了微觀物質世界的基本規(guī)律，使人們認識到波粒二象性是微觀世界最基本的特征，量子力學的創(chuàng)立，推動了原子物理學的發(fā)展，同時對物質結構理論以及化學、生物學的發(fā)展也產(chǎn)生了深刻的影響。

二十世紀二十年代末開始，愛因斯坦和玻爾之間展開了一場激烈爭論，爭論的焦點是就是量子學的哲學解釋，因為愛因斯坦認為這種解釋明顯陷入唯心主義，而他堅信的是[3]：“有一個離開知覺主體而獨立的外在世界，是一切自然科學的基礎。”

然而從1972年到1982年十年的實驗結果，卻都顯示了一個驚人的也是出乎唯物主義哲學家意料之外的結果。“貝爾不等式”這把雙刃劍的確威力強大，但它斬斷的卻不是量子論的光輝，而是反過來擊碎了愛因斯坦所執(zhí)著信守的那個夢想[4]。世界是由獨立于人的意識之外而存在的客體構成的這種學說，卻原來和量子力學相矛盾，也和為實驗所確立的事實相矛盾[5]。

歐洲核子研究中心（CERN）在2011年9月24日公布的一份研究結果顯示，科研人員在讓中微子進行近光速運動時，其到達時間比預計的早了60納秒[6]，如果這個研究被驗證，人類的物理觀將再次被改變，甚至人類存在的模式都將被改變。

3 自然觀對科學研究的影響

哲學和自然科學發(fā)展的歷史表明：哲學每前進一步。都依賴于和伴隨著自然科學的巨大進步；同樣，自然科學的每一步發(fā)展，也都凝聚著和滲透著哲學的指導，現(xiàn)代物理學的建立和發(fā)展，影響了新自然觀的建立與形成，新的自然觀又作用于科學研究，為自然科學提供了正確的世界觀和方法論的指導，推動科學技術的進步。

3.1 自然觀影響了科學家對世界的認識 當今科學所研究的對象，更多的是微觀或者是宇觀的客體，這些客體的性質與規(guī)律，已經(jīng)超越了人類的感官能直接感知的范疇。如果說量子力學主要關注最微小的“基本粒子”，那么愛因斯坦的廣義相對論則關注最大尺度的“宇宙”，一個研究最小，一個研究最大，由于難以獲得顯而易見的證明，所以在這兩個領域的認識論便受研究者的自然觀左右。

量子物理的理論具有高度的辯證性質，“非此即彼”的形式邏輯思維已不足以解釋量子物理實驗中眾多的“亦此亦彼”的現(xiàn)象，而一種新的邏輯思維方式可能是現(xiàn)代物理學取得進一步突破的關鍵。量子力學的情況，如果從我們通常的觀念看來，是充滿著矛盾和難以克服的困難，但量子力學卻是以獨特的數(shù)學結構卓越而合理地把握了它，要理解這種邏輯結構，唯有依靠辯證邏輯[7]。為了消除用經(jīng)典語言描述微觀客體行為時與量子力學結論相悖的因果異常，賴辛巴哈試圖建立一種消除形式邏輯排中律的三值邏輯，這種新的邏輯形式揭示了用傳統(tǒng)形式邏輯描述不確定現(xiàn)象時的困難[8]，沿著賴辛巴哈的思路，有人進一步發(fā)展出應用抽象代數(shù)學中“格演算”工具，用基本聯(lián)詞“遇”與“接”來取代“與”和“或”，用以更好地描述量子領域中的“亦此亦彼”現(xiàn)象，并使這種量子邏輯可以用一種廣義的命題演算工具表述[9]，這新的邏輯思維方式，便是受自然觀影響下科研工作者對世界的認識，它成為現(xiàn)代物理學取得進一步突破的關鍵。

關于自然觀影響了科學家對世界的認識這個問題，玻爾對此有過非常重要的認識，他說：“由作用量子的存在規(guī)定了的客體與測量儀器之間的有限相互作用，引起了最后放棄因果性這一經(jīng)典概念并激烈地修正我們對于物理實在問題的態(tài)度”[10]。由此可見，自然觀影響了科學家對世界的認識，更教會了他們辯證地認識世界。

自從辯證唯物主義自然觀出現(xiàn)之后，人類第一次具有了客觀而辯證的思維體系，可以從本質上把握到科學發(fā)展的方向與領域，再也不會像前人那樣因為思維和領域的局限性，在科學研究中面對不解問題時就歸咎于神學和宗教。

3.2 自然觀影響了研究者對自身的認識 新的自然觀從普遍聯(lián)系出發(fā)，強調人和自然是相互聯(lián)系的相互影響的，現(xiàn)代物理學的發(fā)展，完全證實了這一思想。相對論中的相對性原理表明，認識事物的運動與選擇的參照系有關，即與人的主體有關，在量子力學中，海森堡的“測不準”原理也表明，在對微觀世界的認識中，不能把人的因素獨立在微觀世界之外，對于量子論中的觀測問題，尤金.維格納認為：意識無疑在觸動波函數(shù)中擔當了一個重要的角色。于是當人們還在為薛定諤那只倒霉的貓而爭論不休的時候，維格納又出來捅了一個更大的馬蜂窩，就是所謂的“維格納的朋友”[4]。

所以說，自然觀無時無刻不在影響著研究者對自身的認識，而這種認識，又影響著研究者對待科學研究的態(tài)度，放棄因果性，也就使得實驗檢驗成為一句空談，因為當科學實驗與科學理論發(fā)生矛盾時，并不能證明科學理論是錯的，因為二者可以不服從因果關系。

3.3 自然觀促進了科學研究方法的發(fā)展 科學研究的結果跟研究者所采取的方法有很大的關系，科學的發(fā)展總是與方法的更新與發(fā)展緊密相連，相輔相成的。例如近代物理學的誕生，就得益于伽利略、牛頓等人在研究方法上的大膽創(chuàng)造與革新，他們把觀察、實驗等經(jīng)驗方法與數(shù)學、邏輯等理論方法有機結合起來，甚至還發(fā)明新的數(shù)學工具——微積分[11]。本世紀初，相對論與量子力學的思想一經(jīng)形成，就可以在19世紀下半葉新興的數(shù)學分支中找到相應的數(shù)學工具，如非歐幾何學、張量分析、線性代數(shù)等等，這些方法上的成就不僅大大促進了現(xiàn)代物理學的進展，而且具有重大的方法論意義，為以后物理學的發(fā)展起了巨大的示范作用。

現(xiàn)代物理學的發(fā)展歷程清楚地表明：物理學每前進一步，都伴隨著方法上的重大革新和改進，自然觀的改變，仿佛打開了一道方法學上的大門，在科學研究中，科學的理論陳述和與之相應的數(shù)學、邏輯和形而上學陳述一起組成了這個整體的知識場，現(xiàn)代物理學的發(fā)展已更清楚地表現(xiàn)出了理論與方法之間這種聯(lián)動的特征。

但隨著現(xiàn)代物理學的進一步發(fā)展，數(shù)學手段已顯得不夠得力，例如：目前關于大統(tǒng)一理論的研究難以取得有效的突破，不管超弦還是M理論[4]，它們都剛剛起步，還有更長的路要走，究竟是相對論與量子力學兩者自身難以統(tǒng)一，需要建立一種能取代二者的新理論，還是缺乏必要的數(shù)學處理方法及研究方法？這是科學家們目前亟需解決的問題。

值得注意的是，自弦論以來，人們開始注意到，似乎量子論的結構才是更為基本的，在弦論里，必須首先引進量子論，然后才導出大尺度上的時空結構。人們開始認識到，也許“自小而大”才是根本的解釋宇宙的方法[4]。如今大多數(shù)弦論家都認為，量子論在其中扮演了關鍵的角色，量子結構不用被改正，只有更進一步地依賴量子的力量，超弦才會有一個比較光明的未來。

3.4 自然觀和科學研究的相互促進 人類從古代開始到現(xiàn)在，經(jīng)歷了原始神話、宗教“自然觀”、古代樸素自然觀、形而上學自然觀，直到產(chǎn)生了辯證唯物主義自然觀的現(xiàn)在，可以說，自然觀和科學研究是一種相互促進、相互推動的關系。

近代以來，隨著實驗科學的興起和數(shù)學方法的應用，自然科學從自然哲學中獨立出來，成為探索自然的排頭兵，哲學的研究重心也從本體論轉向認識論，但自然哲學仍然是哲學的一個研究領域。就自然觀而言，由于中世紀宗教神學的熏陶，逐漸形成了有關自然界的有序、統(tǒng)一、服從簡單性原理等觀念，這種自然觀深刻影響了近代自然科學的思維，尤其是當自然科學進入新的領域、遇到新的問題時，科學家都要從這些觀念出發(fā)尋求解決的途徑。

4 結束語

無論是何種自然觀，都是先植根于當時的科學與自然認識的大環(huán)境，再從中吸取養(yǎng)分，經(jīng)過深刻地思考與提煉進而產(chǎn)生的，從這一點說，任何一種自然觀在其剛誕生之時，都是促進當時科學等方面學科的發(fā)展的，現(xiàn)代物理學的建立和發(fā)展，無疑對當前人類的自然觀產(chǎn)生了深刻的影響，而新的自然觀不僅影響了人類對自身的認識、對世界的認識，也改變了人類從事科學研究的手段和方法，由此開始了自然科學發(fā)展的新紀元，21世紀的曙光，交織著人類對未來的希望，已經(jīng)投射出東方的地平線。

參考文獻：

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