相对论与量子力学的矛盾范文

导语：如何才能写好一篇相对论与量子力学的矛盾，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

摘要：量子力学与相对论一起被认为是现代物理学的两大基本支柱。随着数字媒体业的迅猛发展，当今世界已进入信息风暴的时代，媒体与艺术的高结合性与诉求性使人们不得不用科学的眼光重新审视。本文从两种科学理论出发，阐述媒体与艺术的科学特性，同时将科学的研究方法融入媒体与艺术的研究当中，提出传播扩展粒度的新观念，有助于判定数字媒介扩展空间量的大小。

关键词：量子力学；相对论；媒体；传播扩展粒度；艺术；科学

随着媒体业的迅猛发展，当今世界已进入信息风暴的时代，媒体与艺术的高结合性与诉求性使人们不得不用科学的眼光重新审视。清华大学是中国最重要的高等学府之一，同时也是国家核心研究机构。在清华大学设有“艺术科学中心媒体实验室”，将艺术与科学的融合视为21世纪高等教育的重要命题。由此可见，对媒体、艺术与科学三者的融合研究具在时代价值。

目前研究者们依托于前沿的科学理论和技术成果，在数字媒体方向不断创新，采用新的艺术技法和表达媒介，彰显人文关怀与艺术反思，表现出鲜明的生态文化特征和信息文化特征。[1] 在探求媒体、艺术、科学三者之间的关系以及未来的发展趋势时，很多专家学者从技术应用的角度进行推测与分析。本文另辟蹊径，从物理学两大基本理论――量子力学与相对论出发，将科学的研究方法融入“大媒体”、“大艺术”的研究当中，提出传播扩展粒度的新观念。

1 科学与媒体的分类与特性

（1）两大科学基本支柱。1）量子力学。量子力学是描写微观物质的一种物理学理论。马克斯・普朗克在1900年提出能量量子化假设。假定电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份地进行的，计算的结果才能和试验结果相符。量子力学测量时假设的显态与实际微观体系中的隐态，造就了量子力学的前提。2）相对论。在狭义相对论中，爱因斯坦将空间与时间联系起来。认为物理的现实世界由时空坐标t和空间坐标x、y、z组成的，构成了四维的明可夫基里平直时空。在相对论中，用四维方式考察现实世界，能量与动量构成一个不可分割的整体――四维动量，自然界一些看似毫不相干的量之间可能存在深刻的联系。

（2）媒体的分类与特性。1）媒体分类。从技术角度分类，可以分为感觉媒体、表示媒体、呈现媒体、存储媒体、传输媒体。按照感觉器官来分可以分为视觉媒体、听觉媒体、视听媒体。媒体按照使用媒介的不同可以分为数字媒体和传统媒体。[2]2）媒体特性。数字媒体和传统媒体共有的特性均具有传播性。数字媒体较之传统媒体又具有交互性，例如游戏及动态网站与受众间的交互性信息传递。同时艺术与技术的结合，打造了1+1≠1的效果。相对于传统媒体，数字媒体不但具有共同的社会属性，更具有个性。例如一些网上的个以及可以按照个性定制的交互式服务。另外数字媒体相对比较环保绿色，同一时间段内覆盖面积更大、受众更多、相对成本更低廉、单位性价比更高、更容易共享和传播、艺术形态更多样。数字媒体带给人们全新的生活方式，改变了人的思维和生活的方式。

2 媒体、艺术与科学的关系

（1）媒体、艺术与科学是密不可分、相互渗透的。媒体是艺术与科学的承载。而数字媒体平台与网络又是建立在迅速发展的科学技术基础之上。当利用技术手段搭建的平台在运营的过程中，根据受众的需求又有艺术的诉求。艺术离不开科学，没有媒体与科学对艺术的诠释，艺术只是一句空谈。例如音乐的展现需要有播放的平台、相关设备及环境、录音技术手段的支持；优美的图画需要纸张等媒介以及绘画技法来表现；震撼清晰的画面需要高质量的播放平台与优良的制作技术。

（2）艺术与科学是相通的。有人说：每个人都是天生的艺术家。艺术来源于生活，是人感官的享受。科学来源于自然，是人类探求真理的结晶，电影、电视、游戏等均是艺术与科学技术结合的产物。

（3）借助媒体，艺术与科学的发展是相互促进的。随着物质文明与精神文明的发展，人类在精神世界的诉求急于寻求实现的平台与途径。社会观念的变革、人类思想的解放、对美好事物的追求促进科学技术的更新发展。与此同时，科学技术的变革反作用于艺术理念的提升，使人们站在一个新的平台上审视艺术。十报告中指出“促进文化和科技融合，发展新型文化业态，提高文化产业规模化、集约化、专业化水平。”充分体现了三者间的关系。[3] 媒体、艺术与科学在当今“信息风暴”的时代是相互促进、相互渗透的。

3 媒体、艺术的科学性论述

量子理论与相对理论较好的诠释了媒体、艺术的科学性。

3.1 量子力学与相对论在艺术创造中的体现

（1）蒙太奇方法的时空转换。蒙太奇方法是常用的视频信息流的组建方法。但因为每个人的关注点不同，针对同样的素材，利用蒙太奇方法产生的效应也不同。针对大多数人的认知习惯，蒙太奇方法是有共同点的，所产生的主观认知理解也是一样的。而对于某种特定人群可能并没有意义或者对其释义根本是相对的。相对于主观来讲，找到最美的表现瞬间是重要的。例如，在《猜火车》电影中“厕所捡物品”的镜头，主人公将头伸入肮脏的厕所中，而画面中出现的却是主人公在臆想中的漂亮“海洋”里遨游。这是时空的转换，是视觉环境的强烈对比，同时也是蒙太奇手法的运用，是相对论的体现。

篇2

总之，事物的发展形式是复杂而多样的，有的事物的发展具有周期性特点，而有的事物不具有，具有周期性特点的事物的发展服从否定之否定规律，而不具有周期性特点的事物的发展则不遵循这个规律，这表明它并不是普遍适用的。这就要求人们在探讨事物发展变化时，从实际出发，对事物的发展作认真、细致的分析，而不要贴标签，更不要用它来为错误的理论辩护。

现代数学方法与物理学的第二次融合

现代数学方法中的群论在物理学中的应用也是不可忽视的，众所周知，我们周围的世界处在对称和不对称的矛盾同一之中，对客观世界对称性的研究，能帮助人们更深刻地认识各种物质的运动规律，欣赏客观世界的自然美。群论是研究系统对称性的十分有效的数学工具，在群论方法建立之初，伽罗瓦（Galois）就根据代数方程根的置换对称性证明了五次以上代数方程不能通过有限次加减乘除和开方运算求得方程根的精确解，第一次显示了群论方法在研究系统对称性中的巨大潜力。1890年费德罗夫(Federov)和1891年熊夫利（Schoenflies）相继用群论方法系统地解决了晶体分类问题，证明了具有周期性排列的规则空间点系共有230种，这是群论在物理中晶体分类问题中的一个杰出贡献。20世纪初物理学革命的另一项伟大的成就就是量子理论的建立，这与群论的发展是分不开的。随着人类对客观世界的认识逐步深入到微观领域，物质运动规律呈现出新的特征，实验和理论研究变得更加困难，量子理论建立后，对称性的内容更丰富了，更加迫切的需要深入研究微观系统的对称性质。用群论的方法研究量子系统的对称性，可以得到系统的各种定量或定性的重要性质，这些性质直接来自系统的对称性，与系统的具体细节无关。反之、对这些性质的实验检验，可以鉴别系统是否具有此种对称性，可以帮助探索系统的基本运动规律，因此、在对微观世界的深入探索中，近代物理理论和群论理论共同得到了迅速的发展，群论方法已经深入到物理学的各个领域。数学对物理的作用过去认为，归结起来是说数学是物理的语言，如广义相对论中黎曼几何的作用就是一种语言，但是在量子力学中，数学所起了魔术般的神秘作用，无论如何也不能认为数学只是语言了。翻开量子力学教科书，首先看到的是光的干涉，电子的散射实验的说明，然后表明光子，电子等的离子状态可以用波动函数，即属于某个Hilbert空间的向量来表示并导出若干状态的波动函数的迭加原理。迭加原理认为，状态A若是状态B与C的迭加，则A的波动函数就是B的波动函数与C的波动函数的线性组合，它是量子力学的基本原理。量子力学中首先把复杂至极的物理环境用唯一的波动函数（向量）来表示，从而进行简单化，数学化的处理，这就是数学艺术美体现。

结束语

篇3

纵观物理学的整个发展过程,无不包含着一代又一代的科学家对物理学之美的孜孜追求。爱因斯坦曾经说过:“物理学是至善至美的科学”。他把物理学之美归纳为:简单、和谐、完善、统一。他在建立相对论时的整个思考过程即是对“宇宙美”的追求过程。和谐美、简洁美一直是他衡量物理学理论是否正确的标准。开普勒坚信上帝是按照完美的数学原则来创造世界的,他以数学的和谐来探索宇宙,不忽视任何一个误差,最终发现了行星运动的统一规律――行星运动定律。费曼也正是凭着他独特的审美鉴赏力去审视和欣赏牛顿的万有引力定律,麦克斯韦方程和爱因斯坦的相对论所体现的那种完美的结构,感受对称性、守恒定律、最小作用量原理的普遍性;又通过自身的审美直觉去洞察自然界内在的美,创造出了体现过去与未来之间对称性的费曼图,并进而提出了一种新的重整化理论,巧妙地避开了困扰量子场论计算中的发散困难,为量子场论确立了一种标准的理论程序。

物理学所蕴含之美主要包括:对称美、简洁美、和谐美、统一美。

1.对称美

由于物理学揭示了自然界物质的存在、构成、运用及其转化等规律的对称性而产生的美感,称为物理学的对称美。

物理学中的对称主要表现为时空对称、数学对称和抽象对称。

时空对称有空间对称、时间对称、时间和空间同时对称三种类型。时空对称表示物理现象在时空变换下的不变性。如杠杆的平衡、平面镜成像、磁体的两极、电荷的正负表现了物质的直观形象在空间上的对称;匀速运动的速率在运动过程中的任一点都相等,相干光在干涉空间任一区域都保持相等的条纹宽度等表现了物质在运动变化过程中的空间对称;周期、节奏、频率等表示了时间对称;不随时间变化的匀强电场、匀强磁场表现出既具有时间对称,又具有空间对称等等。

数学对称表示物理内容在教学形式(图与式)上的对称性。如简谐振动的振动图线、简谐波的波形图线具有对称性。这种对称性表示了物理内容在数学图形形式上的对称。万有引力定律、库仑定律与距离之间都具有对称性,这些对称性表示了物理内容在数学表达式上的对称。

抽象对称表示以抽象的方式所反映出的物理内容的对称。由于在无穷大或无穷小的尺度上研究物理问题,很难具有直观性,故很多物理形象及物理内容所呈现的对称具有抽象性。如处于平衡态的气体对容器壁的压强处处相等;处于平衡态的气体分子的热运动在三维空间各个自由度上发生的几率相等,这些都体现了物理内容的抽象对称美。

2.简洁美

由于物理学揭示了自然界物质的存在、组成、运动及其转化等规律的简单性而产生的美感,称为物理学的简洁美。

从物理理论的整体来看,在形形的物理世界中,各种物理现象和过程千差万别,但在本质上却可逻辑地归结为为数不多的若干基本概念和原理。例如,宇宙中纷乱的种种作用力,在本质上可归结为四种:万有引力、电磁力、强相互作用力、弱相互作用力;牛顿定律将宏观低速条件下各种机械运动的现象都置于其统治之下;麦克斯韦方程组使复杂的电磁运动形成了一个和谐美满的家庭;量子力学理论使行踪飘忽的微观粒子眉目清晰……F=ma,E=mc2等等,其形式是多么的简洁而优美。这些都体现了物理学理论整体的简洁美。

物理学中的理想化方法是从多维的具体形象中,抓住最具有本质特征的主要形象,舍弃一些次要形象,建立起一个轮廓清晰、主题突出的新形象,从而简化物理问题。显然,具有简洁美。

3.和谐美

和谐是指由于组成整体的各个要素相互间恰到好处而在整体上显现出协调。和谐给人以一种恰如其分、浑然一体、轻松自如的美感。物理学的和谐美,主要是指由于物理理论揭示了自然界物质的存在、构成、运动及其转化等整体上的和谐性而产生的美感。它主要表现在自洽、对应和互补三个方面。

自洽,与其基本含义一致,即自身内不存在不可统一的矛盾。物理学中的自洽和谐美,主要体现在物理学各分支理论内部以及各分支理论之间在现象、概念、规律等方面都是互不矛盾的。

对应和谐美是指由物理学不同理论间的对应关系而展现的物理学和谐美。对应是高级理论对低级理论的包容,或者是说低级理论是与高级理论在某一特定条件下的结论相一致。具体地说,对某领域正确的物理理论,在新的、更加普遍的理论出现时,并不作为错误的东西被抛弃,而是作为新理论的极限形式和局部情况,在新理论中保持原有的意义。如当v

互补和谐美是由物理学各部分之间的互补关系而展现出的物理学和谐美。所谓互补,就指彼此间弥补、相辅相成。物理学中的互补主要表现在不同的、甚至是相互排斥的物理理论,从不同的侧面描述物理学的研究对象。如光的波动性与粒子性、微观粒子的波动性与粒子性,都分别从不同的侧面反映了光与微观粒子的本质。在这里,波动性与粒子性既互斥,又互补。

4.多样统一美

由于物理学揭示了自然界物质的存在、构成、运动及其转化等规律的多样统一性而产生的美感,称为物理学的多样统一美。物理事物是千姿百态、千变万化的,因此,由它们构成的物理世界,必然呈现出万紫千红的景象,反映物理事物的特性及其规律的物理知识也是丰富多彩的。但是,自然界是统一的,客观物理事物之间存在着内在的联系,通过这种联系使得我们能将各种各样的物理知识统一起来,进而形成既千变万化又和谐统一的美的画卷。例如,牛顿力学把地上的和天上的所有低速宏观运动的规律统一起来;麦克斯韦电磁理论把电、磁、光统一起来;爱因斯坦广义相对论把引力、时间、空间、物质联系起来;德布罗意关系将微观粒子的波动性与粒子性统一起来,这些都会使人们感到一种多样统一的美感。

篇4

二十世纪即将结，二十一世纪即将来临，二十世纪是光辉灿烂的一个世纪，是个类社会发展最迅速的一个世纪，是科学技术发展最迅速的一个世纪，也是物理学发展最迅速的一个世纪。在这一百年中发生了物理学革命，建立了相对信纸和量子力学，完成了从经典物理学到现代物理学的转变。在二十世纪二、三十年代以后，现代物理学在深度和广度上有了进一步的蓬勃发展，产生了一系列的新学科的交叉学科、边缘学科，人类对物质世界的规律有了更深刻的认识，物理学理论达到了一个新高度，现代物理学达到了成熟的阶段。

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。

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5

关键词：自然哲学　量子革命　系统辩证法

关于20世纪科学革命，有人说只须记住三件事：相对论、量子革命和混沌学（系统科学中最突出的新分支）。正是这三大科学革命为人类建构全新的自然图景（也就是新颖的自然哲学）作出了决定性的贡献。这里所谓自然哲学是指人对自然的哲学反思。自然哲学的中心问题就是基于人与自然的关系来研究自然本体最一般的性质和人类的世界图景。

一

自然哲学在哲学史上有过两个全盛时期（古希腊及近代机械论），只是在谢林、黑格尔之后衰落了。由于20世纪三大科学革命的强大影响，自然哲学正在当代复兴起来，这是十分令人鼓舞的。我们先从三大科学革命说起。

首先要提到的是相对论革命对改造人类世界图景的贡献。在1905年的狭义相对论中，时空性质依赖于参照系等概念是对“观察无关性”的经典信念的初次冲击；1915年的广义相对论把引力场（它具有整体全息相关性）确立为新的“独立的实在”，这是对牛顿的实体观的又一次打击。接着要论述的是量子革命，它比相对论革命更为深刻地改变着人类的世界图景。因为1925年以后所创建的量子力学进一步使笛卡儿与牛顿以来的主客绝对二分原则、实体主义原则乃至严格决定论原则都受到猛烈冲击。最后要强调的是系统科学革命。20世纪中叶以来近半个世纪系统科学的蓬勃发展表明，从总体上说，系统自然观集中体现了当代自然图景的精华，因此系统自然观几乎成了当代自然科学的世界图景的代名词，贝塔朗菲称之为“一种新的自然哲学”。20年代所出现的怀特海的“机体论哲学”则是这种自然哲学之先声。

当代的系统自然观借助于维纳的控制论(1949)、贝塔朗菲的一般系统论(1948)、普利高津的耗散结构论(1969)和哈肯的协同学(1971)等理论复活了亚里士多德的机体论和内在目的论的自然哲学。〔1〕控制论通过对“动物（即生命系统）和机器（即非生命系统）的通用规律”的研究表明，自动机器通过反馈调节机制可以表现出与神经控制同样的合目的性或规律。[1]维纳在《控制论》中对牛顿的严格决定论进行了深刻有力的批判，肯定了统计力学家吉布斯把偶然性引进到科学中来的重大的方法论意义，并突破了目的论与机械论之间的两极对立。莫诺在《偶然性与必然性——略论现代生物学的自然哲学》(1971)一书中，则用生物微观控制论表明，借助于生物化学和分子生物学层次的反馈机制以及微观-宏观相互作用，完全偶然的基因突变最终可以纳入物种进化的必然轨道；耗散结构论表明，在远离平衡态条件下开放系统可以通过非线性正反馈机制的作用表现出有序化和合目的性；协同学还进一步发现序参量是整个自组织过程的主宰如此等等。总之，所有这些自动机器和自组织理论都表明，无须超自然的神力和神秘的“生命力”，自然系统也象自动机一样可以凭借内在机制的作用呈现合目的性。从这个特定意义上说，认为宇宙＝巨大的超级自动机的“机械论”是对的，而非神学性的宇宙“内在目的论”也是对的。从历史上看，牛顿的机械论自然哲学是对亚里士多德的目的论自然哲学的否定。现在，我们的立足于系统科学的新自然哲学则应看作一种“否定之否定”。它是对机械论与目的论自然哲学的更高的辩证综合。

当代自然哲学（它以系统自然观及其系统辩证法为核心或灵魂）最有革命性的一个方面，也许表现在反严格决定论和对偶然性客观意义的新认识。直到现在为止，一般人都相信“近似决定论”：只要近似知道一个系统的运行规律和初始条件就可以足够好地计算出系统的近似行为。可是混沌学中著名的“蝴蝶效应”，即系统演化进程对初始条件的敏感依赖性，却断然否决了牛顿-拉普拉斯决定论的任何翻版（如“近似决定论”）的有效性。美国气象学家洛仑兹在1961年发现，实际上长期天气预报是不可能的。因为即使对于严格确定的气象方程组，初始条件的小误差，也会导致灾难性的后果。诸如珞珈山的蝴蝶拍拍翅膀那样的初始小扰动，经由地球大气系统中的逐级放大，最终可能在南美洲引起大风暴。这种由决定论引出来的混沌，对经典观念的打击是毁灭性的。混沌革命加强并深化了量子革命。

通过量子力学、分子生物学、协同学乃至混沌学的研究，现代科学家越来越认识到，偶然性在自然界具有不容忽视的本体论地位，以及研究偶然性的内在机制的重要性。为恩格斯赞同过的黑格尔关于“必然性自己规定自己为偶然性，……偶然性又宁可说是绝对的必然性”（〔2〕，第562—563页）的辩证论断，得到最新自然科学的支持。正如马克斯·玻恩在《关于因果与机遇的自然哲学》(1951)中所注意到的，量子世界是由因果与机遇联合统治的，其中机遇是有规则的。同样，在哈肯的协同学演化方程（如福克-普朗克方程和郎之万方程）中，决定论力项与随机力项是共同起作用的。在混沌理论中，混沌本是由决定论规律引出的内在的无序和不规则性，然而对混沌吸引子的相空间图解研究却表明，即使混沌也有精细结构，其中机遇也是有规则的，偶然性与必然性相互作用的深层非线性机制是可以认识的。从量子力学到系统科学的研究表明，概率统计定律是比严格决定论定律更好的认识工具，但原有的“大数定律”与“统计平均值”等概念对于描述偶然性已经显得太粗糙了，非线性数学该出阵参战了。因为唯有借助于非线性数学才可能认清偶然性起作用的深层结构机制。

当代自然哲学中的系统整体论思想也是相当有革命性的。自从欧几里得、阿基米德以来，“整体＝部分和”的公理已经成为背景知识不可缺少的一部分。这一观念也是牛顿的机械论自然哲学的一个基本要素（它与实体主义、还原主义相协调）。然而，一般系统论中的贝塔朗菲原理“整体不等于各部分简单相加的总和”，却断然取消了欧几里得的公理，以整体论取代了机械论的还原主义。量子力学中的全域相关性和粒子物理学中的新奇现象（“基本”粒子分割到一定限度，将出现“部分大于整体”的佯谬）以及生态系统的整体关联性（卡普拉《转折点》，1989）都支持贝塔朗菲的系统整体观。

总之，以现代物理学与系统科学为代表的当代科学革命已经引起了人类自然图景的根本变革，人们有理由期待一种浸透着量子力学辩证法和系统科学辩证法精神的全新的自然哲学的出现。

二

现在我们转入当代自然哲学的主要疑难及其可能解法的讨论。

鉴于机械论自然哲学所遇到的困难，当代自然哲学所要讨论的主要问题可以归结如下：1.自然本体的性质问题。物理实在究竟是孤立的实体还是依赖于系统场境的存在？“潜在”是否也是物理实在的基本形态之一？究竟是否存在终极实在？2.物理实在所遵循的规律究竟是决定论还是非决定论的？自然系统究竟是必然性还是偶然性所支配的？偶然性应当具有怎么样的本体论地位（是否应当有）？3.所谓“观察者侵入物理事件”的实质是什么？主客二分的合理界限是什么？4.系统整体论与还原主义孰是孰非？5.目的论的新解释问题。自然系统本身能有目的性吗？能代替上帝作为选择主体的地位吗？目的论是否真与机械论势不两立？它又如何与神学划清界线？下面我们将依次详细分析这些问题：

1.自然本体或物理实在的性质问题。

牛顿机械论自然哲学的本体论或实在观的要害就在于实体主义。一切物理实在被认为都有实体性、实存性，自然被等同于实体的集合（简单相加的总和），一种在绝对空间构架中的机械性的存在物。然而，在新的原子科学中，从前认为不容置疑的“实体实存”原则已经失效。明确的电子“轨道”或光子“路径”等经典性观念在量子力学中是不允许的。电子实际上以“电子云”方式存在着，它并没有绝对分明的轮廓，而且只是或然地显现出来。如“测不准关系”所要求的，电子的位置与相应的动量具有天生的不确定性，决不可能同时有确定的值，因而人们决不可能同时测量到其确定的值。所有这些事实，如果从牛顿的经典本体论的眼光来看简直是不可理解的，因为“潜在性”观念完全没有地位。

实际上，现代物理学家海森伯在批判牛顿机械论实在观的基础上，确实发展了一种全新的、更广义的“潜在”实在观。他根据量子力学事实总结出，潜在是介于可能与现实之间的物理实在的新型式，它被认为特别适用于微观客体。海森伯尖锐地指出：“在量子论中显示的实在概念的变化，并不是过去的简单的继续，而却象是现代科学结构的真正破裂。”（〔3〕，第2页）“几率波的概念是牛顿以来理论物理学中全新的东西。……它是亚里士多德哲学中‘潜在’(potentia)这个老概念的定量表述。它引入了某种介乎实际的事件和事件的观念之间的东西，这是正好介乎可能性和实在性之间的一种新奇的物理实在。”（〔3〕，第11页）“事件并不一定是确定的，而是可能发生或倾向于发生的事情便构成了宇宙中的实在”。（〔4〕，第177页）

总之，海森伯认为量子理论意味着实在观念的革命，牛顿机械论的实在观念已经失效。他举例说，几率波、量子态、电子轨道等都与统计期望值相关联，表示倾向性的、潜在的物理实在，这是物理实在的新形式。

现代粒子物理学的新假说把潜在性观念发展到海森伯本人始料所不及的程度。乔弗利·丘(Geoffrey Chew)著名的粒子靴绊学说[2]，断然否定了终极实体的可能性，揭示了自然本体的自助的、生成的本性。按照我的看法，它使系统实在论与系统辩证法完全本体论化了！由于任何粒子都可以充当基础粒子，用以构成其他粒子，因此说穿了没有任何一种粒子是真正的“基本粒子”，这就是所谓“基本粒子并不基本”。从根本上说，自然界不可能还原到任何一种或几种终极的实体。说一个质子可以由中子和π介子所构成，或者说它是由Λ超子和K介子所构成，或者说它是由两个核子和一个反核子所构成，甚至说是由场的连续质所构成。所有这一切可能性是同样真实地存在的。应当说，所有这些陈述都同样地正确又同样地不完善。因为真实世界等于所有这些潜在的“可能世界”互相叠加的总和。借用日本物理学家武谷三男的话来说：“作为终极要素的实体——基本粒子本身也是相互流动地相互转化的。这件革了以前的物质观，显示了辩证逻辑的正确性。”（〔5〕，第28页）

我们的进一步的问题是：作为自然本体的物理实在究竟是否可以归结为互相孤立的实体？还是从本质上说只能是依赖系统场境的整体全息相关的存在？在对著名的EPR假想[3]的实验检验中所表现出来的量子关联（即远距粒子之间的整体相关性）很好地回答了这一问题。正如美国科学哲学家西莫尼(A.Shimony)所指出：“我们生活在一个实验结果正在开始阐明哲学问题的非凡时代”。而今最新实验结果表明，两个相隔几米且又没有彼此传递信息机制的实体可能被相互纠结在一起，即它们的行为可以有极显著的相关性，以致对其中一个实体进行测量将瞬时地影响到另一个实体的测量结果。这个新奇的实验结果断然否定了爱因斯坦等人(EPR)的预设（即“空间上远隔的客体的实在状态必定是彼此独立的”），却符合量子力学的系统整体观。正如玻尔所注意到的，量子现象是作为整体而存在的，其中所反映出来的内在关联是不可消解的。量子现象的整体性不允许人们对它作机械的切割并把这种切割物认作它自身。因此我们有理由说，量子力学的整体实在观是与系统整体观相通的，量子辩证法与系统辩证法相互渗透，量子革命与系统科学革命相互支持。因此，作为科学革命的结晶，新自然哲学主张，物理实在的部分性质取决于整体，取决于系统的内在关联，从根本上说，自然本体是整体全息相关的存在。

2.决定论与非决定论疑难，偶然性的本体论地位问题。

从前认为不容置疑的机械论自然哲学的“严格决定论”预设，如今在新的原子科学中也已经失效。人们向来认为，自然科学和“自然科学唯物主义”有一个不可动摇的支柱：这就是严格决定论。对自然科学的这种见解，最典型地表现在拉普拉斯杜撰的那个精灵故事中，据说这个精灵（超智慧者）知道世界现况的一切决定因素，因而能够无歧义地得出世界在过去或未来的其他一切状态。这个被后人称作“拉普拉斯妖”的理想实验正是严格决定论的化身。可是，现在在微观领域里发现了与这种严格决定论原则相违背的种种反常事实。简略地说，热学与分子物理学的研究表明，气体分子运动是包含不确定性的自然进程，由于初始条件捉摸不定，单个分子的运动状态成为纯粹的偶然事件。分子运动论乃至统计力学的建立表明，概率统计定律也是自然描述不可缺少的一种基本形式。

强调概率统计定律重要性的科学思想反映到自然哲学中去，就成为“统计决定论”。其要旨可概括如下：对于一些包含不确定性的自然过程，虽然严格决定论不能直接应用，但若应用统计方法研究大量单个偶然事件的平均行为，却可以找出明显的统计规律性。换句话说，这些自然过程在统计平均意义上仍是决定论性的。这是决定论的弱化形式之一。

统计决定论的科学基础在于经典统计力学。统计力学的基本出发点则在于，认为尽管大量分子的集团行为满足统计规律，但从底层基础而言，单个分子（单个过程）仍遵守牛顿定律，满足严格决定论。这样，统计决定论并不把不确定性归因于基础规律的不同，而是把它归因于初始条件的难以捉摸（即人类知识的不完备性）。因此，统计决定论只是严格决定论的补充形式。

然而，将概率统计观点真正贯彻到底，最终导致量子物理学的兴起，而测不准关系的发现则使严格决定论沦为无意义的空想。

在现代科学家中第一个对“非完全决定论”（即under-determinism，这个词的不恰当的替代词是indeterminism，即非决定论）有十分清醒认识的是哥廷根学派的马克斯·玻恩。他在名著《关于因果和机遇的自然哲学》中对非完全决定论作了比其他量子物理学家（如玻尔、海森伯等）更为系统和透彻的分析。通过对玻恩文本的适当解释、调整与转译，我们可以提炼出对当代自然哲学极有价值的内容和决定论／非决定论问题的辩证解。〔7〕

非完全决定论的最主要或最有特色的一种表现形式，是与量子力学相应的概率决定论。其要点如下：(1)单个（量子）过程内在地是几率性的、非决定性质的；(2)“自然界同时受到因果律和机遇律的某种混合方式的支配。”（〔8〕，第9页）(3)机遇律是自然律的终极形式，偶然性有规则，“它们是用数学上的概率论表述出来的。”（〔8〕，第7页）

关于自然界究竟是由必然性还是偶然性所支配的，是决定论性还是非决定论性的那个争论，波普有一个著名的比喻：“云和钟”。“云”就是天上的云，代表极端不确定性，它非常不规则、毫无秩序又有点难以预测；“钟”就是家家都有的时钟，代表高度的确定性，它非常有规则、有秩序又是高度可预测的。这是两个不同的极端，一端变化莫测，另一端高度精确。一般的自然事物往往处在这两个极端之间。波普用“所有的云都是钟”（当然也可以说“所有自然事物都是钟”）表示决定论，用“所有的钟都是云”（当然也可以说“所有自然事物都是云”）表示非决定论。波普终于认识到，人类理性需要的是“处于完全的偶然性和完全的决定论之间的某种中间物，即处于完全的云和完善的钟之间的某种中间物。”（〔6〕，第239—240页）这种完全的偶然论（非决定论）和完全的决定论的中间物，我们可以恰当地称作“非完全决定论”，它意味着对偶然性与必然性、因果与机遇的某种辩证综合，这就是当代自然哲学对这一争论所作的正确解。以上我们是借用M.玻恩与波普的话，经校正、转译纳入自己的概念框架，并用以阐发自己的“非完全决定论”观点。〔7〕

现代生物学和生物微观控制论也为非完全决定论提供新的佐证。莫诺在其名著《偶然性与必然性（略论现代生物学的自然哲学）》中，从分子生物学的材料出发，有力地抨击了严格决定论，并为恢复偶然性在自然哲学中的本体论地位付出极大的努力。莫诺是这样说的：

当偶然事件——因为它总是独一无二的，所以本质上是无法预测的——一旦掺入了DNA的结构之中，就会被机械而忠实地进行复制和转录，……从纯粹偶然性的范围中被延伸出来以后，偶然性事件也就进入了必然性的范围，进入了相互排斥、不可调和的确定性的范围了。因为自然选择就是在宏观水平上、在生物体的水平上起作用的。自然选择能够独自从一个噪声源泉中谱写出生物界的全部乐曲。（着重号为引者所加）（〔9〕，第88页）

莫诺这段话应当看作关于生物自然界的非完全决定论，关于极小几率的偶然事件向极严格规律转化过程的生动说明。特别是最后那句话是说明生物界的偶然性与必然性的相互联系、相互作用方式的绝妙比喻。当然，由于莫诺有时十分不恰当地将严格决定论与辩证唯物论混为一谈，应当注意他的言论本身具有两重性。（〔10〕，第324页）

非完全决定论的内容还由于系统科学的兴起而得到了进一步丰富和加强。有人因之称作系统决定论。其要旨可概括如下：

一般的自然界的复杂系统（在自然哲学中姑且撇开社会系统），不能由它的构成要素和子系统通过简单相加和线性因果链无歧义地决定其整体功能和行为。但系统的存在与演化仍有相当确定的规律可循，机遇与因果共同决定着系统的存在和发展，因而系统在整体上仍有决定性。

具体地说，系统演化的主要机理就在于机遇性涨落、反馈和非线性作用。人们常喜欢将借助于系统科学特有的资料所认识的辩证法，称作“系统辩证法”。系统科学从自己的角度阐明了因果与机遇、决定性与随机性的辩证法：自组织系统作为远离平衡态的开放系统，以偶然的随机的涨落为诱导，通过正反馈和非线性放大，某一涨落在矛盾竞争之中取得支配地位，成为序参量，于是使系统的演化纳入必然的轨道，建立时空、功能上的新的有序状态。系统辩证法与矛盾辩证法在自组织动力学机制的解释上是高度一致的：当自组织系统处于不稳定点时，系统内部矛盾全面展开并有所激化，与各种子系统及其要素的局部耦合关系和运动特性相联系的模式和参量都异常活跃，各种参量的涨落此起彼伏，它们都蕴含着一定的结构与组织的胚芽，为了建立自己的独立模式并争夺对全局的支配权，它们之间进行激烈的竞争与对抗，时而“又联合又斗争”，最后才选拔出作为主导模式的序参量。非完全决定论在协同学的描述系统演化的数学方程中也得到反映。如郎之万方程（描述布朗运动的）和福克-普朗克方程中，概率论描述与因果性描述共处于一体，随机作用项与决定论作用项被综合在一起，偶然性与必然性因子被综合在一起。从自然哲学看，它们体现了机遇律与因果律的辩证综合。

3.物理事件与观察的关系、主体-客体相互作用问题。

从前认为不容置疑的“客观事件与任何观测无关”的自然哲学信条，如今在新的原子科学中同样也正在失效。正如海森伯所指出，经典物理学的真正核心，也就是物理事件在时间、空间上的客观进程与任何观测无关的信念，由于许多量子实验的发现而受到冲击。而现代物理学的真正力量就存在于自然界为我们提供的那些新的思想方法之中。因此，再指望用新实验去发现与观测无关的“纯客观事件”或不依赖于观察者和相关参照系的“绝对时间”，就无异于指望极地探险家在南极圈尚未勘查过的地方会发现“世界尽头”，那只能是不切实际的幻想。（〔4〕，第4页和第9页）对原子、电子那样的客体的任何一次射线照射或观测都足以破坏其初始状态，而且由于或然性和不可逆性，这种状态不可恢复。

玻尔为量子力学所作的“互补性诠释”中一个最基本的思想是：观察者（主体）与被观察者（客体）之间的严格划界是不可能的，因为在实际过程中两者处在紧密相连的相互作用之中。无论是纯粹的“主体”即可以）“无干扰”地进行观察的观察者）或是纯粹的“客体”（可以绝对隔绝外界作用而界定被观察系统的孤立状态）概念都只是经典物理学所作的理想化，而这两种理想化既是相互补充又是相互排斥的。〔11〕这就是玻尔著名的“我们既是观众（观察者），又是演员（被观察者）”辩证论断的真实含义。

实际上，从当代自然哲学的眼光看，这是很自然的：人（观察者）本来就是自然（被观察者）不可分割的一部分，我们只能用一种内在化的眼光来看待自然，而不可能象上帝那样用完全超脱的外在化眼光看自然，这就是问题的症结所在。

正如罗森菲尔德所指出，所谓“观察者介入原子事件进程”的局势，容易产生科学事实的客观性被败坏的假象，因此我们必须与机械论和不可救药的唯心主义划清界线。罗森菲尔德本人正是以辩证法为武器在与机械论和唯心主义划界的过程中阐明了观察者与物理事件的辩证关系的客观性质。（〔12〕，第140页）海森伯说得很分明：“量子论并不包含真正的主观特征，它并不引进物理学家的精神作为原子事件的一部分”。（〔3〕，第22页）可见，“客体行为与观测有关”原则并不意味着我们可以抛弃客观实在而接受主观主义。

4.系统整体实在观问题。在阐述以上各个问题的过程中，我们实际上已经阐明了整体实在观的基本观点：“整体不同于各部分机械相加的总和”。自然本体是依赖于系统场境的存在、处在相对相关中的存在，是整体全息相关的实在。正如D.玻姆所指出的，按照量子概念，世界是作为统一的不可分割的整体而存在的，其中即使是每个部分内在的性质（波或粒子）也在一定程度上依赖于场境。其实，人本身就是自然的产物，自然不可分割的一部分，人只能作为参与者并在相互作用过程中用内在化的观点来理解自然本体。只是在系统及其诸要素之间的相互作用可以忽视的情况下，还原主义才是近似地有效的。

5.自然本体目的性的（自组织解释）问题。简单地说，当代自然哲学的目的论观是亚里士多德内在目的论的复活和发展，是现代系统科学目的论观的升华。宇宙象是一个有机统一的整体，自然系统（包括生命系统和非生命自组织系统）的结构、功能和演化过程的合目的性可以通过自然本身的自组织机制的作用得到合理解释。〔1〕

例如，自然选择的实质问题是由生物哲学所提出的一个重要问题。按照生物控制论的初步解答，关于生物进化的自然选择机制实质上就是一种以偶然的突变为素材，通过反馈调节的最优化控制机制。艾根的超循环理论则进一步明确，在大分子的自组织阶段，在生化反应的超循环中选择价值高的突变不断通过过滤和正反馈放大，形成功能性的组织，强化、优化并向更高水平进化。这里，一方面自然选择表现为自然本身的纯物质性的有规则的相互作用过程，但它不同于牛顿的机械因果性模式，因为其中突变与选择机制、机遇与因果是辩证地联合起作用的；另一方面，尽管它排除了自然神力的干预，却仍然是合目的性的过程，因为它有自引导的、自动调节的功能（使物种或分子拟种适应环境）。这样，按系统辩证法重新解释过的合理的目的论又能与神学划清界线。

三

正如我们已经看到的，20世纪早期的相对论量子论革命向统治思想界长达二三百年之久的机械论自然哲学，提出了全面的诘难和挑战，并给予毁灭性的打击。当代自然哲学正是在克服旧自然哲学的危机，在回答新兴自然科学所提出的诘难和挑战的过程中逐步建立起来的。20世纪中叶以来以系统科学群为代表的新兴科学的迅速发展，丰富了当代自然哲学的内涵，加速了人类自然图景革新的步伐。

总起来说，当代自然哲学的核心观点，可以简要地重新概括如下：

1.自然本体是依赖于系统场境的、在关系中生成的、流动的实在，作为孤立实体的终极实在根本不存在，“潜在”是物理实在的一种新形式；2.自然系统遵循非完全决定论（即决定论与非决定论的中间物），它是由因果与机遇联合统治的，此两者互斥又互补。偶然性的本体论地位是：它是自然本体本质中的一个规定、一个方面和一个要素。偶然性存在精细的非线性作用机制（由混沌革命所发现！）。3.物理事件与观测有关，人作为自然系统的一分子只能用参与者的身分和内在化的观点来观察自然，绝对的主客二分只是不切实际的幻想；4.系统整体观在总体上比还原主义更为合理，不过为了进行精细的研究，有节制的还原主义仍是必不可少的和有启发力的，两者其实是互斥又互补的。5.自然系统的合目的性可以按自组织观点得到最合理的解释，目的论与机械论也是互斥又互补的。

最后，我们所要强调的是偶然性的恰当的本体论地位问题。迄今仍有不少读者受过时的哲学教科书的影响，把偶然性当作一种外在的、主观的、局部的、非本质的和不稳定的或暂时的东西。其实这种看法有违辩证法的本意，可以毫不客气地说它属于机械论的范畴。通过对量子辩证法与系统辩证法的研究，我们可以十分有把握地说：机遇或偶然性在本体论中恰恰是一种内在的、固有的、普遍的、本质的和永久性的成分。借用列宁论“假象”的话来说，偶然性是“本质的一个规定、一个方面和一个环节”，是“本质自身在自身中的表现”。机遇与偶然性是客观的并且具有自己的非常独特的规律。在新自然哲学中，我们不能再满足于把偶然性看作必然性的“补充形式”的外在化理解，而要比以往任何时候都更加清醒地认识到，机遇与因果相互联结、相互渗透，辩证地融为一体。在非完全决定论中，偶然性恢复了它本来应有的本体论地位，机遇与因果，偶然性与必然性以几率或统计性乃至“混沌吸引子”为中介辩证地联结在一起。在相空间中混沌吸引子的精巧的无穷嵌套的自相似结构，精确而形象地展示出系统演化过程中机遇与因果如何联合起作用的深层非线性机制，进一步丰富了对自然本体辩证内涵的认识。

应当说，这是量子辩证法与系统辩证法对矛盾辩证法的一项贡献，它们本应是相得益彰的。

参考文献

〔1〕桂起权：《目的论自然哲学之复活》，载“自然辩证法研究”1995(7)，并收入吴国盛主编《自然哲学》一书，中国社科出版社1994年版。

〔2〕《马克思恩格斯全集》第20卷。

〔3〕海森伯：《物理学与哲学》商务印书馆1984年版。

〔4〕海森伯：《严密自然科学基础近年来的变化》上海译文出版社1978年版。

〔5〕《武谷三男物理学方法论论文集》商务印书馆1975年版。

〔6〕波普：《客观知识》，上海译文出版社1987年版。

〔7〕桂起权：《非完全决定论：因果与机遇的辩证综合》，载“科学技术与辩证法”1991(2)。

〔8〕玻恩：《关于因果和机遇的自然哲学》商务印书馆1964年版。

〔9〕莫诺：《偶然性与必然性（略论现代生物学的自然哲学）》，上海人民出版社1977年版。

〔10〕桂起权：《科学思想的源流》武汉大学出版社1994年版。

〔11〕桂来权《析量子力学中的辩证法思想—玻尔互补性构架之真谛》，载“哲学研究”1994(10)。

〔12〕罗森菲尔德：《量子革命》商务印书馆1991年版。

注释：

[1]正是在这一意义上，梁实秋在《远东英汉大辞典》中，将控制论(cybernetics)译作神经机械学。

篇6

蒸蒸日上的凝聚态物理学

自从80年代中期发现了所谓高临界温度超导体以来，世界上对这种应用潜力很大的新材料的研究热情和乐观情绪此起彼伏，时断时续。这种新材料能在液氮温区下传导电流而没有阻抗。高临界温度超导材料的研究仍是今后凝聚态物理学中活跃的领域之一。目前，许多国家的科学工作者仍在争分夺秒，继续进行竞争，向更高温区，甚至室温温区超导材料的研究和应用努力。可以预计，这个势头今后也不会减弱，此外，高临界温度的超导材料的机械性能、韧性强度和加工成材工艺也需进一步提高和解决。科学家们预测，21世纪初，这些技术问题可以得到解决并将有广泛的应用前景，有可能会引起一场新的工业革命。超导电机、超导磁悬浮列车、超导船、超导计算机等将会面向市场，届时，世界超导材料市场可望达到2000亿美元。

由不同材料的薄膜交替组成的超晶格材料可望成为新一代的微电子、光电子材料。超晶格材料诞生于20世纪70年代末，在短短不到30年的时间内，已逐步揭示出其微观机制和物理图像。目前已利用半导体超晶格材料研制成许多新器件，它可以在原子尺度上对半导体的组分掺杂进行人工“设计”，从而可以研究一般半导体中根本不存在的物理现象，并将固态电子器件的应用推向一个新阶段。但目前对于其他类型的超晶格材料的制备尚需做进一步的努力。一些科学家预测，下一代的电子器件可能会被微结构器件替代，从而可能会带来一场电子工业的革命。微结构物理的研究还有许多新的物理现象有待于揭示。21世纪可能会硕果累累，它的前景不可低估。

近年来，两种与磁阻有关的引起人们强烈兴趣的现象就是所谓的巨磁阻和超巨磁阻现象。一般磁阻是物质的电阻率在磁场中会发生轻微的变化，而巨磁和超巨磁可以是几倍或数千倍的变化。超巨磁现象中令人吃惊的是，在很强的磁场中某些绝缘体会突变为导体，这种原因尚不清楚，就像高临界温度超导材料超导性的原因难以捉摸一样。目前，巨磁和超巨磁实现应用的主要障碍是强磁场和低温的要求，预计下世纪初在这方面会有很大的进展，并会有诱人的应用前景。

可以预计，新材料的发展是21世纪凝聚态物理学研究重要的发展方向之一。新材料的发展趋势是：复合化、功能特殊化、性能极限化和结构微观化。如，成分密度和功能不均匀的梯度材料；可随空间时间条件而变化的智能材料；变形速度快的压电材料以及精细陶瓷材料等都将成为下世纪重要的新材料。材料专家预计，21世纪新材料品种可能突破100万种。

等离子体物理与核聚变

海水中含有大量的氢和它的同位素氘和氚。氘既重氢，氧化氘就是重水，每一吨海水中含有140克重水。如果我们将地球海水中所有的氘核能都释放出来，那么它所产生的能量足以提供人类使用数百亿年。但氘和氚的原子核在高温下才能聚合起来释放能量，这个过程称为热核反应，也叫核聚变。

核聚变反应的温度大约需要几亿度，在这样高的温度上，氘氚混合燃料形成高温等离子体态，所以等离子体物理是核聚变反应的理论基础。1986年美国普林斯顿的核聚变研究取得了令人鼓舞的成绩，他们在TFTR实验装置上进行的超起动放电达到20千电子伏，远远超过了“点火”要求。1991年11月在英国卡拉姆的JET实验装置上首次成功地进行了氘氚等离子体聚变试验。在圆形圈内，2亿度的温度下，氘氚气体相遇爆炸成功，产生了200千瓦的能量，虽然只维持了1.3秒，但这为人类探索新能源——核聚变能的实现迈进了一大步。这是90年代核能研究最有突破性的工作。但目前核聚变反应距实际应用还有相当大的距离，技术上尚有许多难题需要解决，如怎样将等离子加热到如此高的温度？高温等离子体不能与盛装它的容器壁相接触，否则等离子体要降温，容器也会被烧环，这就是如何约束问题。21世纪初有可能在该领域的研究工作中有所突破。

纳米技术向我们走来

所谓纳米技术就是在10[-9]米（即十亿分之一米）水平上，研究应用原子和分子现象及其结构信息的技术。纳米技术的发展使人们有可能在原子分子量级上对物质进行加工，制造出各种东西，使人类开始进入一个可以在纳米尺度范围，人为设计、加工和制造新材料、新器件的时代。粗略的分，纳米技术可分为纳米物理、纳米化学、纳米生物、纳米电子、纳米材料、纳米机械和加工等几方面。

纳米材料具有常规材料所不具备的反常特性，如它的硬度、强度，韧性和导电性等都非常高，被誉为“21世纪最有前途的材料”。美国一研究机构认为：任何经营材料的企业，如果现在还不采取措施研究纳米材料的开发，今后势必会处于竞争的劣势。

纳米电子是纳米技术与电子学的交叉形成的一门新技术。它是以研究纳米级芯片、器件、超高密度信息存储为主要内容的一门新技术。例如，目前超高密度信息存储的最高存储密度为10[12]毕特／平方厘米，其信息储存量为常规光盘的10[6]倍。

纳米机械和加工，也称为分子机器，它可以不用部件制造几乎无任何缝隙的物体，它每秒能完成几十亿次操作，可以做人类想做的任何事情，可以制造出人类想得到的任何产品。目前采用分子机器加工已研制出世界上最小的（米粒大小）蒸汽机、微型汽车、微型发电机、微型马达、微型机器人和微型手术刀。微型机器人可进入血管清理血管壁上的沉积脂肪，杀死癌细胞，修复损坏的组织和基因。微型手术刀只有一根头发丝的百分之一大小，可以不用开胸破腹就能完成手术。21世纪的生物分子机器将会出现可放在人脑中的纳米计算机，实现人机对话，并且有自身复制的能力。人类还有可能制造出新的智能生命和实现物种再构。

“无限大”和“无限小”系统物理学

“无限大”和“无限小”系统物理学是当今物理学发展的一个非常活跃的领域。天体物理和宇宙物理学就属于“无限大”系统物理学的范畴，它从早期对太阳系的研究，逐步发展到银河系，直到对整个宇宙的研究。热大爆炸宇宙模型作为本世纪后半叶自然科学中四大成就之一是当之无愧的。利用该模型已经成功地解释宇宙观测的最新结果。如宇宙膨胀，宇宙年龄下限，宇宙物质的层次结构，宇宙在大尺度范围是各向同性等重要结果。可以说具有暴胀机制的热大爆炸宇宙模型已为现代宇宙学奠定了一定的基础。但是到目前为止，关于宇宙的起源问题仍没有得到解决，暴胀宇宙论也并非十全十美，事实上想一次就能得到一个十分完善的宇宙理论是很困难的，这还有待于进一步的努力和探索。

“无限大”系统物理学还有两个比较重要的问题是“类星体”和“暗物质”。“类星体”是1961年发现的，一个类星体发出的光相当于几千个星云，而每个星云相当于1万亿个太阳所发出的光，所以对类星体的研究具有十分重大的意义。60年代末，科学家们发现一个编号为3C271的类星体，一天之内它的能量增加了一倍，到底是什么原因使它的能量增加如此迅速？有待于21世纪去解决。“暗物质”是一种具有引力，看不见，什么光也不发射的物质。宇宙中百分之九十以上的物质是所谓的“暗物质”，这种“暗物质”到底是什么？我们至今仍不清楚，也有待于下世纪去解决。

原子核物理和粒子物理学则属于“无限小”系统物理学的范畴，它从早期对原子和原子核的研究，逐步发展到对粒子的研究。粒子主要包括强子（中子、质子、超子、л介子、K介子等）、轻子（电子、μ子、τ轻子等）和媒介子（光子、胶子等）。强子是对参与强相互作用粒子的总称，其数量几乎占粒子种类的绝大部分；轻子是参与弱相互作用和电磁相互作用的，它们不参与强相互作用；而媒介子是传递相互作用的。目前，人们已经知道参与强相互作用的粒子都是由更小的粒子“夸克”组成的，但是至今不能把单个“夸克”分离出来，也没有观察到它们可以自由地存在。为什么“夸克”独立不出来呢？还有一个不能解释的问题是“非对称性”，目前我们已有的定理都是对称的，可是世界是非对称的，这是一个有待于解决的矛盾。寻找独立的夸克和电弱统一理论预言的、导致对称性自发破缺的H粒子、解释“对称”与“非对性”的矛盾，是21世纪粒子物理学研究的前沿课题之一。

从表面上看“无限大”系统物理学与“无限小”系统物理学似无必然的联系。其实不然，宇宙和天体物理学家利用广义相对论来描述引力和宇宙的“无限大”结构，即可观察的宇宙范围；而粒子物理学家则利用量子力学来处理一些“无限小”微观区域的现象。其实宇宙系统与原子系统在某些方面有着惊人的相似性。预计21世纪“无限大”系统物理学将会与“无限小”系统物理学结合得更加紧密，即宏观宇宙物理学和微观粒子物理学整体联系起来。热大爆炸宇宙模型就是这种结合的典范，实际上该模型是在粒子物理学中弱电统一理论的基础上建立起来的。可以预计，这种结合对科技发展和应用都会产生巨大的影响。

二、跨世纪科学技术的发展趋势

科学技术能否取得重大突破的关键取决于基础科学的发展。所以，首先必须重视基础科学的研究，不能忽视更不能简单地以当时基础科学成果是否有用来衡量其价值。相对论和量子力学建立时好像与其他学科和日常生活无关，直到20世纪中期相对论和量子力学在许多科学领域中引起深刻的变革才引起人们的足够重视。可以说，20世纪几乎所有的重大科技突破，像原子能、半导体、激光、计算机等，都是因为有了相对论和量子力学才得以实现。可以说，没有基础科学就没有科学技术、社会和人类的发展。

20世纪重大科技成果的成功经验证明，不同学科间的互相交叉、配合和渗透是产生新的发明与发现，解释新现象，取得科学突破的关键条件之一。例如，核物理与军事技术的交叉产生了原子弹；半导体物理与计算技术的交叉产生了计算机。可以预计，21世纪待人类掌握核聚变能的那一天，一定是核物理、等离子体物理、凝聚态物理和激光技术等学科的交叉和配合的结果。这也是21世纪科学技术的发展趋势之一。

篇7

关键词：电磁场理论；思想问题；非智力因素

联合国教科文组织把2005年定为第一个世界物理年，对从事与物理有关的工作者而言，这无疑是一件令人振奋的事。作为一名中学物理教师，面对学生普遍厌烦物理的现状，不由我不去更深地思考。

远古时代，人们在繁重的生产劳动中逐渐发明了杠杆、螺旋、滑轮、斜面等简单机械，诞生了力学知识的萌芽。作为革命标志的就是狭义相对论、广义相对论和量子理论。相对论和量子力学的诞生，使雷达技术、自动化技术、原子能的利用、激光技术、航空航天技术等相继出现，核能得到开发和利用，电脑得到普遍的应用，带来了第三、第四次科学技术革命。也许正是由于物理学的巨大的社会经济效益，才会有“物理年”的诞生。

仅仅认识到这一步，其实还远远不够，物理学的发展史更是一部前人艰辛的劳动史和教育史。几乎每一条规律、定理的发现，每一套理论的建立都凝聚了大量科学家集体的心血和智慧，正是他们的协作精神和对科学的无限热爱精神推动了物理学一步步朝着更高层次、更完美的境界发展着。

1687年，牛顿《自然哲学的数学原理》一书的发表完成了物理学史上的第一次大综合，标志了经典力学体系的初步建立，这是牛顿创造性研究的结晶，同时也是天文学、数学和力学历史发展的产物。牛顿曾称自己站在巨人肩膀上，应该说这并不夸张。但站在巨人肩膀上的人太多了，为什么是牛顿完成了这一大业，而不是别人呢？我们都知道，机遇总是青睐那些有准备的头脑。牛顿善于继承前人的成果，这和他的奋发好学、勤于思考是分不开的。正是他废寝忘食不停地思考和它的勤奋好学的精神，使他做出了震惊世人的丰功伟绩。这不正是我们要学习的么？

麦克斯韦电磁场理论的建立过程，让我们再一次领略到科学史上的接力赛和群体精神的闪光。同牛顿一样，他受到法拉第力线思想的鼓舞，又得到W・汤姆生类比研究的启发，同时又有安培、库仑、赫兹、奥斯特等一大批人为电磁学打好了基础，给麦克斯韦的再一次大综合预备了条件。

相对论的建立是电磁理论合乎逻辑的继续和发展，是物理学有关分支的又一次的综合。早在1895年，爱因斯坦16岁的时候，他就开始思考这样一个问题：如果自己以光速追随光线运动，应当看到这一条光线，就好像一个在空中振荡着而停滞不前的电磁场。可是无论依据经验，还是按照麦克斯韦方程看来都不会有这样的事情。这是一个悖论，实际上包含了狭义相对论的萌芽。爱因斯坦对这个问题的思考经历了10年才找到了解决问题的关键。这期间迈克尔逊―莫雷实验的零结果，促使他向狭义相对论迈出了第一步。费兹杰惹和洛仑兹分别提出的收缩假说，暗含了狭义相对论和麦氏理论之间内在的渊源关系，以太的不可探测，长度收缩的不可探测，都为狭义相对论的诞生预备了条件。彭加勒、洛仑兹甚至都走到了狭义相对论的边缘，只是由于绝对时空观的思维定式，使他们没能跳出框架，这些令人遗憾的教训不该给我们带来深刻的启示么？爱因斯坦的狭义相对论发表后搁置了14年没有受到应有的重视，可见旧观念的根深蒂固，它的改变不是一朝一夕之事，曲高和寡在这里也得到充分的印证。

不仅仅理论的创立是艰辛而漫长的，与之相印证的物理实验更是艰苦，一个实验往往一做就是一年、几年：迈克尔逊-莫雷实验断断续续前后作了六年，戴维森的电子散射试验也作了六年，为了提炼足以进行试验的纯镭盐，居里夫妇经过四年从8吨矿渣石中提取了0.1克的纯镭盐，是什么给了他们绵绵不绝的动力呢？是对科学的负责精神和实事求是的精神以及坚韧不拔的毅力和斗志。我们在工作中、学习中遇到一点小困难与之相比又算得了什么呢？

物理学的发展史更是一部科学方法的创建史，一部思维方法的进化史。

纵观物理学的各个分支领域，理想模型几乎无处不在。无论是运动学的匀速直线运动，匀变速直线运动、质点、刚体、光滑平面，热学的理想气体、理想循环、理想液体，电磁学的匀强电场、恒稳电流，光学的点光源、绝对黑体等等。它们的建立都充分展现了物理学家们敏锐的洞察力，高度的概括性，高明的预见性。抓主要矛盾，忽略次要因素，简化问题，突出主要性质，这是何等的高明！

而科学假说、等效替换、类比、逆推、归纳等等比比皆是。物理学真堪称一部方法论大全。影响着人们的思想、观点、方法。这种思维方法应用于社会各个领域，应该说是放之四海而皆准的真理，许多年轻时搞过物理，后又转向其他方面的人，不管是从政、从商还是从事其他工作，都普遍感受到当年学习中训练的思维方法使他们获益匪浅，受益终生。

物理学更蕴含了丰富的真、善、美，是一部美学大全。

从它的外延看，它的发展过程，无时不透射着风趣、幽默、睿智。忘不了牛顿，请客时，别人吃饭他肚子不饿，煮鸡蛋时，差点将手表煮熟；忘不了“泊松亮斑”的戏谑；忘不了“紫外灾难”的幽默；更忘不了以爱因斯坦为代表的EPR一派和以玻尔为代表的哥本哈根学派的争论。那是一群多么可爱、可亲、可敬的人们，那是一群永远不老的科学斗士，一代科学伟人。他们既是严肃论战的对手，又是追求真理的战友。争论时不留情面，生活中友谊真诚，可歌可泣，足令我辈敬仰。

从它的内涵看，它的内容、结构、方法的简单美，一个F=d（mv）/dt就把天地万物的机械运动规律统一起来了，不令人折服么？

篇8

1.信息是哲学层次上的抽象

信息论的主要创始人，美国数学家克芬特・仙农在研究信号、消息和信息的相互关系时指出：信号是信息的物理表达层；消息是信息的数学表达层；信息则是更高层次哲学上的抽象，是信号与消息的更高表达层次。这是一个非常精辟的论述。可惜，现在我们很多人在很多情况下都把消息和信息混淆在一起。包括仙农先生本人给信息一词下的定义：“信息就是不确定性的消除量”，也并不是从哲学层次上提出来的。混淆信息和消息的背后是我们对哲学和数学的认知出现了差错。我们要找出这些差错，还要对整个事件发生的来龙去脉详加分析。信息论、控制论和系统伦这三个密切相关又自成体系的理论为什么会在短短的三、五年内同时出现？它们产生的历史背景是什么？恐怕还得从一百年前相对论和量子力学的出现开始谈起。

A.哲学百年沧桑

我在上一章“时间和空间”中讲到：现代哲学一直停留在19世纪的水平上没有多大的进展，表现出了明显的衰落。造成这一状况的原因是：自从20世纪初相对论和量子力学先后问世，人们对客观世界的认识就进入到一个新的层次，而哲学家的步伐却一直跟不上来。辩证法只能解读“牛顿三定律”层次的东西，而科学家们急需要有一种新的思想方法来解读相对论和量子力学。在这样的历史背景下，一些科学家在从事自己所在专业的研究过程中，逐渐触及到一个新的哲学体系――系统观察法。这是一个超出辩证法而又不脱离辩证法的思想体系，就像相对论既超出又不脱离牛顿三定律一样。由于大家所处的具体专业不同，每一个人都仅仅接触到这个思想体系的一部份，于是信息论、控制论和系统论纷纷出笼。这三个科学理论实际上就是不同专业的科学家从不同的角度对同一个哲学思想体系的表述。可惜的是已经半个世纪过去了一直没有人能把三者融会贯通地结合起来，提炼出一个完整的哲学思想体系，形成一个完整的宇宙观。

为什么会这样呢？经过了二、三百年的发展，现代科学已经在西方文化的基础上形成了一个相对完整的思想体系。在思维方式上它以微观分析思维为主导思维方式，拒绝承认宏观综合思维的主导作用；在思想方法上它仅仅认识到矛盾双方的辩证关系，对矛盾双方生存的共同基础认识不足，对多头矛盾共同作用缺乏认识；在宇宙观上它固守“牛顿三定律――广义相对论”的宇宙观，对量子力学的宇宙观视而不见。只把量子力学当作奴隶来使用，而拒绝承认它的宇宙观，真可谓是天大的冤枉。在这样一个具有明显缺陷的思想体系主导下，我们的科学家即便是在自己的实践活动中已经认识到了更高层次的思想方法，也是仅仅局限于一般性应用，不能从宇宙观的高度把一个完整的哲学思想体系建立起来。

如此说来，目前信息论、控制论和系统论都还是一种处在原生状态的哲学。它们刚刚从社会实践中走出来，还需要有一个锤炼和升华的过程，最后才能形成一个更高层次的哲学思想体系。一个全新的思想方法背后必然有一个全新的宇宙观。尽管目前人们在强大的思维惯性作用下仅仅把新的思想方法当作工具在广泛使用，而拒绝承认它的宇宙观，但是它入主哲学殿堂的步伐是谁也阻挡不了的。当唯物辩证法升级为系统观察法的时候，唯物主义宇宙观也自然会提升为一个系统性的宇宙观。总之，哲学在20世纪发生了一场跨越式的发展，很多哲学家被抛弃在了19世纪，这是不容否认的历史事实。

信息论、控制论和系统论它们究竟属于哪一个学科？为什么我们不能讲“信息学、控制学和系统学”？我们为什么仍然称克芬特・仙农和诺伯特・维纳是数学家，难道他们在信息论和控制论方面的贡献比不上在数学方面的贡献吗？我心头多年的疑惑总算是有了一个说法。“名不正则言不顺”，现在到了给信息论正名的时候了。信息论就是20世纪最伟大的哲学论著；它的作者就是20世纪最伟大的哲学家。我们不这样给他们定位，我们就不可能真正理解什么是“信息”；也不能真正理解什么是哲学。

我在前面“第三章时间和空间”中曾经说：“20世纪没有严格意义上的哲学家”，现在看来也需要稍作修正。应该说：信息论、控制论和系统论的几位创始人真真正正是20世纪的哲学家。虽然连他们自己都没有意识到他们触及到的是一个高层次的哲学体系，这并不影响他们成为新的哲学体系的发现者和实践者。这也正显示出哲学的奥妙所在。从历史上看，真真正正坐在那里大篇大篇地写哲学专著的人，往往并不一定是真正意义上的哲学家。

联想信息论、控制论和系统论在当今社会中的显赫地位，岂不正好是哲学理应所处的位置吗？20世纪衰落的并不是哲学，而是我们这些职业的哲学人。历史给我们哲学家们开了一个不大不小的玩笑，恍然大悟之后还真有点让人羞愧难当。“往者不可谏，来者犹可追。”尊敬的哲学家们，让我们把19世纪的一些哲学命题权当是宝贵的文物暂且搁置起来吧，什么物质和精神呀，唯物和唯心呀，都暂且不要考虑，赶快投身到建设新的哲学体系的宏伟工程中来吧！现在，信息论、控制论和系统论已经渗透到了全社会的各行各业和所有的科学领域，我们再将它们贯通起来整合成一个完整的哲学思想体系，那还不把整个人类社会都折腾到天堂上去？

B.哲学源于实践

我们从信息论、控制论和系统论的产生到它们向全社会各个研究领域全面渗透的过程中看到了什么？看到的是：一个新的哲学体系从实践中产生又返过来指导实践的过程。

广义相对论和量子力学把人类对客观世界的认识带入了一个新的层次；在这个新的层次里面产生了新的认识方法；新的认识方法背后隐藏一个新的宇宙观。所以，要想在新的世纪里面当一位新的哲学家，首先必须认真理解广义相对论和量子力学，特别是要学会系统地理解它们的时空观，然后再学习在这两个基础理论之上已经形成的信息论、控制论和系统论。最后才有资格展开你的哲学思维。哲学源于实践，你不进入到这样的物质层次就不可能产生相应的哲学思考。

当我们学习了信息论、控制论和系统论再去学习中国哲学的时候，我们会发现它们两者之间竟然能非常容易地沟通起来。这是为什么呢？我们把上面的道理返过来想一想就会明白，原来它们的思维都深入到了同一个物质层次。现代人是由广义相对论和量子力学把思维引入到这个物质层次里面来的，那么中国古代哲人是如何把自己的思维深入到这个层次里面来的呢？没有别的方法，只有练功“入静”，让大脑进入“庄子”所说的那种“坐忘”状态，从而感触到一个更深入的物质世界。练功就是中国古代哲人非常重要的一种实践活动。

研究哲学需要有很深入的社会实践体验。一个现代的哲学家，你如果想研究中国哲学就必须要学会“入静”。你感触不到意境中的那个物质世界，你就不能理解中国哲学的精髓所在。同样，你要是想当一个21世纪的哲学家，就必须跟随广义相对论和量子力学进入到一个更深入的物质世界，特别是要弄清楚它们的时空观。这是最基本的入门条件，你如果作不到这一点就只能停留在19世纪，做一个19世纪西方哲学的守护神。因为19世纪以前的西方哲学对客观世界的认识只局限在四维时空的显物质世界。

C.信息和意识

“信息”实际上就是哲学家通常所说的“意识”，是更高理论层次上的意识。信息较意识有着更广泛、更深入、更充实、更具体、更实用的内涵。从意识到信息，标志着人类对客观世界的认识深入到一个新的物质层次，也是哲学在20世纪发生的一次跳跃式的发展。

20世纪初，广义相对论把一个由时空张力广泛联系的宇宙介绍给我们；量子力学把一个不确定的混沌宇宙介绍给我们；而在此之前，人们只有一个由万有引力广泛联系的宇宙。人类对客观世界的认识由此深入到了一个新的层次。人与外界的交换越来越频繁、越来越复杂。人与人之间的意识交流出现了越来越多的转换形式。原来人与人之间是通过语言来直接进行意识交流的，语言是意识的表现形式；语言是现实的意识。电话的出现，使电信号也成了意识的表现形式和现实的意识。到了信息论我们就把电信号改称为信息的表现形式和现实的信息，意识就是这样很简单地转称为信息进入一个更高层次的哲学体系。现在人们往往不能十分清晰地界定信号、消息和信息之间的关系，我们只要把这三者的关系稍微理顺一下就很容易明白：信息就是原来的哲学体系中的意识。原来我们把语言看作是现实的意识、把一本书看作是固化的意识；现在我们把语言看作是信息在物理层次上的表达、把一本书看作是储存起来的信息。

信息一点也不否定原来的意识，只是在原来意识一词的含义上加入了一些新的内容。新的内容主要是从两个方面加入的。一个方面就是上面刚讲过的，原来的哲学仅仅把语言看成是意识的表现形式和现实的意识，而信息论则把信号看成是“意识”的物理表现形式，把消息看成是“意识”的数学表现形式。很明显是根据时展的需要把意识的表达形式更进一步细化了。

另一方面加入的内容就不太容易理解了。我们对客观世界的认识不断深入，“物质”一词的内涵不断向“意识”方向扩展，到了暗物质、暗能量，物质和意识实际上已经完全合二为一了。按说依照辩证法并不应该难以理解，矛盾双方在一定条件下的相互转化呀！可是我们的哲学家就是拒绝承认。历史要发展，科学要前进，“信息”一词也就应运而生了。它不仅保留了“意识”一词原来的内涵：“意识是物质的产物”，它更告诉我们：“在物质世界的一定深度，意识就是物质”。也就是说，信息一词不仅包涵了主观的意识还增加了客观的意识。信息论要讨论主观信息和客观信息的问题，这在原来的哲学体系中是拒绝讨论这个问题的。

总之，信息就是系统化、层次化、客观化的意识。在这里一下子还讲不明白，到下面“主观信息和客观信息”一节再作详谈。

D.信息和消息

信息和消息的关系非常复杂，因为它涉及到哲学和数学的关系。研究它们之间的关系使我想起了中国哲学一句名言：“道可道，非常道”。就是说：用语言可以表达清楚的道理，都不是自然界最根本的、永恒不变的道理。我们给“信息”一词下了几十上百个定义，没有一个十分妥贴让人满意的。就是因为“信息”与中国哲学的“道”进入了大致相同的哲学层次。用语言（包括数学语言）都不可能完全表达清楚它的内涵。

能够用语言表达清楚的“道理”比“道”低一个层次，但是当我们所要认识的客观事物本身就处在物质世界比较浅显的层次的时候，“道理”和“道”就完全一致了，在这种情况下我们完全可以把道理看作是“道”。同样，信息和消息的也是这样。信息一词具有较深层次的哲学内涵，是不可能用语言（包括数学语言）完全表达清楚的。用语言（包括数学语言）能够完全解释清楚的应该是消息。但是，当信息所在的系统处在客观世界比较浅显的层次时，信息和消息是完全等同的，在这样的情况下我们把信息和消息混淆在一起也不为错。只是我们必须清楚二者在什么情况下是相同的，可以相互通称；在什么情况下二者是截然不同的不能相互通称。

信息是哲学层次上的抽象。如何抽象才是哲学层次上的抽象呢？我对克芬特・仙农先生的论述是这样理解的：对客观事物的物理特征进行抽象，包括三维大小尺度、颜色、温度、频率、速度、强度等等，可以获得信息的最低级表达层次---信号；对信号进行数字化处理，运用数学语言进行逻辑推理、综合、分析，可以获得信息的较低级表达层次―-消息；哲学层次上的抽象在以前的哲学中主要是指运用辩证法对客观事物进行多方位的抽象，而到了信息论这里已经上升为运用系统观察法对客观事物进行多时空的系统的抽象了。学习过系统论的人都知道，系统可以赋予我们一种洞察力，让我们能认识到其他方法观察不到的一些客观现象，而信息一词的内涵恰恰就包括了这样一些新的内容。

消息是信息的数学表达层，或者说是语言表达层。由于四维时空的“数理屏障”作用，消息只能存在于四维时空之内，而信息一词是不受时空屏障制约的。在四维时空之外只有客观信息存在，没有消息和信号存在；在四维时空之内既有客观信息存在还有主观信息存在。消息与主观信息是完全相通的，可以通称；消息与四维时空内的客观信息就不在同一个层次，是不可以通称的。详细解释还是放到下面“主观信息和客观信息”一节来讲。

2.信息是我们与外界交换内容的名称

信息论与控制论的创始人之一，美国著名数学家诺伯特・维纳认为:“信息就是我们在适应外部世界和控制外部世界的过程中，同外部世界进行交换的内容的名称。”这一句话讲的很有内涵，值得我们仔细探究。首先它告诉我们：信息存在于我们同外界进行交换的过程中，我们不与外界进行交换的时候信息就不存在。在没有我们存在的客观世界中本来是没有信息存在的，“信息”的主观属性赫然若揭。

“交换内容的名称”这7个字也值得我们细心玩昧，信息不就是我们对交换内容的一个称呼嘛？这使我想起中国古人的一句名言：“名可名，非常名”。说的是我们对周围事物的任何称呼都不是一成不变的，随着时间和空间的变化，我们对周围事物的称呼一直都在不断地发生着变化。一般情况下，我们都是给相对稳定的事物起一个名字，对于变化快的、比较复杂的事物我们没有必要给它起名字，或者不方便起名字，这时候就需要有一个统称，信息就是我们在这个时候使用的一个统称。所以，不管是已经有名称的客观事物，还是没有名称的客观事物我们都可以把它们的基本属性和存在方式看作是一个信息。当然这样的信息在未被我们的大脑意识到之前只能算是一个消息或一个信号。

我们在适应外部世界和控制外部世界的过程中，同外部世界在不断地进行着物资和能量的交换。对于交换的内容有时我们有具体的名称，我们既可以直呼其名，也可以称之为“信息”；如果没有具体的名称，我们就直接称之为“信息”。在此，我想模仿我的祖人“庄子”说一句粗话，还望大家见谅。“什么都是信息，信息也什么都不是。信息是个‘屁’”。消化道中的脏气从排出，它的响声和气味开始扩散、稀释，一直到人的感觉器官不能感觉到为止，我们把这一时间段的脏气称之为：屁。通常我们说：甲某放了一个屁把乙某给呛跑了。如果我们用信息化的思维方式来说这句话，就是：甲某释放出一个信息，乙某接受到这一信息后迅速离开了。这个简单的例子告诉我们：信息论就是一个方法论，它告诉我们如何用信息化的思维方式去认识复杂的客观世界。

一个外科医生可以从患者的放屁声中获得手术成功的信息。因为“屁”是患者消化道的产物，它携带着患者消化系统的信息，它携带的信息量与它所在系统的复杂度密切相关。屁声在没有转输到医生的大脑之前只是一个客观信号，被医生的意识系统接受之后才成为信息，这时它的信息量与医生大脑意识系统的复杂程度密切相关，一个经验丰富的医生可以获得更多的信息量。从这个简单的例子我们可以看到：任何信息都是系统中的信息，脱离开系统无所谓信息。所以要认识一个信息，首先要了解它所在的系统。

总之，信息论是一种方法论,是我们认识复杂问题的一种思想方法.当我们不使用这一种思维方法的时候,信息是不存在的.客观世界中只存在着物质,不存在信息.当我们开始运用这一种思想方法的时候,我们可以把任何物质称之为信息,包括我们已经认识到的物质和我们还没有认识到的物质;信息就是我们的大脑对物质的一种意识方法.信息化的认识方法和信息化的思维方式是系统思维的主要内容之一,任何信息都是一定系统中的信息，脱离开系统就没有信息。我们必须把信息论、控制论和系统论结合起来一块研究，形成一个完整的系统观察法。

3.主观信息和客观信息

作为一个唯物论者，我不认为信息[意识]是一种客观存在。但是我是一个中国式的唯物论者，承认有客观信息[意识]存在。走出四维时空物质就是意识，意识也就是物质。对于中国哲学，言重一点的人称它为：“客观唯心”，平和一点的人称它是“朴素的唯物主义”。以前我知道他们说的都不对，可是不知道如何来反驳，现在当我学习了信息论、控制论和系统论以后，我明白了，原来中国哲学中的唯物主义应该叫做：“系统辩证唯物主义”。中国哲学的“天人合一”思想就是透过人体这个小系统去认识宇宙这个大系统。系统辩证唯物主义对客观世界的认识比辩证唯物主义更深入一个层次，是辩证唯物主义的升级版。辩证唯物主义仅仅是系统辩证唯物主义的一个重要组成部分。

我是马克思和恩格斯的崇拜者，我崇尚马克思充满睿智的头脑；我佩服恩格斯思路的敏捷，我对他们的辩证唯物主义从未有过怀疑。但是，我是一个中国人，我更信奉中国哲学；我还是一个现代人，我更喜欢学习现代科学理论。我曾经在它们三者之间徘徊，不知所措。现在好了系统辩证唯物主义把它们非常科学地协调起来了。中国哲学、辩证唯物主义和信息论、控制论、系统论原本都是一体的，出现矛盾是我们对客观世界的认识还不够深入。

信息论、控制论、系统论三论归一是现代科学理论研究的一大趋势，系统论是前两论的基础也已经基本明确，只是这三归一该如何一个归法？多年来一直没有一个明确的说法。我的方法就是首先给它们区分主观、客观属性，就是把主观系统和客观系统，主观控制和客观控制，主观信息和客观信息一一区分开来。

A.主观系统和客观系统

系统就是一种整体观念。当我们用整体的观念去认识宇宙的时候，我们就把宇宙在主观上设定为一个系统；当我们把一个国家在主观上设定为一个系统的时候，也就是在用整体的观念研究这个国家。系统论就是一个整体方法论。可是不知大家是否想过，你只要用整体的观念去认识客观事物就必然会落入中国哲学的套路，因为在运用整体观念上目前还没有谁能比得上中国哲学。

我们说：“系统论是具有逻辑和数学性质的一门新兴的科学”，并常常以它具有逻辑和数学性质来证明它的科学性。其实我们错了，正是逻辑和数学的局限性制约了系统论的整体性，致使自然界中广泛存在的另一大类系统不能被纳入系统论研究。这另一大类系统就是德国科学家艾根在他的超循环理论中描述的“循环生成和循环制约系统”；也就是中国哲学中的“五行生克系统”。现代的超循环理论和古代的五行生克循环，他们研究的是同一类自然现象。

这两大类系统就像是一对孪生兄弟紧密联系，相互影响，相互制约共同维护着客观事物的平衡发展。也就是说：任何一个客观事物的历史发展过程都是这两类系统相互影响，相互制约，相互依存共同发展的过程，像物质世界的膨胀运动和旋转运动、生物界的遗传和变异、人类社会中的民主和集中等等。可惜的是这两类系统中有一类系统是不能用逻辑和数学来表达的，现在的系统论只研究具有逻辑和数学性质的系统也是出于无奈。

对系统论的深入研究，让我们认识到：系统起源于混沌，而最终也结束于混沌，系统的边缘地带也都是混沌的，系统处在混沌的包围之中。那么系统究竟是如何起源于混沌的呢？

我们知道混沌是物质的彻底的自由运动状态。自由运动导致部分物质和能量聚积起来，大聚积引发大爆炸、大膨胀。就是这种膨胀运动势力在自由运动的混沌之中支撑起了系统；反过来说，系统是膨胀运动势力把物质组织起来形成的。所以系统都具有方向性[时间性]和扩张性。但是，在膨胀运动势力支撑起来的系统之中自由运动势力并没有被消灭，原来表现为混沌状态的自由运动的物质在膨胀运动势力的冲压下转变成了旋转运动，旋转运动进一步演化出循环运动。循环运动让物质在自由运动的原则下组织起来形成另外一种系统。这样在一个相对独立、完整的系统内部就出现了两种组织形式的系统，按照膨胀运动组织原则形成的系统我们称之为“主观系统”；按照自由运动组织原则形成的系统我们称之为“客观系统”。所有自然形成的系统都是主观和客观两种系统交织在一起形成的。

很明显，现在的系统论研究的主要是主观系统。虽然德国科学家艾根在研究生物系统进化过程时发现了循环系统，也认识到了循环系统在自然界中存在的广泛性，但是几十年过去了，人们一直没有把这两类系统并列到一起来研究。造成这一现象发生的原因大概有如下三个方面：首先是人们的基本观念问题。现代社会的主流文化是以分析思维占主导地位的西方文化。人们刚刚开始运用像信息论、系统论这样的整体思想方法去认识客观事物，还不能完全摆脱分析思维惯性的制约。客观系统中各要素之间的复杂关系超出了辩证逻辑的认识范围，数学语言也无能为力，导致科学在客观系统面前驻足不前。科研对象的局限性也制约了系统整体思维的全面发展。现在科学家们研究的系统大多还是以人工系统为主，而人工系统工程都是主观系统。在大自然中客观控制系统主要表现为旋转运动，如原子的旋转、太阳系的旋转，我们目前还不知道它们为什么要旋转；在四维时空之外它表现为暗物质和暗能量，而我们对暗物质也还知之甚少。

在生物界和社会组织中，客观系统虽然容易被我们认识到，由于物理学家认识不到，数学家又解读不了，这种客观系统也只能被排斥在主流文化之外。如果再没有哲学来揭开其中的奥妙，长此以往后果很严重，整个人类社会的发展都会受到很大影响。

通过对系统论的研究，我们认识到：系统来源于混沌。由于系统论研究的主要是主观系统，而混沌本身就是一种客观控制系统，所以应该说：主观系统产生于客观系统之中。而随着系统的发展，主观系统中又出现客观系统；客观系统中又产生主观系统。从宇宙大爆炸到生命的产生，再到人类社会的出现，再到人类社会的发展和完善，系统就是这样由客观中产生主观，再由主观中出现客观，主观系统与客观系统交替促进，协调发展。

总之，系统就是一种整体观念。任何一个完整的系统或者说自然形成的系统都是主观和客观两类系统交织在一起形成的。主观系统是按照膨胀运动的组织原则组织起来的，因而它具有方向性和扩张性；客观系统是按照自由运动的组织原则组织起来的，因而它具有不确定性。主观系统内部各要素之间有级差关系，这是由系统的方向性所决定的控制与被控制关系；而客观系统内部各要素之间都是相互平等的，这是物质的自由运动原则所决定的相互制约，相互协同关系。现代系统论研究的仅仅是主观系统，这是因为数学语言解读不了客观系统。要想建立一个完整的系统理论就必须站在哲学的高度把主观系统和客观系统结合起来一块研究。

B.主观控制和客观控制

在现宇宙中，任何客观事物都是在膨胀运动和自由运动两种势力的相互抗衡中发展起来的。当我们把某一相对独立、完整的客观事物看作是一个系统来进行研究的时候，就把膨胀运动势力对系统的影响作用称之为：“主观控制”；自由运动势力对系统的影响作用称之为：“客观控制”。实际上，主观控制和客观控制是相互依存、密不可分的，任何一个独立、完整的系统内部都同时存在着主观和客观两种控制形式。比如：议会对国家的控制就是一种客观控制，而政府对国家的控制就是一种主观控制；董事会对企业的控制属于客观控制，而总经理对企业的控制就属于主观控制。

主观控制是膨胀运动势力对客观事物的影响过程。它具有种种膨胀运动的基本特性，如：扩张性、时序性和方向性等。指令和反馈是主观控制的最基本形式，而促进客观事物不断向前发展是主观控制的目的。

客观控制是自由运动势力对客观事物的影响过程。系统内部各要素之间自由平等、有序竞争是其基本特性。在这里，“有序”是围绕主观控制的方向和目的形成的有序，是主观控制的结果。循环相生、循环相克是客观控制的基本形式，而维持系统平衡是客观控制的目的。

现代系统论主要是研究主观系统；同样，现代控制论研究的也主要是主观控制。这是人类对客观世界认识的阶段性造成的，随着人们对客观世界认识的不断深入，将逐渐认识客观控制，这是一种不容易用逻辑思维和数学语言解读的控制形式。

C.主观载体信息和客观本体信息

任何信息都是系统中的信息，没有系统无所谓信息。在主观系统中运行的是主观信息；在客观系统中运行的是客观信息。主观信息和客观信息在结构形式上是截然不同的。主观信息只能依附于相应的载体而存在，故称之为：主观载体信息；客观信息就是一种客观自在的物质，故称之为：客观本体信息。

现代信息论主要讲的是主观信息，客观信息这一概念缺失，主观信息和客观信息混淆不清，导致“信息”一词的概念一直不能确定。比如：现代科学家经常说：“信息被吸入黑洞、黑洞释放出信息”等等，在这里信息就是物质，物质就是信息，这就是客观本体信息。由于不明白主观信息和客观信息之间的关系，一些人在论坛上大声疾呼：“某某科学家在宣扬唯心主义，唯心主义必败”等过激言辞。实际上科学家没有错，错误的是我们，我们对系统科学理论的认识不够深刻；我们对客观物质世界的认识还停留在比较肤浅的一个层次。研究21世纪的哲学必须在深入理解广义相对论和量子力学之后。

我们的大脑就是客观世界中自然生成的一个信息处理器。主观信息就是大脑把物质的存在状态和基本属性抽象出来，以一定的物理符号[信号]、记录、储存起来。大脑抽象的过程既是主观信息形成的过程，也是主观意识形成的过程，在这里主观信息等于主观意识。当我们非常客观地把大脑当作一个信息处理器来认识思维过程时，我们的思路似乎突然开阔起来，原来意识的实质就是物质的存在状态和基本属性。原本物质和物质的存在状态、物质的属性是不可分离的，是大脑把物质的存在状态和属性抽象出来与本体相分离。

在四维时空之外，宇宙大爆炸之前，物质处于自由运动的混沌状态，物质就是信息――客观信息；物质就是意识――客观意识。物质处于混沌状态，物质和物质的基本属性无可分离，就不存在主观信息和主观意识。

物质进入四维时空，进入了多层次的旋转运动状态，有了相对稳定的形体，可以被大脑所意识。物质的存在特征和基本属性被大脑抽象出来就形成了主观信息和主观意识。

进入四维时空的物质，在膨胀运动势力和自由运动势力的双重作用下，运动形式不断提高。生命运动的产生，社会运动的出现，主观控制和客观控制的表现形式也不断提高，客观信息的表现形式相应发生了一定的变化。比如：在人类社会中，议会对国家的控制属于客观控制，议会选举过程中每一张选票都是一个客观信息，都代表一定的社会势力。选票作为一个载体与社会势力之间是一个代表关系，是一个设定关系。选票不是抽象出来的，是设定出来的。所以说，在比较高级的客观控制系统中，客观信息可以和客观事物本身相分离，但是，这种分离不是抽象出来的和主观载体信息有着明显的区别。

举例说明一下：前几年长虹集团在电视机市场上掀起一场降价风波。长虹集团老总的一纸电文，长虹彩电在全国范围内全面降价。这一纸电文就是一个主观载体信息。这一降价行为作用于电视机市场引起各个品牌的电视机纷纷降价。这一降价行为就是一个客观本体信息。

4.小结

20世纪初相对论和量子力学先后问世，人们对客观世界的认识进入到一个新的物理层次。更开阔的视野，引发人们更深入的思考。到了20世纪四、五十年代，新的思想方法开始不断涌现，信息论，控制论和系统论几乎是同时出现。这些新的思想方法背后是一个新的宇宙观、一个新的哲学思想体系。新、旧思想体系之间不是相互否定、不是相互对立，而是一种新的拓展。这也决定了新、老宇宙观之间不是直接的对抗，就像相对论与牛顿三定律之间的关系一样，是一种承接、发展关系。辩证唯物主义就是这样发展成为系统的辩证唯物主义。

我们现在都没有把信息论、控制论和系统论当作一个新的哲学体系来看待，这是因为客观世界中同时存在着两大类系统，而现代系统论只研究其中占主导地位的一类系统，对另一类系统视而不见。巨大的认识缺陷，不认真仔细地潜心思辨，还真的不容易发现。我们把客观系统、客观信息和客观控制提出来，把主、客观系统之间的相互关系辨析清楚，一个崭新的哲学体系就显现在我们的面前。

篇9

一、21世纪物理学的几个活跃领域

蒸蒸日上的凝聚态物理学

自从80年代中期发现了所谓高临界温度超导体以来，世界上对这种应用潜力很大的新材料的研究热情和乐观情绪此起彼伏，时断时续。这种新材料能在液氮温区下传导电流而没有阻抗。高临界温度超导材料的研究仍是今后凝聚态物理学中活跃的领域之一。目前，许多国家的科学工作者仍在争分夺秒，继续进行竞争，向更高温区，甚至室温温区超导材料的研究和应用努力。可以预计，这个势头今后也不会减弱，此外，高临界温度的超导材料的机械性能、韧性强度和加工成材工艺也需进一步提高和解决。科学家们预测，21世纪初，这些技术问题可以得到解决并将有广泛的应用前景，有可能会引起一场新的工业革命。超导电机、超导磁悬浮列车、超导船、超导计算机等将会面向市场，届时，世界超导材料市场可望达到2000亿美元。

由不同材料的薄膜交替组成的超晶格材料可望成为新一代的微电子、光电子材料。超晶格材料诞生于20世纪70年代末，在短短不到30年的时间内，已逐步揭示出其微观机制和物理图像。目前已利用半导体超晶格材料研制成许多新器件，它可以在原子尺度上对半导体的组分掺杂进行人工“设计”，从而可以研究一般半导体中根本不存在的物理现象，并将固态电子器件的应用推向一个新阶段。但目前对于其他类型的超晶格材料的制备尚需做进一步的努力。一些科学家预测，下一代的电子器件可能会被微结构器件替代，从而可能会带来一场电子工业的革命。微结构物理的研究还有许多新的物理现象有待于揭示。21世纪可能会硕果累累，它的前景不可低估。

近年来，两种与磁阻有关的引起人们强烈兴趣的现象就是所谓的巨磁阻和超巨磁阻现象。一般磁阻是物质的电阻率在磁场中会发生轻微的变化，而巨磁和超巨磁可以是几倍或数千倍的变化。超巨磁现象中令人吃惊的是，在很强的磁场中某些绝缘体会突变为导体，这种原因尚不清楚，就像高临界温度超导材料超导性的原因难以捉摸一样。目前，巨磁和超巨磁实现应用的主要障碍是强磁场和低温的要求，预计下世纪初在这方面会有很大的进展，并会有诱人的应用前景。

可以预计，新材料的发展是21世纪凝聚态物理学研究重要的发展方向之一。新材料的发展趋势是：复合化、功能特殊化、性能极限化和结构微观化。如，成分密度和功能不均匀的梯度材料；可随空间时间条件而变化的智能材料；变形速度快的压电材料以及精细陶瓷材料等都将成为下世纪重要的新材料。材料专家预计，21世纪新材料品种可能突破100万种。

等离子体物理与核聚变

海水中含有大量的氢和它的同位素氘和氚。氘既重氢，氧化氘就是重水，每一吨海水中含有140克重水。如果我们将地球海水中所有的氘核能都释放出来，那么它所产生的能量足以提供人类使用数百亿年。但氘和氚的原子核在高温下才能聚合起来释放能量，这个过程称为热核反应，也叫核聚变。

核聚变反应的温度大约需要几亿度，在这样高的温度上，氘氚混合燃料形成高温等离子体态，所以等离子体物理是核聚变反应的理论基础。1986年美国普林斯顿的核聚变研究取得了令人鼓舞的成绩，他们在TFTR实验装置上进行的超起动放电达到20千电子伏，远远超过了“点火”要求。1991年11月在英国卡拉姆的JET实验装置上首次成功地进行了氘氚等离子体聚变试验。在圆形圈内，2亿度的温度下，氘氚气体相遇爆炸成功，产生了200千瓦的能量，虽然只维持了1.3秒，但这为人类探索新能源——核聚变能的实现迈进了一大步。这是90年代核能研究最有突破性的工作。但目前核聚变反应距实际应用还有相当大的距离，技术上尚有许多难题需要解决，如怎样将等离子加热到如此高的温度？高温等离子体不能与盛装它的容器壁相接触，否则等离子体要降温，容器也会被烧环，这就是如何约束问题。21世纪初有可能在该领域的研究工作中有所突破。

纳米技术向我们走来

所谓纳米技术就是在10[-9]米（即十亿分之一米）水平上，研究应用原子和分子现象及其结构信息的技术。纳米技术的发展使人们有可能在原子分子量级上对物质进行加工，制造出各种东西，使人类开始进入一个可以在纳米尺度范围，人为设计、加工和制造新材料、新器件的时代。粗略的分，纳米技术可分为纳米物理、纳米化学、纳米生物、纳米电子、纳米材料、纳米机械和加工等几方面。

纳米材料具有常规材料所不具备的反常特性，如它的硬度、强度，韧性和导电性等都非常高，被誉为“21世纪最有前途的材料”。美国一研究机构认为：任何经营材料的企业，如果现在还不采取措施研究纳米材料的开发，今后势必会处于竞争的劣势。

纳米电子是纳米技术与电子学的交叉形成的一门新技术。它是以研究纳米级芯片、器件、超高密度信息存储为主要内容的一门新技术。例如，目前超高密度信息存储的最高存储密度为10[12]毕特／平方厘米，其信息储存量为常规光盘的10[6]倍。

纳米机械和加工，也称为分子机器，它可以不用部件制造几乎无任何缝隙的物体，它每秒能完成几十亿次操作，可以做人类想做的任何事情，可以制造出人类想得到的任何产品。目前采用分子机器加工已研制出世界上最小的（米粒大小）蒸汽机、微型汽车、微型发电机、微型马达、微型机器人和微型手术刀。微型机器人可进入血管清理血管壁上的沉积脂肪，杀死癌细胞，修复损坏的组织和基因。微型手术刀只有一根头发丝的百分之一大小，可以不用开胸破腹就能完成手术。21世纪的生物分子机器将会出现可放在人脑中的纳米计算机，实现人机对话，并且有自身复制的能力。人类还有可能制造出新的智能生命和实现物种再构。

“无限大”和“无限小”系统物理学

“无限大”和“无限小”系统物理学是当今物理学发展的一个非常活跃的领域。天体物理和宇宙物理学就属于“无限大”系统物理学的范畴，它从早期对太阳系的研究，逐步发展到银河系，直到对整个宇宙的研究。热大爆炸宇宙模型作为本世纪后半叶自然科学中四大成就之一是当之无愧的。利用该模型已经成功地解释宇宙观测的最新结果。如宇宙膨胀，宇宙年龄下限，宇宙物质的层次结构，宇宙在大尺度范围是各向同性等重要结果。可以说具有暴胀机制的热大爆炸宇宙模型已为现代宇宙学奠定了一定的基础。但是到目前为止，关于宇宙的起源问题仍没有得到解决，暴胀宇宙论也并非十全十美，事实上想一次就能得到一个十分完善的宇宙理论是很困难的，这还有待于进一步的努力和探索。

“无限大”系统物理学还有两个比较重要的问题是“类星体”和“暗物质”。“类星体”是1961年发现的，一个类星体发出的光相当于几千个星云，而每个星云相当于1万亿个太阳所发出的光，所以对类星体的研究具有十分重大的意义。60年代末，科学家们发现一个编号为3C271的类星体，一天之内它的能量增加了一倍，到底是什么原因使它的能量增加如此迅速？有待于21世纪去解决。“暗物质”是一种具有引力，看不见，什么光也不发射的物质。宇宙中百分之九十以上的物质是所谓的“暗物质”，这种“暗物质”到底是什么？我们至今仍不清楚，也有待于下世纪去解决。

原子核物理和粒子物理学则属于“无限小”系统物理学的范畴，它从早期对原子和原子核的研究，逐步发展到对粒子的研究。粒子主要包括强子（中子、质子、超子、л介子、K介子等）、轻子（电子、μ子、τ轻子等）和媒介子（光子、胶子等）。强子是对参与强相互作用粒子的总称，其数量几乎占粒子种类的绝大部分；轻子是参与弱相互作用和电磁相互作用的，它们不参与强相互作用；而媒介子是传递相互作用的。目前，人们已经知道参与强相互作用的粒子都是由更小的粒子“夸克”组成的，但是至今不能把单个“夸克”分离出来，也没有观察到它们可以自由地存在。为什么“夸克”独立不出来呢？还有一个不能解释的问题是“非对称性”，目前我们已有的定理都是对称的，可是世界是非对称的，这是一个有待于解决的矛盾。寻找独立的夸克和电弱统一理论预言的、导致对称性自发破缺的H粒子、解释“对称”与“非对性”的矛盾，是21世纪粒子物理学研究的前沿课题之一。

从表面上看“无限大”系统物理学与“无限小”系统物理学似无必然的联系。其实不然，宇宙和天体物理学家利用广义相对论来描述引力和宇宙的“无限大”结构，即可观察的宇宙范围；而粒子物理学家则利用量子力学来处理一些“无限小”微观区域的现象。其实宇宙系统与原子系统在某些方面有着惊人的相似性。预计21世纪“无限大”系统物理学将会与“无限小”系统物理学结合得更加紧密，即宏观宇宙物理学和微观粒子物理学整体联系起来。热大爆炸宇宙模型就是这种结合的典范，实际上该模型是在粒子物理学中弱电统一理论的基础上建立起来的。可以预计，这种结合对科技发展和应用都会产生巨大的影响。

二、跨世纪科学技术的发展趋势

科学技术能否取得重大突破的关键取决于基础科学的发展。所以，首先必须重视基础科学的研究，不能忽视更不能简单地以当时基础科学成果是否有用来衡量其价值。相对论和量子力学建立时好像与其他学科和日常生活无关，直到20世纪中期相对论和量子力学在许多科学领域中引起深刻的变革才引起人们的足够重视。可以说，20世纪几乎所有的重大科技突破，像原子能、半导体、激光、计算机等，都是因为有了相对论和量子力学才得以实现。可以说，没有基础科学就没有科学技术、社会和人类的发展。

20世纪重大科技成果的成功经验证明，不同学科间的互相交叉、配合和渗透是产生新的发明与发现，解释新现象，取得科学突破的关键条件之一。例如，核物理与军事技术的交叉产生了原子弹；半导体物理与计算技术的交叉产生了计算机。可以预计，21世纪待人类掌握核聚变能的那一天，一定是核物理、等离子体物理、凝聚态物理和激光技术等学科的交叉和配合的结果。这也是21世纪科学技术的发展趋势之一。

篇10

关键词：理想实验；逻辑推理；应用；作用；价值

中图分类号：G424.31

1.理想实验

1.1 理想实验的概念

在物理学中，为了进行理论研究，常常设计理想实验。所谓理想实验，就是并不实际进行实验操作，只是设想一套实验装置，并辅助以一定的假设作为前提和出发点，按照一系列理论进行推演，给出实验过程和状态的逻辑思维方法，采用已被大量事实所检验的物理理论和结论作为判断的标准，对实验的结论，逻辑性和假设的合理性进行分析，以得到有用的结论。理想实验虽不同于真实实验，但它要以真实实验为基础，又要与真实实验相区别。理想实验固然在技术上不能实现，但原则上这种实验中的一切都是可能的。

1.2 理想实验的几个突出特点

（1）理想实验首先是一种创造性的思维活动，由理想实验所得的结论往往是对旧理论的怀疑、批判、标新立异，它们不可能从旧理论中逻辑地推演出来，也不可能从旧实验中归纳概括出来。物理学的发展与“理想实验”方法密不可分，如果没有理想实验方法，人们的认识思维就很难超越现实束缚而产生飞跃，物理学就很难产生革命性的发展，较新的理论体系就很难建立起来。

（2）实验要给出理想思维构想中的具体实验装置和状态，这种装置可以是模型化的。

（3）理想实验本身都包含着一个比较判别的特征环节，无论理想实验的运用多么灵活，都不会缺少这样一个至关重要的本质特征成分，如伽利略用不同逻辑演绎得出的悖论作为比较判别。

（4）理想实验的思想过程是想象与逻辑活动的对立与统一。

（5）理想实验是以真实实验的格式展开，是在现实实验的基础上抽象化、理想化，所以必须对现有的理论和实验条件有熟练的掌握和透彻的了解，否则就无法运用理想实验。

1.3 理想实验的局限性

理想实验的结论或推论都不能视为正确的理论，而必须由实际的观察、实验来检验。如广义相对论的三大推论的实践检验就最具有代表性。

2.理想实验及应用

2.1 比萨斜塔实验

关于伽利略的比萨斜塔实验，传说不一，在物理学史上尚有争论，但伽利略巧妙地运用理想实验否定了“物体下落的速度和质量成正比”的不科学的论断却是不容置疑的。伽利略曾说：“我十分怀疑亚里士多德曾用实验检验过，当两个石头，一个重量是另一个的10倍，从同一个高度，如100库比特下落时，其速度的差别会达到这样的程度，以至前者落地时，后者下落不超过10库比特。”伽利略紧紧抓住这一疑点，设计了理想实验来进行分析和论证。他指出：如果亚里士多德的论断成立的话，即重物体比轻物体下落快的话，那么，当两个绑在一起下落时，由于快的受慢的阻碍而减慢，慢的受快的驱使而加快，其结果绑在一起的物体下落的速度一定介于原来两个物体的速度之间，即小于原来重的物体下落速度，大于原来轻物体的下落速度。但是，当两个物体绑在一起就成了一个复合体，它比原来重的物体还要重，按亚里士多德的论断复合体下落的速度要大于原来重物体下落的速度，这就自相矛盾了。由此可知重物下落不会比轻物下落快，二者下落的速度应该是相等的。总之，通过这理想实验，运用逻辑推理和运算，否定亚里士多德的论断。

2.2 升降机实验

爱因斯坦在创建广义相对论时，曾用了所谓升降机的理想实验。爱因斯坦运用在引力场中自由下落的升降机的理想实验以及在惯性系中受外力牵引而匀速上升的升降机的理想实验，结合惯性质量与引力质量相等的事实，把引力场引入非惯性系中，建立了惯性系与非惯性系在物理上完全等效的假设，爱因斯坦称之为等效原理。以这个原理为基础，得出了广义相对性原理的简明表述：自然定律应当与坐标系的选择无关。在广义相对性原理成立的前提下，又作了让光线从在惯性系中受引力而匀速上升的升降机一个侧面窗口水平射进升降机内的理想实验，得出了在引力场中光线弯曲的结论。于是在广义相对性原理的基础上，建立了新的引力理论。通过理想实验，结合惯性质量和引力质量相等的事实，运用逻辑推理和运算，建立了既发展了狭义相对论、又发展了牛顿的引力学说的广义相对论。

2.3 麦克斯韦妖

麦克斯韦曾提出关于热力学第二定律的著名理想实验如下：

左、右两容器内盛有相同温度的气体，两容器由隔开，隔板上有小孔，小孔有可以自由开关的、无摩擦的小门，小门由能够识别并控制单个分子的“精灵”把守。“精灵”只允许快速运动的分子从左到有，慢速运动的分子从右到左。于是在精灵的控制下，完成了分子动能从左到右的有效转移，形成了温差，建立了秩序，实现了熵的自发减少，从而了热力学第二定律。后人把麦克斯韦提出的这种精灵称为麦克斯韦妖（事实上麦克斯韦妖并不违背热力学第二定律，因为它是一个开放）。

3.理想实验的价值

3.1 理想实验可以用来旧的不合理的理论

物理学的发展源于人类对客观世界的认识，而正确的认识往往经历许多曲折的过程，尤其是在古代，由于客观条件的限制，认识往往局限于表面现象而不能正确地反映客观规律。例如，古希腊著名哲学家亚里士多德凭借日常观察和哲学推理提出了“重物自由下落较轻物快”的错误观点。伽利略利用理想实验进行论证，轻易否定了亚里士多德的观点。

3.2 理想实验可以帮助建立一种新的理论

理想实验不仅可以帮助旧的不合理的理论，而且也可以建立一种新的理论。例如惯性定律的建立就是伽利略斜面理想实验是结晶。爱因斯坦在创立相对论时更是广泛地利用了理想实验这一有力的思维工具，“同时性”的“雷电”的理想实验导致了狭义相对论中的“同时性的相对性”概念的建立，“爱因斯坦升降机”实验导致了广义相对论中的“等效原理”的建立等等，可以毫不夸张地说，没有理想实验这一工具，爱因斯坦就不可能创立出相对论。

3.3 理想实验在一定条件下可转化为真实实验

理想实验虽为一种逻辑思维方式，但也有一定实验基础的，其中有些理想实验在某个历史时期不可能做出，是限于科学技术的薄弱，但随着科学技术的发展，实验条件的成熟，理想实验有可能成为真实实验。亦即理想实验并非绝不可能做出，要看条件。换言之，理想实验可以为真实实验奠定基础，一旦条件成熟可转化为真实实验。

3.4 理想实验在培养学生创造精神方面的价值

理想实验可以使学生清楚认识到，在物理学习中，不能只看事物表面现象，也不能轻信别人的结论必须要有严谨的态度，需要学生亲自动脑动手去思考和实践，例如，牛顿第一定律的教学具有两个方面的意义：一是具有物理学知识方面的意义；二是从历史的发展过程中体现出来的方法方面的意义。后者对培养学生的科学思想方法、树立科学世界观无疑是很有意义和价值的。理想实验方法的学习与研究，培养了学生正确的认识论和处理问题的方法技巧，认识和解决问题，应该抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，即理想实验恰好能为学生培养严密的逻辑思维推理能力，从而为产生新的思想和新的有价值的东西提供了可能。

4.结语

物理学是一门以实验为基础的科学，在物理学的发展中，实验起了重要作用，特别是理想实验。理想实验能力的培养也是一个出色的物理学者提高思维技能、实验能力的必修科目。在物理的教学和学习过程中也是非常重要的一个环节。许多优秀的实验物理学家也都不仅在实际实验本领上独树一帜，而且在理想实验使用中也是独巨匠心。理想实验作为一种抽象思维方法，其精髓在于它是物理思想、数学演绎与一般性实验的巧妙结合，是连接抽象的理论逻辑和具体实验知识的纽带，但理想实验的作用只限于逻辑上的证明与反驳，而不能用来检验理论正确与否的标准。我们有理由认为，理想实验给我们最深刻最本质的启迪就在于确立唯物主义世界观，确立科学的创新精神，对于从事物理学学习和研究的人来说，就更是如此。因为只有确立唯物主义世界观，创新才能有实际的价值，而只有那些有价值的创新，才能使世界发展，是人类进步。从这种意义上说，理想实验独具的创新精神把今天的现实和明天的未来联系在了一起，也为我们整个人类构筑了未来世界的理想通道。

参考文献

[1]胡望雨等.理想实验——逻辑推理的助手.物理通报，[J]，1994，10

[2]兰智高.理想实验——从伽利略到爱因斯坦.黄冈师范学院学报，2005，6

[3]戴军，徐留春.漫谈理想实验.焦作大学学报，1992，2