物理学实证主义研究（下）
编者按：
这里提供给大家的，是陈建国副会长的一个研究提纲，其中“引言”和“第一章”已经有了基本模样。他希望大家在读后提出批评和建议，以便研究能深入下去，提高一步。
物理学实证主义研究（下）
陈建国
物质是最抽象的概念之一。物质没有具体特性，所以给“物质”下定义非常困难，至今还没有关于物质的恰当定义。物理学家们总想追索“最终的物质”到底是什么？最初，人们认为物质由原子组成，后来又发现原子由原子核和电子组成，电子是不是物质最小单元呢？谁也无法下断语。物质概念有其特殊性，它和时间、空间概念不同。特殊性也是个性，物质不是具体概念，而是抽象概念，照理，物理定律应该概括不了物质的特性，但物质不灭定律却说明了物质的某种属性——它只能由一种形式转变为另一种形式，不能被消灭和无来源的创生出来。这就是物质概念与其他抽象概念不同之处。由此又产生了“物质是否无限可分”的哲学争论。也可以把物质不灭定律看成哲学定律，即物质是无限的——按照辩证法，只有无限的东西才是永恒的、不生不灭的，任何有限的东西都有它生长和灭亡的过程。
很多物理教科书，特别是某些所谓自然辩证法教材，对此二者不加区分。混淆抽象和具体带来的后果是严重的，这将在以后章节中举例说明。部分物理学家，有一种刨根问底的坚韧不拔的精神，总想搞清楚时间、空间、物质到底是什么，这是值得尊敬的。但对于高度抽象概念的刨根问底会有什么结果呢？时间元、空间元，时间量子化、空间量子化，作为方便的数学手段，自然有用，而真正求“底牌”就没有必要了。这些研究工作就如同要追问“水果到底多少钱一斤一样”，是没有实际意义的。
还要注意一点：抽象和具体也是相对概念，是相比较而存在的。比如桃子的概念对于“水果”来说是具体，而对于水蜜桃、蟠桃、猕猴桃、……等来说，“桃子”的概念又是抽象的，各种品牌的桃子才是具体的；水果对于“食品”这一大概念来说，又成了具体的，“食品”才是抽象的。这个问题对于物理学也很重要，数学公式有“定义域”问题，物理定律也一样，但我们往往会忽视这一点，把在甲定义域有效的定律施用于乙定义域，从而“证伪”该定律；或者将物理定律适用范围无限扩大，造成悖论。
抽象和具体，是共性、个性关系中最重要的内容。共性、个性关系，作为哲学的核心问题，还包括更多的方面，我们在涉及到时再详细谈。
二、实证和实践不分
自从1978年真理标准讨论以来，“实践是检验真理的唯一标准”已经成了人们的口头禅，但对这话的理解却因人而异，五花八门。严格说，实践是共性，是指人类一切社会活动的总和；而实证是指具体的“这一次”实验，是个性。日常生活中，将两者混淆的情况很多，例如“经过40年革命斗争的实践，证明……”就是典型的概念混淆。在物理学史上的同类情况就更多了，迈克耳孙试验之后，人们常说：“经过实践检验，证明‘以太’是根本不存在的，一切复活以太观的做法都是错误的。”一次或一种试验，总之是局部的、不完全的验证活动，只能叫“实证”，而不能叫实践。如果说物理学上的问题不好理解，那么政治生活中的例子就更有说服力。我们知道，从人类历史的整体上看，是“人民群众创造历史”、“群众是真正的英雄”，这是唯物史观的根本观点。但在所谓“文化大革命”的十年动乱中，全国绝大多数人民群众是被愚弄的，是“运动群众”的历史，我们能据此就说“文化大革命证伪了唯物史观”吗？当然不行。由此可见，实证和实践有着多么严格的区别。
人们以为，对于政治生活，这样讲很好理解；对于物理实验，恐怕不能这样讲吧？因为物理试验要求“次次如此”，不允许有反例。但迈克耳孙试验结果，地球完全拖动“以太”，即地球对“以太”的运动速度为零，就说“以太根本不存在”；而当时做了多种试验，证明既有地球完全拖动“以太”的情况，还有部分拖动“以太”的情况(1851年，斐索；1871年，艾里)，也有根本不能拖动“以太”的情况，那么“以太”到底还存在不存在？这个结论已经很难下了。物理学至少在以下这点和政治问题是一致的：条件决定规律，当（客观，还有主观）条件发生重大变化时，规律一定会变化。1919年爱丁顿（Arthur Eddington）领导的验证广义相对论的试验，最初几次与广义相对论的预言符合得很好，而后来却常常与预言不那么一致。因此，有人就对后面“偏离理论”的情况匿而不报，有的人又据此怀疑广义相对论的科学性。其实在我看来，每次验证结果不完全相同，这倒是很正常的，因为太阳附近的太空，各种条件变化太复杂，广义相对论是概括不了的。如果每次观测结果都完全相同，我真会怀疑爱丁顿在造假。
一切物理理论都必须接受“终身检验”。从这个观点看，爱因斯坦说现行量子力学不是“终极理论”无论如何都是正确的，他永远错不了。
三、主体和客体不分
这是现代物理学中最主要的、占据支配地位的哲学错误。狭义相对论本身就蕴含着深刻的“哥本哈根精神”，而爱因斯坦与玻尔的论战，每次都以失败告终，深层次的原因就在这里。主体与客体不可区分是哥本哈根学派的基本观点。杨世昌在《微观世界的哲学漫步》[1]中写道：“由于仪器的地位搞不清楚，因而就带来通常称为主客体不可分或者称为主客体界线模糊的说法。这是哥本哈根学派的主要哲学观点之一。”讨论哥本哈根学派的哲学观点，金尚年老师不赞成以唯物论和唯心论的斗争为切入点，笔者认为，这不是切入点选择问题，而是哲学立场务必鲜明的问题。哲学就是立场学，所以含糊不得。客体独立性原则是哲学唯物主义的根本原则，如果主客体不能区分，我们就只能相信二元论，不能相信唯物论；这是动了唯物主义的“命根子”，所以没有妥协余地。至于本质上是唯心主义的哥本哈根精神，如何能引导量子力学取得辉煌成果，这倒是需要深入分析的。
下面重点说说狭义相对论中的“哥本哈根精神”。1935年，爱因斯坦和他的伙伴们在论文《能认为量子力学对物理实在的描述是完备的吗？》中提出了“可分离原则”，本质上就是讲“主客体可以区分”，重申了辩证唯物主义的科学观：“从已知可以推论未知”，坚持客体独立性原则，捍卫哲学唯物主义。然而，狭义相对论的许多论述是违背“可分离原则”的。本来，所谓“同时性”就有两种不同含义：一种是绝对同时性，比如“现在”这个时刻，同在8分20秒之前从太阳出发的太阳光到达地球的时刻是同时的，这是绝对同时性，它不以任何个人的感觉为转移，是客观的。客观同时性是绝对的，这是现代天文学一致采用的方法。绝对同时性是依靠科学原理计算出来的，不是实际测量的结果。日地距离是1.5亿公里，光速是每秒30万公里，我们就据此得出上述结论，而与任何观测者所处的状态无关。当然，绝对同时性测量的精度是相对的，但其绝对性不变。二是主观同时性，以光信号到达观测者的视网膜为同时性的标准。这种同时性才跟观测者的运动状态有关，跟被观测物体所在的坐标系有关，所以它是相对的，成为“尺缩钟慢”的理论根据。按照“可分离原则”，这两种本质不同的“同时性”是可以区分开的，而且相对同时性的观测数据，正好是我们由之推算“绝对同时性”的科学依据，狭义相对论是进行这种推算的理论武器，所以它有科学价值，有存在必要。很遗憾的是，爱因斯坦没有作出这种区分，即没有在狭义相对论的论述中贯彻“可分离原则”，他要在辩论中不输给玻尔，那才怪呢！
承认了绝对同时性以后，狭义相对论的内容不会发生根本变化，但人们对于狭义相对论的理解就会同流行说法根本不同。
四、不理解、不遵循辩证法
恩格斯提出，“辩证法对于今天的自然科学才是最重要的思惟形式，”（同上注）然而即便在专业哲学工作者中，也有不少人不懂辩证法，更何况物理学工作者。辩证法决不是像某些人理解的“一分为二”那么简单。近几十年来，关于“一分为三”和“一分为二”的争论，关于物质哲学和实践哲学的争论，都说明要弄懂辩证法决不是件容易的事。所以物理学家们在这个问题上犯点儿错误，不足为奇。
关于物质的离散性和连续性，二者的关系本来是辩证统一关系：离散和连续只能相比较而存在，没有绝对连续，更没有绝对离散。具体物理机制是什么，这是需要物理学来研究解决的问题。哲学分析只能告诉大家：没有绝对离散。这是为什么呢？
原来我们的辩证法立足于唯物主义基础之上，不是凭空想像的。绝对离散就意味着在甲粒子和相邻乙粒子之间存在“绝对真空”，而唯物主义是不承认“绝对真空”的——如果宇宙中存在没有任何物质的绝对真空，那唯物主义还能成立吗？它自然被推翻了。相信唯物主义，就不可能承认“绝对真空”。这是一种信仰，而信仰必须坚定不移。
宏观世界中，连续与离散的辩证关系是清楚的。以人类社会为例，人与人之间不是用有形物体连接在一起，而是高度自由、离散的；但人与人之间不仅有思想交流、情感交流、血缘关系，更有实际的物质联系，如国土、空气、食物、水等。原子和原子之间，表面看来是离散的，却由分子引力相联系。电子与电子之间是离散的，也不是绝对真空，而是充满了我们目前还没有研究透彻的“场物质”。天体之间距离非常遥远，离散性很突出，却存在被称为“万有引力”的一种联系。对于真空不空的说法，可能有人想不通：如果离散粒子之间没有空隙，而是充满物质，那粒子怎么能高速运动呢？其阻力岂不是大得惊人？可是我们反过来想，如果粒子间没有任何物质它又凭什么运动呢？运动员总不可能在没有水的泳池里“游泳”吧？要求粒子之间绝对真空，就等于要求运动员在干泳池里游泳，谁能想像那就想像去吧。顺便提到一句：狭义相对论要求绝对真空，太空中没有任何物质，只是一种假定，一种数学方法的需要，而且不承认光的传播介质，可以避免计算上的麻烦，不是爱因斯坦真的相信“绝对真空”。至于具体物质与它活动背景之间的关系，也需要辩证理解，比如河水与河床的关系，当我们把河床当作背景时，可以用来研究河水的“流体力学”；当我们把河水当作背景时，可以用来研究河床坡度、宽窄等等情况，根据河水流速、流向的变化，涡流、湍流和旋涡的产生，可以分析河床的底部细节。不同种类的物质互相构成对方存在的背景、运动的参照物，所以没有具体的“绝对空间”存在，即使把某种特殊物质当成“绝对空间”也不行。
时空无限性是辩证法的根本命题，相信辩证法就必须相信时空无限,这也是信仰问题,不是实证问题。因为要证明宇宙无限,就必须“数清楚不可能数清楚的数目”，这是自相矛盾，无法实现。你不相信辩证法，谁也没有办法强迫你相信；而你说你相信辩证法，又反对时空无限性，那只能说你讲假话，自欺欺人。
辩证法认为,世界不是事物的集合体,而是过程的集合体,即把任何事物的发生、发展都看成是一种过程。因此,关于量子跃迁不需要时间的假定是反辩证法的。量子跃迁的速度可能非常快,可能是光速,甚至超光速,但不可能不要时间,不存在事实上的瞬时超距作用。哥本哈根学派强调这样一种违反辩证法的观点，是为“绝对离散”观点服务。“EPR论证”批评他们对量子力学的诠释会导致“承认超距作用”正中要害。
哥本哈根学派关于因果关系的“概率性”说明，有其进步性的一面，但在本质上是形而上学的杰作。因为说清楚这个问题需要比较长的篇幅，这里暂时不说，留待以后再说。
五、把信仰问题当作实证问题
上面关于时空无限性的讨论，已经涉及到把信仰当实证的问题。EPR论证讲的是哲学原则，是信仰问题，而偏偏有人采用纯粹实证的物理手段对之加以检验。关于贝尔不等式的实验检验，无论出现什么结果，都不可能判定“定域实在论”，即“可分离原则”的正误，花那么多钱做这种实验岂不冤枉！
一般地说，概率问题在本质上也是一种信仰，这是对逻辑的信仰，对数学的信仰。有两种情况例外：一是，这时目标可实现概率为1，即无论如何都能实现，如果实现不了，我们就说他牛皮吹破了，判断错误。二是，这时目标不可能实现，如果目标竟然实现了，说明判断完全错误。这两种情况是可以实证的。当1＞＞0时，目标最终实现与否，均不违背概率论。你无法对概率计算结果下结论，不能说目标居然失败了，你就怀疑概率计算。为什么概率高的目标就一定会实现呢？这仅仅是一种信仰。按概率理论，它完全有可能不实现，只是实现的可能性大，不实现的可能性小而已。
在物理学研究中，分清楚什么是信仰，什么是实证非常重要。虽然实验结果对于改变人的思想可能会有帮助，但我们不能靠实证方法来解决信仰问题，也不能单一用信仰方法解决实证问题。加上“单一”一词很有必要，因为我们决不认为解决实证问题不需要信仰介入；物理学家的信仰实际决定他对待物理理论和实验的态度。实证主义是一种哲学立场，不是实证手段。事实是：科学建立在实证和信仰的双重基础之上，二者缺一，科学即无法进步。忽视物理学中的信仰问题恰恰是造成当前物理学陷入困境的主要原因。
第二章 古代物理学中实证的地位
古代物理学萌芽对于实证的依赖。制作皇冠的金匠能不能逃避审查、墨子“小孔成像”说的实证手段、古代天文观测的物理意义、古代中国人熟练运用杠杆原理。古代中国人缺少逻辑信仰，更多伦理信仰，解剖“李约瑟之谜”。
第三章 经典相对性原理
经典相对性原理的哲学分析。实证与信仰的统一、伽利略变换和伽利略相对性原理、比萨斜塔上的试验、动量和能量的不同、自由落体、正确理解恩格斯的相关论述。
第四章 牛顿力学和牛顿哲学
牛顿为什么成为经典力学的集大成者。牛顿时空观的辩证性质、牛顿三大力学定律的相互关系、万有引力假说、假说的革命意义。微积分学说成为牛顿力学的数学工具、微积分学说的哲学意义、微积分理论对实证主义的否定。关于对数学的信仰。
第五章 科学信仰的基本内容
信仰是人生第一需要，物理研究的事实也是这样：想事事实证根本办不到。为了克服无限的求知欲望和有限的求知能力之间永恒存在着的矛盾，人们只能求助于信仰。物理学家到底应该信仰什么？科学信仰不等于信仰科学。关于对逻辑的信仰。
第六章 实证主义对物理学发展的贡献
怎么评价马赫主义。为什么物理学界认为马赫是相对论的先驱、实证主义对物理学发展的贡献、从贝克莱到马赫、物理学界为什么承认马赫原理。关于辩证法。对《唯物主义和经验批判主义》的认识。
惠更斯原理、麦克斯威电磁方程、牛顿不承认光的波动说造成失误、电动力学原理的实证过程。迈克耳逊试验、单电子、单光子干涉试验、桑雅克试验、光程差、红移、超光速视膨胀现象等一批重要物理试验的哲学分析。非线性光学、光速对场物质的依赖、场物质特性、光速非线性叠加。
第七章 爱因斯坦如何对待实证主义
相对论的诞生。狭义和广义相对论的根本不同、为什么物理理论的适用条件极其狭窄、任意扩大物理理论适用范围造成佯谬、爱因斯坦如何对待实证主义。时间、空间、物质等基本概念的哲学分析、抽象和具体不容混淆、共性和个性必须区分清楚。关于对条件的信仰。
爱因斯坦“可分离原则”就是主客体可分。“EPR”关联客观存在，不能证明有超距作用。它无非是说明辩证唯物主义基本原则：由已知可以推论未知。这也是一切科学有必要建立的前提。决定性和非决定性的关系是辩证的，不存在不是即非的逻辑关系。因果关系是一个复杂的发展过程。分立（间断）和连续的辩证关系，不存在绝对分立。过程产生概率。
第八章 量子力学与“哥本哈根迷误”
量子力学与“哥本哈根迷误”。测不准关系式到底说明什么？物理学家对于量子力学的哲学解释是错误的。在实验难以直接判定的地方，信仰实际决定我们最终选择何种理论。量子力学的波粒二象观念，是概念混乱，物质和物质的表现形式之间的混淆。“波粒二象”只能是权宜之计。
第九章 物理学实证主义在自然科学中的影响
物理学实证主义对于自然科学整体的影响。物理学在自然科学中的地位、实证主义失败后为什么转向教条主义、物理学教条主义妨碍中国的科学创新、科学政策如何才能有利于克服教条主义。
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学术动态 № 6844
2010/08/19 |
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主编：吴水清 北京相对论研究联谊会学术委员会张志杰纪念室主办 |
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