物理学与人类文明《物理学史发微》

物理学史发微

文/孤鸿万里云

其实我不想具体谈什么物理学史，或是在图书馆里抄上一段，或是从网络上下载一段。我一直以为，我们治史的最大目的不是要对某段历史有多么的熟稔，也不是非要把历史的细节考证得多么准确，而是希望从历史中获得智慧，思考前人发现世界的方法，发现前人所不曾发现的世界。

物理学甚或自然科学发展的一般过程是假设，恩格斯在《自然辩证法原理》一书就指出：“只要自然科学发展着，它的思维形式便是假说。”有时候，自然科学在最初时并不以假说的面貌出现，例如欧几里得几何，但这从来不意味存在着特例。随着人们对世界认识的越来越深入，人们渐渐发现，世界或许并不完全如欧几里得所描述的那样，或许三角形的内角和并不是180度，于是人们便发现了罗巴切夫几何、黎曼几何，人们发现世界在我们的经验之外可能有另一种描述。后来，人们又发现，即使是在我们的经验世界，仍有很多我们不曾注意到的事实，比如用欧几里得几何同样无法描述树的形状，于是便诞生了分形数学。或许有人会说，这个世界实在是荒谬，我们的世界居然是由几个彼此矛盾的世界组成，而每一个世界却又是自洽的如此完满。其实任何符合逻辑的体系都无法在体系内部证明自己的合理或是不合理，而到了体系之外，却又是另一个世界，同样无法证明这个体系是否是合理的。我觉得执着于探求世界合理性和完备性的人们其实没有意识到最重要的一点：自然科学的本质是经验的。其实德国数理学家哥德尔早就证明过：任何大到足以包含算术的逻辑体系一定是不完备的和不自洽的。而自洽的破缺正需要假设来填补（突然冒出这句话来，自己也很满意很意外，或许这就是写作的收获吧，这也许是单纯的思考所不能获得的）。自然科学的任务不是描述世界的完备性，而是从我们的经验世界出发，总结和发现隐藏在纷繁复杂的现象之下的共同规律。如果从这个共同规律出发来描述我们的经验世界，发现它与我们的经验世界符合的很好，那么，我们便认为这个规律是正确的，我们便称之为“科学”。其实，从经验世界出发，就意味着一种假定性，我们假定了我们的经验世界的某种合理性，而这种自为的合理性之中就隐藏着某种难以发现的局限性。于是当爱因斯坦以其惊人的洞察力发现了狭义相对论的时候，我们便发现了隐藏在牛顿力学的合理性之中的一贯的局限性。而局限性一旦发现，我们也同时发现了我们不知不觉中的假定，或者可以称之为预设吧，而这种假定性往往由于它与我们的经验世界的一致性而一直不为人察觉。

有些从事自然科学工作的人常常喜欢说，这个是对的，那个是错的。我自己常常要避免这么说。或者当我说什么是错的，或者什么是对的的时候，我不是说它真的是错了或是对了。我是说，它位于正确与错误之间的某处，当我说它是对的时候，它只是比别的什么离正确要近一些，当我说它是错的时候，我只是说，它离错误要比别的什么近一些。有人喜欢说，爱因斯坦的相对论否定了牛顿力学。我想是不是可以换一个说法，爱因斯坦的相对论明确了牛顿力学的适用范围，使得牛顿力学更为完备。我想，从来不存在谁否定谁的问题，爱因斯坦没有否定牛顿，罗巴切夫和黎曼也同样没有否定欧几里得。当然，他们做的不是同一类的事情，牛顿的世界包含在爱因斯坦的世界之中，而罗巴切夫的世界、黎曼的世界和欧几里得的世界是相互平行的。

我突然想到了所谓的民间科学家，他们热爱他们的事业，他们用于研究物理学或是自然科学的时间可能比一般纯粹的研究人员还要多，我想这或许是值得尊重的，但是，他们往往不了解他们所要探讨的问题的全貌，喜欢轻言对错， ——或许是他们更需要承认、更渴望成功的缘故——但正是这使得与他们探讨问题变得极为困难。我有时能在图书馆翻到一些自称是否定了相对论的书，但是稍微翻一翻，我就能发现他们或许是没有完全了解相对论，或许是凭借几本蹩脚的科普读物建立起对相对论的认识。其实有时候我真不知道怎么形容这些人，执着还是固执？我在图书馆里看见过一本声称非欧几何是错误的书，作者坚持认为非欧几何是错的，不该在大学里开设相关课程，没有出版社，完全是作者自费印刷，而且是作为赠书进入图书馆的。我想他们同样没有认识到一个问题：自然科学的本质是经验的。从来就不存在谁否定谁的问题，只要一个理论可以做到自洽，又能解释我们的世界，我们为什么不接受它呢？

虽然我认为自然科学发展的一般过程是假设，但我自己却着迷于公理化的世界。比如热力学，它的基本原理是公理化的，而且与它所支配的体系的物质性无关。爱因斯坦就把热力学称为“原理理论”，而把洛伦兹的理论称为“构造性理论”。

物理学甚或自然科学，甚至是人文科学，我想他们在本质上在是没有差异的，它们的目的都在于寻找精神家园，获得对世界的审美体验，或者是如杨振宁所说的，艺术和科学的灵魂同是创新。真正能体会到世界之美的人或许真能如孔子所说的那般：“朝闻道，夕死可矣”。出于对人类文化同质性的考虑，我想，或许陆游是对的： “功夫在诗外”。一个人若是只专注于本学科内的东西，他便不能从更为广阔的世界获得启发。古希腊的亚里斯多德就是一个百科全书式的人物，他不但是一个哲学家、逻辑学家、美学家，同时也是一个自然科学家。达·芬奇不仅是大画家，而且也是大数学家、力学家和工程师。我想可能有人要误解我的意思，说只有在科学处在一个朦胧的综合时期时，才有可能出现亚里斯多德和的达·芬奇。不，我并不是这个意思。我并不是说一个人一定要在很多学科领域内成名成家，我想说的是，他能够从其他学科获得的，应该是这门学科的思考方式和把握世界的方法。毕加索若不是研究了卢浮宫的绘画、非洲艺术品、以利比亚雕塑、照相术、高维几何学，就不会有立体画派的开山之作《亚威农少女》的诞生。同样，爱因斯坦的智力工具箱中的主要部分来自科学本身之外，涉及到了美学和哲学的概念。我非常喜欢阿瑟· 米勒在《爱因斯坦·毕加索：空间、时间和动人心魄之美》一书中的两段话：

“高度创造性的一个标志就是，精通所有技术细节到了这样一个程度：能飞越无关紧要的细节，径直看到问题的核心。”

“在创造性开始出现的时刻，学科间的障碍就消失了。”

什么是天才？或许关注物理学史的人们都会思考这个问题。物理学的发展史或许可以认为是天才的集体表演。我常想，天才并不是完全来自于智力，有时候或许来自智力之外的某些东西，比如耐心、坚持不懈和有组织。或者说，天才同时来自智力和心灵。有时候，我甚至觉得，智力在造成天才的作用上甚至低于心灵。我相信对于世界的直觉，天才善于发现什么才是最符合直觉。海森堡跟索末菲做博士，索末菲给了湍流这个几乎是做不出来的题目，可是却给海森堡做出来。海森堡做出了方程，数学又不好，不会解，可居然给他活生生猜出一个解来，我想这便是直觉了。我看过海森堡的解，从对称性出发，猜得实在是巧妙。这或许是直觉之外的对于世界本源的基本把握吧。当然，天才更重要的一个标志是，在艰苦条件下的持之以恒。其实有的东西很多人都能做出来，可惜很多人不懂得坚持，到手的成果却发现不了它的价值，天才其实就是在别人放弃的时候坚持下来的那些人。据说小居里夫妇有三次机会能拿诺贝尔奖，可惜前两次都错过了，——机会只给有准备的头脑，而基本的准备就是认准了就勇于坚持。当然，必须是“认准了”，比如说现在有人热衷于搞时间机器，我一直很反对，我坚持认为这东西违反基本的因果律，破坏了世界的和谐之美，我不认为这个方向会产生天才，因为天才是不会选择这个方向的。突然之间，我有了一种感悟，——现代社会的选择太多，现代人往往多了改变，少了坚持，结果一事无成——我想获得这种感悟或许正是我们治史的目的所在吧。

其实，更多时候，天才在于正确的方法。在关注科学，关注科学史的时候，我们不应仅仅注意于“证明术”，而更应该把焦点放在“发明术”上，思考这个定理是怎么发明的。从思考中获得方法论上的启发，我相信是很有益处的。

人的精华在于他的思想。或许一门学科的成熟程度与它运用了多少数学有关，但我想，一门学科的动人心魄的魅力所在，却应该是它产生了人类多少美妙的思想。爱因斯坦的相对论的精华不是那些方程，而是他那些美丽的思想实验。杨氏双缝干涉实验据说被评为最美妙的物理实验，我想它的美妙之处正来自于实验思想，用双缝产生难于获得的相干光源，从而证实了光的波动本性。有了思想，我们就可以找到我们需要什么样的数学，有了思想，我们就可能造出我们需要的实验仪器。据说美国氢弹之父泰勒一天能有10个想法，但却有9个半是错的，但即使有半个正确的想法，我想，那半个想法却是弥足珍贵的。

如爱因斯坦所说 "I want to know how God created this world. I am not interested in this or that phenomenon in the spectrum of this or that element. I want to know His thoughts; the rest are details."

以上是一些我的想法，或许可以称为治史心得吧。

知易行难。向大师们看齐，还有很多需要学习的。

2004年12月4日