歷史是一面最好的鏡子
古語云：“以銅為鑒，可以正衣冠；以史為鑒，可以知興替”。世紀(jì)之交波瀾壯闊的物理學(xué)革命能夠給我們什么啟示呢？
一、 科學(xué)是一種在歷史上起推動作用的、革命的力量。
恩格斯在馬克思安葬時(shí)的墓前演說中講道：“在馬克思看來，科學(xué)是一種在歷史上起推動作用的、革命的力量”。世紀(jì)之交的物理學(xué)革命證明了馬克思主義的這一光輝論斷。
這里所說的科學(xué)指的是自然科學(xué)�？茖W(xué)之所以能成為在歷史上起推動作用的革命力量，首先就在于它同社會生產(chǎn)力之間存在著不可分割的關(guān)系，它為生產(chǎn)力的發(fā)展不斷提供新的生產(chǎn)工具，開辟新的生產(chǎn)資料領(lǐng)域，并給勞動者以新知識和新技能的武裝，而且它在變革生產(chǎn)關(guān)系中也具有積極的作用。
某些重要的科學(xué)進(jìn)展往往被人們視為生產(chǎn)力發(fā)展和某一社會形態(tài)的重要標(biāo)志。人們不是常把我們的時(shí)代稱為“原子能時(shí)代”、“電子時(shí)代”、“太空時(shí)代”嗎？可是，這些時(shí)代的產(chǎn)物都是在物理學(xué)革命的成果的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。
人們認(rèn)為科學(xué)是改造自然的武器，這是正確的，也是顯而易見的。但是，也應(yīng)當(dāng)看到，科學(xué)所提供的日新月異的物質(zhì)技術(shù)手段，它所創(chuàng)造和發(fā)展的科學(xué)思想、科學(xué)方法、科學(xué)精神，也日益成為改造社會、改造自身的強(qiáng)大武器。
例如，在物理學(xué)革命前夕和初期，蔑視理論和理論思維的實(shí)證主義在科學(xué)家當(dāng)中有廣闊的市場。但是相對論和量子力學(xué)中的“四維世界”、“彎曲時(shí)空”、“質(zhì)能關(guān)系式”、“波粒二象性”、“幾率波”、“Ψ函數(shù)”等等，哪一個沒有純粹思維的痕跡呢？哪一個不是辯證法的生動體現(xiàn)呢？出現(xiàn)在科學(xué)家面前的已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是一個赤裸裸的本來的自然，而成為馬克思所說的“人化的自然”。
經(jīng)過物理學(xué)革命，不少物理學(xué)家認(rèn)識到：“發(fā)展理論物理學(xué)的方法是辯證法，其立足點(diǎn)是唯物論”。特別是在日本，辯證唯物主義廣泛滲透到物理學(xué)家中間，第一流的物理學(xué)家湯川秀樹、武谷三男、板田昌一、宮原將平等人都在研究中自覺地運(yùn)用自然辯證法。這除了社會背景因素而外，也可以說，世紀(jì)之交的物理學(xué)革命為他們準(zhǔn)備了容易接受新思想的土壤。
二、科學(xué)的發(fā)展是波浪式的，而不是直線式的，既有量的積累，也有質(zhì)的變革。
長期以來，科學(xué)的歷史被視為一堆軼事和年表的堆砌，科學(xué)的發(fā)展被當(dāng)作把不同貨色的知識積累到理論貨棧中。世紀(jì)之交的物理學(xué)革命表明，這種科學(xué)史觀是不符合科學(xué)發(fā)展實(shí)際的。
還在物理學(xué)革命進(jìn)行之中，彭加勒就提出了他的“危機(jī)—革命”觀。經(jīng)過物理學(xué)革命的洗禮，愛因斯坦認(rèn)為，科學(xué)的發(fā)展既不是“一些定律的匯集”，也不是“許多各不相關(guān)的事實(shí)的目錄”。在科學(xué)的開拓工作中，“最初和最基本的步驟總是帶有革命性的”。差不多科學(xué)上的重大進(jìn)步都是由于舊理論遇到危機(jī)，“在實(shí)在跟我們的理解之間發(fā)生劇烈沖突時(shí)誕生的”。只是在這種沖突激化之前，當(dāng)科學(xué)沿著已經(jīng)開辟的思想路線繼續(xù)發(fā)展的時(shí)候，它才“帶有進(jìn)化性”。
在二十世紀(jì)六十年代初期，托馬斯·庫恩通過對科學(xué)史的多年潛心研究，在他的《科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)》一書中提出了一個比較完整的科學(xué)發(fā)展模式。在庫恩看來，科學(xué)并不是以某種不變的速率在發(fā)展著。相反地，存在著一個相對短暫的所謂“革命”時(shí)期。在這個時(shí)期，革命前占優(yōu)勢的思想規(guī)范(或者用庫恩的話來說是“范式”)被推翻，并被新的范式所取代。
在兩次革命之間，有一個較長的所謂“常規(guī)科學(xué)”時(shí)期。在這個時(shí)期，新范式被發(fā)展、被應(yīng)用。同時(shí)占統(tǒng)治地位的范式也逐漸暴露出無法使人滿意的地方，不斷產(chǎn)生“反�，F(xiàn)象”。大量反�，F(xiàn)象的涌現(xiàn)導(dǎo)致“危機(jī)”，危機(jī)是新理論誕生的一種適當(dāng)?shù)那白啵强茖W(xué)革命的前兆。庫恩的科學(xué)發(fā)展動態(tài)模式是：前科學(xué)→常規(guī)科學(xué)→危機(jī)→科學(xué)革命→新的常規(guī)科學(xué)……
盡管庫恩的范式概念十分模糊和龐雜(據(jù)有人統(tǒng)計(jì)范式共有二十一種用法)，盡管他的科學(xué)發(fā)展模式并不能囊括各學(xué)科在各個歷史階段的發(fā)展過程，但是這一模式客觀上揭示了科學(xué)發(fā)展由量變到質(zhì)變的規(guī)律，強(qiáng)調(diào)科學(xué)革命在科學(xué)發(fā)展中的地位和作用，這些都是值得充分肯定和認(rèn)真借鑒的。
彭加勒、愛因斯坦的科學(xué)發(fā)展觀，特別是庫恩的動態(tài)模式比較恰當(dāng)?shù)孛枋隽宋锢韺W(xué)的發(fā)展史�？梢院敛豢鋸埖卣f，物理學(xué)誕生于哥白尼、牛頓革命。這場革命可以說(當(dāng)然是很粗略的)發(fā)生在1543年(以哥白尼的《天體運(yùn)行論》一書的出版為標(biāo)志)和1687年(這年牛頓的《原理》出版了)之間。在這百余年間，物理學(xué)經(jīng)過伽利略、開普勒的初創(chuàng)和惠更斯的進(jìn)一步發(fā)展，最后由牛頓集大成。
這次革命之所以持續(xù)時(shí)間較長，其一是因?yàn)樗輾喞锸慷嗟碌淖匀徽軐W(xué)教條，這些教條在將近兩千年間一直禁錮著人們的頭腦，并始終被經(jīng)院哲學(xué)當(dāng)作不容爭辯的真理；其二是當(dāng)時(shí)科學(xué)成果和思想的交流受到種種條件的限制，遠(yuǎn)不如以后那樣頻繁和自由；其三是因?yàn)樗偨Y(jié)人類有史以來的物理學(xué)知識，創(chuàng)立一門真正的新學(xué)科。
在哥白尼逝世時(shí)，任何一個歐洲人所了解的物理學(xué)知識是否象阿基米德那樣多，還是值得懷疑的。然而，到這場革命終結(jié)，經(jīng)典力學(xué)已經(jīng)牢固地確立起來了，能夠說明天上、地上所遇到的一切力學(xué)現(xiàn)象，這在早先的歲月里是做夢也想不到的。照這樣看來，百余年的革命并不算長。
其后出現(xiàn)了兩百多年的常規(guī)科學(xué)時(shí)期。在這個時(shí)期里，經(jīng)典力學(xué)發(fā)展到具有精致而完美結(jié)構(gòu)的階段，經(jīng)典光學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)也在經(jīng)典力學(xué)的理論框架內(nèi)建立起來了。但是到十九世紀(jì)末，接二連三的反�，F(xiàn)象導(dǎo)致了物理學(xué)危機(jī)，從而爆發(fā)了第二次物理學(xué)革命。這次革命發(fā)生在世紀(jì)之交，講得具體一點(diǎn)，也許可以說是從1895年X射線的發(fā)現(xiàn)到1928年相對論性電子運(yùn)動方程的提出，歷時(shí)三十余年。
三、科學(xué)革命的實(shí)質(zhì)就是科學(xué)觀念的根本改造，與此同時(shí)，也伴隨著理論體系、自然觀、科學(xué)方法等的全面變革。
在愛因斯坦看來，一切理論科學(xué)總是力圖用盡可能少的基本概念和邏輯上互不相關(guān)的基本假設(shè)(基本原理)為基礎(chǔ)來建立理論體系。這些基本概念和基本假設(shè)就是科學(xué)觀念，它們構(gòu)成了科學(xué)理論的邏輯基礎(chǔ)和基本框架�？茖W(xué)觀念的提出離不開以觀察、實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的感性經(jīng)驗(yàn)的啟示，但在很大積度上卻包含著科學(xué)家的思維的自由創(chuàng)造。科學(xué)革命實(shí)質(zhì)上就是科學(xué)觀念的根本改造。愛因斯坦的這些觀點(diǎn)是切中要害的。
列寧說過：“……革命是一種最基本最根本地摧毀舊事物的改造，而不是審慎地、緩慢的、逐漸地來改造舊事物，盡可能少加以破壞”。列寧這段話里也有“根本”二字。因此，需要強(qiáng)調(diào)的是，科學(xué)革命是科學(xué)觀念的根本改造，而不是局部的、表面的改造，也就是說，在摧毀了的舊科學(xué)觀念的廢墟上建立新科學(xué)觀念，并進(jìn)而構(gòu)筑新理論體系，而不是改良或修補(bǔ)。因而，科學(xué)革命也必然表現(xiàn)為一種整體性的革命。
在熱力學(xué)和電磁學(xué)的建立過程中，雖然也曾引入了一些新的基本概念和基本原理(熱力學(xué)第二定律、場)，它們本來與經(jīng)典力學(xué)不相容，但最終還是被納入經(jīng)典力學(xué)的理論框架之中。因此，熱力學(xué)和電磁學(xué)的建立不能看作是一次革命，至多只能看作是一種局部性的變革。
并非所有的新實(shí)驗(yàn)和新理論都具有革命性，只有那些能引起科學(xué)觀念發(fā)生根本改造的新實(shí)驗(yàn)和新理論才能引起革命的爆發(fā)。邁克爾遜—莫雷實(shí)驗(yàn)本來有可能成為革命的導(dǎo)火線，但在當(dāng)時(shí)，它只是對靜止以太說提出了異議，長時(shí)間人們對它一直沒有作出正確的解釋，它只是帶來了麻煩，并沒有引起革命性的變革。
射線的發(fā)現(xiàn)卻觸動了傳統(tǒng)的物質(zhì)不可入的觀念，但是更重要的是，它迅速導(dǎo)致了放射性的發(fā)現(xiàn)，促使元素嬗變理論的提出，從而一舉改變了千百年來原子不可分、不可變的舊科學(xué)觀念，因此我們把它看作是世紀(jì)之交物理學(xué)革命的序幕。
出于同樣的理由，愛因斯坦的狹義相對論是革命性的，而閔可夫斯基的四維時(shí)空理論只不過是愛因斯坦理論的合理外延。普朗克1900年10月提出的分布公式并沒有引起革命，而同年12月作用量子假設(shè)的引入，卻標(biāo)志著物理學(xué)一個領(lǐng)域革命的開始。關(guān)于物理學(xué)革命，我們在這里顯然強(qiáng)調(diào)了兩點(diǎn)：一是物理學(xué)的基本概念和基本原理要得到改造，二是這種改造必須是根本性的。
科學(xué)革命并不是完全拋棄舊的理論，而只是政變了理論的基本框架，使新理論不僅能容納舊理論所包含的全部知識，而且能容納舊理論所不能包括的“反常”知識。而且，舊的科學(xué)觀念也并非統(tǒng)統(tǒng)被廢棄，其中一些只是喪失了自己以前獨(dú)有的統(tǒng)治地位，從以前的不正確的、與事實(shí)不符的殼體中解放出來，被賦予新的意義，它們原有的真理顆粒繼續(xù)被保留下來，并作為從屬成分有機(jī)地溶入新科學(xué)觀念中。
從世紀(jì)之交的物理學(xué)革命來看，基本概念和基本原理的改造通常有以下的方式。第一，徹底取代，如超距作用論被媒遞作用論取代，原子不可分的觀念被原子有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的觀念取代；第二，舊名新意，如經(jīng)典理論中的質(zhì)量、慣性、時(shí)間、空間等概念在相對論中已被賦予新的含義；第三，合理推廣，如力學(xué)中的相對性原理在狹義相對論中被推廣到光學(xué)和電磁學(xué)，在廣義相對論中又被推廣到加速參照系；第四，辯證綜合，如光的微粒說和波動說被綜合為波粒二象性，分立的粒子概念和連續(xù)的場的概念被綜合為物質(zhì)波的概念；第五，包容蘊(yùn)含，如能量子概念否定了“自然無飛躍”的傳統(tǒng)觀念，但這只在微觀現(xiàn)象中才顯示出來，在經(jīng)典系統(tǒng)中，由于h很小，使得分立的能量實(shí)際上無法區(qū)分，這時(shí)能量的連續(xù)作為極限情況被包括在新概念內(nèi)；第六，標(biāo)新立異，如光速不變原理、等效原理、幾率波、測不準(zhǔn)關(guān)系、泡利不相容原理等都是這樣，在經(jīng)典科學(xué)觀念中沒有與之對應(yīng)的東西。
科學(xué)觀念的根本改造必然導(dǎo)致整個理論體系的重建，導(dǎo)致自然觀和科學(xué)方法的變革。例如，物理學(xué)革命的歷史表明，適應(yīng)于科學(xué)幼年時(shí)代的以歸納為主的方法把很大的地盤讓給探索性的演繹法。在這里，盡管所觀察到的事實(shí)無疑還是最高的裁決者，但是公理同它們的可證實(shí)的結(jié)論被一條很寬的鴻溝分隔開來，在沒有通過極其辛勤而艱巨的思考把這兩者連接起來之前，它不能作出裁決。因此，科學(xué)家必須自由發(fā)揮他的想象甚至幻想，才能超越二者之間的邏輯上不能逾越的鴻溝，建立起理論體系的邏輯基礎(chǔ)，從而演繹出可供實(shí)踐檢驗(yàn)的具體結(jié)論。
四、科學(xué)的發(fā)展與政治、經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)、技術(shù)、思想文化等外部因素密切相關(guān)。但是，科學(xué)的發(fā)展也有其相對的獨(dú)立性，它的發(fā)展的內(nèi)在動力是實(shí)驗(yàn)和理論的對立統(tǒng)一、各種理論體系之間的對立統(tǒng)一，特別是后一種對立統(tǒng)一，在物理學(xué)革命中表現(xiàn)得十分明顯，顯示出日益增長的作用。
本書主要著眼于物理學(xué)的內(nèi)部發(fā)展(科學(xué)內(nèi)史)，很少涉及到外部因素的影響(科學(xué)外史)，但這并不是說外部因素?zé)o足輕重。事實(shí)上，物理學(xué)三個領(lǐng)域的革命之所以發(fā)端于德國(或廣義地講，是德語世界，因?yàn)閻垡蛩固?span lang="EN-US">1901年己加入瑞士國籍，但是在1914年，他又從蘇黎世遷居柏林，任威廉皇帝物理研究所所長兼柏
1789～1794年的法國大革命如電閃雷鳴般地震撼了德國，民主自由的呼聲和民族統(tǒng)一的要求日漸高漲，德國資產(chǎn)階級反封建的情緒日益加強(qiáng)，由君主政權(quán)實(shí)行的自上而下地把地主經(jīng)濟(jì)變?yōu)橘Y本主義經(jīng)濟(jì)的改良運(yùn)動也逐漸進(jìn)行著。特別是1871年德意志帝國的建立(由二十二個邦和三個自由市組成)，為形成統(tǒng)一的國內(nèi)市場和獨(dú)立的經(jīng)濟(jì)體系創(chuàng)造了條件，促進(jìn)了資本主義工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展。
十八世紀(jì)70～80年代，德國完成了工業(yè)革命，成為現(xiàn)代化的工業(yè)國。煤炭工業(yè)、冶金工業(yè)和機(jī)器制造業(yè)在歐洲處于支配地位，化學(xué)工業(yè)、電氣工業(yè)、光學(xué)工業(yè)等新興工業(yè)也在歐洲占優(yōu)勢地位。
德國科學(xué)家的興隆時(shí)期是隨著柏林大學(xué)成立(1809年)而開始的，一直到1933年希特勒上臺時(shí)為止。在世紀(jì)之交，世界科學(xué)的活動中心是德國。而且，德國人在那個時(shí)代也具有理論思維的傳統(tǒng)(康德、黑格爾、高斯等就是其中的杰出代表)，在自然科學(xué)走進(jìn)了理論領(lǐng)域，這一點(diǎn)尤為重要，因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)的方法在這里就不中用了，只有理論思維才能有所幫助。這一切，是物理學(xué)革命在德國爆發(fā)的必要條件。
以量子革命為例，這件事發(fā)生在德國絕非偶然。在十九世紀(jì)末葉，德國工業(yè)的發(fā)展促進(jìn)了城市的繁榮，城市照明便成為一個急待解決的問題。煤氣燈的網(wǎng)罩、白熾燈絲的亮度、能量的分布、標(biāo)準(zhǔn)光度的制定，尤其是照明的經(jīng)濟(jì)性都與熱輻射有關(guān)。
從1870～1871年普法戰(zhàn)爭之后，德國從法國奪取了阿爾薩斯和洛林，這兩個地區(qū)豐富的鐵礦與德國魯爾的煤礦區(qū)連成一片，大大加速了鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，高溫作業(yè)和加熱技術(shù)都極其需要高溫測量方法的研究。與英國不同，德國的工業(yè)革命姍姍來遲，由于沒有舊技術(shù)、舊設(shè)施的拖累，所以具有采用新技術(shù)成果實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的有利條件，也具有技術(shù)改良和工業(yè)教育的迫切要求。
1884年，以亥姆霍茲為所長的帝國物理技術(shù)研究所成立了，它很快就成為熱輻射的研究中心，聚集了象維恩、盧梅爾等一批杰出的物理學(xué)家。假使沒有這些客觀條件，普朗克又怎能作出他的劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)呢？
實(shí)驗(yàn)和理論的對立統(tǒng)一作為科學(xué)發(fā)展的內(nèi)在動力是根本的，也是顯而易見的。但是，世紀(jì)之交的物理學(xué)革命表明，各理論體系之間的對立統(tǒng)一也是科學(xué)發(fā)展的一種不可忽視的內(nèi)在動力，它有時(shí)也會導(dǎo)致新概念或新理論的提出。從狹義相對論、廣義相對論、光量子、物質(zhì)波概念的提出都可以看到這一點(diǎn)。
之所以能這樣，大體有幾方面的原因。首先，客觀世界是統(tǒng)一的，作為反映客觀世界運(yùn)動規(guī)律的理論必然具有某種內(nèi)在的聯(lián)系。這是從表面上的對立入手，追求本質(zhì)上統(tǒng)一的理論的客觀基礎(chǔ)。其次，自伽利略、牛頓革命之后，物理學(xué)經(jīng)過二百多年的發(fā)展，己形成經(jīng)典力學(xué)、經(jīng)典熱力學(xué)、經(jīng)典光學(xué)和經(jīng)典電動力學(xué)等完整的理論體系，謀求它們的統(tǒng)一已具備了客觀條件。最后一點(diǎn)是，到十九世紀(jì)末，物理學(xué)理論已發(fā)展到較高的水平，以歸納為主的方法正在讓位給探索性的演繹法。作為演繹前提的基本概念和基本假設(shè)變得愈來愈抽象，愈來愈遠(yuǎn)離感覺經(jīng)驗(yàn)。僅僅通過實(shí)驗(yàn)，用構(gòu)造性的努力去發(fā)現(xiàn)真實(shí)定律是相當(dāng)困難的，甚至是不可能的。著眼于各理論體系之間的對立統(tǒng)一，往往能創(chuàng)出新路。
各理論體系之間的對立統(tǒng)一能作為一種舉足輕重的內(nèi)在動力也與實(shí)驗(yàn)本身的“局限性”有關(guān)，其主要表現(xiàn)有以下幾個方面。
第一，由于種種條件的限制，有關(guān)實(shí)驗(yàn)在一定的歷史時(shí)期內(nèi)不可能實(shí)現(xiàn)或一時(shí)難以完成。如果要等實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)有科學(xué)理論發(fā)生尖銳矛盾時(shí)再立足于實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行研究，勢必大大延緩科學(xué)發(fā)展的進(jìn)程。在這種情況下，從舊有理論體系之間的矛盾入手，往往能取得突破。這一點(diǎn)在相對論的誕生中表現(xiàn)得尤為明顯。
第二，實(shí)驗(yàn)由于設(shè)備復(fù)雜、要求精度很高等原因，其他人往往難以重復(fù)，這樣便難于及時(shí)得到科學(xué)界的公認(rèn)和受到應(yīng)有的重視。例如，邁克耳遜1879年就采納了麥克斯韋關(guān)于度量太陽系相對以太運(yùn)動的建議，他的準(zhǔn)備工作是在柏林進(jìn)行的，由于運(yùn)輸時(shí)的振動，實(shí)驗(yàn)拖到1881年才在波茨坦進(jìn)行。因?yàn)橛?jì)算上的失誤，他的零結(jié)果幾乎沒有引起多大反響。
1887年，他和莫雷合作，以更高的精度重復(fù)了這一實(shí)驗(yàn)。這次實(shí)驗(yàn)盡管看不出什么破綻，但也未受到高度重視，不少人還認(rèn)為實(shí)驗(yàn)不夠完善。在1900年巴黎國際物理學(xué)會議上，開耳芬敦促莫雷和米勒另做一次實(shí)驗(yàn)，以便得到一個比1887年實(shí)驗(yàn)更為肯定的結(jié)果。米勒為此花費(fèi)了二十五年時(shí)間，才得到令人滿意的證明。
第三，科學(xué)家(包括實(shí)驗(yàn)者本人)對新實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識有一個曲折的過程，特別是那些觸及傳統(tǒng)觀念的實(shí)驗(yàn)，其深刻意義往往需要很久才能被揭示出來。一個理論家對實(shí)驗(yàn)“反駁”的典型作法不是拋棄舊有的理論，而是保留舊理論，同時(shí)力圖修改與“反駁”有關(guān)的輔助假定和觀察假定，希望把“反駁”僅僅作為表面的而解釋過去。
人們對待邁克耳遜—莫雷實(shí)驗(yàn)的溫度就是這方面一個很有說服力的例子。在當(dāng)時(shí)人們的心目中，洛倫茲的“收縮假說”己使難題得到解決。該實(shí)驗(yàn)既未否定以太或絕對參照系的存在，甚至也沒有否定一般的靜止以太說。所謂否定這兩者的看法只不過是狹義相對論深入人心后的事后認(rèn)識而已。
第四，當(dāng)一種潮流來到時(shí)，一些錯誤的所謂“實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)”也紛紛“問世”，搞得科學(xué)家真假難辨，不知所措。例如，在放射性發(fā)現(xiàn)的熱潮中就曾出現(xiàn)過這種情況。
但是，實(shí)驗(yàn)依然對有些理論的提出具有直接的指導(dǎo)作用，而且實(shí)驗(yàn)畢竟是鑒別科學(xué)理論正確與否的最終標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)有理論體系之間的對立統(tǒng)一固然可以成為提出新理論的突破口，但現(xiàn)有理論體系也是建立在大量的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的。
誠然，從實(shí)驗(yàn)到基本概念和基本原理的建立不存在邏輯道路，只能通過嘗試性的摸索才能達(dá)到，但是這種嘗試卻受支配于對實(shí)驗(yàn)事實(shí)作縝密的考察，從來沒有一個真正有用的和深入的理論果真是由純粹思辨發(fā)現(xiàn)的。
例如，愛因斯坦創(chuàng)立狹義相對論固然主要是從力學(xué)和電動力學(xué)之間關(guān)于運(yùn)動相對性的不對稱著眼的，但也多少受到光行差現(xiàn)象和菲索實(shí)驗(yàn)的啟迪。廣義相對論的提出雖然基于把相對性原理貫徹到底的信念，但是等效原理的提出顯然受到厄缶實(shí)驗(yàn)的啟示。因此，我們說實(shí)驗(yàn)和理論的對立統(tǒng)一是物理學(xué)發(fā)展的根本的內(nèi)在動力。
五、哲學(xué)對科學(xué)發(fā)展具有重要的作用，特別是在科學(xué)大變革時(shí)期，其作用更為突出。
列寧說過，當(dāng)自然科學(xué)“處于各個領(lǐng)域部發(fā)生那樣深刻的革命變革的時(shí)期”，“自然科學(xué)無論如何離不了哲學(xué)結(jié)論”。這是因?yàn)�，在科學(xué)危機(jī)與革命時(shí)期，作為科學(xué)研究指導(dǎo)思想的舊科學(xué)觀念業(yè)已搖搖欲墜，新科學(xué)觀念尚未出現(xiàn)或尚未確立，科學(xué)家手中缺乏破舊立新的思想武器。于是，他們只好轉(zhuǎn)向哲學(xué)分析，求助哲學(xué)指導(dǎo)來完成革故鼎新的大業(yè)。在這個非常時(shí)期，沒有對自然科學(xué)的哲學(xué)分析，科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展將是不可能的。
世紀(jì)之交的物理學(xué)革命清楚地表明，把哲學(xué)認(rèn)識論和對自然規(guī)律的實(shí)際探索及創(chuàng)立新科學(xué)理論結(jié)合起來，這是在科學(xué)上富有開拓精神的物理學(xué)家們共同遵循的原則。對這些物理學(xué)家來說，認(rèn)識論能動地指導(dǎo)他們的科學(xué)實(shí)踐，使他們在科學(xué)上有所建樹；而科學(xué)成果又反過來加深了他們對認(rèn)識論的理解。愛因斯坦、玻爾等人就是使科學(xué)與哲學(xué)珠聯(lián)壁合、相得益彰的杰出代表。
在科學(xué)處于革命變革之中時(shí)，哲學(xué)能夠起到那些作用呢？從世紀(jì)之交的物理學(xué)革命來看，哲學(xué)顯著地起著批判、探索、創(chuàng)新、解釋的作用。
舊科學(xué)觀念都以傳統(tǒng)哲學(xué)作為它的賴以存在和鞏固的基礎(chǔ)，這些東西牢牢地禁錮著科學(xué)家的頭腦，使他們墨守成規(guī)，不敢逾矩，成為科學(xué)發(fā)展的嚴(yán)重桎梏。十九世紀(jì)末期的情況表明，物理學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展越來越不能沒有哲學(xué)批判。只有運(yùn)用哲學(xué)批判的武器，才不致成為傳統(tǒng)哲學(xué)的奴隸，而且才能揭示出舊概念和舊原理的固有弱點(diǎn)，促使人們用新概念和新原理代替它們。馬赫立足于經(jīng)驗(yàn)論對經(jīng)典力學(xué)的批判就是一個典型的例子。
在科學(xué)急劇變革的時(shí)期，為了解釋新的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，各種假設(shè)和理論大量涌現(xiàn)出來，各個學(xué)派也展開激烈的論爭，這是一個令人困惑的、是非難辨的時(shí)期。在這種情況下，哲學(xué)作為一種定向工具，往往能使科學(xué)家看準(zhǔn)方向，“直掛云帆濟(jì)滄海”，到達(dá)勝利的彼岸。
薛定諤說得好：“當(dāng)我們在知識的道路上邁進(jìn)的時(shí)候，我們必須讓形而上學(xué)的無形之手從迷霧中伸出來指引我們，但同時(shí)也得每時(shí)每刻保持警惕，以防止形而上學(xué)的誘惑把我們引離正道而墜入深淵”。普朗克下面這句話是盡人皆知的：“研究人員的世界觀將永遠(yuǎn)決定著他的工作方向”。普朗克轉(zhuǎn)入黑體輻射研究，盧瑟福之所以能在不長時(shí)間內(nèi)提出嬗變理論，都是因?yàn)檎_的哲學(xué)思想給他們指出了前進(jìn)的方向。此類例子，不勝枚舉。
在創(chuàng)立新的科學(xué)觀念時(shí)，已有的實(shí)驗(yàn)事實(shí)常常不夠充分，而且從實(shí)驗(yàn)到科學(xué)觀念之間，還隔著一條難以逾越的鴻溝。這時(shí)，科學(xué)家往往求助于哲學(xué)思維，就會較快地獲得啟迪，使問題迎刃而解。哲學(xué)作為創(chuàng)新手段在世紀(jì)之交的物理學(xué)革命中是屢見不鮮的。
一種新理論提出之后，只有給以恰當(dāng)?shù)恼軐W(xué)解釋，才能夠堅(jiān)定提出者的信念，也便于為他人所接受。因?yàn)樵诳茖W(xué)革命中誕生的重大理論，都包含著科學(xué)觀念的根本變革，而新的科學(xué)觀念又往往具有某種哲學(xué)意義，需要作出恰當(dāng)?shù)恼軐W(xué)解釋。
哲學(xué)所具有的這種批判、探索、創(chuàng)新、解釋作用，已為物理學(xué)家們所認(rèn)識。愛因斯坦意味深長地說：“如果把哲學(xué)理解為在最普遍和最廣泛的形式中對知識的追求，那末顯然，哲學(xué)就可以被認(rèn)為是全部科學(xué)研究之母”，“認(rèn)識論同科學(xué)的相互關(guān)系是值得注意的，它們互相依存。認(rèn)識論要是不同科學(xué)接觸，就會成為一個空架子。科學(xué)要是沒有認(rèn)識論——只要這真是可以設(shè)想的一—就是原始的混亂的東西”。
玻恩也深有體會地說過：“每一個現(xiàn)代科學(xué)家，特別是每一個理論物理學(xué)家，都深刻地認(rèn)識到自己的工作是同哲學(xué)思維錯綜地交織在一起的，要是對哲學(xué)文獻(xiàn)沒有充分的知識，他的工作就會是無效的。在我自己的一生中，這是一個最重要的思想”。
勞厄在“我的物理學(xué)道路”一文中曾作了一段坦率的哲學(xué)自白。他說：“不過，我真正成熟到我懂得哲學(xué)，我想還是在大學(xué)的時(shí)候。從那時(shí)起，哲學(xué)竟從根本上把我的生命存在重新改造了一番，甚至我覺得物理學(xué)的真正價(jià)值也在于它為哲學(xué)提供了一種重要的手段。我認(rèn)為，整個科學(xué)必須圍繞著哲學(xué)來活動，把哲學(xué)看成是它們共同的中心，把對哲學(xué)作出自己的貢獻(xiàn)看成是整個科學(xué)的本來宗旨所在。這樣，也唯有這樣，面對科學(xué)的不斷專門化，科學(xué)文化的統(tǒng)一性才能保持下去，因?yàn)樘热魶]有這種統(tǒng)一性，那么整個文化就注定會崩潰的。”
總而言之，“不管自然科學(xué)家采取什么樣的態(tài)度，他們還是得受哲學(xué)的支配。問題在于：他們是愿意受某種壞的時(shí)髦哲學(xué)的支配，還是愿意受一種建立在通曉思維的歷史和成就的基礎(chǔ)上的理論思維的支配”。物理學(xué)革命的歷史表明，唯心主義是一個泥潭；自然科學(xué)的唯物主義又是一種“自發(fā)的、不自覺的、不定型的、哲學(xué)上無意識的信念”，它具有較大的局限性。
只有唯物辯證法“才能為自然界中所發(fā)生的發(fā)展過程，為自然界中的普遍聯(lián)系，為從一個研究領(lǐng)域到另一個研究領(lǐng)域的過渡提供類比，并從而提供說明方法”。因此，自然科學(xué)家應(yīng)當(dāng)做一個辯證唯物主義者，只有這樣，才能抵擋壞的時(shí)髦哲學(xué)的侵襲，在科學(xué)探索中方向明確。
六、不同學(xué)派的自由爭鳴是科學(xué)繁榮的重要保征。
在十九世紀(jì)末，批判學(xué)派和機(jī)械學(xué)派(力學(xué)學(xué)派)的爭鳴導(dǎo)致了對經(jīng)典理論的科學(xué)與哲學(xué)基礎(chǔ)的生氣勃勃的討論，為物理學(xué)革命的到來開辟了思想道路。本世紀(jì)二十年代開始的哥本哈根學(xué)派和愛因斯坦等人的爭鳴是二十世紀(jì)物理學(xué)的主要思想斗爭之一，它不僅推動了量子力學(xué)的深入發(fā)展，而且對以后的物理學(xué)和哲學(xué)的發(fā)展都產(chǎn)生了深刻的影響。
學(xué)派是在爭鳴中逐漸形成的。它大凡都有自己杰出的代表人物，獨(dú)創(chuàng)的學(xué)術(shù)見解和獨(dú)特的研究風(fēng)格。學(xué)派的建立，使各派先驅(qū)者的思想迅速傳播開來。同時(shí)，在互相詰難的過程中，又促進(jìn)了學(xué)術(shù)思想的交流，推動了科學(xué)的發(fā)展。
學(xué)派之間的是非，只有通過自由爭鳴才能得到解決，利用某些人為的力量，強(qiáng)行推行一個學(xué)派，壓制另一個學(xué)派，結(jié)果只能適得其反，不利于科學(xué)的發(fā)展。真理愈辨愈明，是非越爭越清。歷史的發(fā)展有其必由之路，往往不以人們的意志為轉(zhuǎn)移。
學(xué)派之間的爭論，情況常常非常復(fù)雜。這里既有認(rèn)識過程的是非之爭、新舊之爭和不同見解之爭，又有學(xué)術(shù)觀點(diǎn)和方法上的唯物論和唯心論、辯證法和形而上學(xué)之爭，有時(shí)甚至兩者交織在一起。因此，必須進(jìn)行細(xì)致的分析，既不能忽視學(xué)派爭論中存在著的世界觀性質(zhì)的問題，也不能把一切學(xué)術(shù)爭論都提到世界觀的高度來看待。即使對于唯心論學(xué)派，也不能不分青紅皂白予以全盤否定，而要持于發(fā)現(xiàn)它的積極因素，批判地汲取其中的合理應(yīng)分。愛因斯坦對待批判學(xué)派的態(tài)度為我們提供了一個良好的范例。
一般說來，不同的學(xué)派的觀點(diǎn)和理論都以自己的科學(xué)材料和科學(xué)成果為依據(jù)，因而都或多或少地具有自己的長處和短處，爭鳴的最終結(jié)局往往是取長補(bǔ)短，相互融合。即使一個學(xué)派在某—方面失敗了，也要?dú)v史地看問題。而不應(yīng)該把它說得一塌糊涂、一無是處。
例如，關(guān)于世紀(jì)之交分子、原子是否存在的爭論，批判學(xué)派顯然錯了，但是約爾丹說得好：“今天，我們當(dāng)然都知道，那時(shí)候懷疑原子的真實(shí)存在是錯誤的。不過，當(dāng)時(shí)批評者們強(qiáng)調(diào)，為了最終能夠承認(rèn)原子的真實(shí)存在，就務(wù)必要找到一種關(guān)于它的真正的證明，這也是對的。但是，事實(shí)上直到本世紀(jì)初，還一直沒有找到這類證明。這就是為什么這些批評在當(dāng)時(shí)如此使人震驚的原因，而且，這種批評也的確產(chǎn)生了良好的有益的作用。它促使那些天才的科學(xué)家們?nèi)ミM(jìn)行試驗(yàn)和探索物質(zhì)存在的最深層次的競賽，在這個層次中，原子作為一種在實(shí)驗(yàn)上可以達(dá)到的實(shí)在能夠最終被發(fā)現(xiàn)。”
七、物理學(xué)的發(fā)展永無止境，物理學(xué)的前景永遠(yuǎn)光明。
當(dāng)前，在英國劍橋?qū)W派中，一種流行的看法是：理論物理學(xué)的終點(diǎn)已經(jīng)在望，理論物理學(xué)家的末日即將來臨。按照他們的“終結(jié)論”，人們在不久的將來就可能發(fā)現(xiàn)一組完全的、自洽的、統(tǒng)一的相互作用理論，它能描述宇宙的所有可能的物理觀察。
“無可奈何花落去，似曾相識燕歸來”。類似的“終結(jié)論”在十九世紀(jì)末也盛極一時(shí)，可是曾幾何時(shí)，物理學(xué)革命的急風(fēng)暴雨就沖走了這朵“無可奈何”的“落花”�？磥�，“終結(jié)論”這個又歸來的“似曾相識”的“新燕”也不會駐留多時(shí)。
眾所周知，物理學(xué)研究的是有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)和物質(zhì)運(yùn)動的根本規(guī)律，是在自然界普遍起作用的規(guī)律。自然界的事物千姿百態(tài)，自然界的現(xiàn)象千奇百怪，物理學(xué)怎么能一下子把無窮無盡的自然界的一切根本規(guī)律都弄個水落石出呢？
目前，有許多項(xiàng)待解決的重大問題擺公理論物理學(xué)的面前：“色”為什么禁閉？弱作用、強(qiáng)作用、電磁作用和引力作用能否統(tǒng)一，如何統(tǒng)一？引力能否量子化、重整化，引力場是否是規(guī)范場？相對論與量子論的基礎(chǔ)如何協(xié)調(diào)？如何解釋多種夸克、反夸克(目前已知有36種)，多種輕子(目前已知有12種)，有無更深層次的結(jié)構(gòu)？是否存在引力波？如何理解黑洞的奇性？是否有超光速的粒子？
不僅如此，天體物理學(xué)也將一系列的問題擺在理論物理學(xué)的面前：為何太陽的中微子發(fā)射比預(yù)期值小得多？γ射線爆發(fā)、X射線爆發(fā)的機(jī)制是什么？為何許多射電源具有規(guī)則的成雙結(jié)構(gòu)？類星體、活動星系的能源是什么？為何某些星系的天體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常有序？為何幾種最長的時(shí)標(biāo)(哈勃常數(shù)倒數(shù)、球狀星團(tuán)年齡、同位素年代學(xué)的結(jié)果)都差不多是10^10年？為何我們周圍極少有天然的反物質(zhì)？為何各種物理常數(shù)在很大的時(shí)空范圍內(nèi)是不變的？為何我們所在的天區(qū)空間是三維的而時(shí)間卻是一維的？時(shí)間是基本量還是次級量？
當(dāng)然，使物理學(xué)家深為困惑的問題遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些，它們大大超過了上世紀(jì)末的“兩朵烏云”，盡管它們還沒達(dá)到上世紀(jì)末那樣的“黑云壓城城欲摧”的程度。這些問題的解決也許將會引起新的物理學(xué)革命，使人類對物質(zhì)世界的認(rèn)識深化一步。
自然是無限多樣的，而人的認(rèn)識在一定的歷史階段卻是有限的。“每一個人的思維所達(dá)到的認(rèn)識的至上意義”“是根本談不上的，而且根據(jù)到目前為止的一切經(jīng)驗(yàn)看來，這些認(rèn)識所包含的需要改善的因素，無例外地總是要比不需要改善的或正確的因素多得多”。
就整個人類而言，“人的思維是至上的，同樣又是不至上的，它的認(rèn)識能力是無限的，同樣又是有限的。按它的本性、使命、可能和歷史的終極目的來說，是至上的和無限的；按它的個別實(shí)現(xiàn)和每次的現(xiàn)實(shí)來說，又是不至上的和有限的”，“這個矛盾只有在無限的前進(jìn)過程中，在至少對我們來說實(shí)際上是無止境的人類世代更迭中才能得到解決”。因此，人類不可能“在某個時(shí)候達(dá)到只運(yùn)用永恒真理，只運(yùn)用具有至上意義和無條件真理權(quán)的思維成果的地步”，不可能在某個時(shí)候達(dá)到“知識世界的無限性就現(xiàn)實(shí)和可能而言都窮盡了”的地步。
歷史同認(rèn)識一樣，永遠(yuǎn)不會把人類的某種完美的理想狀態(tài)看作是盡善盡美的，盡善盡美的包羅萬象的物理學(xué)理論只能是在幻想中才存在的東西。黑格爾就科學(xué)的發(fā)展說過一段寓意深刻的話：“科學(xué)表現(xiàn)為一個自身旋繞的圓圈，中介把末尾繞回到圓圈的開頭；這個圓圈以此而是圓圈中的一個圓圈；因?yàn)槊恳粋�別的支節(jié)，作為方法賦予了靈魂的東西，都是自身反思，當(dāng)它轉(zhuǎn)回到開端時(shí)，它同時(shí)又是一個新的支節(jié)的開端。”
歷史的經(jīng)驗(yàn)值得注意，十九世紀(jì)末流行的“終結(jié)論”的破產(chǎn)這一教訓(xùn)值得記取。J.J.湯姆遜盡管在當(dāng)年是一位具有較多保守氣息的科學(xué)家，但也曾為當(dāng)時(shí)的物理學(xué)革命形勢所鼓舞。他在1909年英國科學(xué)促進(jìn)協(xié)會的主席演說中，幾乎不是從個人角度，而是從當(dāng)時(shí)掌握了第一手材料的學(xué)者的角度進(jìn)行了評論：“過去幾年中，在物理學(xué)中所做出的新發(fā)現(xiàn)以及由這種新發(fā)現(xiàn)所表現(xiàn)出的觀念和潛力，影響到淵源于文藝復(fù)興在文化中所產(chǎn)生出的那些科學(xué)工作。熱情被激發(fā)起來了，到處充滿了希望，充滿了青春的活力和充沛的精力，這一切使人們滿懷信心地去做實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)在二十年前會被認(rèn)為是異想天開。當(dāng)時(shí)流行的下述悲觀情緒已經(jīng)一掃而光，所有感興趣的事物都被發(fā)現(xiàn)了，留下來的一切只是在一些物理常數(shù)中變更一兩位小數(shù)。從來也沒有這種感覺的正當(dāng)理由，從來也沒有接近科學(xué)終點(diǎn)的任何跡象�，F(xiàn)在，知識的總和無論如何是一個發(fā)散序列而不是一個收斂序列。”
J.J.湯姆遜的經(jīng)驗(yàn)之談是值得深思的，他最后的結(jié)論難道不是被迄今的物理學(xué)發(fā)展所證實(shí)了嗎？歷史固然不等于現(xiàn)實(shí)和未來，但歷史畢竟是現(xiàn)實(shí)和未來的一面鏡子。歷史的辯證法往往是這樣：正當(dāng)你感到“山窮水盡疑無路”之時(shí)，只要再向前邁出一步，就可望進(jìn)入“柳暗花明又一村”的勝景之中。何況當(dāng)前物理學(xué)的發(fā)展并沒有面臨“疑無路”的境況，它跟前的路還長著呢！因此，停止的論點(diǎn)，悲觀的論點(diǎn)，無所作為和驕傲自滿的論點(diǎn)都是錯誤的。事實(shí)上，我們無知的總和遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于我們已知的總和，“終結(jié)論”顯然是一個過于匆忙的結(jié)論。
象歷史上的J.J.湯姆遜一樣，當(dāng)前西方科學(xué)界的一些有識之士也對“終點(diǎn)論”提出異議。阿馬爾迪認(rèn)為，包羅萬象的理論其結(jié)果常常是僵硬的，它不能容納新發(fā)現(xiàn)或新概念，最后沒有不失敗的。邦迪也說，今天還有些人企圖發(fā)現(xiàn)能回答一切的“世界方程”，可是能夠回答一切的方程那就什么也回答不了。這是因?yàn)�，在這個千變?nèi)f化的世界里，如果形形色色的事物都能從一個方程里冒出來，那么從該方程到所觀測的事物之間，其間經(jīng)過的路程必然長得可伯，因此特別難于處理。
溫伯格曾經(jīng)指出，實(shí)際上字宙不僅比我們已經(jīng)知道的離奇得多，而且還比我們所能知道的離奇得多，我相信這是真的。誠然，宇宙的安排好象并不把人類放在心上，可是人類卻能為宇宙建立數(shù)學(xué)模型并看到這些模型在起作用。但是，假若以為我們按照伽利略方式(即為宇宙建立抽象的數(shù)學(xué)模型)搞物理學(xué)，終于認(rèn)識了一切自然規(guī)律，終于認(rèn)識了自然界所有事物的來龍去脈，那才是世界上最離奇的事呢！
物理學(xué)的發(fā)展永無止境，物理學(xué)的前景永遠(yuǎn)光明。德布羅意深有體會地說：“我們?nèi)魏螘r(shí)候都不應(yīng)忘記(科學(xué)史證明了這一點(diǎn))，我們認(rèn)識的每一個成果提出的問題比解決的問題還要多。在認(rèn)識領(lǐng)域內(nèi)，新發(fā)現(xiàn)的每一片土地都可以使我們推測到，還存在著我們尚未知曉的無邊無際的大陸。”
恩格斯則從更高的哲學(xué)視野上斷言：“科學(xué)從認(rèn)識的較低階段上升到較高階段，愈升愈高，但是永遠(yuǎn)不能通過絕對真理的發(fā)現(xiàn)而達(dá)到這一點(diǎn)，在這一點(diǎn)上它再也不能前進(jìn)一步，除了袖手一旁驚愕地望著這個已經(jīng)獲得的絕對真理出神，就再也無事可做了。”
責(zé)編：微科普