二十世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的一般特征1

1、二十世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的一般特征1二十世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的一般特征二十世紀(jì)物理學(xué)在研究領(lǐng)域、 研究方法、 研究體制和社會職能方面，都表現(xiàn)出一些嶄新的特點(diǎn)。二十世紀(jì)的物理學(xué)呈現(xiàn)出高速發(fā)展的狀況， 其內(nèi)容之豐富， 思想之深刻和觀念之新穎， 遠(yuǎn)非過去物理學(xué)發(fā)展的各個歷史時期所可比擬。 現(xiàn)代學(xué)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了宏觀物體緩慢運(yùn)動的范圍。 從微觀領(lǐng)域來說，已經(jīng)深入到原子內(nèi)部、基本粒子內(nèi)部，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大小不斷減小， 能量不斷增加的許多連續(xù)的層次原子、 原子核、 基本粒子、夸克等，已經(jīng)達(dá)到 10-14 厘米以下線度。目前還無法預(yù)見這個層級鏈條有沒有一個終端。 從宏觀領(lǐng)域來說， 人們的視野已經(jīng)擴(kuò)展到半徑為 150 億光年的

2、宇宙范圍。依次突破了銀河系、星團(tuán)、星系和總星系的領(lǐng)域。所以，對物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特性的認(rèn)識，對微觀物質(zhì)運(yùn)動規(guī)律的認(rèn)識， 對宇觀世界的結(jié)構(gòu)和演化規(guī)律的認(rèn)識， 都發(fā)生了重大的變革。 物理學(xué)一系列成果在理論思想上突破了原子不可分、 元素不變的觀念， 運(yùn)動只具有連續(xù)性的觀念， 絕對時空觀念以及機(jī)械決定論的局限性，提出了量子態(tài)、波立二象性、幾率決定性、四維時空與彎曲時空、 實(shí)物與場的聯(lián)系和轉(zhuǎn)化以及宇宙膨脹的思想， 物理學(xué)的基本觀念和理論基礎(chǔ)發(fā)生了質(zhì)的飛躍。由于研究工作日益向縱深推進(jìn)，包括物理學(xué)在內(nèi)的所有科學(xué)的 一個共同趨勢是分化愈來愈嚴(yán)重，分支學(xué)科與日俱增和專業(yè)化愈來 愈強(qiáng)，熟悉物理學(xué)全部學(xué)科的精確知識并了

3、解物理學(xué)各個前沿領(lǐng)域 研究的具體進(jìn)展是愈加困難了。 這一趨勢是不可逆轉(zhuǎn)的。但在理論 思想上，追求統(tǒng)一和走向統(tǒng)一，從更高的角度對各種理論進(jìn)行更大 范圍的綜合，卻成為現(xiàn)代物理學(xué)發(fā)展中的一頗有成效的總方向，由于各種物理現(xiàn)象的本質(zhì)愈來愈充分地得到揭露， 傳統(tǒng)的各個物理學(xué) 學(xué)科研究領(lǐng)域之間的本質(zhì)聯(lián)系也更充分地顯示出來。質(zhì)量與能量、 實(shí)物與場、粒子與波、時間與空間、時空與物質(zhì)運(yùn)動、微觀過程與 宇觀現(xiàn)象之間的聯(lián)系，已經(jīng)構(gòu)成現(xiàn)代物理學(xué)各種基本理論的內(nèi)容， 各種物理學(xué)理論之間也呈現(xiàn)出極其深刻的交織與滲透。 對四種基本 相互作用統(tǒng)一的追求與探索，已成為帶動整個物理學(xué)基礎(chǔ)理論研究 進(jìn)步的重要前沿。從十七世紀(jì)以來，物

4、理學(xué)的理論和研究方法就不斷地向其它學(xué) 科移植滲透，對其它學(xué)科的建立和發(fā)展起到了有力地推動作用。這 種趨勢在二十世紀(jì)三年代后明顯地得到增強(qiáng)，相繼產(chǎn)生一系列物理 學(xué)的新部門和邊緣學(xué)科，如量子化學(xué)、生物物量學(xué)、天體物理學(xué)和 廣義相對論宇宙學(xué)等，如量子化學(xué)、生物物理學(xué)、天體物理學(xué)和廣 義相對論宇宙等，這些學(xué)科大多數(shù)也成為現(xiàn)代物理學(xué)發(fā)展的前沿， 并且給現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展提供了新思路和新方法。在十九世紀(jì)末的經(jīng)典物理學(xué)中，曾經(jīng)出現(xiàn)過普遍認(rèn)為基本規(guī)律都已被發(fā)現(xiàn)了樂觀和保守的情緒，二十世紀(jì)初的現(xiàn)代物理學(xué)革命，完全推翻了這種預(yù)料； 而現(xiàn)代物理學(xué)空前的高速度的發(fā)展， 再沒有為那種保守觀點(diǎn)的重新抬頭提供任何證據(jù)， 實(shí)

5、際上， 我們今天所已掌握的物理學(xué)知識，比起整個物理世界可能和我們提供的信息來說，還是極其有限的，例如，粒子物理學(xué)的發(fā)展雖然已經(jīng)獲得了輝煌的成果， 但它的基本規(guī)律還表明未探明， 這個領(lǐng)域的探索是以可能尋找到超出量子學(xué)范圍的新的規(guī)律性為其目標(biāo)的。 尋求四種相互作用統(tǒng)一的努力，很可能會被新的基本相互作用的發(fā)現(xiàn)而引向渺遠(yuǎn)。 對于宇宙的構(gòu)成、 天體的演化以及有關(guān)和生命現(xiàn)象的物理學(xué)實(shí)驗(yàn)和理論的研究還只是剛剛開始?？梢云诖?，今后物理學(xué)的變革，完全有有可能出現(xiàn)對現(xiàn)有的物理學(xué)基本理論產(chǎn)生根本性沖擊的新的突破。隨著科學(xué)實(shí)驗(yàn)的發(fā)展，任何已有的理論都要不斷發(fā)展，甚至?xí)氐赘拢?不存在什么絕對不變的級極真理。 坂田昌

6、一起1968年的論文 現(xiàn)代科學(xué)的哲學(xué)和方法論 中指出， 現(xiàn)代科學(xué)的特點(diǎn)是：它認(rèn)識到任何科學(xué)規(guī)律都有一定的應(yīng)用范圍， 自然界的各個層次在性質(zhì)上互不相同， 各自遵循它自身的規(guī)律， 而且每一個層次都永遠(yuǎn)處于發(fā)生、 消滅和轉(zhuǎn)化之中， 物理學(xué)近年的發(fā)展更增強(qiáng)了這種看法。現(xiàn)代物理學(xué)的研究方法，也出現(xiàn)了一些新的特點(diǎn)。隨著工業(yè)和生產(chǎn)技術(shù)的巨大發(fā)展， 二十世紀(jì)初以來物理實(shí)驗(yàn)提 供了電子顯微鏡、 射電望遠(yuǎn)鏡、 高能加器、 電子計(jì)算機(jī)等大批大型、精密提實(shí)驗(yàn)裝置，光譜分析、質(zhì)譜分析、 x 射線衍射等分析技術(shù)也得到了很大的發(fā)展，從而使物理學(xué)實(shí)驗(yàn)在精密、高能、快速和自動 化方面達(dá)到了新的水平，物理學(xué)觀測的視野也得一很大的

7、拓展。 現(xiàn) 代物理學(xué)實(shí)驗(yàn)除了能夠用更有效的手段純化實(shí)驗(yàn)條件和隔離實(shí)驗(yàn) 因素之外，還發(fā)展了有效地施加外部干擾和使研究對象處于極限條 件，在對象的激發(fā)狀態(tài)或破壞狀態(tài)下進(jìn)行觀測的實(shí)驗(yàn)方法，這就更加充分地發(fā)揮了實(shí)驗(yàn)的變革作用和控制作用， 以更好地揭露物理現(xiàn) 象中各種內(nèi)在的和外在因素之間的相互聯(lián)系， 另外，現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn) 的規(guī)模越來越大，它的集體化、社會化的程度也越來越高，許多實(shí) 驗(yàn)是在較大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)中刊物 ，有些實(shí)驗(yàn)需要組織甚至國際 的力量才能完成，例如，現(xiàn)代高能物理實(shí)驗(yàn)，往往要在幾千億電子 伏特的能量范圍，上百萬美元的費(fèi)用，幾十個人在幾年的時間內(nèi)才 能完成；為了得到所需要的實(shí)驗(yàn)信息，物理學(xué)家們必須

8、把大部分精 力用于荊發(fā)儀表和技術(shù)，實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作往往比實(shí)驗(yàn)本身困難得 多，這樣的實(shí)驗(yàn)是靠個人力量所不能完成的。還需指出，隨著實(shí)驗(yàn)研究對象遠(yuǎn)離人們直觀經(jīng)驗(yàn)的領(lǐng)域，關(guān)于 物理實(shí)驗(yàn)的方法論思想也發(fā)生了變化。傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為，觀察和實(shí) 驗(yàn)是不依賴于理論的，實(shí)驗(yàn)方法的本質(zhì)是完全離開理性的體系而訴 諸無情的事實(shí)的裁判。但是，現(xiàn)代物理學(xué)實(shí)驗(yàn)的發(fā)展卻使人們愈來 愈認(rèn)識到實(shí)驗(yàn)與觀察依賴于理論，通過實(shí)驗(yàn)所獲得的認(rèn)識實(shí)際上要 受制于儀器和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中所蘊(yùn)含的假設(shè)，所以是不可能擺脫理性思 維的指導(dǎo)的由于現(xiàn)代物理研究的內(nèi)容遠(yuǎn)離實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的范圍， 理論體系高度抽象化和脫離直覺經(jīng)驗(yàn)的待征無可避免地日益加強(qiáng)， 這使通常的思維方式和

9、機(jī)械論的觀點(diǎn)愈來愈無能力； 創(chuàng)造性思維如抽象思維、 科學(xué)想象、理想實(shí)驗(yàn)、試探猜測和大膽假設(shè)以及直覺、靈感等方法在建立新物理學(xué)理論中的作用愈來愈突出了， 人們愈來愈認(rèn)識到， 傳統(tǒng)歸納法和演繹法很難使人類思維成真正創(chuàng)造性的根源。 愛因斯坦認(rèn)為， 理論觀念的產(chǎn)生固然是建立在經(jīng)驗(yàn)的基本之上的， 但是理論不可能邏輯地從經(jīng)驗(yàn)事實(shí)中導(dǎo)出， “在建立科學(xué)時，我們免不了要自由地創(chuàng)造概念” 。他特別指出，物理學(xué)的概念是人類智力的自由創(chuàng)造，它不是單純地由外在世界所決定的 . 愛因斯坦明確指出了從經(jīng)驗(yàn)事實(shí)到科學(xué)理論并沒有邏輯的通道，任何一個雖然可以通過不同的途徑、 運(yùn)用各種不同的方法建立起來， 使本質(zhì)上都是一種為解決

10、科學(xué)所提出的問題而作出的嘗試性的猜測， 必須依賴于以對經(jīng)驗(yàn)的共鳴的理解為依據(jù)的直覺； 而這樣建立起來的理論也不會是唯一的， 對應(yīng)于同一組經(jīng)驗(yàn)事實(shí)或同一科學(xué)問題， 可以建立起各種不同的理論。這樣， 在科學(xué)研究中主體和客體的關(guān)系問題， 也就突出出來了，客觀事物的存在是不以觀察者的意識和存在為轉(zhuǎn)移的， 但對自然事物的認(rèn)識卻離不開主體， 在近代科學(xué)發(fā)展的早期， 人們曾以為認(rèn)識可以在毫不改變客體來來面目的情況下實(shí)現(xiàn)； 即使主體必須在必須 在變革客體的過程中認(rèn)識客體， 這種變革所產(chǎn)生的影響也是可以運(yùn) 用邏輯抽象掉的。但是到了二十世紀(jì)，隨著科學(xué)實(shí)驗(yàn)的發(fā)展，特別是在微觀物理學(xué)的研究領(lǐng)域中， 由于微觀物理的特殊

11、本性以及觀測儀器與被觀測系統(tǒng)之間不可避免的干擾的存在， 主體在認(rèn)識過程中的巨大的能動作用已成為現(xiàn)代科學(xué)方法的一個基本特點(diǎn)。經(jīng)典物理學(xué)時期， 也是科學(xué)注重于本體論的探索的時期， 人們把“現(xiàn)象 - 規(guī)律 - 實(shí)體”作為把科學(xué)研究向縱深推進(jìn)的基本線索。這無疑是一種有效的方法， 今后也還會繼續(xù)發(fā)揮其認(rèn)識的作用， 不過，在現(xiàn)代物理學(xué)的研究中， 人們更注重于關(guān)系和模型， 這是一個能動的認(rèn)識論的時代，一些學(xué)者認(rèn)為，把西方科學(xué)中的重視實(shí)體，強(qiáng)調(diào)經(jīng)驗(yàn)、 分析和定量表述的方法與中國傳統(tǒng)哲學(xué)中重視關(guān)系， 強(qiáng)調(diào)整體、 協(xié)調(diào)和轉(zhuǎn)化的思想結(jié)合起來， 將會導(dǎo)致一種更加符合我們時代的科學(xué)精神的新的自然面和科學(xué)認(rèn)識方法?？茖W(xué)活

12、動更加社會化和體制化的趨勢， 在物理學(xué)研究中也體現(xiàn)出來， 十九世紀(jì)前期， 科學(xué)的進(jìn)步基本上是通過科學(xué)家個人的自由研究實(shí)現(xiàn)的，然而，由于工業(yè)革命的發(fā)展、生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和科學(xué)作用的增強(qiáng)， 從十九世紀(jì)下半葉開始， 科學(xué)活動日益集中于工業(yè)實(shí)驗(yàn)室、高等學(xué)校以及專門的機(jī)構(gòu)中 ，二十世紀(jì)以來，特別是兩次世界大戰(zhàn)中各種新式武器的研制以及作戰(zhàn)計(jì)劃的研究方面的驚人成果， 更引起產(chǎn)業(yè)界、 軍界和政府對維持和推進(jìn)科學(xué)研究的重視，全面推動科學(xué)和技術(shù)的振興， 已經(jīng)成為各國的基本國策。 特別是由 于原子能科學(xué)、航天技術(shù)、高能物理、極地考察等“大科學(xué)”的出 現(xiàn)，科學(xué)活動進(jìn)入到國家規(guī)模。在科學(xué)活動社會化的轉(zhuǎn)變中，物理學(xué)處于中心

13、的地位，這一方 面是因?yàn)槲锢韺W(xué)在兩次世界大戰(zhàn)中成為研制飛機(jī)、潛水艇、坦克、 雷達(dá)、火箭、導(dǎo)彈和原子彈的理論基礎(chǔ)，并在戰(zhàn)后成為全面技術(shù)革 新的基礎(chǔ)；同時還因?yàn)槲锢韺W(xué)已深入物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和浩瀚的宇宙 空間，推進(jìn)到各種極端條件下物質(zhì)特性的研究，要完成許多規(guī)模巨 大、內(nèi)容十分復(fù)雜的項(xiàng)目的研究，為了滿足這種研究的需要，實(shí)驗(yàn) 設(shè)備必須是大規(guī)模的，必然要進(jìn)行多學(xué)科的協(xié)作，并協(xié)員許多產(chǎn)業(yè) 和技術(shù)部門的力量。例如，為探索原子核和基本粒子內(nèi)部秘密所應(yīng) 用的高能加速器，就要求有上百萬的電力能源，用上萬噸鋼鐵來建 筑，這就必然要動員龐大的科學(xué)技術(shù)隊(duì)伍進(jìn)行興建和管理。美國的阿波羅登月計(jì)劃的實(shí)施，動員了二萬多家工廠和公司

14、，一百多所大 學(xué)生實(shí)驗(yàn)室。四十多萬人力，資三百多億美元。這決不是個別實(shí)驗(yàn) 或大企業(yè)進(jìn)行，科學(xué)活動的國家化和社會化是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然 趨，這一趨也促進(jìn)了各個學(xué)科高度綜合性的發(fā)展。應(yīng)該指出的是，科學(xué)活動的社會化和國家規(guī)模的控制協(xié)調(diào)， 并 不排除個人的自由探討和個人積極性的充分發(fā)揮。 科學(xué)是創(chuàng)造性的 探索活動，任何新思想、新發(fā)現(xiàn)都不會是許多人同時提出和得到的。 在一個科學(xué)集體中個人的獨(dú)創(chuàng)性發(fā)揮是越充分，研究工作就會越加生氣勃勃、碩果累累。在基礎(chǔ)理論的研究中，個人的自由探討更不 可或缺的，另外，科學(xué)通過技術(shù)轉(zhuǎn)化為巨大的生產(chǎn)力的事實(shí)，也使有遠(yuǎn)風(fēng)的工業(yè)政治家更加重視科學(xué)的價值和它的發(fā)展前景，重視基礎(chǔ)理論

15、的研究，即使一時還看不到這種研究的實(shí)作價值， 人們越業(yè) 越清楚地認(rèn)識到，更大的技術(shù)進(jìn)步和基本理論研究的進(jìn)展是分不開 的。所以，目前在生產(chǎn)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展已達(dá)到較高水平的國家，自 然科學(xué)基礎(chǔ)理論的研究和基礎(chǔ)科學(xué)教育事業(yè)， 也得到了更大的重視 和更多的投資。包括現(xiàn)代物理學(xué)在內(nèi)的科學(xué)的發(fā)展， 提高了人們認(rèn)識自然、改 造自然和預(yù)測某些行動結(jié)果的能力，科學(xué)在人類總的思想體系中占 有越來越重的地位，從應(yīng)用上來講，科學(xué)的成果不斷被移植到各種 現(xiàn)代技術(shù)中，并通過這個中間技術(shù)環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)變成為強(qiáng)大的生產(chǎn)力。這種作用不僅體現(xiàn)在對單項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)的改造中， 更重要的還在于開辟 新的生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域和建立新型的工業(yè)，例如原子能工業(yè)半

16、導(dǎo)體工 業(yè)、空間技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和激光技術(shù)，以及相應(yīng)聽“知識工 業(yè)”部門的產(chǎn)業(yè)?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展，有力地促進(jìn)了勞動生產(chǎn)率的提 高和國民經(jīng)濟(jì)的增長，并出現(xiàn)了自然科學(xué)奔向社會科學(xué)的強(qiáng)大潮 流，有力地沖擊了舊的傳統(tǒng)和舊的傳統(tǒng)和舊的社會生活方式，改變了人們的精神面貌和相互關(guān)系，廣泛地影響了社會生活的各個方 面，對現(xiàn)代文明的形成和發(fā)展起到了無可估量的作用。 科學(xué)已經(jīng)成 為對人類歷史發(fā)展的前途和現(xiàn)代國家的興衰起決定作用的一種力 量，成為現(xiàn)代社會秩序中深深扎下了根的一個不可或缺的重要環(huán) 節(jié)。但是，科學(xué)技術(shù)的長期發(fā)展也導(dǎo)致了一些人們最初的不曾料到 的結(jié)果。由于生產(chǎn)的盲目發(fā)展，造成了環(huán)境污染，生態(tài)失調(diào)，自然 資源過度消耗；一些發(fā)達(dá)國家還出現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)危機(jī)，失業(yè)增加，犯罪 率提高等社會問題；原子能的實(shí)際應(yīng)用，最初卻是以毀滅性的殺人 武器的形式出現(xiàn)的，重大的技術(shù)突破卻加劇了軍備競賽