物理学中的哲学思想

物理学中的哲学思想

和大学生谈心（3）物理学中的哲学思想

物理学中的哲学思想

当我们学到惠更斯原理、热力学第二定律、推迟势和测不准关系等知识时，总觉得物理与哲学紧密相连。热力学系统、量子力学、相对论等，很难不涉及哲学的系统观、实在论、运动观和物质观。其实，许多大物理学家，如牛顿、爱因斯坦也常常陷入哲学的思考。哲学之所以这样有魅力，不仅是物理的发展得益于许多哲学思想，如开普勒的追求外星运动的和谐性，来自毕达哥拉斯主义的启示；牛顿的运动理论，受实在论的影响。更重要的是，哲学希望比物理更接近事物的本质认识，这也是物理从物质基本运动角度所孜孜以求的。记得在学生时代，我们就选过一些带哲学色彩的物理问题进行探讨：

1、无限可以有界，有限可以无界； 2、物质不灭的局限性； 3、热寂说的实质；

4、无时间的存在形式； 5、有无第一推动力； 6、系统与微扰； 7、测不准的实质； 8、灵感的基础……

现在回忆起来，记忆犹新。现在这些问题的讨论，有些尚未有定论。但物理学对我们哲学观的影响，却可以看得出来：

一、 经典物理学中的哲学思想

经典物理从牛顿力学开始，力、热、点、光、原，在不同程度上都有实在论、决定论的影响。

物理科学的建立是从力学开始的。在物理科学中，人们曾用纯粹力学理论解释机械运动以外的各种形式的运动,如热、电磁、光、分子和原子内的运动等。亚里士多德的思想在这一时期起着重要作用。在他的著作中讨论了力学问题，虽然其中的一些观点和真理相去甚远，但由于亚里士多德的权威性如此之大，以致他的这些观点在科学思想上起着重要作用。他的权威在中世纪被认为是至高无上的，直到伽利略的时候仍不可动摇，在中世纪，他的著作阻碍了物理学的进一步发展。

到了文艺复兴时期，以宗教改革闻名的反对教会权威的斗争标志着物理学家开始以实验的语言来研究自然。哥白尼体系的建立是这时第一个伟大的胜利，它推翻了托勒密体系的地球中心说，主张地球是圆的，绕着自己的轴自转，并绕太阳公转。他第一次揭示了季节的变化和行星视扰动的原因。他的体系的一大缺点是认为一切天上的运动都是圆周运动的复合。完全推翻古典的学说的是开普勒，他吸收了哥白尼的思想，建立了著名的开普勒定律，证实了行星运行的真实的轨道——椭圆。

近代力学诞生的标志是伽利略，除了他在天文学和力学方面的一些重大发现之外，更值得强调的是：在人们依靠观察天体运动来研究力学运动的基础上，他开创了科学实验方法，并将实验、观察和理论思维（科学假设，数学推理和演绎）相结合，获得了突破性的发现。他的斜面实验在2002年被英国著名的《物理学世界》杂志的大量读者评为历史上“最美丽”的十大物理实验之一。这些实验的其同处都是用很简单的仪器设备，发现了非常基本、重要的科学概念，获得了重在科学发现，使留在人们头脑中的长期的困惑和含糊顷刻间一扫而空，对自然界有了更清晰的认识。另外，他所提出的理想实验方法，在近代科学研究中更是起了非常重要的作用。伽利略被后人称为“近代科学之父”。

伽利略认为匀速率运动也是惯性运动，并进一步提出行星正是由于按圆周轨道作匀速率运动，才能永恒地运转，这些看法并不正确。1644年笛卡儿（1596——1650）在《哲学原理》一书中弥补了伽利略的不足，他明确指出，除非物体受到外力作用，物体将永远保持其静止或直线运动状态，也就是惯性运动物体不会使自己趋向曲线运动。他掌握了运动第一定律和第二定律，但没有把他们概括出来（这一不是与牛顿做的）。并且领悟到了离心力，做出了动量的正确定义。

在这一时期，光学、电磁学也有一定的发展。这个时期是一个伟大的试验以及理论活动的时期，虽然伽利略的命运给科学破了冷水，但宗教改革对科学进展的影响却是非常有利的。资本主义生产促进了技术与科学的发展，形成了比较完整的经典物理学体系。系统的观察实验和严密的数学推导相结合的方法，被引进物理学中，导致了17世纪主要在天文学和力学领域中的“科学革命”。牛顿力学体系的建立，标志着近代物理学的诞生。

牛顿《自然哲学的数学原理》一书的出版标志着经典力学的成熟。牛顿在这里不仅讲了他研究的目的，实际上还讲了他研究的方法，即从特殊（的现象）到一般（的规律，如自然界的力），再从一般回到特殊。前者被英国哲学家培根强调，称为归纳法，它是以实验为基础的。后者被数学家间哲学家笛卡尔所强调，称为演绎法，它必须依靠数学作为工具。在牛顿以前，一般认为归纳法和演绎法是两种互相排斥的方法。牛顿在科学方法上的重大贡献就是将两种方法结合起来。他用自己的一系列重大成果表明：就科学研究全过程而言，这两种方法是相辅相成不可或缺的。而他的所谓哲学是一种有综合性的统一认识，并不是中世纪哲学那种学院式的空谈了。

实际上，惯性定律的确立，首先应归功于伽利略和笛卡尔，牛顿是继承了他们的思想，把惯性定律作为运动第一定律提出，并提出质量是描述物体惯性大小的量。牛顿的功绩主要在于确立第二和第三定律，而他之所以能做到这一点，又同他对另一自然界的基本定律——万有引力定律——的发现密切的联系在一起。运动第二定律是因万有引力定律的需要才发现的。同样为了比较准确地研究一个天体受的力与云空的关系，必须分析许多有关天体的作用力，这就产生作用于反作用问题，为此牛顿提出了第三定律，这是牛顿重大的创造性贡献。

开普勒三定律的发现已经强烈地暗示在太阳与行星之间，存在着一种随距离增在而减小的引力。另一方向，伽利略也断定：地面上物体加速下坠是由于地球对物体有引力。牛顿则进了一大步，把天上和人间两类现象统一起来，断方言任何两物体之间都存在一种吸引力，这就是万有引力。