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物理学的源头与发展 作者：赵伟民 文章来源：原创 上网时间：2004-6-8 结束浏览 摘要：光是通过连续物质的周期组织与离散进行传递的，暂态的组织使它表现出粒子性，周期地组织和离散变换使它表现出波动性。 　　如果要追溯科学的源头，我们不得不提起古希腊哲学。因为近现代自然科学的整个基础就是建立在古希腊的一个假说之上，这就是原子论。按照这个假说，我们所能观察到的一切现象都是由少数几种死寂不变的颗粒相互碰撞形成的，这些颗粒就叫原子。由于原子被假定为一些最基本的物理实在，因此激发了人们要挖掘出这些最基本颗粒的信心和勇气，以检查这些最小量的性质与不同实体的特殊的可感觉的性质是怎样统一的。 　　毫无疑问，在希腊哲学中，原子论既是想要对特定现象提供科学解释所引起的，又是想要找出可变性和多样性问题的解决办法而引起的。不过?quot;原子论对现代科学最重要的意义并不在于这些十分原始的科学预见，它的最大成就还是它统一的自然观，尽管这种统一是泛统一的，即丰富多样的世界是由少数几种原子组成的，但正是这种统一使科学家们相信，只要我们挖掘出了这些最基本的原子并掌握了它们的性质，我们就可以理解整个宇宙的存在和我们人的存在。 　　在原子论的历史上，十七世纪是一个非常重要的时期。当时，由于化学上的不断发现，约翰·道尔顿把这些化学成果与原子论联系起来，他的原子不再是具有某些一般的颇为含混的物理性质的最小粒子，而是具有化学元素性质的原子，特别是人们更为精确地测量了原子量之后，“原子”论已经在哲学上演化为一种鼓舞人心的方法论，这就是否定一切仅仅是可能的知识，追求事物的可观察性，这一观点直接导致了还原主义在各个领域的广泛使用。 　　毫无疑问，还原论的方法在自然科学的实践中取得了极大的成功，如在物理学上，科学家们已经把世界看作是少数几种粒子的不同组合，把各种复杂的相互联系归结为引力、电磁力、强力和弱力四种基本的相互作用；在化学上，科学家们则把已经的将近550万种化合物归结为107种元素的构成，而这些元素又只不过是电子、质子、中子的不同组合；在生物学上，科学家们都几百万种动植物都归于细胞，细胞的主要成分不过是蛋白质和核酸等等；这些都无可置疑地证实了自然内在的泛统一性。 　　如果说这种统一性还只局限于事物表面的话，那么，物理学上众多规律的发现则是从更深刻的层次上揭示了物质世界的统一性。作为研究物质运动最基本最普遍的形态的科学――物理学，它研究的对象包括了宇宙间的任何物体，因此它所揭示的物质运动规律的统一性，也就能在更大范围上证明哲学的世界物质统一性原理。 　　一开始是牛顿，他通过对大量现象进行分析、比较之后，再进行综合，在各种物质性之中揭示其共性，然后经过逻辑推理提出了物质运动三定律和万有引力定律，把天体的运动和地面的运动统一起来，用几条简单的基本定律和假定，推演出整个复杂的力学体系，构成了经典力学大厦。后来，拉普拉斯、拉格朗日、哈密顿等人进一步用数学分析的方法将力学定律抽象化、数学化，最后概括为一个形式非常简单的哈密顿方程。在热力学中，迈尔、焦耳等人发现了能量守恒和转化定律，找到了各种复杂的运动形式相互联系和转化的共同规律，不仅说明了“自然界中整个运动的统一”，更重要的是证明了不同形态的运动在物质上的统一，因为世界上除了运动着的物质以外，再没有别的东西了，能量守恒和转化定律正是在物质运动中显现出来的。在电磁学中，法拉弟和麦克斯韦通过实验和理论上的综合，使人们又进一步认识到电和磁的运动也都是物质存在着的一种特殊的形态。特别是麦克斯韦更是用他的四个基本方程，概括了各种复杂的电磁运动规律，把电、磁、光等不同的物理现象统一起来。 　　十九世纪末，二十世纪初，以相对论和量子力学为理论基础建立起来的现代物理学，使人们在认识世界的物质统一性方面，达到了更广更深的程度。爱因斯坦不愧为一位具有哲学头脑的物理学家，他在狭义相对性原理和光速不变原理的基础上，建立了狭义相对论，在这里，他以惊人的思辩能力使人们认识到实体和场的统一：实体和场的区别不是定性的，而是定量的，实体便是能量密度特别大的地方，场便是能量密度较小的地方，并且E＝MC2，从而把宏观和微观的物质统一起来。更为惊叹的是，爱因斯坦从光的波动性和粒子性在同一物理现象中的共存领悟出实体和场的具体统一形式――光的量子论，并预言了光的波动性和粒子性可以在统一物质运动的基础上统一起来。 　　应该指出的是，二十世纪的绝大多数物理学家对爱因斯坦的思想领悟是远远不够的，他们自以为爱因斯坦对以太观的否定就是对自然连续性的否定。实质上，在爱因斯坦的思想中，连续性和间断性是并行不悖的，尽管他没有领悟出最终的统一形式，但他始终认为连续和统一是一对等价的概念，没有自然的连续性就难以称得上自然的统一性，因此，爱因斯坦在提出光的量子论的同时就赋予光同时