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浅谈物理学中的人文文化

  摘要:物理学作为一门最基础的自然学科,在产生形成发展的过程中,蕴含着丰富的人文文化。为了充分挖掘自然科学中的人文思想,加强科学文化与人文文化之间的联系,文章从唯物辩证法、美学、科学道德3个方面剖析了物理学中的人文文化。
  关键词:物理学;人文文化
  
  物理学是一门最基本的自然学科,它是探讨物质结构和物质基本运动规律的学科,所以人们往往认为物理学只是包含一些枯燥的理论公式,而忽视了物理学中包含的人文因素诸如人文哲学思想、美学、道德等方面。实际上,物理学在产生、形成、发展的过程中,人们不是为了物理学而研究物理学,而是为了有助于人类、社会以及个体人的发展而研究物理学,所有这些都涉及到了人与人的关系、人与自然的关系,这些关系中都蕴含着丰富的人文文化。
  著名物理学家吴健雄曾指出:为了避免出现社会可持续发展中的危机,当前一个刻不容缓的问题是消除现代文化中两种文化,即科学文化和人文文化之间的隔阂,而加强这两方面的联系。没有比大学更加适合的场所了。只有当两种文化的隔阂在大学园里加以弥合之后,我们才能对世界给出连贯而令人信服的描述。所以我们有必要去讨论科学文化中的人文思想。
  下面从文化角度去剖析物理学中的人文思想,主要有以下几方面:
  
  1 物理学中的唯物辩证法思想
  
  物理学在古代被称为自然哲学,物理学作为一门精密的学科进行研究是从1687年牛顿发表的《自然哲学的数学原理》开始的。随着学科的发展与不断完善,物理学才从哲学中分化出来,形成独立的学科,但物理文化中蕴含的哲学思想是不会被分离的。
  1.1 实践是检验真理的唯一标准
  物理学是实验科学,物理实验既是建立物理理论的基础又是检验物理理论真理性的方法。杨振宁教授说“物理学是以实验为本的学科”,物理学上很多理论都是通过实验检验论证的结果,体现了唯物辩证法的认识论观点——实践是检验真理的唯一标准。
  1.2 物质是普遍联系的
  物理发展史上,很多地方体现了物质是普遍联系的观点。比如人们曾经把电和磁孤立起来,物理学家奥斯特接受自然力统一的哲学思想。坚信电和磁之间存在某种潜在联系,经过多年研究,终于发现了电流的磁效应,并由此开创了电磁学的新纪元。把电和磁联系了起来,这正体现了唯物辩证法的特征——物质是普遍联系的。
  1.3 事物发展过程中的“否定之否定”规律
  人们对物理现象及其本质的认识是不断地发展和完善起来的,每一种理论的建立过程都体现了“实验(事实)——理论假设——实验(新的事实)——修正理论”,遵循着辩证唯物主义中的“否定之否定”规律。比如在整个光学的发展史中对光本质这个问题的认识,先是牛顿的微粒说;再是惠更斯的弹性波动说;接着麦克斯韦提出电磁波动说;到20世纪爱因斯坦提出光量子说。最终人们认识到光具有波粒二象性,人类对光本性的认识就正是遵循着“否定之否定”认识规律的反映。
  1.4 主要矛盾与次要矛盾的辩证关系
  物理学中为了方便研究问题,经常抓住物体的主要特征,忽略物体的次要特征,而抽想出一些理想模型。如“质点”这个理想模型保留了实际物体的质量和存在的位置,而忽略了物体本身的大小形状,体现出辩证唯物主义中的“主要矛盾与次要矛盾之间的辩证关系”。
  1.5 运动的相对性和时空的相对性
  近代物理学的一大理论—爱因斯坦的相对论中涉及的哲学问题很多。最突出的就是相对运动和相对的时空观念。相对论指出:相对性原理的本质在于运动的相对性这一事实,而不存在绝对运动。相对论否定了绝对运动的存在,就否定了绝对时空的概念。它通过不变的光速把时间和空间联合为一个整体,由洛伦兹变换建立起各个惯性系之间的时空关系。
  可见,不论是物理文化知识本身,还是物理文化形成、发展的过程都蕴含着丰富的哲学思维方法,对人类的自然观和哲学思想有重大的影响。


  2 物理学中的美学文化
  
  2.1 物理理论的美学特征
  2.1.1 简单深刻美
  在一个艺术家眼里简单是一种美。自然现象错综复杂,物理学则力求用简单的方程或定律去概括自然规律,但其反映的内在规律确是非常深刻的。如能量的转化和守恒定律反映了各种不同形式的能量的转化,牛顿的三大定律更是概括了宏观低速条件下各种机械运动的规律,麦克斯韦电磁方程组将复杂的电磁现象统一其中,爱因斯坦相对论中的基本原理简单凝练,但其中内涵确是丰富而深刻的。
  2.1.2 对称守恒美
  对称是自然界中广泛存在的也是人们很乐于接受的一种美学形式,物理学在对自然的表述中处处显现出了这种对称的美:引力和斥力,“电生磁”与“磁生电”,粒子与反粒子,物质与反物质、圆孔或单缝衍射图样的对称、无限长直导线周围磁场的轴对称等等。物理定律对某种规范变换的不变性、守恒性更是贯穿于整个物理学的一种对称形式,物理学中有许多守恒定律如:动量守恒、机械能守恒等等。实际上,对称性已经成为当代物理学家研究物理理论的一种方法。
  2.1.3 统一和谐美
  物理理论的和谐统一美实际上是自然界和谐统一美的理论形态。如麦克斯韦电磁场理论把电学、磁学、光学统一了起来,量子力学把波动性和粒子性统一了起来,爱因斯坦的相对论把时间、空间、物质和运动统一起来,把经典物理学都包容在他的理论框架之内,创造了程度更高范围更大的和谐统一理论。
  2.2 物理学家与美学思想
  世界著名物理学家狄拉克认为:让一个方程具有美感要比符合实验更为重要。法国科学家彭加勒曾说:“科学家研究自然,是因为他从中能得到乐趣,他之所以能得到乐趣,是因为她美”。著名物理学家杨振宁曾经说过:“物理学的原理有它的结构,这个结构有它的美跟妙的地方,而各个物理学工作者对于这个结构的不同的美跟妙的地方的感受,有不同的了解,因为大家有不同的感受,所以每一个工作者会发展他自己独特的研究方向跟研究方法,形成他自己的风格。”
  许多著名的物理学家都有感知美的奇异本领,美学思想在许多物理学家创立与评价物理学理论时起着重大的启发与指导作用。追溯人类科学源头,科学美始终被作为一种人文理想而追求,成为科学家们献身科学、潜心研究的直接动力之一。
  
  3 物理学中的科学道德精神
  
  3.1 对未知的好奇与探索精神
  好奇心是一种情感,是一种人文精神,也是最重要的科学精神。科学进步的真正动力是许多物理学家对了解未知事物的欲望。牛顿看到苹果落地,就去想苹果为什么会从树上掉下来,从而想到了万有引力;阿基米德从浴桶洗澡中得到启示,发现水面上升与他身体侵入部分体积之间的内在联系,找到了鉴别金质王冠是否掺假的方法,产生阿基米德原理,发现浮力定律等。这种对未知的好奇与探索精神,对物理学的发展与人类的文明有很重要的作用。
  3.2 实事求是、勇于创新的科学精神
  实事求是认知的基础,而创新则是科学精神的核心。20世纪物理学的革命告诉我们:科学的发展道路上科学家要创立一种新理论的时候,都必须要有敢于向已有的旧理论、旧思想提出质疑的勇气。例如:伽利略正是因为对亚里士多德“力是产生物体运动的原因”的怀疑,才建立了正确的力和运动的关系。以至于后来的牛顿运动定律的产生。著名物理学家杨振宁和李政道正是因为敏锐的觉察到了从未被人怀疑过的宇称守恒定律的适用范围,大胆提出了弱相互作用中宇称不守恒的论断,才使物理学理论有了一个突破性的进展。
  3.3 合作与宽容精神
  物理科学的发展也离不开合作与宽容的精神。现代大科学时期,一个科学家往往只能完成一个步骤甚至只是一个步骤的一部分,许多重大科学技术问题的解决,依赖于多学科、多方面力量的协作,因此,科学研究活动提倡合作交流的团队精神。
  物理学的发展过程,正是许多物理学家在唯物辩证法思想、美学思想的指引下去成功研究物理现象、过程和建构深奥、美妙的物理学理论的,在物理学诞生的过程中除了严格的逻辑推理以外,科学家的人文修养和形象思维所启发的灵感、激发的创造性也是不可或缺的。所以我们在重视物理学理论的同时不能忽视物理学中蕴含的人文文化。美国物理学家和物理教育家拉比认为:“只有把科学和人文科学融为一体,我们才能期望达到与我们的时代和我们这一代人相称的智慧的顶点。”
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