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科学理论中的误区(之二):宇宙的“基本存在”究竟是一元还是二元的

(2012-03-13 05:56:34)
标签:

文化

观念变革

物理学创新

自然观

杂谈

简介:亚里士多德将理论学术分成形而上学、数学和物理学。“他把形而上学叫第一哲学,把物理学叫第二哲学,即自然哲学。第一哲学研究不变的存在,第二哲学研究变化的存在”(董光璧:《世界物理学史》)。

由于“希腊自然哲学的出发点是丰富多彩的现象能藉以得到解释的本原问题”,最终发展为“最后的要求,在这一范围内,世界的物质方面必须起决定性的作用”(文池:《宇宙简史》)。于是就直接导致了第二哲学也不得不以物质一元论为认知的起点。

但是,既然“第二哲学研究变化的存在”,其认知的起点就必须是二元的:因为“变化”只能被记写为N→M或M→N,而不能记写为M→M

“人们曾设想,不依赖于主观认识的‘物理实在’是由空时(为一方)以及与空时作相对运动的永远存在的质点(为另一方)所构成(至少在原则上是这样)。这个关于空时独立的观点,可以用这种断然的说法来表达:如果物质消失了,空时本身(作为表演物理事件的舞台)仍将依然存在”(爱因斯坦:《狭义与广义相对论浅说》)。

华夏先民总结出的认知自然的理念则是:阴阳互补、有无相生。

《易传》有言曰:“形而上者谓之道,形而下者谓之器”。

《道德经》则认为:“万物负阴而抱阳,冲气以为和”;“天下万物生于有,有生于无”。

后贤则曰:散则为气,聚则成形;称有形者为,无形者为

结合现代科学的成果——

“当我们企图把牛顿经典理论应用于原子时,它失灵了;这时需要一个新理论(即量子理论)。”巴里·派克写在《爱因斯坦的梦》中的这两句话,还隐含一层意思:将量子理论应用于牛顿的质点时,同样也要失灵—— 两种物理学理论,分别适用于两类不同的物理客体。

我们可以对自然界的“基本存在”做出如下定义:

有形(显性的存在):凡是可以通过感官看到的物理客体。

—— 任何放大仪器都可以被认为是视觉的延伸。

无形(隐性的存在):凡是必须借助于有形才可以看到的物理客体。

—— 比如用磁针感知的磁场,用频谱仪感知的辐射等。

 

 

 

科学理论中的误区(之二)

 

宇宙的“基本存在”

究竟是一元还是二元的

 

 

摘要:一元和二元,本属于哲学领域争议了上千年都没有定论的形而上的命题,所指是唯物论和唯心论究竟哪一种正确,或曰二者同时都正确的问题。我们在这里借用这对范畴,来说明自然界的基本存在到底是一种还是两种,属于自然观的范畴,而与认识论范畴内的唯物论和唯心论之说丝毫没有关系。因为在西方文化中,对于“宇宙”存在着完全不同的两个概念,从而引发出了诸多歧义;依据近代物理学的许多新发现,基于对实体概念和属性概念的严格区分,我们分别对哲学和科学定义了三个概念;结合对量纲式的深入剖析,笔者肯定了爱因斯坦首倡提出的物质~空间系统论的自然观是正确的。进而确立了量纲式中的L、T与空间的关系,跟M与物质的关系并无二致的观念;肯定了只用L、T而不用M的物理方程,所描述的是存在于空间中的自然规律。最终得出宇宙是由流体似的空间包容着块状物质构成的二元巨系统的结论。

关键词哲学概念:宇宙,物质,空间;物理概念:质量M,长度L,时间T

       自然观:物质~空间系统论

 

 

“物理学” 作为一门学术的名称是从古希腊哲学家亚里士多德的希腊文著作延续下来的。这个希腊词的意思为探讨自然的秩序和原理的自然学。

而今的“物理学”则被定义为研究物质的组成、结构和运动、变化规律的一门学科。所研究的对象已经从古希腊时代“自然的”变成了“物质的”;很显然其内涵和外延都已经“缩水”了。

当今世界上占主流地位的英语词汇中,跟宇宙相对应的有“universe”和“cosmos”,二者旧时虽有诸多歧义,却均不含“上帝”(the creator God)。

1984年新版英语辞典中已使这两个词汇明确化:

“universe”指称所有时空范围内一切事物存在的总体;

“cosmos”指称天文学意义上的整个天体系统。

很显然,“cosmos”是被包含在“universe”之内的,仅指能够被观测到的“天体系统”而已;而 “universe” 却同时涵盖了包容着“整个天体系统”的“时空”(正确的说法应该是用L、T表述其属性的空间)在内。与“自然的”基本相当。

宇宙学(Cosmology)这个单词,很显然由“cosmos”而来;如果依据“宇宙之外没有任何东西”的边界条件,现代宇宙学使用Cosmology称谓,就很容易引出歧义:

宇宙“universe” 既包括物质(即整个天体系统)又包括空间;而宇宙“cosmos”则仅指天文系统“能被看到的感官知觉的对象”(爱因斯坦语)而已。

我们不妨可以形象地将二者的关系比喻为:

宇宙cosmos仅指“登台献技的演员”;而宇宙universe却必须将“演员和舞台合在一起”进行研究——现代宇宙学要想走出当前的困境,究竟应该持存在二元论还是物质一元论的自然观,不是已经非常明确了嘛。

 

实际上科学宇宙学是在广义相对论创立之后才兴起的一门学科,在这门学科里,主要是靠天文观测家和理论物理学家合作,去解释整个天文和物理世界的那些大尺度的性质。

很显然,宇宙学Cosmology是同时植根于天文学和物理学的一门学科,把自己所研究的对象定位在可观测的物质系统自然也就不奇怪了。

但是,20世纪的许多新发现,却使得一些有真知灼见的思想家不得不突破这种物质一元论的樊篱——

我们时代中的物理经验的扩大,已经使我们有必要从根本上修正无歧义地应用我们那些最基本概念的基础。

——玻尔这样说

数学图像,不仅由于它们正确地描述了经验,而且更主要的由于它们的简单和美,证明它们本身就是作为自然过程基础的真实理念。

——海森堡这样认为

对于这个领域的发现者来说,他们想象力的产物似乎是如此必然和自然的……它们不是思维的创造,而是既定的实在。

——爱因斯坦是如此判断的

在隐蔽处存在着一种神秘的实在,其实质是不能通过直接交流认识的。

——怀特海的说法更具体了一些

 “人们曾设想,不依赖于主观认识的‘物理实在’是由空时(为一方)以及与空时作相对运动的永远存在的质点(为另一方)所构成(至少在原则上是这样)。这个关于空时独立存在的观点,可以用这种断然的说法来表达:如果物质消失了,空时本身(作为表演物理事件的一种舞台)仍将依然存在”。

——爱因斯坦居然使用“断然的”来支持自己的观点-简直有点不讲“理”了

依据上述这些人的观点,结合(之一)中我们对五个最基本概念给出的逻辑定位,现在可以定义三个最基本概念如下:

宇宙:是由流体似的空间包容着块状的物质构成的巨系统。

物质:指用量纲式中M计量的、可以被分隔成独立个体的基本存在;

空间:指宇宙中除物质之外,用量纲式中L、T计量的所有空域。

这三个概念均属于哲学范畴指称基本存在的实体概念,但是我们给出的定义却是物理学的,全都应用了物理学量纲式中的三个物理量M、L、T,使之实现了对哲学思辨的超越。同时又满足了玻尔的要求:“从根本上修正……我们那些最基本概念的基础”;并且使得爱因斯坦的“断然的”也有了理论依据。

在给出了宇宙、物质和空间这三个抽象的类概念明确定义之后,就不难对物理学量纲式中的三个属性概念给出恰当的定义:

质量M是用于计量物质的量的多少的基本物理量;

时间T是用于计量空间中任意一点弯曲程度的基本物理量;

长度L是用于计量空间中任意两点之间间隔的基本物理量。

在经典物理学中L用于度量欧氏几何的直线距离,在相对论和量子论中L用于度量非欧几何的弧线长度

经典物理学同时也告诉我们:时钟会随着高度和纬度的不同而变快或变慢,我们定义时间T依据的就是这种在三维弯曲空间中不同的点,时间T“流逝”的快慢并不相同的物理事实;既不是出于凭空臆想,也不是立足于相对论的新发现给出的定义,对经典物理学同样适用。

物理学量纲式中的T、L、M,都是用于计量物理实基本特性的属性概念。物理学理论中用L、T的函数表述的物理量(比如g、gR、gμν 等),均指空间中一种“实体”结构的属性;而只用L、T描绘、且不出现M的“数学图像”,则为空间中存在的一种自然规律

海森堡所说的“作为自然过程基础的真实理念”的背后,确实存在着一种“不能通过直接交流认识的”“ 既定的实在”—— 怀特海和爱因斯坦均证实了古人的梦想“纯粹思维能够把握实在,这种看法是正确的”(爱因斯坦语)。

 

通过对海德格尔发现的“常识性空白”认真剖解,让笔者认识到这不仅是哲学立论、同时也是使科学走出当前困境的“亟切之事”。

于是就沿着中西文化优势互补的路子摸索着前进,从而发现了华夏先民的自然观是二元的、认识论是一元的;而希腊先民的自然观是一元的、认识论是二元的。比较详尽而具体的讨论写在“哲学 科学 技术”一文中,这里只讲述了存在于科学理论中的两个误区:

一是实体概念和属性概念的混淆,一是宇宙本来就是由流体似的空间包容着块状物质构成的二元巨系统。

 

 

 

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