| 词条 | 物理学哲学问题 |
| 释义 | wulixue zhexue wenti 物理学哲学问题(卷名：哲学) philosophical probloms in physics 物理学是研究物质的结构、物质间的相互作用力以及物质运动变化的规律的科学，它涉及到哲学中一系列基本的范畴，如物质与运动、时间与空间、因果性与机遇性、主观与客观等等问题。20世纪物理学的巨大进展大大深化了人们对这些范畴的认识。 物质结构的连续性与间断性 物质是无限可分的，还是有最终的、不可分的单元？这是长期争论的重要哲学问题。虽然19世纪的原子－分子论假定原子是物质结构的最终单元，但到20世纪初，科学家们对原子是否存在还一直有争论。随着原子物理学、原子核物理学和粒子物理学的发展，人们不仅确认了原子的存在，还弄清了原子是由原子核和绕核运动的电子构成的，原子核又是由质子和中子构成的，质子和中子这类参与强相互作用的粒子是由层子（夸克）构成的。现在人们知道最基本的粒子是层子和反层子、轻子和反轻子以及传递相互作用力的光子、Ｚ、0和胶子、引力子等等。人们一方面根据某些证据猜测构成这些最基本的粒子的组元；另一方面鉴于至今无法从强子中分割出自由层子，而设计某种理论如量子色动力学，以说明这种不可能性。这表明，在物理学的无限可分和不可无限分割的关系上面临着困难。问题的实质在于，坚持无限可分性是以物质结构的连续性为前提的，坚持不可无限分割则是以物质结构的间断性为前提的。按照量子场论，连续的物质场的激发就是不连续的物质粒子。所以，作为基本的物质存在形态的量子场，既表现为连续性，也表现为间断性，它是连续和间断的统一体。因此，从哲学上看，似乎可以认为，现代物理学所面临的这个难题，随着时间的推移，将会按照量子场是连续和间断统一的观念得到合理的解决。 基本相互作用的统一 20世纪初，人们所知道的自然界的基本相互作用力只有引力和电磁力。在广义相对论的引力场理论建立之后（见相对论），A.爱因斯坦和其他物理学家曾试图建立引力与电磁力的统一理论，但是未取得成功。随后人们又发现了力程在10-13厘米以内的强相互作用力和弱相互作用力。60年代提出的弱、电作用力统一理论在70年代得到了实验的证实，取得了巨大的成功。现有人们正试图建立统一电、弱、强三种相互作用力的大统一理论，甚至试图进一步建立包括引力在内的更大的统一理论。 按照相互作用统一理论的观点，各种基本相互作用力是从具有最高对称性的统一场中，通过对称性破缺逐次分化出来的。首先分化出的是引力场和强、弱电统一场，后者再分化为强场和弱电统一场，弱电统一场再分化为弱场和电磁场。这种分化过程就是不断一分为二的辩证发展的过程。统一的量子场尽管消除了场和粒子的对立，但它本身仍存在着玻色场和费米场的对立。追求这两种场统一的是超对称理论。可以预计，未来物理学的发展，将会进一步揭示出物理世界演化过程中“同中有异”与“异中有同”的对立统一关系。 时空与物质运动 19世纪以前的物理学中，占统治地位是I.牛顿的绝对时空观念。1905年爱因斯坦建立的狭义相对论，从理论上揭示出事件同时性的相对性，揭示了时间间隔和空间距离都与观察者的运动速度有关，从而得到了有关时空和物质运动不可分离性的数学表述。德国数学家H.闵可夫斯基发展了相对论的数学理论，他引入虚坐标u=ict，代替通常的时间t，使时间坐标与空间坐标在洛伦兹群中形式上完全等价，因而空间和时间共同组成一个四维空时流形。这就从数学上严格地表达了空间和时间的可区分而又不可分割的性质。爱因斯坦1915年建立的广义相对论又揭示出，只有在不存在引力场的情况下，时间和空间才具有欧几里得几何学的性质，在有引力场的情况下，时间和空间则具有非欧几里得几何学的性质。因而引力场和空间曲率是由物质的分布决定的。这就从科学上证明了时空和物质存在的不可分离性，丰富了辩证唯物主义关于时空和物质运动的基本观点。 确定性与机遇性 经典力学和电动力学是属于因果决定论的，按照这样的理论，一旦我们知道了物理体系的初始状态，就可以根据运动方程确定地预言该体系的任何时刻的状态。尽管量子力学的运动方程也是因果决定论的，但它对物理体系的行为只能作出概率性的预言。按照量子力学的通常解释，它的这种统计特征来源于单个物理体系的随机行为，而不是那些遵循因果决定论的粒子的集合的统计行为。这就赋予概率以本体论的意义。20世纪60年代以来对决定论运动方程的研究还表明，只有可积系统才是严格因果决定论的，而对于不可积系统却不可能根据初始条件作出确定的预言，因为它是不稳定、不确定的，具有内在随机性。量子的随机行为和不可积系统的内在随机性似乎表明，物理世界所遵循的是以随机行为为基础的统计规律，决定论的规律只是这种统计规律在特殊条件下的表现。确定性与机遇性是两种普遍存在于自然界的客观联系。 物理对象和认识主体 经典物理学认为，它所研究的对象是不依赖于知觉主体而独立存在的。例如，力来自物质间的相互作用，声音与热来源于分子的运动，光是物质发出的电磁波。但是，到了20世纪，当物理学深入到接近光速的高速运动和小于原子的微观世界以后，人们发现对客观世界的观测结果，依赖于观察者的运动状态和观测手段。特别是量子力学指出，人对微观客体的观测必然对客体造成不可控制的干扰，观测结果依赖于观测仪器和观测者对仪器的安排。人们也无法唯一地描述单个微观客体例如一个电子在两次观测之间的状态。在观测过程中，主体与客体构成了一个相互关联的整体。自然界早于人类而存在，但人类早于自然科学而存在。因此，人类对自然界的认识不能不依赖于人类的实践活动，人类主观世界对客观世界的认识和反映必须通过人类变革世界的实践。现代物理学的进展大大深化了人们对主观与客观、认识与实践关系的哲学思考。 马克思在批评旧唯物主义的认识论时指出，这种唯物主义的主要缺点是：“对事物、现实、感性，只是从客体的或者直观的形式去理解，不是从主观方面去理解”（《马克思恩格斯全集》第3卷，第3页）。经典物理学考察自然的方式就是以这种直观的唯物主义反映论为基础的。现代物理学考察自然的方式则超越了这种唯物主义反映论的局限性，而主张人是在变革物理世界的过程中认识物理世界的，也就是从主观方面去能动地理解物理世界。这种考察自然的方式以新的研究经验证实和丰富了辩证唯物主义认识论的基本观点。 参考书目 N.玻尔著，郁韬译：《原子物理学和人类知识》，商务印书馆，北京，1964。 W.海森伯著，范岱年译：《物理学和哲学》，商务印书馆，北京，1981。 |
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