科学 与 物理学

1. 科学与物理学 张永德 • 西方近代科学 • 科学中的物理学

2. （一）西方近代科学

3. I）近代科学的本质 • 数理化，生地天，计算机，原子弹，铁公机，┅。全体近代科学的本质可以归纳为： 逻辑实证主义 （实验验证 + 逻辑体系） • “实验验证”：从实践出发 → 实践检验。 现象和经验+ 逻辑演绎 + 实验验证 • “逻辑体系”：理智、自洽、普适、可量度。 • “唯物的”：不是只承认经验、不是概念复合、符号主义。而是：承认物质的客观存在性、承认客观规律的物质性。 例如：桌子、月亮。

4. II）近代科学的要素（1） • “西方近代科学” 有五个要素： • 因果性 • 普适性 • 自洽性 • 可重复性（可检验性） • 可量度性

5. 因果性：有因果关联、有实验响应的。 无任何相互作用、不受任何影响的事物不属于科学研究范畴。 • 普适性：满足前提下，结论普适，与观察人无关。 “规范变换不变原理”。 • 自洽性：体系内部所有结论是自洽的。 • 可重复观测性：所有结论都可以接受检验。不能重复、不可检验的事，不属于科学范畴。 • 可量度性：不可量度事物不能归入近代科学的范畴。 爱情— 不属于科学。那是“糊里又糊涂的”、缺乏理智的、不可度量的。 作曲家的激情。

6. 没有理性基础、 无因果关联、 不可重复、 无法检验、 不可量度的 命题属于文学、艺术和宗教等的范畴。 • 如来佛头上有多少根头发？ • 孙悟空体重是多少？——不可观测 • 梁祝爱情、人类情感，各种“笑”——不可量度 • 宗教信仰; 音乐灵感；…

7. III）近代科学是物质与精神的统一 • “道,可道, 非常道. 名,可名, 非常名.” 科学本质上是“可道之道”。于是，科学是物质与精神的对立统一体。 • 人脑的思维过程：既是精神过程也是物质过程，是同一过程两个不可分割的侧面。 大致像计算机的硬件与软件。近来牛津：信息是物理的。 • 对立统一，人们应当着重于 “对立”——为斗争哲学寻找理论依据呢？！还是应当着重于“统一”——强调统一、强调共性、强调团结呢？！ 不管哲学家如何，脑科学家感兴趣的是 两者之间的关联、对应和统一。

8. IV）近代科学发源于西方 • 西方近代科学的摇篮是欧几里德的 “几何学原本” 其思维的模式为： 从实践中抽出公设 + 逻辑演绎 = 构成理论 → 用于实践。 • 这种“逻辑 + 实证”的传统有曲折的发展： 15-16世纪，科学曾经沦为神学的奴仆（“天使博士”托马斯﹒阿奎那主张：“科学是神学的奴仆”）。 经过哥白尼、布鲁洛、加里略的斗争，使科学挣脱了侍奉神学的束缚。对自然现象进行观察、测量、实验和分析的近代科学的理性思维模式逐渐形成。

9. 中国有雄厚的技术史，但确实没有雄厚的科学史。中国有雄厚的技术史，但确实没有雄厚的科学史。 四大发明（指南针、造纸术、火药、活字印刷）都是技术。 当然，在中国3千年文明史中有不少科学成果的亮点。 • 中国古代对自然界研究的基本特征： 总体而言，中国古代研究者常常是： “天人合一”的、直觉的“综合” >>逻辑的、理性的“分析”； 中国古代学者一般缺乏大块逻辑思维模式的训练。 所以未能生长出“几何学原本”——西方近代科学的胚芽。 • 例证：中医和西医的基本特征——东西方文化和思维模式的对照。

10. V）近代科学的局限性 • 西方科学总体思维模式的局限性： 1）人类实践有局限性→认识局限性→公设局限性。 欧氏几何→罗氏几何。 中医特别是针灸和肋络学说。 2）人类认知能力有局限性： 3）逻辑演绎能力有局限性。 牛顿力学的创立、量子力学的创立、基本规律本身， 都是逻辑推理无能为力的地方。朗道：理论物理中追求 数学严格性往往是自欺欺人——其真意也正在此处。 4) 量化问题的局限性。Einstein 说过： 不是所有可以量化的东西都是重要的，也不是所有重要的都可以量化。 5）科学只能解决物质文明问题； 科学不能解决精神文明问题。

11. 科学本身是双刃剑。 既可以造福人类，也可以危害人类。战争、环境污染、助纣为虐…。 科学是振兴中国所必须的、重要的。 但不是万能的、包含一切的。不能走向极端——科学主义。 • 科学与信仰、科学与宗教应当并行不悖： 不能说“信仰科学”：实质上，科学不是个“信仰”问题，而是一个“信服”问题。 科学解决物质文明； 信仰解决精神文明。 公共汽车车门踏脚板——‘变心板’问题。 纽约报纸载文：“我们已经可以把人送上月球，却无法让人从车门口向车中间挪动一步。”

12. 孙中山： 佛教有救世之仁， 佛学是哲学之母， 研究佛学可补科学之偏。 • 爱因斯坦： 没有宗教的科学是瘸子； 没有科学的宗教是瞎子； • 杨振宁在五台山寺庙的题词：科学与宗教是一家。 • 只有科学，没有信仰的社会是自私、放纵的社会； 只有信仰，没有科学的社会是贫穷、愚昧的社会。 人应当有： 感恩之心, 敬畏之心，虔诚之心。 • 应当以 “真，善，美” 来全面塑造人。

13. V）科学 + 技术 = 科技？！ • 科学与技术两者之间的差别： • 科学：对原理问题的研究，是发现。为满足人类求知欲望，不带（或基本不带）功利目的。 只有第一。 • 技术：只涉及原理的应用，是发明。有明确的功利目的。不是“只有第一”。 • 英、日、俄各国文字中，这两个词都是分开的！ • 吴大猷先生90高龄时著文《近数百年我国科学落后于西方的原因》中说：“很不幸的，我们在现代创用了‘科技’这个名词，代表‘科学’与‘技术’两个（而不是一个）观念。但我们目前所注重的问题，二者的分别是重要的点。” • 现在的关键问题是：通过“科技”一词， “科学”被“技术”所取代！ 李约瑟巨著“中国的科学与文明（Science and Civilization in China）”竟被译成为 <中国科技（！）史>。

14. （二）科学中的物理学

15. 它是最基本层次上研究物质世界运动规律的科学。它既是科学常青树的树根，甚至也是树干。所以说，“物理”是“物质世界的道理”。它是最基本层次上研究物质世界运动规律的科学。它既是科学常青树的树根，甚至也是树干。所以说，“物理”是“物质世界的道理”。 杜甫：公元758年唐肃宗乾元元年《曲江二首》之一： 物理学是西方逻辑实证主义科学的典型体现。 一片飞花减却春 风飘万点正愁人 且看欲尽花经眼 莫厌伤多酒入唇 江上小堂巢翡翠 花边高冢卧麒麟 细推物理须行乐 何用浮名绊此身 录全唐诗上四函三册 分目杜甫第五四七页 I）甚么是物理学？

16. II）物理学与人类文明——之一 如果说数学是自然科学的“QUEEN”，则 物理学就是自然科学的“KING”。 • 重大进展都与它密切相关： 原子能、计算机、电子技术…… 。 • 本身分流众多：近代力学、近代热机学和燃烧学、电子工程、半导体工程、光机科学、材料科学…… • 向其他科学渗透巨大：近代化学、近代生物学、医学、电子科学……（23对遗传基因、DNA双螺旋结构、IT产业 、能源产业…… ）

17. 物理学与人类文明——之二 • 物理学是人类文明的第一推动力。 • “经典物理学”：1687年，Newton《自然哲学的数学原理》发表，标志经典物理学的诞生； Maxwell电磁理论建立，标志经典物理学全面完成。 • “近代物理学”： 19世纪末到20世纪末，以量子力学和相对论为支柱的近代物理学蓬勃发展。

18. 物理学与人类文明——之三 • “经典物理学”——它的诞生推动了第一次工业革命，为人类带来第一次物质文明飞跃。 • “近代物理学”——它的诞生推动了第二次科学和技术大发展。为人类带来第二次物质文明飞跃。 • 下一次——第三次物质文明的飞跃由谁来发动呢？ 将由量子力学，量子力学向生命科学、材料科学、信息科学的应用所发动。例: IT产业 QIT 产业。

19. III）当代物理学的四大前沿 • 量子态操控、新器件、新材料： 电子和光子态的操控、纳米结构、自旋电子学、 量子信息、量子计算、量子通讯、．．． • 复杂系统： （量子）多体系统、新宏观量子态、软凝聚态、非平衡系统、湍流、生物物理、极端条件物态、．．． • 宇宙的结构与演化： 　观测新窗口（微波、X射线、γ射线、中微子、引力波）传统和粒子天体物理、宇宙学与黑洞、暗能量、暗物质、 ．．． • 基本定律与对称性： 　　标准模型之外、超对称、大统一、多维、量子引力、弦论、 ．．．

20. 爱因斯坦： The most incomprehensible thing about the world is that it is comprehensible。 自然界最不可理解的就是 它居然是可以理解的 。 It is the strangest that existence shows a universal order !

21. 道，可道，非常道； 名，可名，非常名。 老子《道德经》

22. 谢谢！