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日志

 
 

科学理论之批判(1)科学方法的本质  

2015-03-05 14:33:52|  分类: 【科学探索】 |  标签: |举报 |字号 订阅

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     第四章    认识宇宙   

科学理论之批判(1)科学方法的本质 - Science of Love - Alien Alliance
 

(以下数篇均为拙著《物质世界的奥秘》之第四章节内容)
                                                                 
    迄今,大部分科学家太忙于发展描述宇宙为何物的理论, 以至于没功夫去过问为什么的问题。另一方面,以寻根究底为己任的哲学家不能跟得上科学理论的进步。 在18世纪, 哲学家将包括科学在内的整个人类知识当作他们的领域, 并讨论诸如宇宙有无开初的问题。然而,在19和20世纪, 科学变得对哲学家,或除了少数专家以外的任何人而言, 过于技术性和数学化了。
 
                         ------史蒂芬.霍金
 
                  (前     言)
    前面三章论述了宇宙从无到有,由小至大的产生与演化历程,让我们再简略地回顾一下,以理清宇宙发展的路线。
    在无限的绝对空间的一个极其微小的尺度上,普遍存在着一个永恒振荡的层次,这就是质能因子。由于某些质能因子的随机性同相位振荡,产生了一个必然性的结果,不断有大量质能因子因共振而加入谐振圈。随着这种无序振荡的有序化进程日益扩展,在迅速扩大的谐振圈里,质能因子之间产生了联系,并形成了不同数量的组合.同一节律的膨胀与收缩使各种组合粒子之间的碰撞频繁发生,碰撞运动使粒子具有了角动量,旋转运动----宇宙中从微观到宏观都能体现出的最为根本的运动方式----以各种不同的规模和速度产生了。
    旋转运动的中心聚集着系统内绝大多数质能,由高速旋转,高密度,高碰撞的正反馈机制,导致各种高速自旋粒子大量产生,一种粒子,显示着一种空间层次,于是,空间层次性由隐而显。
    在众多的自旋粒子中,唯有一种粒子具有一种维持自身动态平衡的本领,从而保证了这一粒子形式的稳定和永不衰变,这就是质子。质子利用高密、高压和高速下的剧烈摩擦运动产生的低层次粒子----光子,采用负向反馈质能的方式,维持了系统内的动态平衡。正是在具有自控调节的质子场系统的基础之上,一级一级更高的空间层次才得以各种结构形态相对稳定地存在,物质世界才能通过各种不同的粒子组合方式得以显示。
    质子与一种和自身质能量具有稳定比例数值的粒子----电子----形成了更高层次的稳定结构,这就是氢原子。日益扩展规模的谐振圈中,以同样的模式不断组合产生出大量的氢,并在谐振中围绕一个共同的中心旋转运动。
    当达到天体尺度的定域空间内,旋转运动的物理学规律决定了系统内绝大多数的氢集聚在旋转的中心,并构成了极大的向心压力时,在新的物理条件下,一个恒星终于诞生了!
    一个恒星,可以说就是一个量级更大的质子场系统。恒星同样以辐射质能这种负反馈方式构成场系统的动态平衡。若物理条件超越了构成动态平衡的场系统的容许极限,恒星将以另一更为激烈的方式负向反馈质能,这就是爆炸。爆炸是宇宙空间平衡特性的另一种展示,它以猛烈、短暂、不规则和非均匀的质能分解,与辐射那种持续、规则以及在各维度上均匀的质能分解形成了鲜明的对照。
    不同规模的爆炸将产生种种不同的结果。
    一颗类似太阳规模的恒星最初的爆炸将为外围旋转的不同密度层提供不同量级的物质基础,大小行星甚至包括某些卫星,正是在这种有巨大差别的不同量级物质基础上,通过自转方式产生的。行星各种不同的自转及带有卫星的自转体系,则是在恒星场系统中,由旋转向心力与恒星辐射力长期相互作用所构成的极其复杂的合力所形成。
    一颗远比太阳质量大得多的恒星演化后期将以新星或超新星的方式爆炸,在爆炸的极大压力之下,将可能使中心产生一颗致密的中子星,与此同时,在恒星原子炉中高温高压的物理条件下产生的氦、碳、氧、氖、铁等各种比氢更复杂的原子核,随着一声轰然巨响,以不规则的方式散播到星际空域,形成了形状各异的不同星云。经历了漫长的岁月,当爆炸冲击波最终消失后,这些包含了各种元素的星云物质,同样由于在更深更基本的层次上产生的谐振,使其摆脱了混沌的状态,围绕一个共同的中心,形成了有序的旋转向心运动,一轮新的第二代恒星的孕育与诞生就此展开。
    在更高的空间层次上,恒星与恒星围绕一个共同的中心旋转,以千亿颗恒星的旋转运动,构成了星系,星系的核心同样集聚着系统内绝大部分质能,旋转向心的巨大压力使核心区域物质密度极大。“物极必反” 。在高压力高密度的条件下,物质不能再以亚原子粒子的形式存在,而只能以亚核粒子的形式密集结合,这就是通常所谓的“黑洞”, 一种密度极大的暗物质组合。“黑洞”以暗子构成的暗波向外辐射,以此构成更大的天体场系统,维持稳定的场动态平衡。图4-1 为黑洞示意简图。
    以星系之间的组合形成了星系群,星系团,它们同样围绕一个共同的中心旋转。以星系团之间的组合形成了超星系团,以超星系团之间的组合形成了总星系,这就是我们现在天文学家能观测到的宇宙。
    星系团与超星系团旋转运动的中心区域,充斥着密集的亚核粒子的暗物质体,这种区域被称为宇宙巨洞,其实就是规模更为巨大的黑洞。宇宙巨洞及总星系的超巨洞同样以暗波辐射的方式,维持着超宏观天体世界及整个宇宙的动态平衡。
   
    宇宙是由其系统内各种层次的粒子显示出客观存在的,宇宙将与一切粒子形式在变化中永恒不灭。
   
    这里简略地描绘宇宙形成与演化发展的脉络,是为了下面的对比分析,当我们审视一下具有几千年文明的地球人类,会发现在认识宇宙时,其思维发展的路线并不完全象宇宙演化发展所经历的那样,是从无到有,由小至大,由低层次向高层次推演的。
    人类是怎样认识宇宙的呢?
    人类诞生于宇宙空间中的常观物质世界,这一世界是远远高于质能因子、基本粒子、原子、分子之上的空间层次,人类以在这种空间层次上的活动为核心,以感觉为基础,逐渐扩展自身活动与认识的领域,将获取知识的触角伸展到空间更高和更低的层次,以此去理解宇宙的演化。正象本文导论中所谈及的那样,以一颗石头入水的那一点为核心,逐步扩大认识宇宙的范围,很显然,这种认识的发展方式与宇宙本身演化发展的方式是并非完全合拍的。
    人类的思维,认知科学只有放弃以自身为宇宙的中心,真正让意识伴随着宇宙从无到有,由小至大地发展变化,才能最终理解宇宙,从而认识自我,认识生命与精神世界。
    在整体上揭示了人类思维发展进程与宇宙演化发展进程所存在的上述差异之后,让我们更深入具体地分析解剖人类认识宇宙的各种重要方法,充分了解这些方法的异同及其本质,也许,这能促进人类更为深刻地认识宇宙。
    艺术家以艺术的方式感受并描绘世界,宗教家以虔诚的态度理解和阐述世界,自然科学家以简洁和实证的方式分析解剖世界,哲学家则从具体到抽象地用种种规律去总结世界。然而,古往今来,在艺术、宗教、科学与哲学的各领域里,又存在着难以数计的派别和宗系,它们分别以各自独特的方式理解宇宙,在此我们不能去逐一分析这些不同的流派方法,只能采取哲学上常用的手段,用约化归类、综合分析的方式,将人类所有认识世界的方法,从思维方法的本质上,按大同小异区分归类去进行整体的认识和分析批判。
    这种综合归类的结果,最终使我们必须面对通常所谓的“西方自然科学体系” 与“东方神秘主义哲学体系” 这两大类人类认识宇宙的迥然不同的方法体系,并在最为根本的意义上去揭示其方法的本质,从而最后说明,人类是否能将两者巧妙地结合起来,更为深刻地去认识宇宙。
 
    以“西方自然科学体系”和“东方神秘主义哲学体系”来指称两大类根本不同的认识宇宙的方法体系,只是一种概括的习惯性区分,这里远不是说东方各民族与国家就从来没有过什么自然科学,也不应理解为在西方社会从古至今从来没有类似东方古代哲学的思维方式。这里的划分仅仅是因为两大类方法体系分别在 “东方” 和“西方”两大地域具有整体的代表意义, 从而使我们能就其典型特色去予以详尽地分析。
    首先,让我们对自然科学体系认识宇宙的方法进行最本质的分析。
 
            第一节      科学方法的本质
 
    科学与艺术是人类两大文化主体,是人类文化发展的结晶。
    人类在日益摆脱“动物性” 而趋向“社会性” 的漫长进化过程中,一直在创造和发展科学与艺术,并在这种文化活动中日趋成熟,然而,就科学之成体系而言,应该说,还是在近代几百年逐渐成熟与确立的,通常是将哥白尼的天文学说的发表作为分水岭,来区分西方中世纪的宗教体系与近代自然科学体系这样两种不同的历史时期。许多自然科学史著作对西方近代自然科学体系的发展轨迹作了清晰的描绘,本文在此不再作赘述,这里只就这一体系认识宇宙的思维方法最为本质的方面,进行细致的剖析。
    近代自然科学认识宇宙的思维方法是传统的,由古希腊文化一脉相承而来, 我们可以一直追溯到主张“万物皆数”的毕达哥拉斯学派, 可以将其称为“标准化” 的方式。这种传统的标准化方式是由人成为“社会性” 动物后,在一种集体化的社会活动中,由相互交往彼此交流信息的需要而从根本上决定的,为了交流,人们必须以种种相互能理解和接受的共同标准来表述各类信息。
    统一的标准化运动成了人类文化发展的主流,这种统一首先表现在文字语言方面。一定区域内,所有不同的个体、家庭、家族、部落、民族、种族、国家逐渐采用某种共同理解的标准语言来交流,而度量衡的标准化,更是有利于具体的商业交往。几千年来在各种领域的激烈争斗,依然掩盖不了整个地球人类为了相互交流而在一切领域所悄然进行的标准化运动带来的统一,直至今天,在当代人类活动的方方面面,仍不难发现这种势头在有增无减地展开。我们可以从大到小举出很多这样的例子。如最近中国为加入国际关贸协定组织,一直积极努力以标准化的方式与世界经济接轨,欧洲各国为实现政治经济一体化,  开始启用一种作为共同标准的货币----欧元,而联合国的建立更是这种以标准化方式交流在国际政治中的具体结果,国际奥林匹克运动则是世界各国在体育方面表现出的标准化统一,至于象国际标准时、国际标准文字编码、标准件、标准舞等等,不胜枚举,无不说明标准化方式交流已渗透到了人类生活的各个方面。
    二十世纪,在探索宇宙太空的科技活动中,各国科学家已进行了广泛的合作,可以乐观地展望,人类最终必将在对宇宙的认识上,以标准化的方式形成统一。
    近代自然科学体系认识宇宙的标准化方式是通过三项重要的原则而实施的,可以这么说,只有真正理解了这三项重要原则,才谈得上了解了科学方法的本质。
    这三项重要原则可简略地称为量化、约化与简化原则。
 
    一、量化:
    这一方法就是将一切事物以不同量级划分为标准等量的份额,然后去分析、衡量、研究和认识。这一方法为人们所习惯运用,在日常生活中构成了不可或缺的部分,一切度量衡标准都是运用这种方法进行的。在第二章中曾论及人们对时间间隔的划分,就是量化的结果.量化构成了数学思维的基础,促进了人类数学这一学科的发展,象物理学、化学中的一些基本概念,如体积、质量、温度、压力、速度、原子量、酸碱度、比重等,无一不是将人们能观察到的各种宏观现象,以规范的数学量去表征,并进一步深入地量化分析和研究。 可以说,量化的方法是一切自然科学研究的最为基本的方法,这也决定了数学与一切其他学科的紧密结合,决定了只有与数学结合得更紧密的学科才是最先进最具有发展潜力的学问。
    量化,就是将一切整体现象规范地予以分解成相等份额。
 
    二、约化:
        约化的方法则正好与量化构成对应,这是一种以组合而不是分解的方式去规约事物为相等的份额。这一方法通常是在人们不方便或难以运用量化方法时所乐于采用的,在对宏观天体与微观世界的种种现象进行研究时, 人们常常运用约化的方法, 象天文学上 “光年”、“秒差距” 等就是约化的概念,而在量子世界,约化的方法已经被用专门术语称为“量子化”。
    量子化的本质就是将连续变化的微小量组合规约为一份份的标准量,这种组合约化是由于人们受到观测能力的局限性所不得不采用的。
 
    三、简化:
        一切量化与约化,都是为了一个目的,那就是便于进行数学上的计算。然而,任何计算如果没有某种程度上的简化,是难以真正进行下去的。
    数学逻辑思维的简化原则主要有概念上的简化与计算上的简化。前者如通分与约分中的最小公倍数及最大公约数概念,还有第一章中论及的将立体空间和平面中无穷多的维简洁地分别用三维和二维去表征等,这种简化原则最终被推及至哲学上,著名的“奥卡姆” 原则就是其典型代表.         (注:Willian  of Occam. 1285--1349. 英国唯名论哲学家,他主张利用简单性作为形成概念和建立理论的标准,应淘汰多余的概念,在说明某类现象的众多理论中应选择更简单的,后人常戏称其方法论原则为“奥卡姆剃刀”原则。)
    计算上的简化是对一切运算的数值只求取近似,众所熟知的“四舍五入” 原则, 计算圆周率时根据精确程度的需要对p值小数点后取多少位,都是这种简化的具体运用。可以这么说, 如果没有这种近似取值的简化,繁冗的计算将使任何人都难以承受,哪怕如今有了高速运行的电子计算机, 仍然必须在计算上简化。物理、化学及其他学科中的一切原理, 极端地说,都是建立在这种简化原则的基础之上, 都是在对某些微小量级予以舍弃而近似获取的,如牛顿力学中的许多定律,能量守恒与对称原理等无一不是如此, 最终我们甚至可以如此说, 自然科学本质上就是对宇宙中的事物简洁近似地作出解释。科学的发展表现在这种解释的精确程度越来越高。
    “科学之所以能够如此地成功,是人们发现了可以采用近似的方法...... 所有的科学理论和模型都是对于事物真实性质的近似,而这种近似所包含的误差常常小到足以使这样的处理方法富有意义。”        (注:引自卡普拉:《物理学之道》P275)
    本文后面将论及的古代东方哲学思维, 正是因为在这一点上, 不愿和不能近似地解释事物,认为这类解释是虚妄的,不准确的,才采取了另一种方式去理解宇宙。
    量化、 约化与简化的方法构成了自然科学体系以标准化方式认识宇宙的原则基础。 有了这种认识之后,我们就可以联系那些重大理论进行更为细致的分析了。
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