《物理学方法论》

现代物理学基础的思考之一————《物理学方法论》目录第一章:物理学方法论初探

1.认识论与物理学关系初探

2、现代物理学的认识论

3、科学理论与实验（包括理想实验）的关系

4、科学史与科学关系浅议

5、科学难题与科学发展之间的关系

6、物理学与美学

7、基础科学研究应该提倡宽松的环境

8、基础研究的批判性

9、基础科学研究应该具有勇气

第二章：现代物理学的辉煌成就与困难

1、现代物理学的辉煌成就

2、现代物理学难以解释的几个实验

3、现代物理学中的几个疑难问题

4、现代物理学的批判

5、理论物理学发展方向一窥

附录1：名言录

第一章:物理学方法论初探

1.现代物理学的认识论

物理学是人类认识自然的手段和工具，是一种科学认识宇宙事物的方法论体系,其内容包括：1，逻辑方法；2 ,数学方法；3,哲学方法；4,观察试验方法.

(一)还原论

还原：把特殊形式的运动归之于机械运动.(相信自然界的规则是由少数有限规则构成).例如：能量守恒，各种形式的能量都可转化为机械能.机械运动：两种基本模型，质点的运动，连续介质的运动(波动).

化学----原子论-----机械运动,热学-----分子运动论-----机械运动,声学------机械运动,光学------牛顿的微粒说/惠更斯的波动说------机械运动,电

磁学------波动-------以太学说--------机械运动,生命------?------机械运

动.

描述机械运动的理论就是牛顿的经典力学，即把各种形式的运动还原为牛顿力学可以描述的机械运动. 玻耳兹曼1886年5月29日在皇家科学院的讲演中断

然宣称：“如果你要问我，我们的世纪是钢铁世纪、蒸汽世纪，还是电气世纪，那么我会毫不犹豫地回答，我们的世纪是机械自然观的世纪……”美国华裔物理史学家和哲学家曹天元教授在《量子物理史话—上帝掷骰子吗》一书中说，“以往人们喜欢先用经典手段确定理论的大框架，然后再从细节上做量子论的修正，这可以称为“自大而小”的方法.……现在人们开始认识到，也许“自小而大”才是根本的解释宇宙的方法.”基本规律知道了，具体规律是不是就一定能够推出来？

这个问题一直是有争议的.１９世纪有一种极端的意见，就是所谓实证论的观点，奥地利科学家、哲学家马赫认为物理学家只须追求宏观物体之间的规律，去搞清微观的规律似乎没有用处；而且微观是否存在，分子、原子是否存在，他一概采

用否定的态度，显然这类观点过于极端.应该看到，实际上物质结构存在不同的层次，层次与层次之间是有关联的，有耦合的.因此，我们需要理解更深层次的一些规律，例如遗传问题——这当然不是纯粹物理学问题了，可以从生物现象上求规律.早在１９世纪１１德尔就总结了豌豆的遗传规律，这是个非常重要的基本规律，但为什么造成这个规律呢？显然跟遗传物质的结构有关.最关键的一步在于是１９５２年生物学家华森和晶体学家克里克在英国卡文迪什实验室把ＤＮＡ分子辨认了出来（在某种意义上是猜出来的）．这使我们晓得，遗传规律与ＤＮＡ分子结构中某些单元的排列顺序有关，也就是说在分子中有个密码存在，这个密码规定了遗传情况，如果密码改变，遗传情况也就改变了．由此可看到，分子结构与遗传物质这两个不同层次之间存在耦合，理解了分子层次的结构，就把遗传规律基本上搞清了．再如，固体的导电问题，牵涉到电子在固体中的行为问题，如果我们把电子在固体中的行为搞清楚了，那么对固体为什么导电、为什么有的是半导体、有的是超导体等问题就可以给出一个解释来.这就有利于推动我们去研究导电现象，以及利用这些现象做出晶体管、集成电路以及超导的约瑟夫森，来为人类服务.总而言之，层次与层次之间存在耦合现象.我们还应看到另一方面，层次与层次之间也存在脱耦现象，所谓脱耦现象，就是下一个层次与上一个层次未必有重要关系．举一个例子来讲，近年来粒子物理有一个重要的发现，就是三、四年前发现了顶夸克，这在粒子物理是件大事，因为理论设想的凡种夸克除顶夸克外均已发现，现在顶夸克也发现了，但是顶夸克的发现对凝聚态物理有没有可以观察到的影响呢？没有，到现在为止,似乎一点影响也没有.这表明，层次跟层次之间，在某些情况下，存在脱耦，我们说粒子物理的进一步发展，对本身，对理解粒子的性质具有极大的重要性，但是，它的发展，对理解相隔了好几个层次的物质就丧失了重要性.再如，原子核的结构对遗传有没有影响呢？一般说来看不出大大的影响，这就是层次之间既存在耦合，又存在脱耦，而且大量粒子构成的体系往往有新的规律.

(二) 层创论

所谓层创论的观点.这里是著名凝聚态理论学家安德森(P.W.Anderson)讲的一段

话:“将一切事物还原成简单的基本规律的能力，并不意味着我们有能力从这些规律来重建宇宙，当面对尺度与复杂性的双重困难时，构筑论的假设就被破坏了.大量的复杂的基本粒子的集体，并不等于几个粒子性质的简单外推”.也就是说我们知道两三个或四五个粒子的规律，并不能说明 1020 或 1024 个粒子的集体的规律，在每一种复杂的层次上，会有完全新的性质出现，而且对这些新的性质的研究，其基本性并不亚于其他研究.也就是说物质结构存在不同的层次，而层次跟层次之间，往往到上一个层次就有新的规律出现，对这些新的规律的研究，本身也具有基本性.

科学是关于“系统”的理论体系：通过描述系统的属性及属性之间的联系，到达认识自然的目的.所以系统对科学研究是一个核心概念，需要对其特征进行一些解释.“系统是具有某些稳定属性的事物”，如一个粒子、一个星系、一个星球、时间和空间等，他们都有某方面稳定的属性，可以通过定标来测量和记录.并且属性之间有一些确定的关系，如行星的位置与速度满足开普勒定律.系统概念和数学中的赋予一组相容性质的集合概念是对等的，如群，空间等概念.只是自然科学所指系统的属性是客观的，而数学系统的属性是定义的.与系统互补的概念是“环境”，也就是，“世界=系统+环境”.系统的概念也是不断进化和延伸的，原来看似不确定事物，由于测量技术的提高，也会变得可以认识的.所以科学总存在一些边缘和交叉.具体的事物一般具有极其丰富而复杂的属性，但这些属性并不是相互矛盾的，而是不同程度相互关联的.科学研究往往并不是对事物进行彻底完备的描述，而是对某方面的稳定属性用抽象和近似的模型来刻画.例如研究地球的整体力学运动，往往把地球看成一个刚体，最多精确到刚体加流体，但很少考虑磁场之类的影响.在这个意义上，科学研究的只是事物的属性，而非事物本身.基础物理只关心事物那些普适的属性及规律，它是建立在科学基本信念和还原论假设之上的.科学的基本信念是：“世界是按规律运行的，而规律是可以被认识的”.还原论假设认为：“时空的属性具有可度量性、连续性和均匀性，物质由某些具有简单属性的基本单元组成，而对单元的属性可进