从物理学的发展看机械论与整体论

从物理学的发展看机械论与整体论物理学曾经是自然哲学的一个组成部分，直到15世纪下半叶才从哲学中分离出来，然而它们作为互相补充的思维方式的关系无时无刻不在强烈地表现着。

在人类自然观的发展过程中，物理学始终为辩证唯物自然观的形成和发展提供着强大的支持，20世纪之前的一系列物理学成就，为机械自然观的形成与发展提供了思想与方法。

20世纪之后，随着相对论与量子力学这两大现代科学支柱的建立，以及非线性物理学研究的蓬勃兴起，又为整体论的自然观提供了强有力的支持。

因此，了解些物理学的哲学渊源对启发物理学的思维大有裨益。

1．物理学中的机械论自然观在哲学中，机械论的基本含义指用物理原因来解释一切自然现象的理论。

机械论的哲学原理的一个重要来源是“宇宙机械论”。

称为宇宙机械论的旧理论是关于宇宙自然的理论，与近代初期的唯物论十分密切。

它认为，宇宙应当看成一个纯粹的机械系统，即完全由遵守完备和有序的自然规律系统而运动的物体组成。

机械论者认为科学革命的成果显示了宇宙间所有现象最终能归于用机械规律解释。

它意味着，机械论是一种完全决定论：如果所有现象可以完全通过遵从物理规律物体的运动来解释，那么的确就像一部齿轮组成的钟表一样。

所有现象完全由物质的属性以及自然规律所决定。

宇宙机械论蕴含的决定论比钟表的机械性还要强。

一个钟表系统如果某部分停止工作，就会停下来；在宇宙机械论中系统的“部分”与宇宙中的其它事物没有区别，任何事物“停止工作”仍然是宇宙的一部分，仍然符合机械论的自然规律。

机械论自然观渊源于古希腊的原子论，肇始于文艺复兴时期，勃兴于近代科学革命中。

19世纪后半叶受到挑战，2O世纪初渐趋衰微，在西方思想史乃至世界思想史上居于统治地位有年，其成就骄人。

法国哲学家、数学家、物理学家笛卡儿可以说是早期机械论哲学的代表人物。

他的哲学是一种理性主义的二元论。

他把世界分为两部分——形体世界与精神世界，对灵魂与肉体，内心感应与外部世界进行了严格的区分。

笛卡儿认为，物质是形体世界里唯一的客观实体，一切形体都是做机械运动的物质。

他对物质运动、大体运动以及人体的运行机构都作了机械论的解释。

笛卡儿以量的特征定义物质，认为物质的唯一特性是广延。

在这样一个实体中，只有物物相触才能产生运动。

他提出了著名的“动量守恒定律”，认为物质的唯一运动形式是空间位移。

在笛卡儿物理学中，宇宙是一个巨大的机械系统，在上帝提供给它“最初起因”之后，就按照严格的机械运动规律运行下去。

不仅如此，笛卡儿还将机械论引入生物界，他将动物看作具有各种生理功能的自然机器。

他甚至提出人体本身也是一种“尘世间的机器”。

在他看来，人的活动也严格遵循着物理定律，人作为机器与动物机器的区别，就是人要受到存在于他自身的“理性灵魂”的控制。

他认为，人除了思想之外，机体的所有功能都象钟表一样是纯机械性的。

他赞赏哈维的血液循环理论，认为哈维的理论正好说明了生命就在于血液的机械运动。

而这一点正是机械论哲学原理另一个来源“人类机械论”。

牛顿经典力学建立并获得巨大成功后，牛顿力学的思想和方法迅速向其他学科和领域扩展，带来了科学的全面发展和兴盛。

牛顿力学的思想方法成为近代科学固定的思维模式。

在整个18世纪乃至19世纪，几乎所有的自然科学家都按这种模式去研究自然。

甚至在20世纪初，卢瑟福还把原子看成与太阳类似的系统，用牛顿的思维方式构造模型。

牛顿经典力学的建立和巨大成功又启发哲学将其概念范围和思想方法运用到哲学中，使机械论哲学很快发展成熟。

与牛顿几乎同时，英国唯物主义哲学家霍布斯和洛克把机械论从自然科学扩展到哲学领域，使机械观发展成为成熟的经典形态。

他建立了第一个比较完整的机械唯物论哲学体系，将力学范畴引入哲学，确立了物体、偶性、运动因果性等基本范畴。

他把物体定义为不依赖于我们思想的东西，与空间的某个部分相合或具有同样的广袤。

认为机械位移是物体的唯一的运动形式。

世界的一切事物都受机械运动原理的支配，都可以用机械运动原理解释。

他把一切运动都归结为物质在空间位置上的变动，提出人和自然没有本质区别，“心脏不过是发条，神经不过是游丝，关节不过是一些齿轮。

”甚至人类的推理活动也不过是机械的计算。

洛克吸收并发展了牛顿，波义耳用微粒说概括物质性质的观点，认为微粒说“最能明了地解释物体的各种性质”。

他把组成物质的观点，认为微粒说“最能明了地解释物体的各种性质”。

他把组成物体的物质微粒的空间结构和数量组合看成物体的“实在本质”，当做决定一切物体特征的内在根据。

他认为，自然事物的一切特殊性都由物质微粒的量的机械组合而决定。

用物质微粒的这些机构的量的特征可以说明自然界的一切现象。

霍布斯和洛克使科学中的机械论自然观上升为机械唯物论哲学，使机械观的要领范畴得到进一步的概括和提炼，发展为经典形态的机械观，即成熟的机械观。

其基本思想是：整个宇宙由物质组成；物质的性质取决于组成它的不可再分的最小微粒的空间结构和数量组合。

物质具有不变的质量和固有的惯性，它们之间存在着万有引力。

一切物质运动都是物质在绝对，均匀的时空框架中的位移，都遵循机械运动定律，保持严格的因果关系。

物质运动的原因在物质的外部。

牛顿经典力学和英国机械论哲学传到法国后，对18世纪法国思想界的启蒙运动起了决定性影响。

启蒙运动中的唯物主义哲学家吸收了牛顿力学的成果和英国机械论哲学的主要内容，将公开的战斗的无神论思想引入机械论，使经典的机械论进一步发展为极端化的机械唯物论。

百科全书派拉美特利和霍尔巴赫的哲学鲜明地体现了法国机械唯物论的特点。

拉美特利的哲学体系表现出彻底的无神论精神。

他指出物质是唯一的实体，是存在和认识的唯一根据，在整个宇宙只存在着一个实体，只是它的形式各有变化。

在《人是机器》一书中，他不仅批判了宗教唯心主义的不死灵魂说，贝克莱的主观唯心主义和莱布尼兹客观唯心主义的“单子论”，也否定了笛卡儿的二元论，直言不讳地宣称，自然界和物质无所依赖地在宇宙中独占首要地位，没有给造物主留下丝毫空隙。

拉美特利对机体和心灵活动的形式作了机械论的解释，认为人与动物并无太大的差别，人只不过比动物“多几个齿轮”，“多几个发条”它们之间只是位置的不同和力量程度的不同，而决没有性质上的不同。

他说：“人体是一架会自己发动自己的机器；一架永动机的活生生的模型。

体温推动它，食物支持它”。

拉美特利关于“人是机器”的思想打破了自然哲学中唯心主义的最后壁垒，但是其错误也是显见的。

他的哲学是极端形态的机械论哲学的代表。

2．物理学中的整体论自然观的开始1905年是值得纪念的，因为从爱因斯坦开始产生了非机械论（或整体论）的自然科学。

20世纪刚开始，爱因斯坦就以其相对论打破了牛顿机械论的一统天下。

开创了非机械论自然科学的新时代。

牛顿力学有一个绝对的参照物，就是地球或地球上观察物体运动的人。

而任何没有地球或人直接参与的其它物质之间的运动，必须转换成标准参照物的运动，这样才能被我们人类理解。

爱因斯坦的相对论否定了牛顿力学中这个永恒不变的绝对参照物。

提出了相对性原理和光速不变原理，认为不论任何物质之间的相对运动，都可彼此之间互为参照，直接进行计算，爱因斯坦的相对论彻底改变了人类对时空的认识，把以前人们认为是分裂的互不相关的时间、空间看作一个整体，时间与空间相互联系，不能割裂。

显然，这种科学观点是一种整体论的自然观。

同时爱因斯坦还提出了光的波粒二象性原理，认为光粒子运动是不连续的的。

波与物质运动，在牛顿经典力学中属于完全对立的两种运动形式，是不可能有同一个物质中存在的。

而爱因斯坦发现了光的波粒两重性，即光子运动既有粒子性，又有波动性，不能确定光子只有哪一种运动特性。

这一观点直接为后来的德布罗意提出物质波的概念提供了很好的参照。

物理学发展的另一重要标志年份是1900年，普朗克首先提出了量子假设，此后，在爱因斯坦、玻尔等一大批物理学家的努力下，量子力学开始了迅猛发展。

量子力学是研究微观粒子的高速运动的。

物理学家们在研究中发现牛顿经典力学完全不适用于微观粒子的高速运动，他们发明了统计理论和概率论。

因为在微观领域中的高速运动，无法确定物质粒子的确定位置，只能有一个统计的概率，海森伯将这个发现称作“不确定度原理”。

即对于微观高速运动的基本粒子，当粒子速度可以准确测量时，空间位置却不能准确确定。

而当粒子准确测量其空间位置时，其速度又不能确定。

奥地利物理学家薛定谔在他所提出的波动力学中解释了这种波－粒二象性，并基本上与爱因斯坦的统一场思想相一致，把这种既表现为粒子、又表现为波动的微观客体归结为“波场”，把这种具有多维空间的波场看作唯一的物理实在。

他进而提出生命现象的物理基础，把生物有机体看作微观粒子的一定的组织状态,而服从于严格的量子力学定律,从而把连续场的思想推广到生物学。

相对论与量子力学两大物理学理论的重大意义在于彻底否定了近代自然科学的决定论。

动摇了人们对经典力学的迷信和崇拜，为自然科学在20世纪的发展和现代化开辟了广阔的前景。

3．物理学中整体论自然观的持续发展虽然爱因斯坦相对论指出机械论不适用于宏观宇宙，量子力学指出机械论不适用于微观高速运动。

但是，这些研究从哲学上看并没有建立真正新的整体论自然观。

早在19世纪后期达尔文的进化论和热力学第二定律就对“自然界具有严格对称的统一的数学结构”的思想提出了挑战，进化论揭示生物的发展是一个进化的过程，这种进化是一个观察的事实；热力学第二定律发现自然界的历史是不可逆的。

20世纪中叶以来起发展起来的系统论学科在现代科学水平上发展了的一种系统论的自然观。

直到20世纪40年代奥地利生物学家贝塔朗菲提出的系统论才使问题得到突破性进展。

原来世界上的物质分成两大类，一类是简单物质，另一类是复杂物质。

机械论只研究了简单物质的简单运动，而不不适用于复杂物质的复杂运动。

复杂物质的复杂运动必须用系统论来研究。

系统论的出现使人类对物质的认识进入一个新的领域。

20世纪六、七十年代又出现了耗散结构理论、协同学和混沌理论，进一步发展了这种世界观。

协同学是20世纪70年代初联邦德国理论物理学家哈肯创立的。

1969年哈肯首次提出协同学这一名称，并于1971年与格雷厄姆合作撰文介绍了协同学，1973年在联邦德国埃尔姆召开第一届国际协同学会议论文集《协同学》出版，协同学随之诞生，1977年以来，协同学进一步研究从有序到混沌的演化规律。

1979年前后联邦德国生物物理学家艾根将协同学的研究对象扩大到生物分子方面。

耗散结构是自组织现象中的重要部分，它是在开放的远离平衡条件下，在与外界交换物质和能量的过程中，通过能量耗散和内部非线性动力学机制的作用，经过突变而形成并持久稳定的宏观有序结构。

耗散结构理论的创始人是理论物理学家和化学家伊里亚·普里高津(Ilya Prigogine)教授，这一理论于1969年由普里高津在一次“理论物理学和生物学”的国际会议上正式提出。