物理学革命与科学的本质

时间的形态（斯蒂芬· 霍金著．果壳中的宇宙．湖南科学技术出版社．2002）
（b）相对论时间 与空间相互结 合，当空间弯曲时，时间也有了 形态，但铁轨是弯曲的，时间就 如铁轨上的火车头一样。
（a）牛顿时间 与空间分离， 彷佛是一根在两个方向都无 限延伸的铁轨上跑的火车头 一样。
量子论和量子力学建立
–爱因斯坦:“提出一个问题比解决一个问题更重要。因为 解决问题也许仅仅是一个数学上或实验上的技能而已, 而提出新的问题,新的可能性,从新的角度看待旧的问题, 却需要有创造性的想象力,而且标志着科学的真正的进 步。”
–海森堡:提出一个问题比解决问题更为重要。
–科学问题的提出是非常复杂的过程。
五、科学活动的程序
译自英文“science”，旧译为“格致”，后受译为 “科学”。1897年，康有为引入该词并为中国知识界 接受。


科学及其活动的多样性，使得它至今仍无公认定义。
– “科学在全部人类历史中确已如此地改变了它的性质，以致 无法下一个适合的定义”，“科学不是个能用定义一劳永逸 地固定下来的单一体”。（英）贝尔纳
三、物理学革命的哲学意义

物理学革命，克服经典物理学危机，包括克 服传统机械论哲学观念的影响。 马赫的对经典力学的绝对时空观的批判。 经典物理学的全面危机：经典力学、热力学、 经典电磁理论的矛盾（如热力学第二定律的 不可逆性与牛顿力学可逆性的对立，经典力 学相对性与经典电磁理论的相对性不相容）， 力学与统计解释的矛盾。
1896年，贝克勒耳（1852-1908）意外发 现放射线； 1897年，汤姆逊证实了电子的存在； 居里夫妇发现放射线元素（钍、钋和镭）； 证实元素的嬗变；促使元素嬗变理论建立 （卢瑟福，1902年）； 动摇了几千年原子和元素观念——认为原 子不可分、是物质组成最小单元；认为元 素不变。


新旧图景的关系：量子论中旧图景的痕迹。 波粒二象性，测不准关系（1927年，海森堡； 互补关系，1929年，玻尔），量子力学解释；

爱因斯坦与玻尔（哥本哈根学派）长达30年 的哲学争论：决定论与统计解释的争论。
四、科学究竟是什么？
1. 科学的概念

源于中世纪拉丁文“Scientia”，原意为“学”、 “知”。


原子论与能量论（唯能论）之争。

马赫对绝对wenku.baidu.com空观的批判。
二、物理学革命的序幕

当时物理学家中的泰斗——开耳文勋爵 在新年贺词中把物理学的19世纪发展和 20世纪的前景比喻为“物理学一片晴朗 天空，只有两朵小小乌云”，它们是黑 体辐射问题和以太问题，当时没有得到 解决。
实验进展 “晴朗天空中的乌云”：
第四讲
物理学革命 与科学的本质

19世纪下半叶，牛顿力学在各个自然科 学领域得到了广泛应用，机械自然观总 体上仍然处于主导地位。“经典物理学 大厦已经建成”。
一、物理学新发现

1895年，伦琴 （1845-1923）研究 阴极射线时意外发 现X射线；获得1901 年诺贝尔物理学奖， 是第一个获奖人。 通过X射线促进了或 激励了一连串发现。

科学研究活动常常被 分为两个相关的部分：

科学理论 科学定律 科学概念
科学发现和科学证明；
前者是由问题到理论 的上行过程，后者是 由理论到事实的下行 过程。

科学事实
（科学问题）
科学的客观性:观察和理论的关系

传统(培根)：观察是中性的,理论依赖观察,而观 察不受理论制约。

现代发现：观察渗透着理论。因为观察不仅是接

1900年，普朗克提出能量子假说； 1905年，爱因斯坦提出光量子假说和 理论； 20世纪初，卢瑟福提出原子的有核模 型——太阳系模型； 1913年，玻尔建立（经典）量子论原 子模型；



1923年，德布洛意提出物质波假说；
•1925-26年，薛定谔提出波动力学；海森堡提出矩阵力学。 •1927年证明两者等价（量子力学）。

谢 谢 ！
2.对科学的理解
(1) 关于自然现象及其规律的系统化的知识 体系； (2) 探索自然现象及其规律的认知活动； (3) 推动生产力发展和社会进步的革命性力 量； (4) 以生产科学知识为行为特征的社会事业， 是一种特殊的社会建制。
科学研究的起点：观察or问题？

经验主义的科学方法论:科学始于观察(培根) 证伪主义的科学方法论：科学始于问题（波 普尔）
受信息的过程,也是加工信息的过程,所以观察必 然与观察者的知识背景乃至生活经验、心理定势 相联系,不同的观察者对同一过程可能会得出不 同的结论。

通过观察所获利的科学事实是否具有客观性，历 来是哲学领域不同学派经常争论的重要问题。 如何保证科学观察的客观性？
– 科学观察要求观察或实验结果可以用某种标准的方法进 行重复。这是必须遵循的共同原则。 – 科学观察要求以正确反映客观事物本质的理论为指导。 – 科学观察要求使用先进的观测技术和仪器，这是保证观 察客观性的物质基础。 – 科学观察要求研究者要有严谨的求是态度。

以太问题的检验，迈克耳孙-莫雷实验（以太
存在？光速问题）； 黑体问题研究中，出现了紫外灾难（黑体：光 的辐射和吸收）。

理论变革
相对论的提出：

1905年狭义相对论；关于时间
和空间关系、质量和能量关系；
运动和物质关系；对经典力学
的绝对时空观的革命。

1915年广义相对论；物质与空
间、时间关系。
爱因斯坦（1879-1955）