物理学对于人生的意义

2019-12-06 16:11:11

  物理学家经常被认为是生活在象牙塔中的人,生活乏味,并与社会脱节。当你看到身边的家用电器时,也许会想到其中的电子器件以及无处不在的电力和电子信号,也许还会想到正是物理学家的努力和物理学的发展奠定了现代技术革命的基础,为现代人带来了丰富的物质生活。或许某些人还能够超越以上对物理学工具式的理解,把它看作对人类有益的精神财富。但即便这些人也很难摆脱对物理学象牙塔式的认识,只是把物理学之类的基础科学看作为一缕美好却又距人遥远的理性之光。卢梭的言论集中体现了这种理解。一方面,他赞叹近代科学巨人以及近代科学带来的理性之光,另一方面他却认为科学工作只需要少数天才,而与大多数人距离遥远,并且与大多数人的日常精神生活无关。这种盛行于世的理解表明:人们对物理学对于人生的意义缺乏足够的认识。

  那么,物理学对于我们每个人有什么意义呢?要回答这个问题,我们需要了解近代以来的物理学给予了我们什么教益。

  伽利略和牛顿创立的经典力学是近代科学的第一个不朽成就。继伽利略对惯性运动和自由落体的研究之后,牛顿认为物体的运动速度的变化(加速度a),与所受外力(F)成正比,与物体的质量(m)成反比:F=ma,这就是著名的牛顿第二运动定律。但是,什么是质量呢?牛顿说质量等于外力除以加速度:m=F/a。也许有人会说:难道这不是循环论证吗,难道牛顿说出了有价值的东西吗?牛顿确实说出了非常重要的东西。先生曾经说起,在他的少年时代,当某天他读懂了牛顿力学之后感慨道:牛顿有一手。

  要真正回答“什么是质量”,就是要回答“质量的本质是什么”。这是一个非常深奥的问题。牛顿回避了纠缠于这样一个非常困难的问题,以一种操作式的定义对质量进行了说明。首先,根据对自由落体的研究可以知道:物体在地球表面具有重力加速度,不同重量的物体的重力加速度相同。其次,如果两个物体的重力相同,可以认为它们的质量相等。最后,可以取一个标准物体作为标定物体质量的标准单位;如果某一个物体的重力与这个标准物体的重力相同,则这个物体的质量与标准物体的质量相等;如果两个质量相等的物体引起的总重力与标准物体的重力相同,则它们的质量分别等于标准物体质量的1/2;依此类推,可以标定任意物体的质量相对于此标准物体质量的相对大小。简单地说就是:m=F/a。

  以上对于质量的说明虽然没有解释“什么是质量”,但是它提供了一个可操作的、关于如何标定质量的相对大小的办法。它虽然不能解释质量的本质,但是足以帮助我们研究物体质量引起的现象,足以帮助我们把对物体的运动现象的研究建立在牢固的根基之上。牛顿把对运动现象的研究从“什么是质量的本质”这样一个深奥和复杂的问题中解放出来,从此人类得以系统有序地探讨物体运动的知识,并最终把这些知识总结为具有牢固基础的经典力学体系。

  牛顿的这种把“对现象的研究”从“对本质问题的讨论”中解放出来的思路取得了巨大的成功,这是近代科学对于哲学的超越。此后,当哲学家们还在关于本质问题的讨论中纠缠不清时,物理学家已经在对现象的研究中高歌猛进,不断取得巨大成就,并且通过不断剥离并回答本质问题中较易解决的问题,逐步加深人类对于本质问题的认识。牛顿之后此类著名的例子包括:统计力学对具体微观规律的影响的回避,量子力学对“量子到经典过渡”的存而不论,量子场论中的重整化理论,量子色动力学中的因子化理论等。总之,物理学的发展和不断取得的成功有力证明了这种思路的威力。

  2013年10月8日,诺贝尔奖委员会宣布把2013年度诺贝尔物理学奖授予比利时人Englert和英国人Hig-gs,以表彰他们对基本粒子质量起源机制的贡献。为验证他们的质量起源机制,全世界的高能物理学家花费大约十年时间,合作建造了耗资约100亿美元的大型强子对撞机,其后大约共6000名实验家利用这一对撞机从事了长达两年的实验研究。在距牛顿时代约300年之后,人类终于对质量的本质有了较深入的认识。再回顾牛顿对质量问题的回答,我们不得不感慨他的高明之处。如果牛顿当年纠缠于质量本质的问题,陷入对它的空想之中而不是研究现象学,不难想象他很难在有生之年驱散质量之谜的一点点迷雾。

  那么,物理学的这些成功之处能够具体让我们学到什么呢?

  首先,我们应该试图去找到可以解决的问题,而不是纠缠于某些大问题,陷于对大问题的空想之中而不能自拔。杨振宁先生常说:要做简单的东西。他大致就是这个意思。有些人总想要解决大问题,甚至解决所有问题,却不仔细想想这些问题是否可能得到快速解决,是否有一劳永逸的解决办法。物理学的历史告诉我们:承认某些问题可能是目前无法解决的,对我们并无坏处;谦逊不仅是美德,它也能帮助我们走上求真之路。

  其次,我们应该力图使自己的认知建立在牢固的基础之上。在我们身边有许多优美的观念、伟大的学说和深奥的理论,每个人或多或少都会受到其中一些观念、学说和理论的影响。但它们中有多少是可靠的呢?人们应该学会分辨自己的认知世界中哪些知识和观念是可靠的。物理学家强调研究简单问题的目的就在于:只有研究较简单的问题,我们才能够比较容易解决问题,并确立关于这些问题的牢固可靠的知识;在此基础之上,又能够进一步提出和解决更加本质的问题,逐步深入对本质问题的认识;只有这样,我们才能一步步使我们对世界的知识建立在牢固的基础之上。

  最后,我们应该学会锻炼自己分辨问题、知识和观念的能力。这包括:1)学会分辨哪些问题是较易解决的,问题的要点在哪里,哪些问题是有价值的。2)学会分辨知识的适用范围,分辨哪些知识是可靠的,哪些是不一定可靠的。常有人在学到一套理论之后把它当做普遍有效的东西随处乱用,这些人正是犯了“不知道适用范围”的错误。更加糟糕的是不少人没有意识到这一方面的重要性。3)学会分辨哪些观念是有现实基础的,哪些还仅仅是人们头脑中的空想。近代科学的高明之处就在于:科学家不满足于“停留于头脑中的玄思妙想”,而要找到办法检验自己的思想。马克思说“把从空想变为科学”,这句话很好地说明了马克思对科学精神的深刻理解。每个人都应学会区分空想和科学,并且有一天能够把自己的美好空想变为科学实践。

  分辨问题、知识和观念的能力是我们每个人应该具有的基本能力。特别在信息大爆炸时代,这样一种能力对于我们十分重要:它可以帮助我们获得一双犀利的眼睛,帮助我们看清这个世界,使我们成为知识的主人而不是沦为知识的工具。物理学为如何锻炼我们的能力提供了丰富系统的经验和教益,具有难以替代的价值。

  当某人不能听或不能看,我们会对此十分遗憾,因为他不能充分地了解和享有这个世界的丰富;当某人不能欣赏精美的文艺或者美妙的音乐,我们也会对此遗憾,因为他不能享受这个世界的美好之处。但是,大概没有多少人会对没有受到良好的物理学教育心怀遗憾,这说明我们对物理学对于人生的意义缺乏足够的认识。

  物理学的教益不仅可以帮助我们在坚实的基础上迈入求真之路,它还可以为我们的福祉作出难以替代的贡献。古人感叹世人挣扎于各种观念和理论之中而不能使它们为世人所用,提出“莫若以明”,希望世人能够“枢始得其环中,以应无穷”。这正是希望世人能够明白,能够熟练掌握前人留下的知识而又不迷失于其中,使这些知识真正为世人所用。物理学的丰富系统的教益可以帮助我们理清自己的认知世界,帮助我们成为各种知识的主人,使知识为我们所用以应对无穷尽的世界,造福于人类。我曾说:当物理学家能够娴熟自由地运用各种知识和思想观念而又不被它们的种种局限之处所束缚时,他就能够自由轻松地畅游于思想观念的海洋之中自得其乐。借用古人的话,这就是能够“乘天地之正,御六气之辩,以游无穷,得无为之乐”。物理学教益的价值还在于:它可以帮助我们每个人克服束缚,使我们畅游于精神世界而不迷失于其中,得无为之乐。这些就是物理学的教益对于真、善和美的价值。

  来源: 人民政协报