2013-2014学年第二学期
《自然辩证法概论》期末课程论文
从量子力学的发展看科学的分界标
准
姓 名： 学 号： 任课教师： 完成时间：
张浩 SY1317101 王娜
2014年 4 月 9 日
1
摘要
本文通过对科学技术对人类社会的巨大影响肯定了科学分界问题，以具有典型科学特征和目前代表人类最高认知水平的量子力学的发展史对历史上出现的具有代表性的分界标准进行对比验证，揭示了不同分界标准的有效性或不合理性，并结合自己对分界问题的思考，提出了一些有益的分界观点。该分界观点将科学理论和科学实践中最具代表性的特点，即科学的主观性和客观性、历史性与社会性，提炼出来进行讨论，最终得出一些有益的结论。
关键字：科学分界；证伪主义；多元分界标准；量子力学
2
1.引言
正如历史的发展所展现的那样，科学技术越来越成为整个人类社会赖以生存的重要组成部分，无论对科学技术进行何种程度的强调也不会显得过分。当历史前进的步伐终于走过了黑暗的中世纪，科学技术就像脱离了缰绳的马一样在人类发展的历程中高歌猛进。从哥白尼、伽利略第谷等人一直到牛顿提出力学三大定律为标志，可以算作是近代科学的第一次革命，他们共同打破了神学、巫术、占星术等对人类社会的绝对统治，建立了近代自然科学体系。这段历史从16世纪中叶到到17世纪末共历时一个半世纪；第二次科学革命发生于19世纪，它是以能量守恒与转化、细胞学说和进化论三大理论分别奠定了化学、物理学和生物学的实验科学体系为支撑。它们集中于19世纪中叶成形，历时约为半个世纪；第三次科学革命是以相对论和量子力学为基础的对时空以及物质构成基础及相互作用的认识，后来在此基础上形成了有机化学、深入到原子级别的核能研究和分子级别的生物和基因工程为代表的技术革命1。如果只以相对论和量子力学的建立作为第三次科学革命的标准来看，从20世纪初开始到30年代结束，历时约30年。
也有人将系统科学、系统论、控制论和系统论等老三论及耗散结构论、协同伦和突变论等新三论、人工智能为代表的科学理论作为第四次科学革命，但在我看来，这些理论对于人类社会的影响远远不如前三次科学革命。实际上，历史上影响巨大的科学革命只包括以牛顿三大原理为代表的第一次科学革命和以相对论、量子力学为代表的第三次科学革命。这两次科学革命带来的不仅是知识的巨大飞跃，更带来了人类对于自然界的根本认识的巨大变化。比如，牛顿三大定律属于典型的决定论，它让人们相信整个自然界包括人类社会是以完全符合自然规律的方式运行的，甚至有科学家（比如拉普拉斯）宣称，只要给定初始条件，他能推演出整个宇宙的过去和未来；然而量子力学宣称的却是“不确定性”，即自然界的客观规律是我们无法同时准确测量两个共轭量，而这种共轭量是大量存在于决定论中的，这样导致了决定论的破产，引发了从量子力学建立之初直到后来持续几十年的争论。
科学革命极大地丰富了人类的知识体系，拓展了人类的感知范围，创造了横河流沙般的精神财富。可以说大至宇宙洪荒，微至原子夸克均已经纳入了人类的认识领域，而且还呈现出不断加速的态势。除此之外，科学作为技术的先导，对技术起着重要的引导作用，而技术革命的出现则极大地增加了人类的物质财富。
18世纪的第一次技术革命是以蒸汽机的发明、改进和应用推广为标志。第一次技术革命大大增强了人类的社会生产力，蒸汽机就如同不知疲倦的和高效的工人为人类社会创造了大量的物质财富，第一次凸显了科学技术的巨大能量；19
3
世纪的第二次技术革命以电力的运用为标志，这次技术革命不仅为人类提供了一种可以有效利用和传输的能量方式，也为人类社会创造了大量的财富，更是深刻地改变了人类的生活方式，人们不再因为太阳的落山而不得不结束一天的生活，也不再因为远离水源和煤矿产区而不得不放弃人类最先进的技术成果。电力革命拓展了人类的意志力和统治力，拓展了人类对整个自然界的认识和控制程度；从20世纪40年代开始的以核能、计算机科学、空间宇航技术开始到20世纪70年代开始出现的微电子技术、生物工程技术和新型材料技术的技术革命作为第三次科学技术革命的标志在空间和维度上大大拓展了人类的感知和控制领域2。
历史不断彰显科学技术的重要性，与此同时，伴随着科学技术权威性的建立而来的以“科学”为幌子，行招摇撞骗之事的各种伪科学、各种不具有典型科学特征的认识以“科学”进行自我标榜，在人类社会中大行其道，混淆了视听，给人类社会造成了很多不必要的麻烦；而且，远至巴门尼德时代，哲学家就认为分清知识与意见、实在与外观、真理与谬误是十分重要的3；除此之外，科学技术对人类社会越来越深的影响程度也引起了人类社会对科学与其它精神财富关系的争论。为了对科学与非科学进行正确的认识和区分，维护科学和科学共同体的权威4；为了满足人类对科学与其它精神财富区别的求知欲；同时也为了更好地规范科技工作者的研究工作，指导研究者进行有效地研究，从而避免在非科学或者伪科学的问题上争论不休，白费力气，人们提出了“科学划界”的问题。
实际上，“科学划界”的问题可以远溯到几千年前的亚里士多德时代，但只是在最近的两个世纪里，哲学界和科学界才在这个问题上进行了深入地探讨并获得了相当的成就。对“划界”问题的探讨是与科学技术的发展保持一致的，它是对人类精神财富的有益补充。
2.正文
——从量子力学的发展史看待科学划界
2.1量子力学具有典型的科学特征和最高的权威性
正如前面提到的，人类历史上两次思维大变革均有科学革命引发，第一次17世纪牛顿建立牛顿力学，第二次为20世纪初由爱因斯坦等人建立的相对论和由波尔、薛定谔、海森堡、泡利等人建立的量子力学。从根本上说，这些理论都是对自然界规律的认识，没什么分别，但从其内涵和对人类思维模式的影响来看，相对论是对牛顿力学的补充和扩展，量子力学则是全新的理论。如果说由牛顿等人建立的牛顿力学对自然界规律的客观性、绝对性的精确描述第一次让人类认识到自身的无限能量，从而将自身从自然界中解放出来，以至于引发人类几百年战胜自然，改造自然的历史浪潮，那么量子力学的建立又重新将人类归于自然界，让人们意识到更深刻的自然哲学。从根本上讲，人类无法脱离于自然而独立地存
4
在，人类更无法扮演造物主的角色，对自然界进行精确地认识和改造。这种不确定性彻底地改变了自牛顿建立牛顿力学以来人类对自身和自然界关系的认识。而且，它更进一步地指出了人类对自然界认知水平的上限，从而将人类又一次束缚起来。而这一次对人类的捆绑显得那么有力，无法挣脱。
量子力学是描述微观世界结构、运动与变化规律的物理科学。它的研究内容主要集中在分子、原子、凝聚态物质以及原子核和基本粒子结构、性质的基础理论。它是20世纪几乎所有重大发现发明的原始推动力。在学科体系上，科学家们依据量子力学建立了原子轨道模型，这个模型可以充分描述物质的化学性质，从而将自牛顿、拉瓦锡时代以来相对独立发展的物理学和化学两大基础科学从根本上联系起来；在科学发现上，20世纪绝大部分的诺贝尔奖都与量子力学有直接关系，如20世纪初，1903年居里夫妇等三人因为发现天然放射性而获得诺贝尔物理学，1918年普朗克因为发现能量子而被授予诺贝尔奖，1921年爱因斯坦给因为完美解决了光电效应而被授予诺贝尔奖，1923年尼尔斯·波尔因为对原子结构和原子光谱的研究获得诺贝尔奖。到了20世纪30年代量子力学建立时期，因量子力学获奖的更是占据了绝对位置，1927年康普顿因为康普顿效应获诺贝尔奖，1930年诺贝尔奖授予发现拉曼效应的拉曼，1932年、1933年连续两年将诺贝尔物理学奖授予创立量子力学的海森堡、薛定谔和狄拉克。在诺贝尔物理学奖上，30年代到40年代是量子力学理论的天下。到了50年代到70年代，诺贝尔奖又成为了粒子物理学、凝聚态物理的囊中之物??这样的名单可以一直列下去。据统计，诺贝尔奖86.1%的成果集中于理论物理、高能物理与粒子物理、原子及原子核物理、固体与凝聚态物理、实验及应用物理五个领域6。而这五个领域绝大部分与量子力学直接相关；在技术发明创造上，20世纪40年代出现了第一颗原子弹，1947年美国贝尔实验室研制出第一种具有实际应用意义的点接触型锗晶体管，1960年第一束激光出现??这些新东西的出现奠定了我们今天生活的样子，而这些发明创造的理论基础无疑都包含量子力学。
量子力学的发展史是一部充满艰难的探索史，它无时无刻不充满着激烈的争辩和最严格的的检验。它是通过了几代这个世界上最聪明的头脑及最灵巧的双手的探索和验证才得以最终成形，这其中包括声明显赫有史以来最伟大的科学家如普朗克、洛伦兹、爱因斯坦、波尔、波恩、海森堡、薛定谔、泡利、狄拉克、约尔当，也包括了近代物理史上最具争辩性的假想实验如爱因斯坦的EPR佯谬和光箱假想实验、薛定谔的猫、维格纳的朋友以及最伟大的验证性实验如卢瑟福α粒子轰击金箔实验、康普顿散射实验、电子的衍射实验、斯特恩-盖拉特实验、单电子双缝实验、阿斯派克特实验??
在我看来，量子力学是人类有记载的最高深的知识，它体现了人类对自然界
5
5