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自然哲学基础分析（杨本洛）
自然哲学基础分析 前 言 本书原定名为“是时空观还是物质观的一次重大革命？——关于相对论的哲学和数学反思”，张天蔚先生以为书名过于具体，更象论文名称，遂改用现名。 哲学与物理学之间存在渊源深厚的联系。美国物理百科全书指出，物理学以前称为自然哲学。只是随着时间的推移，物理学包容了更多的特殊学科，形成物理学的专门学科领域。然而，以理解和解释自然现象作为物理学的根本目的，这个基本现状没有改变。因此，尽管本书讨论的内容，涉及如何描述物质运动这样一些最基元认识的逻辑自洽化问题，实际上是关于整个物理学所存在哲学基础的探讨。但是，从现代物理学所涵盖的庞大学科领域考虑，本书讨论的范围仍然十分有限，同时为了强调对于认识的认识溯源，故而以自然哲学基础为研究对象较为合适。 去年8月，上海交通大学出版社出版了我所写《理论流体力学的逻辑自洽化分析——源于“湍流”的哲学和数学思考》一书。在该书前言之上有这样一段话： “伟大的Einstein一再声言“大自然是一本读不完的书”。许许多多的科学大师都以此作为自勉。但是，号称为Einstein相对论最为优秀的承继人，被称为当代奇才的Stephen W. Hawking却公开声言，人类对于大自然的认识已经可告完成，人类未来的科学研究仅仅是如何应用这些知识的问题了。或许恰恰因为Hawking曾经作出了重大成就和存在的巨大影响，我作为一个普通的研究者必须公开拒绝他的这一观点。我不仅认为这种观点是一种伪科学，而且在人类面临对于物质生活过度追求的今天，他的言论反映了当今科学世界中的一种思潮，对于整个科学事业是极为危险的。我同样相信，相对论和量子力学都不可能是人类认识的一种终极。对于狭义相对论有限论域和逻辑前提的研究，和对于任何一个科学体系有限论域和逻辑前提的研究一样，肯定仍然是需要的。笔者以为，在科学研究中，更为根本和可宝贵的恰恰是Einstein整个一生献身于科学的真诚和锲而不舍的精神。” 这段话大概地反映了笔者对当今科学世界不尽相同的基本认识，和对人类认识自然深化过程中的目前状态的一种深切担忧。当然，也间接地表达了笔者对“相对论”的不同认识。尽管当时对“相对论”的认识尚未象目前这样较为具体。但是，根据笔者学习“相对论”的体会和分析，当时已经形成一种逻辑判断，由于Einstein根本背离科学研究的物质第一性基本原则，他的“相对论”实际上深深地陷入了形而上学和逻辑不自洽之中。 Einstein在构建“相对论”的整个过程中，从来没有认真考虑他所研究特定物质对象的抽象特征和本质属性，考虑为他的理论体系建立一贯具有确定意义的有限论域问题。在“相对论”中，Einstein显然把“光速不变现象”作为整个理论体系的立论基础，但是他同样从来没有认真考虑这种现象存在的物质基础，为这个现象的存在作出理性的解释。“相对论”仅仅对“光速不变原理”构造了一种形式化的认定，但是相关的形式表述其实并不完备，相应缺乏明确物理内涵。在“相对论”中，Einstein把实验室中不具唯一性的*作性行为引入形式表述的理论体系，从而破坏了一个形式系统必须具备的纯粹性和独立性要求。 在对基础理论的学习、领会和批判性的认识过程中，笔者逐渐形成了一种认识：任何一个学科分支，乃至整个科学体系都是一个整体。因此，尽管对某一个问题可能已经构成一种具体的确定性判断，但是如果对研究对象以及它的相关论域仍然缺乏较为系统的研究，尚未形成一种较为完整分析的时候，一个局域性的分析往往不具本质意义。“相对论”和整个现代物理学密切相连，而囿于自身的实际经历，笔者对整个现代理论物理的了解，以及对“相对论”不同争论现状的了解都十分有限，加上从本人整个工作安排考虑，所以当时并没有进行对“相对论”进行较为系统研究的打算。当然，在已经因为对宏观物理中一系列重大基础理论方面提出批判而处于一种特别艰难之中的时候，笔者也心存疑虑，不敢公然把对“相对论”的不同看法昭示于众。 中国航天研究院的许少知研究员，长时间以来针对“相对论”在形式逻辑方面所存在的不自洽问题进行了深入探讨，并且取得了许多研究成果。当许先生得知笔者对“相对论”同样存有异见，并且在较详尽地翻阅本人近年出版的几本著述，对笔者科学研究中的一些基本观点以及对当代基础科学研究的现状深有同感的时候，他寄来了许多资料，并且提议本人充当拟议中1999年北京“香山科学会议”的会议发起人之一。笔者深知重新认识“相对论”在现代科学生活中的重大意义，以及这种认识所面临的艰难，虽然自觉尚力所难勉，但是对许先生的提议义不容辞。开始笔者仅仅想写一篇短文，但是一旦进行较为系统的思考，期望能够真正说清问题的时候，便觉得通常意义的论文已经无法容纳需要陈述的内容。 随着较为系统地考虑“相对论”的问题，不能不为整个“相对论”在科学的哲学基础的紊乱与演绎表述所表现的随意性而深深震撼。出于探求真理的执着、真诚和献身精神，以及哲学思辨中的一种洞穿能力，Einstein的许多科学论述表现出他人难以企及的深刻和无畏的批判精神。几乎每一个现代人无不曾从他的科学论述中感受和吸收着宝贵的营养。或许也正是这样一种极其难得的真诚和敏锐，在对Spinnoza式理想的信仰中，Einstein常常在宗教和科学的叠合，毫无羁绊的灵感创新和局部化严格演绎的交叉中构造着他的精神世界。正是他所珍视的科学宗教情结和对于探求科学真理的真诚，使他自己，以及整个科学世界陷入了一种空前的蒙胧和迷茫之中。 面对着科学史中难得的伟大智者，面对他极其难得的伟大人格，伴随着整个重新认识“相对论”的过程，不能不产生许多属于科学以外的，沉重而痛苦的思考。 象人们认识到的那样，Einstein期待着对于Newton经典力学中深刻存在着的认识悖论进行重新认识。但是，Einstein并没有能够真正认识自Galileo开创近代理性科学体系以来，存在于基元认识中的逻辑悖论，相反，Einstein不仅没有能够澄清需要澄清的逻辑紊乱，还把这种紊乱进一步形式化和固定化了。“相对论”的数学并不复杂。正如Einstein将其本人恰当称为哲学家一样，“相对论”的根本问题也在于他的哲学方面。 Einstein的“相对论”是现代物理学的基础之一。没有基于对现代科学体系的总体分析，绝对不可能真正完成对“相对论”较为完整的中肯分析。因此成稿过程中，总时时觉得无法说清问题，将自己置于一种实际上的尴尬境地。一方面觉得一篇论文的容量太小，而要真正理顺全部相关问题，必然涉及“量子电动力学”等基础学科的逻辑严谨化问题，为笔者目前力不能及，为此曾数次想到搁笔。如果不是许先生的鞭策，孔祥谦教授多年来对我极为难得的一贯支持和帮助，刘德瑗先生的勉励和督促，以及上海交通大学出版社张天蔚、马波、周孟霞诸位先生真诚信赖和鼓励，此书断以成稿。 对于大自然“统一、协调与和谐”所抱有的真诚信仰，是Einstein科学哲学思想中的一个重要组成部分。如何看待自然科学中的“统一与和谐”，始终是自然哲学中的一个基本问题。针对通常被人们视为理论物理基础的对称性问题，以及大自然中物质运动的有效性原则，本书进行了一般性讨论。 本书指出，对称性在整个自然科学体系中尽管是一种普遍存在。但是，对称性作为一个概念，甚至被认为是通过人为设置变换中所表现的“不变性”映象，本质上仍然隶属于意识形态领域。对于一个处于被观察着的，自为而自存，丰富多采的物质世界而言并无普遍意义的对称性可言。所谓的对称性，仅仅是对于某些确定范围，或者确定层次的同一化物质对象，独立人们主观认识的一种必然。脱离具体的物质对象，将对称性视为大自然存在的一种本原规律并不恰当。至于人们对于大自然所期待的统一和和谐，同样不能视为属于大自然自身的一种普遍存在。从不同的视角考虑，一个千变万化的大自然并无同一化的规律，当然也并无统一和和谐可言。但是，自然科学作为对大自然的一种理性的陈述，必须严格满足逻辑自洽化要求。因此，人们自然地能够从一切真正的科学陈述中深切感受到一种统一和和谐的美。正因为此，任何逻辑不自洽的陈述，都不可能是一种具有科学意义的陈述，当然，也没有统一与和谐之美可言。 然而，在把统一和和谐仅仅视为科学陈述逻辑自洽化的必然要求同时，人们倒的确可以存在一种普遍的期待，相信大自然总以一种最有效的法则实现着属于大自然自身的运动。这种有效化法则，通常可以被视为普遍存在于大自然之中 ── 一种最可几的基本原则。本书附录中所列入的“流体力学变分原理”，可以视为是大自然普遍存在的最有效化法则的一次成功应用。这不仅是首次为流体力学构造了一个一般性的变分原理，而且，该变分原理的提出，对于困扰了人类一个多世纪“湍流流场”的合理解决，提供了有效途径。 在出版《理论流体力学逻辑自洽化分析 —— 源于“湍流”的哲学和数学思考》一书时，笔者曾经指出，此书本身就是一篇大论文。现在看来，以专著形式发表科学研究成果同样具有某种着真实的存在基础，恐怕将成为基础科学发展一定阶段中的某种必然。不同学科的基础问题之所以长时间没有解决，究其本质来看，往往都包含了几乎同样的深刻哲学原因。而这种共同存在、更为本质的原因，就是对于自然科学物质第一性基本原则和逻辑自洽化基本原则的背离。许多属于不同学科看似无关的问题，实际上彼此关联在一起，人们需要一个较大的篇幅，不仅从学科自身，而且还要着眼于科学体系的整体，考察几个世纪以来人们曾经思考和认识着的真实历史进程，进行正本清源式的系统分析。 其实，人们经过认真思考不难发现，Einstein之所以构造了一个完全不真，近乎宗教式的“相对论”，其根源就在于：Einstein在批判Newton经典力学时，并没有真正认识经典力学的问题所在，没有真正认识到“Galileo变换”中的本质物理内涵，也根本没有认识到“Michelson — Morley的以太漂移实验零结果”的真实物理机制。并且，一个十分奇怪的问题是，Einstein在Spinnoza宗教式的理想下，似乎从未意识到需要认真思考这个实验真实所存在的物质基础，也相应从来没有考虑过任何一个理论体系必须存在的有限论域。相反，Einstein基于“自觉和顿悟”这样一种在基础科学研究中极不牢靠和极不严肃的思维导向，却将Newton经典力学中表现为基元认识中一系列需要进一步澄清的逻辑不自洽问题，在“相对论”中得到进一步发展，并被形而上学地程式化了。 这些年，在本人出版的几本著述中，都使用了“哲学和数学”的分析或反思这样的用语。我想，这种说法的确反映了笔者对待基础理论研究的一种基本态度。强调哲学思考，无非在于首先强调一种信仰或一种思维基础。这些年，在面对科学世界一系列重大难题的思考中，正是对辩证唯物主义和历史唯物主义的一种信念，能够使笔者将这些研究坚持下来，并深受其益。而提出数学思考，则在于强调，在科学研究中不仅仅需要使用形式语言进行具有科学意义的陈述，而且还需要格外重视形式语言的批判功能。只有有效地应用形式语言，才可能使对于认识的重新认识真正得以严谨化。 不能不指出，当今科学世界，在基础理论研究方面普遍存在一种无穷演绎，甚至将探索未知的希望简单地寄托于计算机的错误倾向。面对着复杂的物质世界，人们往往不认真考虑任何理论体系所必然具备的有限论域和逻辑前提，无视一个理论体系所对应确定物质对象的确定抽象内涵，忽视科学陈述所必须的普遍性原则和整体意义上的逻辑自洽化，而针对某个局部域，依靠个例的实证，进行单纯性的无穷演绎。并将个别结果无穷扩展和延拓，将科学神秘化。应该说，这种倾向是极其危险的，需要引起整个科学世界的足够警惕。鉴于这样一种思考，本书明确提出一切科学研究必须严格遵循自然科学的两个最基本原则 ──物质第一性基本原则和逻辑自洽化基本原则；同时强调一切科学研究必须切实重视科学研究的两个最基本观点 ── 科学研究中的大局观和历史观。 当人们认识到需要重新认识“相对论”，或者对整个现代科学体系将要进行理性化重整的时候，同样特别需要密切注意科学世界中深刻存在着的这样一种危险化倾向，防止步入无穷演绎的歧途。 自然科学是对于物质世界的理性认识，它根本地依赖于对于实验事实的掌握。而在这些相关经验事实的掌握上，笔者深感知识的欠缺和贫乏。当然，从科学发展的历史观考虑，科学发展本身仍然本质地决定于新的实验手段和新的实验事实出现，乃至对于一些实验进行重新实验。Einstein曾经极为深切地指出，大自然是一本读不完的书。Einstein的话语，不仅对于物质世界的无穷以及认识世界的无穷，是一种极为深刻和准确的刻画，同时，对每一个从事科学研究的个体也永远是一种勉励和鞭策。 本书涉及物理学哲学基础的探讨，许多思考都是第一次的，这些思考中必然会存在某些不当乃至错误之处。而且，思考的范围远远不够充分。因此，笔者心存一种真诚期待，随着相关知识的补充，以及对于一些认识的再次认识，能够在不太久远的将来，针对彼此本质关联着的更大范围的自然哲学基础问题，与人们一道进行再探、三探。同时，笔者也充满着另外一种格外真诚的期待，期待许许多多人们能够进入自然科学基础探讨之中，期待人们的批判和指正，期待在我们这片曾经出现过灿烂文明的古老土地上，一种真正学术意义上的交流和探讨能够得以正常展开。 最后借此机会，对我国航天总公司的庄逢甘院士，姜贵庆教授，以及对笔者任教的上海交通大学党委书记王宗光教授，校长谢绳武教授等有关领导以及许多前辈、朋友这些年来所给予的真诚支持和帮助表示由衷感谢。 |