浅谈物理学思想发展与文化关系

[物理学专业大学生个人职业生涯规划书]应用物理学专业的毕业生主要在物理学或相关的科学技术领域中从事科研、教学、技术开发和相关的管理工作。科研工作包括物理前沿问题的研究和应用，技术开发工作包括新特性物...+阅读

回顾过去二千多年人类社会的发展历史，为什么欧洲社会可以成为物理学思想萌芽的温床，而中国社会却只有强调应用技术的发展，个中原因必然有多种因素。在这里，我们试图从文化的角度和用科学的观点来了解这个社会的现象，从而表达对中国物理学未来发展的期待。

一、中国与欧洲文化的对比1.中国文化是建基于黄河河谷的大农业社会，以人本的家族文化为主，物本的宗教文化为次。聚河谷而居，居有定所，多见人邻，少见树木。人与人的关系比人与自然界的关系更为密切和重要，社会的主要问题和兴趣是在于人而不在于物。生活复杂的大农业社会，必须分工合作，自然要建立一个有组织和有权威的中央政府。家族文化是一个整体文化，个体有义务要支持整体的共同性，而整体亦有义务要照顾个体的特殊性。人是来自现实的祖先，必须对祖先负责。中国文化是强调整体、务实、内向、兼容、义务、约束、合作和相对性，重视对个人天赋欲念的自我克制和自我修养的人为能力，称之为德。人的问题只可以靠人自己去了解和处理，发展了人本的人理(伦理)学。无论从《易经》、《道家》、《儒家》到《诸子百家》等，都是以人本为基础来发展。特别是道家所重视以顺其自然人的被动性和消极性，而儒家则重视以事在人为人的主动性和积极性。人性有别于物性在于它的辩证特性：失败是成功之母，成功是失败之父;好事变坏事，坏事变好事;大乱之后必有大治，大治之后必有大乱等等相对而相反的大循环原理。复杂的河谷生活，促使物的应用技术发展和宗教信仰发展的多极化。中国的四大发明是属于技术上的发明，而不是原理上的发现。中国数学的发展也是以实用，而不是以原理为基础。中国(汉)文字和欧洲数学文字同属于符号文字。要描述和了解人本事物，促使中国文字学的发展;中国文字的对称和其他特性也可以用来推到人本的可能新事物。当现有的文字不足以了解新事物情况下，自然要创造新的文字。要描述和了解物本事物，促使欧洲数学的发展。而数学的对称其他特性也可以用来推测物本的可能新事物。不同系统的数学有不同的极限性。当现有的数学系统足以了解新事物的情况下，自然要创造新的数学。符号文字与拼音文字是有不同的思维逻辑。所以认识中国文字学的人要学习数学，是有逻辑上的优势。2.欧洲文化建基于游牧文化。游牧人逐水草而居，多见树木，少见人邻。人与自然界的关系比人与人的关系更为密切和重要。生活的主要问题和兴趣是在于物而不在于人。由于自然界的存在和变化，并非人力可以改变和控制，认为所有自然现象都来自能力最高的主宰。摘食猎鱼的简单生活，各人的功能差别不大，分工制度弱，独立性强，自由性大，平等性高。生活环境的不断改变，只有天，才有永恒的意义，倾向上天单极宗教的信仰。欧洲文化是游牧文化和地中海内海文化(希腊逻辑文化、罗马帝国文化和中东耶稣宗教文化)的综合文化，以物本的宗教文化为主，人本的家族文化为次。它是强调个体、理想、外向、对抗、自由、权利、信仰和绝对性，重视发挥个人天赋欲念的自由和权利。欧洲文化在物质世界的物性理论发展，对人类物质生活巳作出了重要的贡献。中国文化在人类社会的人性理论发展，对人类和

二、科学技术科技科学是物质世界的了解，是一种思想系统，也是一种顺其自然的思想活动，其探索的目标是发现。技术是物质世界的应用，是一种行动系统，也是一种事在人为的行动活动，其运作的目标是发明。早期的技术发展主要是靠尝试和经验，与科学的发展并没有一定的姻亲关系。后来的科技就是把科学与技术结合起来，利用科学知识来改进技术的发展，目标是创新。物理学是科学的基石。

三、物理学的发展物理学主要的兴趣是探索物质世界的基础结构和相互作用关系。物理学是一门量化的学问，从事物理量的研究和它们之间的时空基础关系。不能量化的东西便不是物理量。萌芽时代：物理学的起源是来自古希腊时代(650330Bc，雅典)的几个重要思想。(1)自然现象是根据固定的自然定律而发生(赛勒斯Thales，俗称为科学之父)定律概念和演绎逻辑。(2)要描述所有自然现象，数字是扮演中心角色(毕达哥拉斯Pythag0ras)数量描述。(3)要改变自然状态，必需有起因(柏拉图Plato)牛顿第二运动定律的广泛含意。(4)物质的原子(德谟克利特Democritus)和元素(亚里斯多德Aristotle)的概念物体结构的基本成份概念。古希腊文化是强调个人自由和思想系统的探索，奠定了基本的科学精神、态度、构思、概念、逻辑、原则和言语。希腊化时代(33831B.C.亚历山大港)：主要的兴趣在解决实用问题，知识分类及技术成就。重要思想发展有：(1)几何学定理的公理化(欧几里得Euclid)演绎逻辑。(2)以地球为中心输送圆的均速运动为主，运转圆的均速运动为微扰，可以准确解释包括太阳在内的各行星在天上的运动。(3)物体比重物性的发现(亚基米德Archimedes)，后来进一步发展到密度物性。黑暗时代(30B.C.一1300A.D.)：这是物理学发展a冬眠时代。(1)罗马帝国(3OB.C.一476A.D.)：罗马人是实用民族，他们强势在军事，行政和工程，而不在学术和科学。大量收集和发展希腊哲学思想，而很少有原始的创作。为了要准确解释以地球为中心的行星运动，增加了偏心圆的微扰(托勒密ptolemy)。(2)中世纪(4761200)：中世纪的欧洲是一个宗教和封建的封闭保守时代。研究希腊哲学和科学的中心便转移到阿拉伯和波斯。(3)十字军东征(10961270)：二百年十字军东征运动，动摇了欧洲的封建制度和教会权力。伊斯兰的优秀文化开始对欧洲人开放。复兴时代(13001600)：大乱之后必有大治。经历过十字军东征的浩劫之后，欧洲从一个保守封闭的教条社会转入一个改革开放，实事求是和解放思想的文艺复兴时代，由神本回归到人本。文艺复兴使欧洲恢复对人，人的成就和人的世界的兴趣。文艺复兴把欧洲从一个较为落后的社会在五百年内，先后超过伊斯兰和中国社会。1.机动力学(Mechan0dynamics)从希腊时代到黑暗时代这一千六百多年，物理学发展的主要兴趣上行星运动。发展以数学的欧几里得几何学为基础，均速圆周运动为核心。到了复兴时代，以既定的数学基础来了解观测的事实，改变为从事实去寻找事实背后的数学原理。由实是求事改变为实事求是，由以数学为基础改变为以物理为基础。(1)天上行星的日心椭圆运动的发现(开普勒Kepler，15711630)和地上物体的重力加速度及抛物线运动的了解(伽利略Galileo，15641642)。椭圆和抛物线非均速运动的发现是一个非常重要的突破，是欧几里得几何不能解释的现象。除了物理现象的突破外，更促使后来十七世纪解析几何的发展(笛卡尔Descartes和费马Permat)。(2)机动力学的诞生：为了解决重力问题，牛顿(16421724)认为，天上月球围绕地球的运动与地上物体的抛物线运动是同一根源，及推出它们之间与地球中心距离的关系。他成功发现三个物体的运动定律：惯性定律，动力定律和反作用定律。更由第二和第三个定律推出物体之间的重力定律。为了完成三个运动定律，牛顿创造了两个重要的物理量：惯性质量=密度体积和惯性动量=质量速度。同时他更创造了一条微积分的数学工具，来取代欧氏几何学的不足。牛顿运动定律的力只是与物体的变速度有关，与物体的速度无关。(3)牛顿动力定律理论的普遍化，以位能和动能取代外力和加速度：拉格朗日(Lagrange，17361813)和哈密顿Hamilton，18051865)。从物理定律推理到物理理论是符合从几何公理推理到几何定理的演绎逻辑。(4)牛顿动力学对随机过程的应用：麦克斯韦(Maxwell，18311879)，玻耳兹曼(Boltzmann，184 1906)。19世纪未，机动力学已发展成为宏观物质世界一个完美的理论：完整，合理和前后一致。2.电动力学(Electrodynamics)电磁现象虽然是人类很早便发现的自然现象，但到了十六世纪才开始从实验中取得量化的结果。(1)电磁相互作用的关系：库仑(Coulomb)电荷与电荷和磁极与磁极的相互作用，奥斯特(Oersted)磁极与电流的相互作用，安培(Ampere)电流与电流的相互作用，法拉第(Faraday)电荷与运动磁极的相互作用。(2)法拉第提倡电磁的本地作用来代替超距作用，导致电磁场物理量的诞生。(3)电磁学的基本定律：根据电磁相互作用的关系和以电磁场为基础，麦克斯韦完成完整的电磁场定律，相当于牛顿机动力学中的物体重力定律。后来洛伦兹(Lorentz,18531928)更进一步完成电荷在电磁场中运动的电磁场力定律。辐射反作用力定律也是电磁学一个基本定律，只是直到现在，符合逻辑的定律还未完成。(4)带电粒子动力学：洛伦兹的电磁场力是一个与速度有关的力。只有速度为零的情况，才适合牛顿的动力学系统。爱因斯坦(Einstein，18791896)采用牛顿动力推出电磁场力在速度为零的情况，再用洛伦兹惯性变换，把速度为零情况的结果变换到速度不等于零的情况。结果推出带电粒子在电磁场力的洛伦兹动量=v牛顿动量。v是洛伦兹因子，与速度有关。FL=d(vp)/dt。相当于牛顿机动力学中的物体第二运动重力定律爱因斯坦后来把这方面的理论改称为狭义相对论。在狭义相对论的基础上，以微分几何为工具，爱因斯坦用演绎方法建立他的重力场论，称为广义相对论。可以说是一种重力场的电磁化。到这个阶段，除了辐射反作用力定律之外，电动力学基础的探索已基本完成。(5)电功力学定律理论的普遍化：相当于拉格朗日和哈密顿对牛顿动力定律的理论推广和发展。(6)电动力学对随机过程的应用：无规则电磁场的统计特性的发展。其结果应该符合量子力学和量子动力学的结果。简而言之，机动力学的发展是以动力的基础来发展作用力，而电动力学的发展却是以作用力的基础来发展动力。欧洲从牛顿到麦克斯韦这个二百多年的物理学发展时代，正好是欧洲从巴哈(Bach)到华格纳(Wagner)的音乐发展时代。这是欧洲自从古希腊时代以后，一个重要的思想创新时代。因此促进了文学，音乐，艺术，哲学和科学的高速发展。3.辐射动力学(Radiodynamics)：辐射反映了物质世界的微观结构。在19世纪未，出现了三个有关不相干辐射(随机性电磁波)与物质作用的物理现象：黑体辐射，光电效应和氢原子光谱。这些现象无法用决定性(Deterministic)的电动力学来解释。到二十世纪，也出现了与辐射作用有关的三个物理现象：离子体，核子一基本粒子和激光(决定性电磁波)作用。这些现象激发了物理理论的发展。(1)量子论的诞生：普朗克(Planck)创立量子的新物理概念，成功解释黑体辐射的实验结果。后来，爱因斯坦和玻恩(Born)分别用量子来成功解释光电效应和氢原子光谱。浅谈物理学思想发展与文化关系