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科学科学与与物理物理学学

张永德张永德 西方近代科学西方近代科学 科学中的物理学科学中的物理学

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（一）西方近代科学（一）西方近代科学

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II ）近代科学的本质）近代科学的本质 数理化，生地天，计算机，原子弹，铁公数理化，生地天，计算机，原子弹，铁公机，机，┅。┅。全体全体近代科学的本质可以归纳为近代科学的本质可以归纳为：：

逻辑实证主义逻辑实证主义（（实验验证 实验验证 + + 逻辑体系逻辑体系））

““ 实验验证”实验验证”：：从实践出发 从实践出发 → → 实践检验。 实践检验。 现象和经验现象和经验 + + 逻辑演绎 逻辑演绎 + + 实验验证实验验证

““ 逻辑体系”逻辑体系”：：理智、自洽、普适、可量度理智、自洽、普适、可量度。。 ““ 唯物的”：唯物的”：不是只承认经验、不是概念复合、符号主不是只承认经验、不是概念复合、符号主

义。而是：承认物质的客观存在性、承认客观规律的物质义。而是：承认物质的客观存在性、承认客观规律的物质性。 例如：桌子、月亮。性。 例如：桌子、月亮。

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IIII ）近代科学的要素（）近代科学的要素（ 11 ） ）

“ “ 西方近代科学西方近代科学” ” 有五个要素有五个要素：：因果性因果性普适性普适性自洽性自洽性可重复性可重复性（（可检验性可检验性））可量度性可量度性

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因果性因果性：：有因果关联、有实验响应的。有因果关联、有实验响应的。 无任何相互作用、不受任何影响的事物不属于科学无任何相互作用、不受任何影响的事物不属于科学

研究范畴。研究范畴。 普适性普适性：：满足前提下，结论普适，与观察人无关。 满足前提下，结论普适，与观察人无关。

“规范变换不变原理”。 “规范变换不变原理”。 自洽性自洽性：：体系内部所有结论是自洽的。体系内部所有结论是自洽的。 可重复观测性可重复观测性：：所有结论都可以接受检验。不能所有结论都可以接受检验。不能

重复、不可检验的事，不属于科学范畴。重复、不可检验的事，不属于科学范畴。 可量度性可量度性：：不可量度事物不能归入近代科学的范畴。不可量度事物不能归入近代科学的范畴。 爱情— 不属于科学。那是“糊里又糊涂的”、缺爱情— 不属于科学。那是“糊里又糊涂的”、缺

乏理智的、不可度量的。 作曲家的激情。乏理智的、不可度量的。 作曲家的激情。

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没有理性基础、没有理性基础、 无因果关联、无因果关联、 不可重复、不可重复、 无法检验、无法检验、 不可量度的不可量度的 命题属于文学、艺术和宗教等的范畴命题属于文学、艺术和宗教等的范畴。。

如来佛头上有多少根头发？如来佛头上有多少根头发？ 孙悟空体重是多少？——不可观测孙悟空体重是多少？——不可观测 梁祝爱情、人类情感，各种“笑”——不可量梁祝爱情、人类情感，各种“笑”——不可量度 度

宗教信仰宗教信仰 ; ; 音乐灵感；…音乐灵感；…

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IIIIII ））近代科学是物质与精神的统近代科学是物质与精神的统一一

““ 道道 ,, 可道可道 , , 非常道非常道 . . 名名 ,, 可名可名 , , 非常名非常名 ..””

科学本质上是“可道之道”科学本质上是“可道之道”。。于是，科学是物质于是，科学是物质与精神的对立统一体与精神的对立统一体。。

人脑的思维过程：人脑的思维过程：既是精神过程也是物质既是精神过程也是物质过程，是同一过程两个不可分割的侧面。过程，是同一过程两个不可分割的侧面。

大致像计算机的硬件与软件。近来牛津：信息是物理的。大致像计算机的硬件与软件。近来牛津：信息是物理的。 对立统一，人们应当着重于 对立统一，人们应当着重于 “对立”“对立”——为斗争——为斗争

哲学寻找理论依据呢？！还是应当着重于哲学寻找理论依据呢？！还是应当着重于“统一”“统一”——强调统一、强调共性、强调团结呢？！ 不管哲——强调统一、强调共性、强调团结呢？！ 不管哲学家如何，脑科学家感兴趣的是学家如何，脑科学家感兴趣的是

两者之间的关联、对应和统一两者之间的关联、对应和统一。。

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IVIV ）近代科学发源于西方 ）近代科学发源于西方 西方近代科学的摇篮是欧几里德的西方近代科学的摇篮是欧几里德的 “ “ 几何学原本几何学原本”” 其思维的模式为： 其思维的模式为：

从实践中抽出公设 从实践中抽出公设 + + 逻辑演绎 逻辑演绎 = = 构成理论 构成理论 →→ 用于实践。 用于实践。 这种“逻辑 这种“逻辑 + + 实证”的传统有曲折的发展：实证”的传统有曲折的发展： 15-1615-16 世纪，科学曾经沦为神学的奴仆（“天使博士”托马斯﹒阿奎那主世纪，科学曾经沦为神学的奴仆（“天使博士”托马斯﹒阿奎那主

张：“科学是神学的奴仆”）。张：“科学是神学的奴仆”）。 经过哥白尼、布鲁洛、加里略的斗争，使科学挣脱了侍奉神学的束缚。经过哥白尼、布鲁洛、加里略的斗争，使科学挣脱了侍奉神学的束缚。

对自然现象进行观察、测量、实验和分析的近代科学的理性思维模式逐对自然现象进行观察、测量、实验和分析的近代科学的理性思维模式逐渐形成渐形成。。

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中国有雄厚的技术史，但确实没有雄厚的科学史中国有雄厚的技术史，但确实没有雄厚的科学史。。四大发明（指南针、造纸术、火药、活字印刷）都是技术。四大发明（指南针、造纸术、火药、活字印刷）都是技术。当然，在中国当然，在中国 33 千年文明史中有不少科学成果的亮点千年文明史中有不少科学成果的亮点。。

中国古代对自然界研究的基本特征：中国古代对自然界研究的基本特征：总体而言，中国古代研究者常常是：总体而言，中国古代研究者常常是：

““ 天人合一”的、直觉的“综合” 天人合一”的、直觉的“综合” >>>> 逻辑的、理性的逻辑的、理性的“分析”；“分析”；中国古代学者一般缺乏大块逻辑思维模式的训练。中国古代学者一般缺乏大块逻辑思维模式的训练。所以未能生长出“几何学原本”——西方近代科学的胚芽所以未能生长出“几何学原本”——西方近代科学的胚芽。。

例证：中医和西医的基本特征——东西方文化和思维模式的例证：中医和西医的基本特征——东西方文化和思维模式的对照。对照。

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VV ）近代科学的局限性 ）近代科学的局限性 西方科学总体思维模式的局限性：西方科学总体思维模式的局限性：

11 ））人类实践有局限性人类实践有局限性→认识局限性→→认识局限性→公设局限性。公设局限性。 欧氏几何→罗氏几何。 中医特别是针灸和肋络学说欧氏几何→罗氏几何。 中医特别是针灸和肋络学说。。

22 ））人类认知能力有局限性：人类认知能力有局限性：33 ））逻辑演绎能力有局限性。逻辑演绎能力有局限性。 牛顿力学的创立、量子力学的创立、基本规律本身，牛顿力学的创立、量子力学的创立、基本规律本身， 都是逻辑推理无能为力的地方。朗道：理论物理中追求都是逻辑推理无能为力的地方。朗道：理论物理中追求 数学严格性往往是自欺欺人——其真意也正在此处。数学严格性往往是自欺欺人——其真意也正在此处。4) 4) 量化问题的局限性。量化问题的局限性。 Einstein Einstein 说过说过：： 不是所有可以量化的东西都是重要的，也不是所有重要的都可以量不是所有可以量化的东西都是重要的，也不是所有重要的都可以量

化。化。 55 ））科学只能解决物质文明问题；科学只能解决物质文明问题； 科学不能解决精神文明问题。科学不能解决精神文明问题。

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科学本身是双刃剑科学本身是双刃剑。。 既可以造福人类，也可以危害人类。战争、环境污染、助纣为虐…既可以造福人类，也可以危害人类。战争、环境污染、助纣为虐…。。

科学是振兴中国所必须的、重要的。科学是振兴中国所必须的、重要的。 但不是万能的、包含一切的。不能走向极端——科学主义。但不是万能的、包含一切的。不能走向极端——科学主义。

科学与信仰、科学与宗教科学与信仰、科学与宗教 应当并行不悖应当并行不悖：：不能说“信仰科学”：实质上，科学不是个“信仰”问题，不能说“信仰科学”：实质上，科学不是个“信仰”问题，而是一个“信服”问题。而是一个“信服”问题。

科学解决物质文明科学解决物质文明；； 信仰解决精神文明信仰解决精神文明。。 公共汽车车门踏脚板——‘变心板’问题。 公共汽车车门踏脚板——‘变心板’问题。 纽约报纸载文：“我们已经可以把人送上月球，却无纽约报纸载文：“我们已经可以把人送上月球，却无法让人从车门口向车中间挪动一步。”法让人从车门口向车中间挪动一步。”

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孙中山： 佛教有救世之仁， 佛学是哲学之母，佛教有救世之仁， 佛学是哲学之母，

研究佛学可补科学之偏研究佛学可补科学之偏。。 爱因斯坦：爱因斯坦： 没有宗教的科学是瘸子；没有宗教的科学是瘸子； 没有科学的宗教是瞎子；没有科学的宗教是瞎子； 杨振宁在五台山寺庙的题词：杨振宁在五台山寺庙的题词： 科学与宗教是一家。科学与宗教是一家。 只有科学，没有信仰的社会是只有科学，没有信仰的社会是自私、放纵自私、放纵的社会；的社会； 只有信仰，没有科学的社会是只有信仰，没有科学的社会是贫穷、愚昧贫穷、愚昧的社会。的社会。 人应当有： 感恩之心 , 敬畏之心，虔诚之心。 应当以

“真，善，美” 来全面塑造人。

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VV ）科学 ）科学 + + 技术 技术 = = 科技？！ 科技？！ 科学与技术两者之间的差别科学与技术两者之间的差别：：

科学：对原理问题的研究，是发现。为满足人类求知欲望，不带科学：对原理问题的研究，是发现。为满足人类求知欲望，不带（或基本不带）功利目的。 只有第一。（或基本不带）功利目的。 只有第一。

技术：只涉及原理的应用，是发明。有明确的功利目的。不是技术：只涉及原理的应用，是发明。有明确的功利目的。不是“只有第一”。“只有第一”。

英、日、俄各国文字中，这两个词都是分开的！ 英、日、俄各国文字中，这两个词都是分开的！

吴大猷先生吴大猷先生 9090 高龄时著文高龄时著文《近数百年我国科学落后于西《近数百年我国科学落后于西方的原因》方的原因》中说：中说：“很不幸的，我们在现代创用了‘科技’这个“很不幸的，我们在现代创用了‘科技’这个名词，代表‘科学’与‘技术’两个（而不是一个）观念。但我们目名词，代表‘科学’与‘技术’两个（而不是一个）观念。但我们目前所注重的问题，二者的分别是重要的点。” 前所注重的问题，二者的分别是重要的点。”

现在的关键问题是：现在的关键问题是：通过“科技”一词， 通过“科技”一词， “科学”“科学”被“技术”所取代被“技术”所取代！！

李约瑟巨著“中国的科学与文明（李约瑟巨著“中国的科学与文明（ Science and Civilization in Science and Civilization in ChinaChina ）”竟被译成为 ）”竟被译成为 << 中国科技（！）史中国科技（！）史 >> 。 。

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（二）科学中的物理学（二）科学中的物理学

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II ）甚么是物理学？）甚么是物理学？ 它是最基本层次上研究物质它是最基本层次上研究物质

世界运动规律的科学。它既世界运动规律的科学。它既是科学常青树的树根，甚至是科学常青树的树根，甚至也是树干。所以说，“物也是树干。所以说，“物理”是“物质世界的道理”。理”是“物质世界的道理”。

杜甫：公元杜甫：公元 758758 年唐肃宗乾年唐肃宗乾元元年《曲江二首》之一：元元年《曲江二首》之一：

物理学是西方逻辑实证主义物理学是西方逻辑实证主义

科学的典型体现。科学的典型体现。

一片飞花减却春

风飘万点正愁人

一片飞花减却春

风飘万点正愁人

且看欲尽花经眼

莫厌伤多酒入唇

且看欲尽花经眼

莫厌伤多酒入唇

江上小堂巢翡翠

花边高冢卧麒麟

江上小堂巢翡翠

花边高冢卧麒麟

细推细推物理物理须行乐

何用浮名绊此身

须行乐

何用浮名绊此身

录全唐诗上四函三册

录全唐诗上四函三册

分目杜甫第五四七页

分目杜甫第五四七页

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IIII ）物理学与人类文明——之一）物理学与人类文明——之一 如果说如果说数学数学是自然科学的“是自然科学的“ QUEENQUEEN”” ，则，则 物理学物理学就是自然科学的“就是自然科学的“ KINGKING”” 。。 重大进展都与它密切相关重大进展都与它密切相关：：

原子能、计算机、电子技术…… 。原子能、计算机、电子技术…… 。 本身分流众多本身分流众多：：近代力学、近代热机学和燃烧学、电子近代力学、近代热机学和燃烧学、电子工程、半导体工程、光机科学、材料科学……工程、半导体工程、光机科学、材料科学……

向其他科学渗透巨大向其他科学渗透巨大：：近代化学、近代生物学、医学、近代化学、近代生物学、医学、电子科学……（电子科学……（ 2323 对遗传基因、对遗传基因、 DNADNA 双螺旋结构、双螺旋结构、 ITIT 产业 产业 、、能源能源产业…… ）产业…… ）

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物理学与人类文明——之二物理学与人类文明——之二 物理学是人类文明的第一推动 力物理学是人类文明的第一推动 力。。

““ 经典物理学经典物理学”：”： 16871687 年，年， NewtonNewton 《自然哲学的《自然哲学的数学原理》发表，标志经典物理学的诞生；数学原理》发表，标志经典物理学的诞生；

MaxwellMaxwell 电磁理论建立，标志经典物理学全面完成。电磁理论建立，标志经典物理学全面完成。

““ 近代物理学近代物理学”： ”： 1919 世纪末到世纪末到 2020 世纪末，以量世纪末，以量子力学和相对论为支柱的近代物理学蓬勃发展。子力学和相对论为支柱的近代物理学蓬勃发展。

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物理学与人类文明——之三物理学与人类文明——之三 ““ 经典物理学经典物理学””————它的诞生推动 了第一次工业它的诞生推动 了第一次工业革命，为人类带来革命，为人类带来第一次物质文明飞跃第一次物质文明飞跃 。。

““ 近代物理学近代物理学”——它的诞生推动 了第二次科学”——它的诞生推动 了第二次科学和技术大发展。和技术大发展。为人类带来第二次物质文明飞跃 。为人类带来第二次物质文明飞跃 。

下一次下一次————第三次物质文明的飞跃第三次物质文明的飞跃 由谁来发动呢由谁来发动呢？？ 将由量子力学，量子力学向生命科学、材料科将由量子力学，量子力学向生命科学、材料科学、信息科学的应用所发动。学、信息科学的应用所发动。例例 : IT: IT 产业 产业 QITQIT

产业。产业。

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IIIIII ））当代物理学的四大前沿当代物理学的四大前沿 量子态操控、新器件、新材料量子态操控、新器件、新材料：： 电子和光子态的操控、纳米结构、自旋电子学、电子和光子态的操控、纳米结构、自旋电子学、 量子信息、量子计算、量子通讯、．．．量子信息、量子计算、量子通讯、．．． 复杂系统复杂系统：： （量子）多体系统、新宏观量子态、软凝聚态、非平衡（量子）多体系统、新宏观量子态、软凝聚态、非平衡

系统、湍流、生物物理、极端条件物态、．．．系统、湍流、生物物理、极端条件物态、．．． 宇宙的结构与演化宇宙的结构与演化：：　观测新窗口（微波、　观测新窗口（微波、 XX 射线、射线、 γγ 射线、中微子、引力波）射线、中微子、引力波）传统和粒子天体物理、宇宙学与黑洞、暗能量、暗物质、 传统和粒子天体物理、宇宙学与黑洞、暗能量、暗物质、 ．．．．．．

基本定律与对称性基本定律与对称性：：　　标准模型之外、超对称、大统一、多维、量子引力、弦　　标准模型之外、超对称、大统一、多维、量子引力、弦论、 ．．．论、 ．．．

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爱因斯坦爱因斯坦：： The most incomprehensible thing abThe most incomprehensible thing about out the world is that it is comprehensiblthe world is that it is comprehensiblee 。。 自然界最不可理解的就是自然界最不可理解的就是 它居然是可以理解的 。它居然是可以理解的 。

It is the strangest It is the strangest that existencethat existence shows shows a universal order ! a universal order !

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道，可道，非常道；道，可道，非常道； 名，可名，非常名名，可名，非常名。。

老子《道德经》老子《道德经》

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