一位理工科的研究生发出了这样的感慨: 用几条简单的偏微分方程式来解释自然界的物理现象,就叫科学, 那为什么用天上星宿的排列组合来解释人生,就会叫迷信呢?…… 为什麽学科学的人,却往往掉入自己所擅长的逻辑的陷阱之中呢? 这位同学提出了一个发人深省的问题--什么是科学?什么是迷信?什么是伪科学? 今天的科学(有了微分方程的包装)就一定是真正的科学吗? 我们先来看看今天书本上写的、老师们讲的科学是怎么来的:
千百年来,人类不断地对自然界的事物进行探求、思索,面对自然界千奇百怪的万物,及尽猜想。人们依据物质的外在特性来猜想其内部构成,人们对已观察到的,尚无法用实验证明的自然现象竭尽思考,进行尝试性的解释--于是一种假说就诞生了。 比较有说服力的几种假说都有其拥护者,从而形成各种学说及学派。如果这种假说若被多次连续的实践证明,或假说所作出的预测被实验验证,那么这个假说即上升成为理论。她将生机无限,形成一座丰碑,送科学前进一程。 当然也有的假说出自某权威人士,尽管一时间会得到大多数人的信奉,然而天长日久得不到实践的验证,它将变得繁杂而神秘,渐渐枯萎,失去生机,终究被新的理论所取代。 然而在现行的教学中,经常把科学的结论干净利落的摆在学子的面前,使他们以为探索科学之路很顺利、很轻松、科学理论是一言堂。 其实,科学--尤其是历史渊远的学科,经常是在愚昧和谬误的压制下,在嘲讽和诋毁的包围中,极其艰难地挣扎着前进。任何一种新理论新学说诞生以后总是有因循守旧者怀疑它、旧学说的卫道士们反对它。卫道士的阵容是强大的,新生的科学是稚嫩的。科学的道路是一条充满艰辛的坎坷道路:
哥白尼为了免遭地心说卫道士的迫害,把笃信无疑的真理埋藏心中,强忍骨哽在喉之苦,在内心煎熬中走完人生之路,直到临终前才将日心说发表于世。 哥白尼的忠实拥护者布鲁诺,因捍卫日心说 ,被宗教裁判所逮捕,1600年被烧死在罗马鲜花广场。 拉瓦锡在1771年就发现了"好的气体"--氧。然而,燃素说的卫道士们拼命地反对这一学说,十几年拉瓦锡饱受冷嘲热讽,直到15年后,拉瓦锡的燃烧理论得到了当时著名学者拉普拉斯的鼎力支持,终于得到了承认。 道尔顿的原子理论,一开始就受到激烈的反对,当时一些著名的学者攻击说原子理论是臆想,还有人诬蔑他是搞剽窃。 门捷列夫的周期表发表后受到冷遇,而后也饱受冷嘲热讽,直到若干年后,他所预言的元素一一被发现,反对者的声浪才逐渐平息,门捷列夫才一次一次地名声鹊起。 还有更多的科学工作者,勤勤恳恳、默默无闻地为科学工作奉献了毕生的心血。
在现行教材中经常把已经证实的理论和大多数学者认同的假说混为一谈,使学子良莠难辨,习惯于全盘接受,丧失了思辨开拓的机会。这种鱼目混杂形成了对科学的亵渎,对学子的蒙蔽。 纵观历史,被大多数学者认同的假说不一定是事实,真理往往在少数人手里的事例屡见不鲜,"地心说""燃素理论"当时不是拥有大多数拥护者吗? 还有的理论,观察的结果与计算的数据惊人的吻合,取得了巨大的成功。得到了广泛的推广运用。然而就在这推广运用中,忽略了该理论所适用的客观条件,不知不觉地走向了科学的反面。这种正确谬误混杂的理论有很大的迷惑性,成了科学前进航线上的暗礁。 科学不尽然是深奥的理论和复杂的计算。科学的实质是探求事物运动的内在联系和规律,因此她更钟爱质朴自然的实在和通俗简单的基本的道理。当年,哥白尼就是摈弃了复杂深奥、选择了和谐简单。 青年朋友们不要以为科学探索只是科学家的事,其实历史上许多极负成就的科学家都是在青少年时代就开始了他们的科学思考。 科学总是要向前发展的,科学的发展就是作出新的探索,抛弃今天的错误、习惯和偏见。这也就是说,在今天的科学中不可避免地存在着谬误、存在着不科学或伪科学、存在着偏见和误导。科学的生命在于创新,要用新的知识来开拓新领域;用新的理论来埋葬今天的伪科学。青年朋友们要抛弃偏见、打开锁链、勇于探索、大胆发表意见。
那么,怎样去参入探索,怎样在各自振振有词的雄辩中进行思辨,怎样对"金科玉律"的教科书进行反思,甚至对科学泰斗的理论搜寻疏漏,提出有理有据的置疑。所以,我们得具备辨析事物的基本思想方法,面对不同的说法,面对与与现行的理论多有径庭的观点,怎样明辨其是非;如何判别其真伪;我们思想方法的依据是什么?这正是我们教育中比较薄弱的地方,所以我们以上简要地谈到了科学的形成,接下去还要谈谈科学思想的形成,谈谈辨析事物相对正确的观点和方法。 事物的基本特性是大自然赋予的,我们人类也是大自然的产物,我们看待事物必须符合自然的基本原则,什么是自然的基本原则?--自然界的事物是在不断的运动着的,事物是客观联系的、相互影响的,构成系统的。因此,我们看待事物也必须具备这样的几个基本观点--运动的观点、系统的观点、实践第一的观点。
1、运动的观点
自然界的万事万物都在不停的运动之中,云移水流、飞禽走兽、开花结果、潮起潮落……。山岗、房舍看似不动,可它们坐落在地球上,随着地球日行八万里。同时组成这万物的原子及核外电子也时时刻刻在高速的运转着。 物质的运动是绝对的,这是人们普遍承认的真理。 既然是运动则必然包含运动方向(路线)、运动速率及其变化,以及参与运动物质的数量、质量等基本要素。事物的特性都是其运动的表现,事物的各种特性都是与其运动息息相关的。科学技术的实质就是探讨和驾驭事物的运动。 哥白尼的伟大贡献就在于他第一次向人类展示了地球运动的正确路线。 近一百年来,人类发明了汽车、轮船、火车,其实质就是提高了物资和人员的运动速度。后来又发明了飞机,把运动线路从二维平面提升为三维空间,使速度提高了一个数量级。人类的科技活动林林总总,究其实质,很大程度是研究或改变事物的运动。 生命的运动使得我们这个星球上生生不息、鸟语花香。物质的运动才构成了这光怪陆离、丰富多彩的物质世界。 在物质结构的研究中,人们也曾注意到物质的运动,作出了核外电子是在一定能级轨道上高速运转,并能在一定条件下辐射电磁波等科学论述。 遗憾的是具体到从物质的性能来研究其微观构成时,却囿于前人的观点,背离了运动的初衷,置核外电子的这个最积极最活跃的因素于不顾,人为的阻断了电子运动与物质特性之间的必然联系,对电子的运转线路和速率这样一些至关重要的方面很少提及,而一言蔽之“电子云”。 电子云是一种文学语言,就象文学家形容"车流""人海"一样。其实每辆车都有其目标、线路、速率;每个人都有其家庭、归宿。 一场足球赛,足球在场上来回穿梭、纵横飞舞,似乎是无章可循,细究起来,球的每一方向、每一速度都有其动因。 设想把一场精彩的足球赛每分钟拍照一张,然后把这90张照片的人和球都描点在一个画面上,告诉你这就是足球,你一定会指着画面说:"嗨,足球有什么意思--人球云!"如此炮制的篮球云,排球云也将是大同小异,趣味索然。 虽然目前我们还没有手段去探测电子的运动线路和速率,但我们必须清醒地认识到物质的运动决定其性质,探测电子的运动是科技前进所必须逾越的障碍,是我们必须为之奋斗的目标。 至少,我们的想象力要跟得上电子的运动,不能用定格描点的方法去替代电子生动有序的运动;决不能用"电子云"之类的词汇形成误导。 (近代量子物理认为,研究核外电子的运动是没有意义的。由于涉及的内容比较宽,将在本文的最后讨论。) 电子如云,似乎是核外电子的运转漫无目标,线路无章可循,速度或快或慢都毫无意义。从而把对物质各种特性的研究与其电子的运动割裂开来,导致了现行的一些物质理论(如:自由电子理论等)都回避了核外电子运动的线路和速率,背离了物质运动的基本事实,在所难免地陷入了形而上学的囹圄之中。 尽管目前论述物质的各种学说似乎已成体系,但运动的观点作为研究问题、思考问题的基本出发点是不容忽视的。试想,若地球不是以现在的线路和速率运转,地球上还会有今天的生灵万物吗?抛开物质的运动去论证运动着的物质,无论其论证是多么复杂都是缺乏根据的,是靠不住的。
2、系统的观点
事物是普遍联系的,系统性是事物的根本属性。事物的整体与部分、外在与内部、原因与结果之间都是相互关联、相互影响、相互制约的。 前面已谈到,事物都是在不断的运动着的,运动就是事物相互关联、相互影响、相互制约的重要原因。正如地球上的一年四季、冷暖炎凉,都与地球运动的线路、速率息息相关。 在物质的原子中、在原子与原子之间,最活跃、最明显的就是核外电子的运转。这运转的结果,必然关联--乃至支配着物质所显示出的各种理、化特性。 物质所显示出的各种特性,无一例外的是受该物质微观构成(原子核、核外电子)与运动的整体功能的支配。物质的各种理、化特性必然是这系统整体的各个侧面,它们是相互关联的,并与其微观的运动存在直接的联系。 因此,各种物质的所有宏观性能,如:液态、固态,脆性、塑性、延展性,传热、导电性等,都应与其微观的构成与运动存在着全面的因果联系。即这所有的宏观性能都是其原子及核外电子运转的必然结果。宏观性能与微观运动必然相辅相成;所有说明物质各种性能的理论都应与其构成全面地相符不悖。 人们从机械、化学、物理等各个方面对物质进行研究,从而感知到物质的各种性能,每种物质通常是集各种性能于一体,这所有的性能应该是一个系统的整体。 如,一颗铁钉它能导电;有一定的强度;遇高温时塑性增加;温度再高直至熔化(相变);遇磁场被磁化;能进行许多化学反应;能构成各种合金等等。很明显,这各种宏观性能都是该物质内在构成和运动的外在体现,这些外在体现必然与物质的微观构成和运动存在着客观的普遍的全面的联系。 然而现有的物质结构理论往往是研究到物质的某方面的性能就有一种与之对应的结构理论,于是上述铁钉的6 种性能就有6 种理论。这些从各自角度建立的理论虽能解释物质某一方面的特性,却往往有悖于另一理论,或是无法说明该物质的其它性能。这种片面的缺乏整体性和系统性的理论,是不可能反应真实的客观实在的。 因此人们完全有理由企盼一种统一的,或者称为系统的物质结构原理。 事物之间客观地存在着因果联系,而科研就像侦探一样,已知的是结果,探寻、推理的是原因。自然界提示我们的只是蛛丝马迹和司空见惯,例如:月圆月缺、火红、叶绿。如果忽略了这些细微的条件,侦探将一无所获;如果是司空见惯,侦探将无从着手。如果是离开了条件,杜撰出原因,则会出现假伪错劣,害人害己。 一定的原因必然引起一定的结果,相同的结果可能存在相似的原因。多种物质常常都具有的某一相同的特性,这些具有相同特性的多种物质,同样也应具有相同或相似的原因,如:所有的物质都能在一定的条件下相变,那么,它们相变的机理应该是相同的;不少的物质能够导电,(导体、半导体、某些液体)那么,它们的导电原理就应该是相同的,都应与物质内部的构成和运动全面地相符不悖。那种在导体中是自由电子,半导体靠空穴,液体导电是靠离子的说法,丧失了逻辑的一致性,显然是与事物的系统性相违背的。 由于事物客观地具有系统性,所以一个正确的理论往往可以综合一个广泛的领域;综合说明事物的各个侧面、各种特性,成为解释许多定律的基础,并且可能开拓一个科学研究的新领域,还可作出科学的预见,如,拉瓦锡的氧化理论及门捷列夫的元素周期理论。 而错误的假说总是从事物的某一方面出发,未能涉及事物的实质,只能对事物的某一现象作出孤立的解释,它不能对同一事物的其它现象、其它特性的解释提供帮助;更谈不上作出综合说明。仔细分析它的各种解释,往往隐含着自相或互相矛盾。这样的假说连自圆其说都十分勉强,根本不可能开拓新的领域。 大家都知道,当今的物理学分为力、热、声、光、电、核等几个部分,除了在功和能的当量上有一些实验数据的联系,这些个学科是相互独立的,是缺乏系统性的。不少的有识之士感觉到这些个物理分支之间应该存在着内在的、必然的联系,以毕生的努力,以期建立一门系统的物理学。本人在这方面也有同感,认为物理学的各个分支是一个系统的各个侧面。本文以物质的电子的运动为纽带,对物理学的力、热、光、电的联系作了部分的尝试。
3、实践
实践是理论的本源,是检验理论的标准。 从古至今,人们对自然的猜想是漫无边际的,各种流派各种假说多如繁星。能够经受考验、树立丰碑的恐怕只是九牛一毛,这个考验就是实践。 随着人们不断地开拓、发现、发展,科学逐渐进步。其重要标志是,人们制作了各种仪器、设备对物质进行了各种实验观测,使得以上的众多的学说有些被扬弃了(因为与事实不符)有些则得以存在和发展(如原子、分子学说)。 正确的理论来源于实践,并能接受实验的验证。所以今天的自然学科的教学总是安排较多的实验,教科书也用较多的图文表述实验。 人脑对事物的思索是没有阻碍的,可以上天入地,可以钻入原子内部;又可以立即登临100亿光年外的河外星云。而实验能力受到技术水平的限制,总是有限的。 所以设计一个实验往往比提出一个理论更困难,这就要求实验科学家有广博的知识、聪慧的头脑、很强的动手能力。科教书中常常把著名的实验和设计实验的学者载入史册,就是对设计者的崇敬和褒奖。 现代有不少的理论在实验的启示下才得以提出和建立。 正确的理论能经受实践的考验,综合提高后还能作出一些预测,指导实践活动。如,元素周期理论,它在综合排列已有的元素性能之后,能预测某些尚未发现的元素,并能较准确地预言其原子量和某些主要的理化性质,在几年、十几年之后就得到有力的验证。 又如,火箭及空气动力学理论,能指导设计让火箭上天,把卫星送入准确的轨道,这样既能指导实践又经实践证实的理论亦属正确的理论。 在科技高度发展的今天,那种长期(几十年)得不到实践验证的理论,其正确性往往是值得怀疑的。 前不久,在电视节目《科技之光》中,一位研制新材料的专家谈到,现代新材料的研制,80%都是试出来的!这也就是说现代的材料理论基本上不能指导实践,即研制人员只能够凭经验,经多次试验加上撞大运,才能逐渐地研制出接近目标的新材料。
只有被实践证明,并能指导实践的理论才是正确的理论。那种虽然复杂却又不能指导实践的理论,往往就是伪科学! 现有的物质结构理论裹着高深的外衣,貌似高雅。却回避了许多常见的现象,如:物体为什么有的呈脆性、有的呈塑性;为什么温度升高金属的导电率下降、而半导体正好相反;为什么催化剂能加快化学反应速度;液体表面张力是怎么产生的;液体相变成气体体积为什么会膨胀?等等。 现在,已有的解释往往是不尽人意的,于是这些司空见贯的自然现象就成了自然之谜。究竟是坦诚的自然在捉弄人们,还是现有理论背离了客观实在,我想结论是后者。 此外,面对具有综合性能的新材料,如记忆合金是怎样进行记忆?超导材料如何形成超导?现有理论更是显得无能为力。遗憾的是,有的学者不是着力对事物的本质进行系统的探讨,而是用长达几十页的复杂数学计算进行所谓的推导论证。这种推导不是常人所能看懂的,科学于是变得神秘高深。 事实上广大科学工作者也感到现有理论的缺憾和不足,他们在微粒物理、表面物理、非晶态物理等领域对物质结构开展了更深入的研究,他们的实验结果用现有理论也是解释不通的。上述种种事实促使人们进一步研讨微观物质世界,以期建立新的广泛符合客观实在的物质结构理论。 我在以下的讨论中非常清醒地注意到事件的本源性,我用大量的篇幅叙述我的论点与实践之间的关系。正因为我的论述是在综合分析了大量的物质现象、广泛地考察了各学科的有关实验后,进行系统综合分析所得的结论,故几乎所有的自然现象(包括上述的'自然之迷'、新材料、新研究)都可以用我们的论点作出合乎逻辑的解释,人们所做的有关实验都可以拿来作为我们的实验。 青年朋友们从以上诸多问题中不难看出,这将是一个亟待开发、大有可为的新领域。欢迎朋友们和我一起进入原子之间,追踪电子运动的踪迹进行探寻。 本文有许多地方与我们所学的教科书不尽相同,我也不企望读者全盘地接受本文的观点,你们可以进行思辨、展开讨论,发表见解,从承受灌输的泥潭中跋涉出来,培养起比知识更为重要的科学精神。
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