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后真相时代的科学哲学  ——物理学哲学的视角
2019年09月26日 09:20 来源:《中国社会科学》 作者:高策/乔笑斐 字号

内容摘要:

关键词:

作者简介:

Scientific Philosophy in the Post-truth Era

 

  作者简介: 高策,山西大学科学技术史研究所教授;乔笑斐,山西大学科学技术史研究所讲师。

  原发信息:《中国社会科学》第20192期

  标题注释:本文为国家社会科学基金重大项目“当代量子论与新科学哲学的兴起”(16ZDA1l3)阶段性成果。

 

  物理学尤其是基础物理学的研究,构成了人们认识物质世界深层本质的主要来源,是我们了解和把握整个科学发展的基础。20世纪以来,随着基础物理学理论的不断革命和突破,人类对自然界的认识经历了三个主要阶段。第一阶段以量子力学和相对论为代表,构成了整个物理学的支柱,其应用被延伸到了几乎所有物理学的分支领域,彻底改变了人们对物理世界的理解;第二阶段以粒子物理的标准模型和宇宙学的标准宇宙模型为代表,在物理学的统一方面取得了极大的进展;第三阶段以超弦与圈量子引力为代表,虽然目前它们还只是数学结构,而非成熟的物理理论,但正因如此,哲学讨论的意义更大。随着科学研究的尺度进入普朗克标度,远远超出了现有实验技术的可检验范围,物理学中关于物质、时间、空间等一些基本概念的内涵被深刻地改变,正在酝酿着物理学史上一场新的革命,堪称继近代物理学革命与20世纪初量子论和相对论革命之后的第三次科学革命。

  从科学哲学的角度来看,20世纪科学哲学的发展与物理学发展的三个阶段是同步的。第一阶段,量子论和相对论的建立,直接促成了科学哲学的产生;第二阶段,两个标准模型建立的过程,也正是科学哲学走向成熟的阶段;第三阶段,基础物理学所建立的新的概念体系,已经超越了传统科学哲学的范畴。两个标准模型形成后,随着希格斯粒子和引力波的发现,实验进一步证实了量子力学和广义相对论,但与此同时,仍然存在诸如暗物质、暗能量等现有的两个标准模型不能解释的问题。此时的情形非常类似20世纪初,一方面,传统科学范式取得了极大的成功,我们似乎抓住了部分真理;另一方面,同时存在很多传统范式无法解释的现象,更深层的真理初露端倪。因此,我们引入后真相科学时代①来指称这一时代。在这个全新的时代,科学理论越来越远离科学实验,人们可观测的世界与客观存在之间似乎横亘了一条不可逾越的鸿沟,研究的尺度深入到了普朗克标度,科学家不得不在目前实验不能给出验证的现实条件下,从事艰苦的理论探索。其发展的方向以量子力学与相对论融合为目标,以超弦与圈量子引力为代表。相对应地,按照人们对真相涵义的理解,我们可以将整个科学史进行重新划分。

  前真相时代,从古希腊时期至哥白尼革命,典型代表为亚里士多德的物理学。该时代科学尚未从哲学中独立,人们理解的真相很大程度上基于传统、观念和信仰等因素。

  真相时代,从哥白尼革命至20世纪70年代标准模型的建立。该时代科学从哲学中独立出来,基于数学推理和实验验证,形成了自己独特的研究方法,对真相的理解主要基于经过经验检验的科学理论。真相时代又可分为宏观真相时代和量子真相时代两个部分。宏观真相时代,以牛顿力学和麦克斯韦电磁学为代表;量子真相时代,②以量子力学和相对论为代表,包括粒子物理和宇宙学两个标准模型。

  后真相时代,两个标准模型之后,以超弦与圈量子引力为代表。

  在新的时代,科学与哲学的关系也发生了微妙的变化,科学与哲学在科学探索的最深处似乎又相遇在一起。部分物理学家和数学家正在形成新的共同体,这个共同体的成员和哲学家又开始在一个平台上讨论同样的问题。一场新的科学革命正在酝酿,新的哲学理论也初见曙光,我们把正在萌芽中的新科学哲学理论称为后真相时代的科学哲学。真相时代的科学哲学,关于科学理论真理性的辩护,都强烈依赖于经验的检验。而在后真相时代,新的科学理论,一方面对传统的科学观念构成了极大的挑战,另一方面,理论的真理性又很难通过实验给出确认。因此,从哲学的角度审视科学中出现的挑战以及科学变革的内在张力,并据此重塑科学哲学的基本理论,是当下科学哲学亟需处理的重要议题。

  一、时代特征

  从后真相时代回看整个科学的发展,呈现出了清晰的脉络,使我们能更加深刻地理解不同时代的科学范式及其发展的内在规律。下文将从空间尺度、科学方法和科学认识等多个层面,对不同时代科学理论的特征给出详细说明。

  (一)不同时代理论研究的空间尺度

  前真相时代,物理学研究的尺度主要集中于人类肉眼所及的范围。该时代研究的尺度大约为毫米到太阳系,而且只能观测到星体的大概位置,没有精确的测量;宏观真相时代,放弃了以直接肉眼的观察作为依据,观察的手段不是自明的,而是依赖于新的理论和实验技术。随着实验方法的不断成熟和改进,物理学持续不断地开辟出新的研究领域。该时代研究的尺度大约为原子到太阳系的范围,而且观测更为精确;量子真相时代科学研究的对象从宏观世界过渡到了量子尺度,很多微观粒子无法直接观测,只能通过精密的实验仪器(粒子加速器、大型天文望远镜等)观测得到大量的数据,然后计算出相应的参数。该时代的研究尺度跨越了从夸克到整个可观测宇宙的范围。

  后真相时代,人们开始深入到普朗克标度( )寻求引力和量子力学的统一。普朗克能量的值极大( ),普朗克时间的值却极其微小( ),远远超过了现有粒子加速器的能量范围。另外,在宇宙中也存在一些特殊的拥有量子引力效应的物理域,如大爆炸刚发生之后的宇宙、黑洞等,但是实验上进行探测非常困难。因此,这一时代的研究尺度从普朗克标度跨越到了整个宇宙的诞生和演化,进入了目前技术几乎无法探测的领域,很难通过实验来对不同量子引力理论进行鉴别和验证。

  (二)不同时代科学的方法论特征

  前真相时代,数学、物理学都属于哲学研究的范畴。整体而言,这一时代的自然哲学用常识经验和逻辑论证的方式来证明假说,追求形式逻辑和对论证的纯抽象分析。主要进行直观的思辨,而不注重具体的操作,没有与数学和实验产生很紧密的联系。

  宏观真相时代的最大特点就是随着数学和物理学的发展,两者作为独立的学科,逐渐从哲学中脱离出来。数学和实验的地位凸显,强大的数学工具和各种实验仪器的发明大大推动了科学的进步和发展,取代了传统思辨,成为新的知识获取模式。

  量子真相时代科学研究的对象从宏观可直接经验,过渡到了量子尺度,只能通过数学模型和精密的实验仪器进行间接的认识。在理论中数学的、结构化的描述占据核心位置,实验需要在理论的指引下设计出来,对理论进行验证,经验的地位从发现功能弱化为检验和辩护功能。理论逐渐走到了实验之前,由于对实验手段的依赖,人们无法再通过经验的积累来构建理论,而是首先在理论上有了明确的可检验预言,然后再设计实验进行检验,整个实验过程都渗透着理论的指引。

  后真相时代,用实验对理论进行验证变得越来越困难,传统的以经验为基础的科学方法论在这里遭遇了极大的困难。物理学家逐渐从经验研究,转向纯数学上的理性推理和对基础概念的带有哲学色彩的分析和讨论,物理学、数学和哲学再次携手一起研究新出现的问题。在这一阶段理论的发展中,经验的地位逐渐弱化,数学成为唯一的逻辑途径,数学和物理学之间的界限越来越模糊,可能的发展趋势为在数学和物理学分别走向统一的基础上,走向建立在物理学大统一基础上的数学大统一。

  (三)不同时代科学的认识论特征

  认识论关涉的是人们对知识的信念,其中既包括知识的来源,也包括对知识真理性的判断。人们对科学的认识很大程度上都是基于当时最成功的基础理论,而基础理论成功的背后都是以理论的统一描述为基本前提的。

  前真相时代,托勒密提出了天体运动模型,天空中的天体都在绕着地球的圆形轨道上运动,而那些轨道本身也沿着圆周运动。通过本轮和均轮所构建的数学模型,能预言日食、月食和行星的运动——预言的精度达到千分之一,为天体的运行提供了一个统一的描述。

  宏观真相时代,牛顿力学又一次完成了统一。通过惯性定律,将运动与静止统一;通过万有引力定律,统一了包括地球在内的所有天体的运动规律。麦克斯韦则将电和磁统一起来,使人们意识到场是一种完全不同于物质实体的新的实在。量子真相时代,爱因斯坦首先用狭义相对论统一了所有类型的运动,然后用广义相对论统一了引力场与时空几何,彻底颠覆了牛顿的绝对时空观。后来,弱电理论统一了电磁力和弱相互作用,量子色动力学统一了强相互作用,并一起构成了粒子物理的标准模型。在宇宙学中,大爆炸模型和暴涨模型共同构成了宇宙学的标准模型。可以说整个物理学史都是沿着统一的路线前进,统一已经成为理论物理学研究的终极目标。

  后真相时代,仍然是统一之路的进一步延续。弦论统一了四种基本力,调和了相对论和量子力学的矛盾,被认为是大统一理论最有希望的候选者。同样,圈量子引力是关于引力场的一种非扰动量子理论,也是为了将量子力学和引力理论两个理论形式统一起来。两个理论可能像量子力学发展过程中波动力学和矩阵力学一样,以某种方式统一。③总之,新的物理学理论要想从旧框架下脱颖而出,必须首先从认识论上突破原有概念框架的束缚,在原本不同的概念之间建立新的联系,在新的统一背景下寻求物理意义上的终极统一理论。

作者简介

姓名:高策/乔笑斐 工作单位:

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