[学术求助]就《史学概论》请教物理学问题 [ 应助讨论有奖]

buyiyijie

我本身学历史的，因为教学过程中使用了高教社的《史学概论》（类似历史哲学，必修）一书，里面牵涉到比较多的物理问题，特向诸位专业人士讨教一二：
1、书中说：“20世纪的爱因斯坦发现了“质能关系式”（即E＝MC^2），由此，能量守恒和转换定律和质量守恒定律得以合并，进一步上升为能量和质量守恒和转换定律。……这个能量和质量守恒和转换定律，就是20世纪人类认识到的决定自然界一切物质运动变化规律的“终极事实”和“终极原因”。只是这个“终极”并不意味着人类对世界认识的“终结”。”
书中还说“人类认识到的决定自然界一切物质运动变化的最高层次的“终极事实”和“终极原因”就是：一切物质都具有质量和能量，其运动变化都遵循着能量和质量守恒和转换定律，没有任何例外。”
这句话有没有问题，尤其是关于能量和质量守恒和转换定律是终极原因的论断科学与否。
2、《史学概论》想通过牛顿万有引力解释（即覆盖、蕴涵）了开普勒三定律，广义相对论又能够解释（即覆盖、蕴涵）牛顿万有引力的过程，来说明人类认识上每个阶段都曾经存在过一个终极原因。且后来者必覆盖前者。这个逻辑是否符合科学实际。
3、诸如引力常数、普朗克常数此类，是怎么产生的，有没有因果解释？可以说它们是目前人类认识的极限或者边界么？
4、海森堡的测不准原理和弦论似乎是不确定性和确定性的两个极端，但弦论目前没有得到证实，能否就说物理学、尤其是量子力学并不支持因果解释。
5、就大家所学而言，物理学能否提供一种解释目前一切的终极原因，或目前所知之现象，可以用一种或几种理论来解释？
请大家提供通俗、详细点的解答，能够说明问题，同时又科普。
如果有多媒体资料提供，更是感谢。

长歌－废墟

楼主的问题比较复杂，让我仔细想想该怎么说，明天这个时候我会给楼主一个回复．
其实hooker兄是论坛上这个问题的大行家，问他最合适

buyiyijie

晚上十点半的时候会上来拜读一二。

长歌－废墟

向楼主抱歉，我稍微晚了一点 ，先说：“终极事实”和“终极原因”。我不知道在哲学上怎么定义这两个概念，但是我可以肯定的说在物理上从来没有如此说法，而质能公式也从来没有被赋予如此重大的意义。从公式本身来说，这不过表明质量也是能量的一种量度。而至于说“类认识到的决定自然界一切物质运动变化的最高层次的“终极事实”和“终极原因”就是：一切物质都具有质量和能量，其运动变化都遵循着能量和质量守恒和转换定律，没有任何例外。”我是强烈反对的，因为从物理上来说能量不能推动世界的运动，而是能量的差异推动世界的运动，举个最简单的例子来说：蒸汽机，如果四周都是一样的物理条件，那么就不会有蒸汽喷出，自然无法带动机械。用更物理技术的语言来说，推动世界这应该归功于“热力学第二定律”即“熵增原理”而不是”热力学第一定律”“能量守恒定律”，后者不过提供了运动的可能性，而前者才是推动运动的直接原因。

长歌－废墟

2.关于几个定律的相互关系，单从技术上来说，说的是事实：牛顿万有引力解释（即覆盖、蕴涵）了开普勒三定律与广义相对论又能够解释（即覆盖、蕴涵）牛顿万有引力的过程，这可以认为基本属实。但是我要强调的是，这并非绝对意味着当时的科学家只预见到了自己的定律（比如：牛顿只预见了万有引力），而更多受制于当时的技术观测水平和数学水平，比如牛顿不发现微积分就不能发现万有引力定律，Riemann不发现Riemann几何，爱因斯坦就无法发现广义相对论。事实上牛顿曾预见到广义相对论的若干重要特征，只是无力发展而已。

长歌－废墟

关于两个常数，其实都是在试图利用一些理论解释某些现象时自然得出的，比如Ｇ就是在用万有引力定律解释观测到的天体运动时得出的，而h则是在解释“黑体辐射”现象时提出的。值得非常注意的是，一般情况下物理常数都是有量纲的，因而受单位的影响会有不同数值，但是有几个常数则是无量纲的（比如：精细结构常数）这在物理中似乎代表着更大的意义。

buyiyijie

谢谢长歌兄，消化一下再请教一些细致的问题。

长歌－废墟

4.关于超弦理论，实质上是量子力学的一种推广（虽然是很大范围的推广，更大的野心是统一四大基本作用力），海森堡的测不准原理作为量子力学中的一个核心原理自然其实质是与超弦理论一致的，而且在超弦理论中也有着广泛的应用，至于“海森堡的测不准原理和弦论似乎是不确定性和确定性的两个极端”这个说法错的有点离谱了 。
至于关于量子力学的观点一时真很难说，我在论坛曾发过一篇关于这个问题的小文章，兄感兴趣可以读一读（有点王婆卖瓜 ）http://www.readfree.net/bbs/read-htm-tid-100649-keyword-.html

长歌－废墟

5.可以肯定的说现在的物理离“提供一种解释目前一切的终极原因”的目标还有一段距离，至于到底多远，很难说，或许超弦理论或者几个和它竞争的理论最终会回答这个问题，或许要达到这个目标还在遥远的未来。我的看法是即使超弦理论真的在非常微观水平上为一切问题提供了解答，人类离真正的“万物之理”也还有距离，因为当微观理论澄清以后，再从更高层次，更宏观一点的角度来看，往往对于从纯粹微观定律开始考虑推出宏观系统的定律不是不可能的，也是非常困难的，有科学家认为，在每一个不同的体系层次都需要引进新的定律，这个观点或许正确吧，在这方面我推荐楼主看一本新书《还原论的极限——来自活细胞的启示》，上海世纪出版集团，应该是今年出版的 。
　　感谢楼主对读书区的支持，欢迎讨论

acdacd

见到长歌回答了, 我也来胡说一下! 又由于没有原书, 只能就lz的引文所述说一下!


1.  就我的理解, "终极"一词在文中有两个意义. 第一个意义是指"真正"的原因或事实, 可以看成不因人

类变化的原因或事实. 第二个意义是指"人类在某一时间"内能理解的原因或事实, 这会随人类认识加深或科学的进步而改变. 简单来说, 我猜书中要表达的观点是人类对科学的认识是不继发展的, 今天我们认识的最好科学知识不代表是最真正的原因或事实, 明天我们所知所识便可能有变化. 这道理并不难理解, 难理解反而作者要把这简单的道理复杂化来表达出来!

楼主所提及的这些定律都是今天科学界对自然的最好认识, 明天可能便会有更好的理论发表出来. 要问的问题不是要问书中这些说法科不科学, 而是问书中所说是否"今天"科学界所公认的.

2. 同上

3. 数个常数怎样产生的问题较为技术性. 不太清楚lz所问的"因果解释"或"人类认识的极限"是想问什么. 个人认为理解常数时先不用弄得这样复杂. 例如圆周率是比较简单的常数, 是指平面上圆的周长与直径之比, 是一种表达一些数学关系的不变数字. 这数字我们可以透过周长来计算出直径. 引力常数都是一样, 不过对象由纯数学转到物理世界而已. 这是用数学方法来表达出科学家所发现的物理关系, 知道这些关系后我们可以用它来计算或解决问题. 这个便是常数最重要的用处, 也可以用来解释因果.

至于"人类认识的极限"已是一个哲学问题. 如果从我以上的回答来看, 常数与这个问题没有什么关系. 或
者应先弄清楚lz想知道什么.

4. lz问量子力学是否支持因果解释. 那便要看lz认为什么是因果关系或是指那种因果关系. 如果lz要求的是严格的因果性解释而不是统计的因果性解释. 那么量子力学应不是支持因果解释的. 不过统计的因果关系在生活中随处可见. 例如我们知道吸烟导致减寿, 但我们可以举出某领导人长期吸烟而得享高寿. 也就是说吸烟在多数的情况下导致减寿, 也不是绝对的. 这种统计的因果关系无疑在实际上很有用处.
(其实不少医学研究上的关系都是指出"相关性的高低"而不是"因果性", 吸烟导致减寿的因果性是大量研究所得出的, 因此我们可以相信吸烟是会导致减寿而不是低寿者多吸烟.)

acdacd

引用第8楼长歌－废墟于2006-10-16 23:00发表的“”:
5.可以肯定的说现在的物理离“提供一种解释目前一切的终极原因”的目标还有一段距离，至于到底多远，很难说，或许超弦理论或者几个和它竞争的理论最终会回答这个问题，或许要达到这个目标还在遥远的未来。我的看法是即使超弦理论真的在非常微观水平上为一切问题提供了解答，人类离真正的“万物之理”也还有距离，因为当微观理论澄清以后，再从更高层次，更宏观一点的角度来看，往往对于从纯粹微观定律开始考虑推出宏观系统的定律不是不可能的，也是非常困难的，有科学家认为，在每一个不同的体系层次都需要引进新的定律，这个观点或许正确吧，在这方面我推荐楼主看一本新书《还原论的极限——来自活细胞的启示》，上海世纪出版集团，应该是今年出版的 。

同意长歌的意见. 事实上从微观及宏观的观点来研究问题不只是物理学的特征. 从生物, 经济以至文学都有这种些研究取向. 也可以说是个"树与林"的问题. 系统论便是其中一个处理这些问题的方法, 可惜方法仍是十分粗浅. 可能现在人类所知的实在太少, 要把学科统合成单一又统一理论相信都是遥不可及的.

长歌－废墟

我原来想不到acd兄在这方面也是高手,后来一想是兄提供<中国科学技术史>有关资料给我,有耐心读这套书的人,有这水平自然不奇怪,以后要向兄多多请教.早知道我实在不该献丑的 .
hooker兄出来吧,我也想听听你的见解

buyiyijie

引用第9楼acdacd于2006-10-17 00:18发表的“”:
数个常数怎样产生的问题较为技术性. 不太清楚lz所问的"因果解释"或"人类认识的极限"是想问什么. 个人认为理解常数时先不用弄得这样复杂. 例如圆周率是比较简单的常数, 是指平面上圆的周长与直径之比, 是一种表达一些数学关系的不变数字. 这数字我们可以透过周长来计算出直径. 引力常数都是一样, 不过对象由纯数学转到物理世界而已. 这是用数学方法来表达出科学家所发现的物理关系, 知道这些关系后我们可以用它来计算或解决问题. 这个便是常数最重要的用处, 也可以用来解释因果.

主要是因为波普尔的一段话：“不确定关系（定理）正像光速不变原则一样，堵塞了某些可能的研究途径。光速常数c与普朗克常数h相似之处在于，两者都在原则上对研究的可能性设置了限制。问题就在于，越过这些壁障进行探索的意图，就要被那个把不合口味的问题当作‘假问题’的著名方法加以排除。”我的意思是说，有没有可能随着科技的进步，人们能够解释某个常数为什么是这个数值，而不是其他数值。这样一来，它就从实验归纳出来的数字，变成了带有因果性的必然值。
所知鄙陋，不能举出这样的例子。不知道重力加速度g是否是这样的。

buyiyijie

引用第7楼长歌－废墟于2006-10-16 22:46发表的“”:
4.关于超弦理论，实质上是量子力学的一种推广（虽然是很大范围的推广，更大的野心是统一四大基本作用力），海森堡的测不准原理作为量子力学中的一个核心原理自然其实质是与超弦理论一致的，而且在超弦理论中也有着广泛的应用，至于“海森堡的测不准原理和弦论似乎是不确定性和确定性的两个极端”这个说法错的有点离谱了 。
至于关于量子力学的观点一时真很难说，我在论坛曾发过一篇关于这个问题的小文章，兄感兴趣可以读一读（有点王婆卖瓜 ）http://www.readfree.net/bbs/read-htm-tid-100649-keyword-.html

长歌兄所说的错的离谱的说法是我的理解，并不是《史学概论》上的说法，澄清一下，省得旁观者误会。主要是哲学上常常把“测不准”原理等价于对客观物体不确定性的证实，我想如果弦论被证实，可能会导致另外一种颠覆。故由此说。惭愧。

buyiyijie

引用第9楼acdacd于2006-10-17 00:18发表的“”:
第二个意义是指"人类在某一时间"内能理解的原因或事实, 这会随人类认识加深或科学的进步而改变. 简单来说, 我猜书中要表达的观点是人类对科学的认识是不继发展的, 今天我们认识的最好科学知识不代表是最真正的原因或事实, 明天我们所知所识便可能有变化. 这道理并不难理解, 难理解反而作者要把这简单的道理复杂化来表达出来!

楼主所提及的这些定律都是今天科学界对自然的最好认识, 明天可能便会有更好的理论发表出来. 要问的问题不是要问书中这些说法科不科学, 而是问书中所说是否"今天"科学界所公认的.
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《史学概论》所说的意思大致与acd兄所说不差。为什么说的这么复杂我的理解是作者想要通过一种双层的对规律的探索来说明规律观的演化。底层是自然科学的进展，上层是哲学社会科学的进展。底层是基础、前沿和决定力量。上层给我感觉有点蝇附骥尾。自然科学界对规律的新认识直接影响到哲学及社会科学。

acdacd

引用第11楼长歌－废墟于2006-10-17 01:26发表的“”:
我原来想不到acd兄在这方面也是高手,后来一想是兄提供<中国科学技术史>有关资料给我,有耐心读这套书的人,有这水平自然不奇怪,以后要向兄多多请教.早知道我实在不该献丑的 .

懂的也说尽了, 再问便不懂了.
难为我那套书都是在家中放着, 没有怎样看过

acdacd

很复杂的问题, 不妨这样说吧!

常数首先表达了数学上的关系. 如E=mc^2. 另外, 它也表达了物理理论上的意义. 例如c在这里是光速常数, 而光速不变是相对论的基础. 从这方面看, 它有十分重要的意义. 在这两个意义下, 我们都能用相对义作出有意义的因果解释或推理(解释物理现象或进行数学上的运算).

楼主所问的是"常数取值"问题. 常数取值可以从实验或理论中获得, 而理论获得的途径也来是源自实验. 可以说这些物理常数是来直接或间接来自实验的. 当人们解释某个常数为什么是这个数值，往往是问这个常数有什么数学上或物理上的意义, 而不是问它的具体数值. 如果我们把科学看成是探索自然界的工具, 常数便是描述自然介的一种数学或物理工具, 或在整个科学理论下的一个重要元素.

至于为什么不是其他数值的问题. 如之前所提及, 常数可以从刚才提及到实验或理论途径来获得. 排除实验误差等技术性因素后, 常数同一理论下, 它的基本定义是它的值是不变的, 自然不能最其他值, 因此根本不会出现楼主的问题. 这样粗看起来十分怪异. 但要注意在我们发现常数时, 是指在"某个理论"下所定义及用到的常数. 换了另一个理论, 这个物理量便可能不是常数, 也没有常数的意义, 自然不会有这个问题.

在科学间的理论不是完全独立的, 一些解释性强的基础理论如引力理论便可以应用到很多不同的理论上, 这些不同的理论使用引力理论时所采用的引力常数是唯一而且不变的. 如果这些理论采用的基础性理论是不同话, 一个在物理值在一个理论下是常数, 另一个理论便不是常数. 例如光速在经典力学中不是常数, 但在相对论中便是常数. 这便是因为光速值在不同理论之故. 随着人类的知识不继增长, 一个物理量可以由不是常数变成常数, 常数的值受到修正绝不出奇!

引用第14楼buyiyijie于2006-10-17 05:15发表的“”:
《史学概论》所说的意思大致与acd兄所说不差。为什么说的这么复杂我的理解是作者想要通过一种双层的对规律的探索来说明规律观的演化。底层是自然科学的进展，上层是哲学社会科学的进展。底层是基础、前沿和决定力量。上层给我感觉有点蝇附骥尾。自然科学界对规律的新认识直接影响到哲学及社会科学。

如果这本是教科书, 可以说是表达不清楚吧! 在我看来作者不定有bu兄所理解的意思, 但一切都是源自作者的表达问题!

buyiyijie

以下是我跟《史学概论》作者联系后得到的答复，当然，在询问的时候我附上了长歌兄和acd兄的意见：

“有科学家认为，在每一个不同的体系层次都需要引进新的定律，这个观点或许正确吧——我是赞成这个说法的。还原论是走不通的。如果说万事万物有一个共通之理，就是我根据恩格斯引用并发挥的斯宾诺莎的名言该写成的那个MC表达式。根本问题是要坚信万事万物都自有其“理”，就是它自身存在、发展、或演变的因果必然性规律，认识了个规律就掌握了关于它的真理，就能够理性而不是盲目地或野蛮地地对待或利用它。也就是科学地认识世界和改造世界。这里的根本问题是，首先要坚信客观上有规律、有真理，然后是怎样认识和检验真理。要寻找因果必然性的规律，就必须找到“终极原因”或“终极事实”；人类对任何一个事物的“终极原因”或“终极事实”的认识都经历过由无知到有知、由浅入深、由表及里、由片面到全面的过程。“终极原因”或“终极事实”本身是客观存在的，不变的，但人类对它们的认识是由无知到有知、由浅入深、由表及里、由片面到全面的，也就是变化的，正是基于人类几千年的认识史的事实，我们才坚信万事万物都有其因果必然性的客观规律，都能够找到其中的真理，才坚信无真理论、无规律论是不能成立的，而且是会误导人们陷入迷途的。还有一点，哲学语言同物理学语言是不用的。例如波普尔说普朗克常熟或光速常数的性质，同物理学家的说法是很不相同的。”

另外，我还想请教一下关于人类历史发展基本规律的问题。但又担心大家一听这个问题就有先入为主的反感，颇是犹豫。

yiqihouba

1、关于能量和质量守恒和转换定律是终极原因的论断科学与否。

首先需要阐明的是没有所谓的终极真理，所有的定律都是有前提的，如果前提不存在则结论必然是错误的。如果定律不受此限，则在错误的前提下，可以推论出作者所有想要的结论。其次，科学是一个不断发展的过程，是通过否定和自我否定来不断充实的，当然如果有所谓的终极真理，判断事物就容易多了，可惜没有。历史上很多人的理想就是发现终极真理，如此一来他也就握有了真理，成了哲人王，这样的人往往都是一些迫害狂。

2、人类认识上每个阶段都曾经存在过一个终极原因。且后来者必覆盖前者。这个逻辑是否符合科学实际。

如同地球上有人类是偶然的，人类认识上每个阶段也不会存在终极原因。不过对于认识这一过程后来者必覆盖前者，是正确的。毛泽东在他的著作《实践论》中指出:"实践、认识、再实践、再认识、这种形式,循环往复以至无穷,而实践和认识之每一循环的内容,都比较地进到了高一级的程度."当认识的经验积累到一定层次时，量变导致质变，认识会有一个质的飞跃。

3、诸如引力常数、普朗克常数此类，是怎么产生的，有没有因果解释？可以说它们是目前人类认识的极限或者边界么？

这个世界上没有无缘无故的恨，也没有无缘无故的爱，所有事物的产生都是有因果的，有原因的。人类认识的能力是无穷的，既然没有终极真理，人类的认识也就不会有边界，限制是会有的，极限是不存在的，人类的认识会限于当前社会的条件。

4、海森堡的测不准原理和弦论似乎是不确定性和确定性的两个极端，但弦论目前没有得到证实，能否就说物理学、尤其是量子力学并不支持因果解释。

有些事物现阶段得不到科学的解释，但并不等于此类事物不可以用因果关系来解释，只不过我们的认识还没到达可以解释的层次。我们有一句老话：知其然而不知其所以然。就是说的这个问题。

5、就大家所学而言，物理学能否提供一种解释目前一切的终极原因，或目前所知之现象，可以用一种或几种理论来解释？

不能，不仅物理学这一个学科，就是整个科学体系也没有这个能力。科学只不过是我们人类探索世界的一个工具，只能解决一部分问题，否则在世界各地也不会存在宗教了，人类用科学解释不了的问题，往往会乞灵宗教来获得心灵的慰藉。爱因斯坦最后也信了上帝，就是这个原因。人类的认识是一个循序渐进的过程，《易经》中说：穷理尽性以至于命。 可以说是咱们的老祖宗对于认识论的一个总结，穷尽一切事物的道理和规律来改变人类的命运。如何才能提高认识的正确性呐？只在能从实践中得到。

以上是个人的看法仅供参考~~