摆在现代科学面前最大的“绊脚石”是哪个?
人类对世界最初的认识,是从追逐现象开始的。然而,导致人类认识产生质的飞跃,却又是以超越现象来实现的。
所谓超越现象,就是用抽象的方法找出不同现象之间的共性,并且将这些共性概念化,借助于概念的逻辑分析来认识世界。这是人类与动物在思维上的本质区别。
所以,人类认识世界的方式,从逻辑上来说,有两种不同的方法。其一是归纳法,其二是演绎法。
归纳法就是根据少量的现象总结出规律,然后将该规律推广至整个世界。根据这种方法建立的理论就是唯象型理论,比如爱因斯坦将光速不变现象提升为光速不变原理,从而建立了狭义相对论。
归纳法比较简单,只要找出有限现象之间的共性或规律即可。不过,这一方法的使用是有局限性的。因为,自然界是不连续的,存在着质的变化。当理论的应用范围产生了质的变化,则由归纳法建立的唯象型理论就不再适用了,使认识走向了反面。
归纳法失效的最著名的例子是火鸡?️与饲养员的故事。饲养员每天准时来喂火鸡,于是火鸡总结出了规律。只要饲养员出现,就会有食物可吃。然而,一年后的一天,这一规律被打破了。饲养员带来的不是食物?,而是刀子。
对于狭义相对论来说,也是如此。根据相对性原理,所有的参照系都是等价的,其中的物理现象和公式是一样的。如果我们选取的参照系都是巨大的天体,物理背景与这些天体同步,那么狭义相对论是成立的。然而,如果将参照系推广至任意物体,则细小的物质并不与物理背景同步。于是,狭义相对论就像火鸡等来了刀子一样也失效了。
比如,任何参照系都是平权的,就生出了双生子?佯谬。究竟哪一个兄弟更年轻呢?对此,只能解释为是观测的结果。然而,如果没有发生实际的物理变化,那么这种理论的物理意义何在呢?
这就好比是同一件事情,可以用不同的语言来表达,变化的只是声音,说明的却仍然是同一个事件。
另外一种方法是演绎法,该方法是从整体出发,提出一个具体的物理机制即假说。于是,各种不同的现象只是该机制在不同的极限情况下的不同表现。
比如,光子的速度具有不变性,而宏观物质在低速时其速度却是可变的。虽然这两个现象是截然不同的,但是借助量子空间这一物理机制,任何物体的能量都有两种不同的存在形式既动能与势能。光子与宏观物质巨大的质量差异,使它们能量的存在方式走向了极端,分别主要以势能或动能的方式存在。于是,描述它们能量变化的参量分别是弛豫时间和速度。
尽管演绎法可以直接面对整体,避免了由适用范围的质变所产生的麻烦,但是演绎法也是有局限性的。
面对同一个世界,可以由无数种不同的物理机制予以解释。究竟哪一种是合适的呢?这需要我们获得足够的信息,需要在归纳的基础上来建立演绎的构建型理论。
综上所述,唯象型理论和构建型理论,它们所采用的方法分别是归纳与演绎。前者适用于认识的初期,后者适用于认识的发展。
当人类的认识超出了宏观范围,使作为物理背景的空间效应显现了出来。狭义相对论、广义相对论和量子力学分别是高速领域、宇观领域和微观领域关于空间效应的唯象型理论,它们都用归纳的方法建立了新现象和新实验的外在联系。为建立统一的构建型理论奠定了基础。
然而,由于人类思维的惯性,唯象的思维及其观念很难扭转。将原本是认识工具的唯象型理论当作认识本身,从而使这些理论走向了反面,反而制约了人类认识的深化与发展。
因此,现代物理学的出路,就是进行格式塔转换,由构建的格式塔取代唯象的格式塔,用具体的物理机制来解释现实的世界。
鉴于普朗克常数h的普遍存在,表明宇宙中存在着不可再分的最小粒子——量子。因此,运用量子的物理机制,建立构建型的理论,是现代物理学走出困境并获得发展的方向。