為什麼牛頓力學還是純科學的核心?

2021-01-18 純科學

 

我在《實驗、測量與科學》一書中所建立的純科學體系,有三個學科一個理論:數學、測量、信息技術和牛頓力學。該書重點是談測量,因此對其他方面很難展開,否則篇幅實在太大了。對牛頓力學為什麼還被作為純科學的核心主幹,很多人不太理解。這裡有必要作個深入說明。

 

牛頓力學歷史地位的演變過程

 

有人認為相對論和量子力學的出現,在一定程度讓是推翻了牛頓力學,就像當年牛頓力學推翻了亞裡斯多德和託勒密的物理學體系一樣。尤其庫恩科學革命的觀點,把科學的進步看作是一個範式以類似政治鬥爭的方式戰勝另一個範式。但事實上不是這樣,亞裡斯多德和託勒密的物理學體系還不能成為第二次革命意義上的科學,但牛頓力學卻在很完善的意義上

直到今天,我們在中學一開始學習物理學的時候,依然是在學習牛頓力學。牛頓力學在社會生活中應用的場合遠遠多於相對論和量子力學。有誰建造房子、高速公路、船舶、汽車、做飯......的時候會使用量子力學而不是牛頓力學的嗎?沒有。很多學者總是喜歡追逐最新的物理學、宇宙學等領域的成就,一出現任何新的研究結果,就認為它們會徹底改變我們對世界的認識。他們追逐這些最新的前沿物理學、宇宙學成就,就像盲目而狂熱的追星族一樣,但事實上這些學者們自己並沒有真正理解清楚那些新的前沿研究成果是些什麼東西。別被那些時不時出現的、普通人根本搞不清楚的東西整天弄得心神不寧,那些離我們遠得很,真正在我們身邊天天改變或改造世界依靠的還是牛頓力學。這個局面在可見的未來依然不會改變。當人們理解了科學最基本的原則以後就會明白,無論前沿到什麼程度的科學成就,都不會違反一些最基本的科學原則。正因為掌握了這些最內核的科學原則,所以對任何新出現的科學成就都不會太奇怪,更不會以各種神經神經兮兮的方式以為出了這麼個研究結果就徹底變天了,甚至世界都不存在了。

牛頓力學在建立以後,獲得的成功是極為巨大的,天文學、熱力學、流體力學、光學、電磁學、醫學、化學等等本來是分散在各自領域發展的學科知識,都先後一個接一個地還原為牛頓力學,也就是通過牛頓力學可以把它們的知識邏輯地推導出來。因此,很自然地所有人都開始認為牛頓力學已經窮盡了宇宙間的一切真理,以後只需要做修修補補的工作就可以了。此時牛頓力學的地位簡直達到了神話的地步。

艾薩克·牛頓

後來不僅僅是物理學領域出現相對論和量子力學,而且在生物進化等領域,牛頓力學遇到越來越多的困難,因此出現系統論、控制論等新的研究方法。到了20世紀,人們開始將神話的牛頓力學拉下神壇,並冠以「機械宇宙觀」的不良名聲。甚至出現牛頓力學已經被推翻這種錯誤到極點的觀念。

但是,科學的發展絕對不是一個範式以政治鬥爭的方式推翻另一個範式,而應當是一個邏輯上相互連通,存在嚴格繼承性,可還原的整體。我們不能把已經被大量科學的測量和實驗驗證的牛頓力學,因為科學有新的發展就簡單地拋棄到一邊。事實上,任何新的科學的發展都在不斷地檢驗牛頓力學的價值和意義。我在《生態社會人口論》一書中建立的循環因果律,事實上已經將所謂老三論、新三論等全都還原為牛頓力學方法體系了。

 

物理學裡牛頓力學的地位

 

相對論、量子力學以及其他任何新出現的物理學理論,都可以在宏觀低速條件下還原為牛頓力學。作為科學的公理體系,簡單來說呈現一種包含的關係。公理體系就像一個筐子,可以把其作用領域的科學理論都包含進去。以前是牛頓力學包含了其他各個學科的理論,現在是相對論和量子力學都可以包含牛頓力學。從愛因斯坦開始,物理學界努力想建立一個大一統的「統一場論」,可以將一切物理學理論都包含進來。這個努力的進展已經有很多,可是到目前還是沒有最終成功。其間發展了超弦理論,到目前最新的進展是M理論。之所以稱「M」,就是「Multi-」——多個的意思。統一場論本來希望建立單一的理論,可是發展到M理論卻呈現多個並列的理論體系。它們相互之間不能包含,卻都可以包含牛頓力學,包含相對論、量子力學。量子電動力學融合了相對論,因此已經可以包含相對論和量子力學,當然也包含了牛頓力學。

由此我們看到的是這樣一個圖景:牛頓力學包含了所有宏觀低速條件下的規律,因為我建立的循環因果律,將生物進化領域的規律、老三論、新三論等一切全新的科學方法也都還原為牛頓力學了,因此現在已經可以有信心說一切宏觀低速條件下的規律都可以還原為牛頓力學。新發展的多個不能相互包含的物理學理論也都必然可以包含牛頓力學。並且如果新的物理學理論不能在宏觀低速條件下還原為牛頓力學的話,這根本就不可能為物理學界所接受。因此,牛頓力學成了整個科學領域唯一的一個「交換中心」,與所有科學理論都存在嚴格的直接邏輯聯繫。其他任何理論,甚至比牛頓力學更新的任何物理學理論卻都做不到這一點。從作為認識結果的科學理論體系結構來說,更基本的理論應當作用力更強,更具普遍性,可是從科學認識論角度說,牛頓力學還是最普遍的在邏輯上聯結一切科學認識的中心。

如果未來真的用單一的理論完成了統一場論,我們可以把這個理論作為純科學的主幹理論,但現在牛頓力學佔據的這個中心位置和地位卻還不能被其他任何科學理論所取代。

 

要求還原為牛頓力學的意義

 

可以說,我是世界上第一個重新確立牛頓力學在整個科學中核心地位的人。重新認識牛頓力學的地位和意義是極為重要的。

物理學本身科學方法已經非常完善,雖然也有改進餘地。但就算沒有純科學理論,它們依靠自身也能發展得很好。我們建立純科學理論的關鍵價值是要把它應用於原來被稱為社會科學的領域。在這一領域,基本上都是屬於宏觀低速條件,都是符合牛頓力學的。就算未來單一的統一場論完成了,它在宏觀低速條件下還是會變成牛頓力學。既然如此,我們何必要把理論搞那麼複雜?用那些沒幾個人看得懂的數學公式分析社會領域的問題,而不是直接採用牛頓力學呢?

用牛頓力學,加上循環因果律,基本上可以作用於一切社會領域的科學認識。在沒有這種約束之前,各個學科的理論可以隨意地自成體系,導致出現很多不科學的東西。有了一個真正科學的約束,要求一切社會科學的認知必須最終能還原為牛頓力學,這就給我們提供了一個可靠的科學認識基礎。

不要去做科學領域的「盲目追星族」,而要以科學內在的整體統一性來認識科學。


獨立學者

人類第三次科學革命倡導者,純科學理論體系創始人

雲鋁股份(000807)獨立董事

浙江宇視科技 顧問

上海析易船舶 聯合創始人

中央民族大學中俄能源研究院 客座教授

中關村長風聯盟 國際化導師

中國農投會、中關村京港澳青年創新中心等創業導師

曾為中興通訊(000063)國際市場管理體系的奠基人

數碼科技(300079)  國際投資總裁

 

著 作:

《通播網宣言》

《生態社會人口論》

《超越戰爭論——戰爭與和平的數學原理》

《實驗、測量與科學》

《即將來臨的糧食世界大戰》(即將出版)

《純電動拯救世界》(即將重新出版)

《科學經濟學——看見看不見的手》(即將出版) 

相關焦點

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