物理學(xué)還能往哪發(fā)展

　　物理學(xué)還能往哪發(fā)展

　　從十七世紀(jì)以來，在物理學(xué)的發(fā)展中，本體論的思想是根深蒂固的。這種思想認(rèn)為，自然界是由某些基本物質(zhì)組成的，這些基本物質(zhì)的特性和行為，構(gòu)成了自然界形形色色的物理現(xiàn)象；一旦了解了這些基本物質(zhì)以及它們的運(yùn)動所遵從的規(guī)律，物理現(xiàn)象就可以得到本體的說明。原子、以太以及各種“無重流質(zhì)”的假設(shè)，都充當(dāng)過這種基本物質(zhì)；具有波粒二象性的電子，在量子力學(xué)中也成為構(gòu)成現(xiàn)象的這種本體基礎(chǔ)。原子物理學(xué)的發(fā)展以及量子力學(xué)的建立，使不少人認(rèn)為利用電子、原子和分子概念來最終說明包括物理現(xiàn)象在內(nèi)的一切自然現(xiàn)象的目標(biāo)是可能實現(xiàn)的。這種帶有普遍性的想法從兩個方向進(jìn)一步促進(jìn)了現(xiàn)代物理學(xué)的研究：一個方向是從原子核、基本粒子向更深層次的結(jié)構(gòu)成分及其作用的探索，這構(gòu)成了粒子物理學(xué)的研究對象，它和廣義相對論的結(jié)合，又促進(jìn)了天體物理學(xué)的發(fā)展；另一個方向是通過分子、原子以及電子的運(yùn)動和作用來說明物質(zhì)各種各樣宏觀性質(zhì)的研究，它包括了凝聚態(tài)物理的廣闊領(lǐng)域，并且由于向生物學(xué)的滲透，促進(jìn)了生物物理學(xué)的發(fā)展。這些重大進(jìn)展使物理學(xué)的研究領(lǐng)域得到了很大的開拓，并構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的各個前沿。在這些領(lǐng)域里，許多物理現(xiàn)象和規(guī)律還沒有被我們所認(rèn)識，對它們的研究，無疑會為現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展發(fā)掘出許多新的生長點(diǎn)。

　　二十世紀(jì)的物理學(xué)呈現(xiàn)出高速發(fā)展的狀況，其內(nèi)容之豐富，思想之深刻和觀念之新穎，遠(yuǎn)非過去物理學(xué)發(fā)展的各個歷史時期所可比擬。現(xiàn)代物理學(xué)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了宏觀物體緩慢運(yùn)動的范圍。從微觀領(lǐng)域來說，已經(jīng)深入到原子內(nèi)部、基本粒子內(nèi)部，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大小不斷減小、能量不斷增加的許多連續(xù)的層次原子、原子核、基本粒子、夸克等，已經(jīng)達(dá)到10-14厘米以下的線度。目前還無法預(yù)見這個層級鏈條有沒有一個終端。從宏觀領(lǐng)域來說，人們的視野已經(jīng)擴(kuò)展到半徑為150億光年的宇宙范圍，依次突破了銀河系、星團(tuán)、星系和總星系的領(lǐng)域。所以，對物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特性的認(rèn)識，都發(fā)生了重大的變革。物理學(xué)的一系列成果在理論思想上突破了原子不可分、元素不可變的觀念，運(yùn)動只具有連續(xù)性的觀念，絕對時空觀念以及機(jī)械決定論的局限性；提出了量子態(tài)、波粒二象性、幾率決定性、四維時空與彎曲時空、實物與場的聯(lián)系和轉(zhuǎn)化以及宇宙膨脹的思想，物理學(xué)基本觀念和理論基礎(chǔ)發(fā)生了質(zhì)的飛躍。

　　由于研究工作日益向縱深推進(jìn)，包括物理學(xué)在內(nèi)的所有科學(xué)的一個共同趨勢是分化愈來愈嚴(yán)重，分支學(xué)科與日俱增和專業(yè)化愈來愈強(qiáng)。熟悉物理學(xué)全部學(xué)科的精確知識并了解物理學(xué)各個前沿領(lǐng)域研究的具體進(jìn)展是愈加困難。這一趨勢是不可逆轉(zhuǎn)的。但在理論思想上，追求統(tǒng)一和走向統(tǒng)一，從更高的角度對各種理論進(jìn)行更大范圍的綜合，卻成為現(xiàn)代物理學(xué)發(fā)展中一個頗有成效的總方向。由于各種物理現(xiàn)象的本質(zhì)愈來愈充分地得到了揭露，傳統(tǒng)的各個物理學(xué)學(xué)科研究領(lǐng)域之間的本質(zhì)聯(lián)系也更充分地顯示出來。質(zhì)量與能量、實物與場、粒子與波、時間與空間、時空與物質(zhì)運(yùn)動、微觀過程與宇觀現(xiàn)象之間的聯(lián)系，已經(jīng)構(gòu)成現(xiàn)代物理學(xué)各種基本理論的內(nèi)容，各種物理學(xué)理論之間也呈現(xiàn)出極其深刻的交織與滲透。對四種基本相互作用統(tǒng)一的追求與探索，已成為帶動整個物理學(xué)基礎(chǔ)理論研究進(jìn)步的重要前沿。

　　從十七世紀(jì)以來，物理學(xué)的理論和研究方法就不斷地向其它學(xué)科移植滲透，對其它學(xué)科的建立和發(fā)展起到了有力地推動作用。這種趨勢在二十世紀(jì)三十年代以后明顯地得到增強(qiáng)，相繼產(chǎn)生了一系列物理學(xué)的新部門和邊緣學(xué)科，如量子化學(xué)、生物物理學(xué)、天體物理學(xué)和廣義相對論宇宙學(xué)等，這些學(xué)科大多數(shù)也成為現(xiàn)代物理學(xué)發(fā)展的前沿，并且給現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展提供了新思路和新方法。

　　在十九世紀(jì)末的經(jīng)典物理學(xué)中，曾經(jīng)出現(xiàn)過普遍認(rèn)為基本規(guī)律都已被發(fā)現(xiàn)了的樂觀和保守的情緒，二十世紀(jì)初的現(xiàn)代物理學(xué)革命，完全推翻了這種預(yù)料；而現(xiàn)代物理學(xué)空前的高速度的發(fā)展，再沒有為那種保守觀點(diǎn)的重新抬頭提供任何證據(jù)。實際上，我們今天所已掌握的物理學(xué)知識，比起整個物理世界可能向我們提供的信息來說，還是極其有限的。例如，粒子物理學(xué)的發(fā)展雖然已經(jīng)獲得了輝煌的成果，但它的基本規(guī)律還未探明，這個領(lǐng)域的探索是以可能尋找到超出量子力學(xué)范圍的新的規(guī)律性為其目標(biāo)的。尋求四種相互作用統(tǒng)一的努力，很可能會被新的基本相互作用的發(fā)現(xiàn)而引向渺遠(yuǎn)。對于宇宙的構(gòu)成、天體的演化以及有關(guān)生命現(xiàn)象的物理學(xué)實驗和理論的研究還是剛剛開始。可以期待，今后物理學(xué)的變革，完全有可能出現(xiàn)對現(xiàn)有的物理學(xué)基本理論產(chǎn)生根本性沖擊的新的突破。隨著科學(xué)實驗的發(fā)展，任何已有的理論都要不斷發(fā)展，甚至?xí)�徹底更新，不存在什么絕對不變的終極真理。坂田昌一在1968年的論文《現(xiàn)代科學(xué)的哲學(xué)和方法論》中指出，現(xiàn)代科學(xué)的特點(diǎn)是：它認(rèn)識到任何科學(xué)規(guī)律都有一定的應(yīng)用范圍，自然界的各個層次在性質(zhì)上互不相同，各自遵循它自身的規(guī)律，而且每一個層次都永遠(yuǎn)處于發(fā)現(xiàn)、消滅和轉(zhuǎn)化之中。物理學(xué)近年的發(fā)展更增強(qiáng)了這種看法。