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1、1. 什么是狭义相对论？ 狭义相对论是由爱因斯坦、洛仑兹和庞加莱等人创立的，应用在惯性参考系下的时空理论。也是对牛顿时空观的拓展和修正。按照狭义相对论而言，物体运动时质量会随着物体运动速度增大而增加，同时， 空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化，即会发生尺缩效应和钟慢效应。2. 狭义相对论的基本观点 ? 物理体系的状态据以变化的定律，同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是用两个在互相匀速移动着的坐标系中的哪一个并无关系。 任何光线在“静止的”坐标系中都是以确定的速度c 运动着，不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。”其中第一条就是相对性原理，第二条是光速不变性(人为假定的）
2、。整个狭义相对论就建筑在这两条基本原理上。3. 什么是悖论？悖论是英文paradox 一词的意译。从广义上说，凡似是而非或似非而是的论点，都可 以叫做悖论。 从狭义上说， 悖论是从某些公认正确的背景知识中逻辑地推导出来的两个相互矛盾命题的等价式(即 p p 或 p p)。悖论是一种特殊的逻辑矛盾，其特殊性表现在：悖论是相对于一定的背景知识而言；悖论是从某些公认的背景知识中合乎逻辑地推导出来的；悖论是指两个相互矛盾命题的等价式 (即 p p 或 p p)。下列方框内的语句即提供了一个简单的语义学悖论的例子。它完全符合上述悖论概念的三个要点。在该悖论面前，经典逻辑学的基本大法矛盾律、排中律失效。悖
3、论或二律背反（ “悖论”在英文中还有一个词antinomy ，这个词在哲学文献中又译为“二律背反” 。 德国哲学家康德首次把自己所发现的悖论称为“二律背反” (德文 antinomie) 。康德认为， 人类的认识由感性、知性和理性三个环节组成，当人类运用作为知性固有的先天思维形式的范畴，试图去把握世界整体，即认识进入 “理性” 阶段时， 必然陷入二律背反。 ）怪圈（ 1979 年，美国数学家霍夫斯塔德(D.R.Hofstadter)认为悖论就是一个“怪圈”(strange loop, 又译为奇异的循环)，它是由于“自我相关”而导致的。这种怪圈不仅存在于数学和思维中，也存在于绘画和音乐中。）生活
4、和艺术中的怪圈；怪圈坏的效应：电话或收音机的噪音；怪圈好的效应：电视的屏幕。科学中的怪圈。数学上，罗素提出了罗素悖论：设 A=X|XX,B=X|X 不属于 X,如果 BA，则根据 A 的定义， B B,反之亦然。理发师悖论：给且只给那些不给自己刮胡子的人刮胡子。 二、悖论对科学发展的影响1 一种重要的证伪手段从逻辑上讲， 一个科学理论必须满足相容性，当人们在该理论中发现了某个悖论的时候，就意味着这种相容性已遭到了破坏，在一定程度上说，这种理论也就被证伪了。 落体悖论之于亚里士多德物理学，罗素悖论之于康托尔集合论就可以看着是这种证伪。2. 科学问题的生长点在一个科学理论中发现了悖论，并不一定就立
5、即证伪了该理论，因为理论有一定柔性， 它可以提出辅助性假说以限制或消除悖论；甚至可以暂时视悖论而不见，把悖论暂时搁置起来，留待今后去解决。但无论如何，悖论就是悖论，人们不可能永远不正视它，研究它：讨论悖论是怎样产生的，如何消除悖论等问题。因此，悖论正是科学问题的生长点。3 完善、发展原有理论消除悖论的过程常常是完善、发展原有理论的过程。贝克莱悖论曾严重威胁着微积分的真理性 (仅指内真理 )；双生子悖论曾对爱因斯坦的狭义相对论形成有力的挑战，但后来终被解决，同时丰富和发展了爱因斯坦的相对论。双生子悖论（twin paradox ） ：设甲、乙是一对年满20 的双生子。 甲留在地球上， 乙乘宇宙飞
6、船以相对于地球为0.99c的速度作星际旅行，10 年后返回。4 导致科学危机 当一个理论出现悖论时，其真理性(内真理 )就遭到怀疑，而当这一理论在科学大厦中处于重要地位时，就会导致科学危机。数学史上的三次危机都是由悖论而引发的。毕达哥拉斯悖论引发了第一次数学危机；贝克莱悖论引发了第二次数学危机；罗素悖论引发了第三次数学危机。5产生新理论，诱发科学革命伴随悖论的解决，还常常产生新理论；当重大理论诞生时， 就预示着科学革命就要到来。对光速悖论的解决，就导致了爱因斯坦狭义相对论的产生，并掀起了一场影响深远的物理学革命。可以预言， 对 EPR 悖论的彻底解决也必将产生一场新的物理革命。EPR悖论：E:
7、 爱因斯坦（ A. Einstein） P: 波多尔斯基 (B. Podolsky) R: 罗森 (N. Rosen) 1935 年 5 月量子力学对物理实在的描述是否完备？ 4.悖论产生的根源和必然性1 、悖论产生的根源。从哲学的高度看，悖论根源于认识对象所固有的矛盾和主客观之间的矛盾。由于认识对象本来就是对立面的统一，而人类思维在认识世界时又具有必不可少的割离性。因此当人们把这些割离开来的东西又重新结合在一起时，就为悖论的产生提供了机会。另外， 任何科学理论都是相对真理，都是对客观世界的近似描述。科学理论的这种局限性也是悖论产生的一个重要原因。2、悖论的必然性。由于悖论根源于主客观之间的矛
8、盾和认识对象本身所固有的矛盾，因此要想彻底消除悖论是不可能的，换言之，悖论具有某种必然性。哥德尔(K.Godel)定理 (对于一个包含自然数的形式系统，如果是相容的，则是不完备的，而且其相容性不可能在该系统内部得到证明)也深刻揭示了悖论产生的必然性。该定理证明， 任何复杂到一定程度的理论，如果是完备的，则是不相容的； 如果是相容的， 则是不完备的， 而且其相容性不可能在该理论内部得到证明。这就是说： 任何复杂到一定程度的科学理论无法证明自己不包含悖论；而且一个完备的科学理论必然包含悖论，虽然人们现在可能还没有发现它。5、悖论对科学研究的方法论意义 悖论的产生既然有某种必然性，那么在科学研究过程
9、中就不能回避或惧怕悖论的出现，相反， 要象伽利略和爱因斯坦那样在传统理论中寻找悖论，构造新的、更好的理论，从而推动科学理论的发展。主动地、 有意识地发现悖论，寻找传统理论的破绽或突破口，是从逻辑上发展、完善传统理论，创立新理论的重要方法，具有一般的方法论意义。亚里士多德从自然回归说出发构造其物理学理论，其中有一个基本观点，即物体下落的速度与其重量成正比。 伽利略在大学时代就对此表示了怀疑，传说伽利略在比萨斜塔上做了一个扔球的实验 (伽利略晚年的学生维维安尼在他写的伽利略传记中提到)，但至今仍没有足够的证据表明伽利略做过这个实验，伽利略也从来没有提过这个实验。实际上， 伽利略并不需要做这个实验
10、,他只要从亚里士多德物理学中发现一个落体悖论即可。在关于两种新科学的数学证明的论说 (1638 年出版 )中，伽利略阐述了发现这个悖论的思想实验过程。有一种观点认为爱因斯坦的狭义相对论是由迈克尔逊-莫雷实验的零结果所导致的，也有人多次向爱因斯坦提出迈克尔逊-莫雷实验对其狭义相对论有多大影响的问题。爱因斯坦认为，迈克尔逊-莫雷实验对其狭义相对论的创立并无直接影响，其狭义相对论直接来源于对光速悖论的发现和解决。爱因斯坦在其自述中写道：“经过十年沉思以后，我从一个悖论中得到了这样一个原理 (指同时的相对性原理)，这个悖论我在16 岁时就无意中想到了：如果我以速度C 追随一条光线运动， 那么我就应当看
11、到，这样一条光线就好象一个在空间里振荡着而停滞不前的电磁场。可是，无论是依据经验，还是按照麦克斯韦方程，看来都不会有这样的事情。从一开始， 我就清楚地看到，从这样一个观察者的观点来判断，一切都应当象一个相对于地球是静止的观察者所看到的那样按照同样的一些定律进行。因为第一个观察者怎么会知道或者能够判明他是处在均匀的快速运动中呢？人们看得出， 这个悖论已经包含着狭义相对论的萌芽。今天，当然谁都知道，只要时间的绝对性这条公理仍留在潜意识里，那么，任何想要澄清这个悖论的尝试，都是注定要失败的。” 爱因斯坦光速悖论的发现和解决，EPR悖论的提出，充分反映了爱因斯坦别具特色的“悖论”研究方法。6.科学精神
12、及其重要性 答：科学精神是人们在长期的科学实践活动中形成的共同信念、价值标准和行为规范的总称。科学精神就是指由科学性质所决定并贯穿于科学活动之中的基本的精神状态和思维方式， 是体现在科学知识中的思想或理念。它一方面约束科学家的行为，是科学家在科学领域内取得成功的保证；另一方面，又逐渐地渗入大众的意识深层。科学精神，包括尊重事实的求实精神， 追求真理的求真精神，开拓进取的创新精神，执著敬业的奉献精神，团结协作的团队精神，以及自由探索的民主精神等等。科学精神是坚持辩证唯物主义思想、坚持实践第一的观点，提倡良好的道德风范的理性精神。科学的理性精神与讲世界观、人生观、价值观的人文精神相结合，并不断向社
13、会辐射、扩散、渗透，成为极为重要的时代精神。把科学精神列为科普工作的重要内容，是迎接新时代的需要，是实现中华民族伟大复兴的需要。相对而言， 科学精神的培育比科学知识的普及难度更大，科学精神作为一种理性精神，一种精神境界，是需要长期培育的。7.经验与理论之间的关系？答：所谓的经验就是人们在生产劳动过程中获得的对事物的直接反映,也就是人们从亲身经历的实践中体验或感知得的对事物的认知。理论是对事物本质和规律的描述,是知识文字化的表述。 经验与理论是对立而又统一的。统一性表现在： 两者相互借助彼此的力量，从而能够更好地了解和认识世界；两者能够互相转化，通过经验 -理论 -经验 -理论的循环过程互相促进
14、与提高。 经验性知识借助于理论性知识而明晰原理，理论性知识借助经验性知识而得到验证。8.为什么仅凭经验既不能证实理论，又不能证伪理论？答：从科学存在的事实可以断定，原则上能够接受可观察经验的检验,的确是科学的一个基本规定性。波普尔说:“我当然只在一个系统能为经验所检验的条件下,才承认它是经验的或科学的。 ”1对科学来说 ,无论是证实还是证伪,其实都是检验,并且最终都必须归结到可观察经验命题的经验检验。实际上 ,检验就是将待检验的命题(或理论等 )同该命题所试图把握的对象和目标的有关经验事实相比较,以确定二者是否相符合,而关于对象和目标的经验事实是以描述形式出现的,这种描述只能是可观察的检验命题
15、,所以 ,如果能够通过证实或者证伪确立科学命题,那最终也只有通过可观察经验检验做到这一点,并且 ,只有可观察经验命题才能直接接受可观察经验的检验。所谓“理论检验” 首先要以该理论本身已经通过经验检验为前提。因此 ,理论检验归根到底也是可观察经验检验。从表面上看,有待检验的科学命题有两类 :一类是全称命题,这类命题获得必要的证实后即成为所谓的科学定律;一类是单称命题(如“经过太阳时的星光会弯曲”)或具有特称意义的存在命题(如“夸克存在”),这是原则上可观察经验命题。实际上,后一类命题是为了用经验事实检验前一类命题而从前一类命题演绎出来的推论(或预言 )。也就是说 ,真正有待检验的科学命题在形式上
16、都是全称命题,因而在内涵上都超出了经验(否则科学将蜕变成单纯的经验而丧失自身的存在),都是“不可观察的”超验命题 ,不能直接接受经验检验,只可通过由它们演绎地导出的可观察经验命题加以间接地检验。对科学理论的经验检验也是如此。据此,这里的讨论虽然限于命题,但是也同样适用于科学理论。我们看到 ,科学既不是经验的汇集,也不是超验的汇集,它有经验命题,也有超验命题 ,而超验命题作为科学寻求的目标对科学更加重要。根据前面的论述,科学的超验命题必须首先转化为可观察的经验命题才能予以检验。逻辑实证主义看到了这一问题,并提出分层语言模型说明由超验命题(理论命题 )到经验命题 (事实命题 )的转换。 但是 ,实际上 ,超验的理论命题和直接可加以经验检验的经验事实命题之间并没有如此截然的界限,由超验理论命题到其经验推论是一个演绎过程而不是归纳过程,具有逻辑必然性,并且其中的概念也不需要从该理论外部另外赋意。作为经验命题的推论的经验检验同样不需要另外的赋意规则,因为经验总是为理论所渗透,独立于理论的纯粹经验
