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1、 科学科学与与物理学物理学 1（一）西方近代科学（一）西方近代科学2I）近代科学的本质）近代科学的本质n n数理化，生地天，计算机，原子弹，铁公机，。全体近代科学的本质可以归纳为：逻辑实证主义逻辑实证主义（实验验证实验验证实验验证实验验证 + + 逻辑体系逻辑体系逻辑体系逻辑体系）n n“ “实验验证实验验证实验验证实验验证” ”：从实践出发从实践出发 实践检验。实践检验。 现象和经验现象和经验现象和经验现象和经验+ + 逻辑演绎逻辑演绎逻辑演绎逻辑演绎 + + 实验验证实验验证实验验证实验验证 n n“ “逻辑体系逻辑体系逻辑体系逻辑体系” ”：理智、自洽、普适、可量度理智、自洽、普适、可量
2、度。n n“ “唯物的唯物的唯物的唯物的” ”：不是只承认经验、不是概念复合、符号主不是只承认经验、不是概念复合、符号主义。而是：承认物质的客观存在性、承认客观规律的物质义。而是：承认物质的客观存在性、承认客观规律的物质性。性。 例如：桌子、月亮。例如：桌子、月亮。3II）近代科学的要素（）近代科学的要素（1） n n “西方近代科学” 有五个要素：n n因果性因果性n n普适性普适性n n自洽性自洽性n n可重复性可重复性（可检验性可检验性）n n可量度性可量度性4n n因果性因果性：有因果关联、有实验响应的。有因果关联、有实验响应的。 无无任任何何相相互互作作用用、不不受受任任何何影影响响
3、的的事事物物不不属属于于科科学学研研究究范畴。范畴。n n普普适适性性：满满足足前前提提下下，结结论论普普适适，与与观观察察人人无无关关。 “ “规范变换不变原理规范变换不变原理” ”。n n自洽性自洽性：体系内部所有结论是自洽的。体系内部所有结论是自洽的。n n可可重重复复观观测测性性：所所有有结结论论都都可可以以接接受受检检验验。不不能能重复、不可检验的事，不属于科学范畴。重复、不可检验的事，不属于科学范畴。n n可量度性可量度性：不可量度事物不能归入近代科学的范畴。不可量度事物不能归入近代科学的范畴。 爱爱情情 不不属属于于科科学学。那那是是“ “糊糊里里又又糊糊涂涂的的” ”、缺缺乏乏
4、理理智的、不可度量的。智的、不可度量的。 作曲家的激情。作曲家的激情。5n n没有理性基础、没有理性基础、 无因果关联、无因果关联、 不可重复、不可重复、 无法检验、无法检验、 不可量度的不可量度的 命题属于文学、艺术和宗教等的范畴命题属于文学、艺术和宗教等的范畴。n n如来佛头上有多少根头发？如来佛头上有多少根头发？如来佛头上有多少根头发？如来佛头上有多少根头发？n n孙悟空体重是多少？孙悟空体重是多少？孙悟空体重是多少？孙悟空体重是多少？不可观测不可观测不可观测不可观测n n梁梁梁梁祝祝祝祝爱爱爱爱情情情情、人人人人类类类类情情情情感感感感，各各各各种种种种“ “笑笑笑笑” ”不不不不可可
5、可可量量量量度度度度 n n宗教信仰宗教信仰宗教信仰宗教信仰; ; 音乐灵感；音乐灵感；音乐灵感；音乐灵感；6 III）近代科学是物质与精神的统一近代科学是物质与精神的统一n“道道,可可道道, 非非常常道道. 名名,可可名名, 非非常常名名.” 科科科科学学学学本本本本质质质质上上上上是是是是“ “可可可可道道道道之之之之道道道道” ”。于于于于是是是是，科科科科学学学学是是是是物物物物质质质质与与与与精神的对立统一体精神的对立统一体精神的对立统一体精神的对立统一体。n 人人脑脑的的思思维维过过程程：既既是是精精神神过过程程也也是是物物质质过程，是同一过程两个不可分割的侧面。过程，是同一过程两
6、个不可分割的侧面。 大致像计算机的硬件与软件。近来牛津：信息是物理的。大致像计算机的硬件与软件。近来牛津：信息是物理的。n n对对立立统统一一，人人们们应应当当着着重重于于 “对立”为为斗斗争争哲哲学学寻寻找找理理论论依依据据呢呢？！还还是是应应当当着着重重于于“统一”强强调调统统一一、强强调调共共性性、强强调调团团结结呢呢？！ 不不管管哲哲学学家如何，脑科学家感兴趣的是家如何，脑科学家感兴趣的是两者之间的关联、对应和统一两者之间的关联、对应和统一。7 IV）近代科学发源于西方）近代科学发源于西方 n n西方近代科学的摇篮是欧几里德的 “几何学原本” 其思维的模式为：其思维的模式为： 从实践中
7、抽出公设从实践中抽出公设 + + 逻辑演绎逻辑演绎 = = 构成理论构成理论 用于实践。用于实践。n n这种“逻辑 + 实证”的传统有曲折的发展： 15-1615-16世世纪纪，科科学学曾曾经经沦沦为为神神学学的的奴奴仆仆（“ “天天使使博博士士” ”托托马马斯斯 阿阿奎奎那那主主张：张：“ “科学是神学的奴仆科学是神学的奴仆” ”）。）。 经经过过哥哥白白尼尼、布布鲁鲁洛洛、加加里里略略的的斗斗争争，使使科科学学挣挣脱脱了了侍侍奉奉神神学学的的束束缚缚。对对自自然然现现象象进进行行观观察察、测测量量、实实验验和和分分析析的的近近代代科科学学的的理理性性思思维维模模式式逐逐渐渐形成形成。8n
8、n中国有雄厚的技术史，但确实没有雄厚的科学史中国有雄厚的技术史，但确实没有雄厚的科学史中国有雄厚的技术史，但确实没有雄厚的科学史中国有雄厚的技术史，但确实没有雄厚的科学史。四大发明（指南针、造纸术、火药、活字印刷）都是技术。四大发明（指南针、造纸术、火药、活字印刷）都是技术。四大发明（指南针、造纸术、火药、活字印刷）都是技术。四大发明（指南针、造纸术、火药、活字印刷）都是技术。当然，在中国当然，在中国当然，在中国当然，在中国3 3 3 3千年文明史中有不少科学成果的亮点千年文明史中有不少科学成果的亮点千年文明史中有不少科学成果的亮点千年文明史中有不少科学成果的亮点。n n中国古代对自然界研究的
9、基本特征：中国古代对自然界研究的基本特征：总体而言，中国古代研究者常常是：总体而言，中国古代研究者常常是：总体而言，中国古代研究者常常是：总体而言，中国古代研究者常常是： “ “天天天天人人人人合合合合一一一一” ”的的的的、直直直直觉觉觉觉的的的的“ “综综综综合合合合” ” 逻逻逻逻辑辑辑辑的的的的、理理理理性性性性的的的的“ “分分分分析析析析” ”；中国古代学者一般缺乏大块逻辑思维模式的训练。中国古代学者一般缺乏大块逻辑思维模式的训练。中国古代学者一般缺乏大块逻辑思维模式的训练。中国古代学者一般缺乏大块逻辑思维模式的训练。所以未能生长出所以未能生长出所以未能生长出所以未能生长出“ “几
10、何学原本几何学原本几何学原本几何学原本” ”西方近代科学的胚芽西方近代科学的胚芽西方近代科学的胚芽西方近代科学的胚芽。n n例例例例证证证证：中中中中医医医医和和和和西西西西医医医医的的的的基基基基本本本本特特特特征征征征东东东东西西西西方方方方文文文文化化化化和和和和思思思思维维维维模模模模式式式式的的的的对照。对照。对照。对照。9V）近代科学的局限性）近代科学的局限性 n n 西方科学总体思维模式的局限性：西方科学总体思维模式的局限性：西方科学总体思维模式的局限性：西方科学总体思维模式的局限性：1 1）人类实践有局限性人类实践有局限性人类实践有局限性人类实践有局限性认识局限性认识局限性认识
11、局限性认识局限性公设局限性。公设局限性。公设局限性。公设局限性。 欧氏几何欧氏几何欧氏几何欧氏几何罗氏几何。罗氏几何。罗氏几何。罗氏几何。 中医特别是针灸和肋络学说中医特别是针灸和肋络学说中医特别是针灸和肋络学说中医特别是针灸和肋络学说。2 2）人类认知能力有局限性：人类认知能力有局限性：人类认知能力有局限性：人类认知能力有局限性：3 3）逻辑演绎能力有局限性。逻辑演绎能力有局限性。逻辑演绎能力有局限性。逻辑演绎能力有局限性。 牛顿力学的创立、量子力学的创立、基本规律本身，牛顿力学的创立、量子力学的创立、基本规律本身，牛顿力学的创立、量子力学的创立、基本规律本身，牛顿力学的创立、量子力学的创立
12、、基本规律本身， 都是逻辑推理无能为力的地方。朗道：理论物理中追求都是逻辑推理无能为力的地方。朗道：理论物理中追求都是逻辑推理无能为力的地方。朗道：理论物理中追求都是逻辑推理无能为力的地方。朗道：理论物理中追求 数学严格性往往是自欺欺人数学严格性往往是自欺欺人数学严格性往往是自欺欺人数学严格性往往是自欺欺人其真意也正在此处。其真意也正在此处。其真意也正在此处。其真意也正在此处。4) 4) 量化问题的局限性。量化问题的局限性。量化问题的局限性。量化问题的局限性。Einstein Einstein Einstein Einstein 说过说过说过说过： 不是所有可以量化的东西都是重要的，也不是所有
13、重要的都可以量化。不是所有可以量化的东西都是重要的，也不是所有重要的都可以量化。不是所有可以量化的东西都是重要的，也不是所有重要的都可以量化。不是所有可以量化的东西都是重要的，也不是所有重要的都可以量化。 5 5）科学只能解决物质文明问题；科学只能解决物质文明问题；科学只能解决物质文明问题；科学只能解决物质文明问题； 科学不能解决精神文明问题。科学不能解决精神文明问题。科学不能解决精神文明问题。科学不能解决精神文明问题。10n n科学本身是双刃剑科学本身是双刃剑。 既可以造福人类，也可以危害人类。战争、环境污染、助纣为虐既可以造福人类，也可以危害人类。战争、环境污染、助纣为虐既可以造福人类，也
14、可以危害人类。战争、环境污染、助纣为虐既可以造福人类，也可以危害人类。战争、环境污染、助纣为虐。科学是振兴中国所必须的、重要的。科学是振兴中国所必须的、重要的。科学是振兴中国所必须的、重要的。科学是振兴中国所必须的、重要的。 但不是万能的、包含一切的。不能走向极端但不是万能的、包含一切的。不能走向极端但不是万能的、包含一切的。不能走向极端但不是万能的、包含一切的。不能走向极端科学主义。科学主义。科学主义。科学主义。 n n科学与信仰、科学与宗教科学与信仰、科学与宗教 应当并行不悖应当并行不悖：不不能能说说“ “信信仰仰科科学学” ”：实实质质上上，科科学学不不是是个个“ “信信仰仰” ”问问题
15、题，而是一个而是一个“ “信服信服” ”问题。问题。 科学解决物质文明科学解决物质文明； 信仰解决精神文明信仰解决精神文明。 公共汽车车门踏脚板公共汽车车门踏脚板变心板变心板 问题。问题。 纽纽约约报报纸纸载载文文：“ “我我们们已已经经可可以以把把人人送送上上月月球球，却却无无法法让让人从车门口向车中间挪动一步。人从车门口向车中间挪动一步。” ”11n孙中山：孙中山： 佛教有救世之仁，佛教有救世之仁，佛教有救世之仁，佛教有救世之仁， 佛学是哲学之母，佛学是哲学之母，佛学是哲学之母，佛学是哲学之母， 研究佛学可补科学之偏研究佛学可补科学之偏研究佛学可补科学之偏研究佛学可补科学之偏。n n 爱因
16、斯坦：爱因斯坦：爱因斯坦：爱因斯坦： 没有宗教的科学是瘸子；没有宗教的科学是瘸子；没有宗教的科学是瘸子；没有宗教的科学是瘸子； 没有科学的宗教是瞎子；没有科学的宗教是瞎子；没有科学的宗教是瞎子；没有科学的宗教是瞎子； n n 杨振宁在五台山寺庙的题词：杨振宁在五台山寺庙的题词：杨振宁在五台山寺庙的题词：杨振宁在五台山寺庙的题词： 科学与宗教是一家。科学与宗教是一家。科学与宗教是一家。科学与宗教是一家。n n 只有科学，没有信仰的社会是只有科学，没有信仰的社会是只有科学，没有信仰的社会是只有科学，没有信仰的社会是自私、放纵自私、放纵自私、放纵自私、放纵的社会；的社会；的社会；的社会； 只有信仰，
17、没有科学的社会是只有信仰，没有科学的社会是只有信仰，没有科学的社会是只有信仰，没有科学的社会是贫穷、愚昧贫穷、愚昧贫穷、愚昧贫穷、愚昧的社会。的社会。的社会。的社会。 人应当有：人应当有： 感恩之心感恩之心, 敬畏之心，虔诚之心。敬畏之心，虔诚之心。n应当以应当以 “真，善，美真，善，美” 来全面塑造人来全面塑造人。12V）科学）科学 + 技术技术 = 科技？！科技？！ n n科学与技术两者之间的差别科学与技术两者之间的差别科学与技术两者之间的差别科学与技术两者之间的差别：n n科科学学：对对原原理理问问题题的的研研究究，是是发发现现。为为满满足足人人类类求求知知欲欲望望，不不带带（或基本不带
18、）功利目的。（或基本不带）功利目的。 只有第一。只有第一。n n技技术术：只只涉涉及及原原理理的的应应用用，是是发发明明。有有明明确确的的功功利利目目的的。不不是是“ “只有第一只有第一” ”。n n英、日、俄各国文字中，这两个词都是分开的！英、日、俄各国文字中，这两个词都是分开的！ n n吴吴大大猷猷先先生生9090高高龄龄时时著著文文近近近近数数数数百百百百年年年年我我我我国国国国科科科科学学学学落落落落后后后后于于于于西西西西方方方方的的的的原原原原因因因因中中说说：“ “很很很很不不不不幸幸幸幸的的的的，我我我我们们们们在在在在现现现现代代代代创创创创用用用用了了了了 科科科科技技技技
19、 这这这这个个个个名名名名词词词词，代代代代表表表表 科科科科学学学学 与与与与 技技技技术术术术 两两两两个个个个（而而而而不不不不是是是是一一一一个个个个）观观观观念念念念。但但但但我我我我们们们们目目目目前所注重的问题，二者的分别是重要的点。前所注重的问题，二者的分别是重要的点。前所注重的问题，二者的分别是重要的点。前所注重的问题，二者的分别是重要的点。” ” n n现现现现在在在在的的的的关关关关键键键键问问问问题题题题是是是是：通通通通过过过过“ “科科科科技技技技” ”一一一一词词词词， “ “科科科科学学学学” ”被被被被“ “技术技术技术技术” ”所取代所取代所取代所取代！ 李
20、李约约瑟瑟巨巨著著“ “中中国国的的科科学学与与文文明明（Science Science and and Civilization Civilization in in ChinaChina）” ”竟被译成为竟被译成为 。 13（二）科学中的物理学（二）科学中的物理学14I）甚么是物理学？）甚么是物理学？n n它它它它是是是是最最最最基基基基本本本本层层层层次次次次上上上上研研研研究究究究物物物物质质质质世世世世界界界界运运运运动动动动规规规规律律律律的的的的科科科科学学学学。它它它它既既既既是是是是科科科科学学学学常常常常青青青青树树树树的的的的树树树树根根根根，甚甚甚甚至至至至也也也也是是
21、是是树树树树干干干干。所所所所以以以以说说说说，“ “物物物物理理理理” ”是是是是“ “物质世界的道理物质世界的道理物质世界的道理物质世界的道理” ”。n n杜杜杜杜甫甫甫甫：公公公公元元元元758758年年年年唐唐唐唐肃肃肃肃宗宗宗宗乾乾乾乾元元元元元年元年元年元年曲江二首曲江二首曲江二首曲江二首之一：之一：之一：之一： n n物物物物理理理理学学学学是是是是西西西西方方方方逻逻逻逻辑辑辑辑实实实实证证证证主主主主义义义义科学的典型体现。科学的典型体现。科学的典型体现。科学的典型体现。一一一一片片片片飞飞飞飞花花花花减减减减却却却却春春春春 风风风风飘飘飘飘万万万万点点点点正正正正愁愁愁愁
22、人人人人且且且且看看看看欲欲欲欲尽尽尽尽花花花花经经经经眼眼眼眼 莫莫莫莫厌厌厌厌伤伤伤伤多多多多酒酒酒酒入入入入唇唇唇唇江江江江上上上上小小小小堂堂堂堂巢巢巢巢翡翡翡翡翠翠翠翠 花花花花边边边边高高高高冢冢冢冢卧卧卧卧麒麒麒麒麟麟麟麟细细细细推推推推物物物物理理理理须须须须行行行行乐乐乐乐 何何何何用用用用浮浮浮浮名名名名绊绊绊绊此此此此身身身身录录全全唐唐诗诗上上四四函函三三册册分分目目杜杜甫甫第第五五四四七七页页15II）物理学与人类文明）物理学与人类文明之一之一 如果说如果说如果说如果说数学数学数学数学是自然科学的是自然科学的是自然科学的是自然科学的“ “QUEENQUEEN” ”，则
23、，则，则，则 物理学物理学就是自然科学的就是自然科学的“KING”。n n重大进展都与它密切相关：原子能、计算机、电子技术原子能、计算机、电子技术 。n n本身分流众多：近近代代力力学学、近近代代热热机机学学和和燃燃烧烧学学、电子工程、半导体工程、光机科学、材料科学电子工程、半导体工程、光机科学、材料科学n n向其他科学渗透巨大：近近代代化化学学、近近代代生生物物学学、医医学学、电电子子科科学学（2323对对遗遗传传基基因因、DNADNA双双螺螺旋旋结结构构、ITIT产业产业 、能源能源能源能源产业产业 ）16物理学与人类文明物理学与人类文明之二之二n n物理学是人类文明的第一推动力物理学是人
24、类文明的第一推动力物理学是人类文明的第一推动力物理学是人类文明的第一推动力。n n“ “经经经经典典典典物物物物理理理理学学学学” ”：16871687年年年年，NewtonNewton自自自自然然然然哲哲哲哲学学学学的的的的数数数数学原理学原理学原理学原理发表，标志经典物理学的诞生；发表，标志经典物理学的诞生；发表，标志经典物理学的诞生；发表，标志经典物理学的诞生； MaxwellMaxwell电磁理论建立，标志经典物理学全面完成。电磁理论建立，标志经典物理学全面完成。电磁理论建立，标志经典物理学全面完成。电磁理论建立，标志经典物理学全面完成。n n“ “近近近近代代代代物物物物理理理理学学
25、学学” ”： 1919世世世世纪纪纪纪末末末末到到到到2020世世世世纪纪纪纪末末末末，以以以以量量量量子子子子力力力力学和相对论为支柱的近代物理学蓬勃发展。学和相对论为支柱的近代物理学蓬勃发展。学和相对论为支柱的近代物理学蓬勃发展。学和相对论为支柱的近代物理学蓬勃发展。17物理学与人类文明物理学与人类文明之三之三n n“ “经经经经典典典典物物物物理理理理学学学学” ”它它它它的的的的诞诞诞诞生生生生推推推推动动动动了了了了第第第第一一一一次次次次工工工工业革命，为人类带来业革命，为人类带来业革命，为人类带来业革命，为人类带来第一次物质文明飞跃第一次物质文明飞跃第一次物质文明飞跃第一次物质文
26、明飞跃。n n“ “近近近近代代代代物物物物理理理理学学学学” ”它它它它的的的的诞诞诞诞生生生生推推推推动动动动了了了了第第第第二二二二次次次次科科科科学学学学和和和和技技技技术术术术大大大大发发发发展展展展。为为为为人人人人类类类类带带带带来来来来第第第第二二二二次次次次物物物物质质质质文文文文明明明明飞跃。飞跃。飞跃。飞跃。n n下下下下一一一一次次次次第第第第三三三三次次次次物物物物质质质质文文文文明明明明的的的的飞飞飞飞跃跃跃跃由由由由谁谁谁谁来来来来发发发发动动动动呢呢呢呢？ 将将将将由由由由量量量量子子子子力力力力学学学学，量量量量子子子子力力力力学学学学向向向向生生生生命命命命
27、科科科科学学学学、材材材材料料料料科科科科学学学学、信息科学的应用所发动。信息科学的应用所发动。信息科学的应用所发动。信息科学的应用所发动。例例例例: IT: IT产业产业 QITQIT 产业。产业。18III）当代物理学的四大前沿当代物理学的四大前沿n n量子态操控、新器件、新材料量子态操控、新器件、新材料量子态操控、新器件、新材料量子态操控、新器件、新材料： 电子和光子态的操控、纳米结构、自旋电子学、电子和光子态的操控、纳米结构、自旋电子学、电子和光子态的操控、纳米结构、自旋电子学、电子和光子态的操控、纳米结构、自旋电子学、 量子信息、量子计算、量子通讯、量子信息、量子计算、量子通讯、量子
28、信息、量子计算、量子通讯、量子信息、量子计算、量子通讯、n n复杂系统复杂系统复杂系统复杂系统： （量量量量子子子子）多多多多体体体体系系系系统统统统、新新新新宏宏宏宏观观观观量量量量子子子子态态态态、软软软软凝凝凝凝聚聚聚聚态态态态、非非非非平平平平衡衡衡衡系系系系统、湍流、生物物理、极端条件物态、统、湍流、生物物理、极端条件物态、统、湍流、生物物理、极端条件物态、统、湍流、生物物理、极端条件物态、n n宇宙的结构与演化宇宙的结构与演化宇宙的结构与演化宇宙的结构与演化：观观观观测测测测新新新新窗窗窗窗口口口口（微微微微波波波波、X X射射射射线线线线、 射射射射线线线线、中中中中微微微微子子
29、子子、引引引引力力力力波波波波）传传传传统统统统和和和和粒粒粒粒子子子子天天天天体体体体物物物物理理理理、宇宇宇宇宙宙宙宙学学学学与与与与黑黑黑黑洞洞洞洞、暗暗暗暗能能能能量量量量、暗暗暗暗物物物物质质质质、 n n基本定律与对称性基本定律与对称性基本定律与对称性基本定律与对称性：标标标标准准准准模模模模型型型型之之之之外外外外、超超超超对对对对称称称称、大大大大统统统统一一一一、多多多多维维维维、量量量量子子子子引引引引力力力力、弦弦弦弦论、论、论、论、 19n n 爱因斯坦爱因斯坦： The most incomprehensible thing about The most incomp
30、rehensible thing about the world is that it is comprehensible the world is that it is comprehensible 。 自然界最不可理解的就是自然界最不可理解的就是 它居然是可以理解的它居然是可以理解的 。 n n It is the strangest It is the strangest that existencethat existence shows shows a universal order ! a universal order ! 20n 道，可道，非常道；道，可道，非常道； 名，可名，非常名名，可名，非常名。 老子道德经2122
