浅谈物理学思想发展与文化关系(2)

　　1．机动力学(Mechan0dynamics)
　　从希腊时代到黑暗时代这一千六百多年，物理学发展的主要兴趣上行星运动。发展以数学的欧几里得几何学为基础，均速圆周运动为核心。到了复兴时代，以既定的数学基础来了解观测的事实，改变为从事实去寻找事实背后的数学原理。由实是求事改变为实事求是，由以数学为基础改变为以物理为基础。
　　(1)天上行星的日心椭圆运动的发现(开普勒Kepler，1571—1630)和地上物体的重力加速度及抛物线运动的了解(伽利略Galileo，1564—1642)。椭圆和抛物线非均速运动的发现是一个非常重要的突破，是欧几里得几何不能解释的现象。除了物理现象的突破外，更促使后来十七世纪解析几何的发展(笛卡尔Descartes和费马Permat)。
　　(2)机动力学的诞生：为了解决重力问题，牛顿(1642—1724)认为，天上月球围绕地球的运动与地上物体的抛物线运动是同一根源，及推出它们之间与地球中心距离的关系。他成功发现三个物体的运动定律：惯性定律，动力定律和反作用定律。更由第二和第三个定律推出物体之间的重力定律。为了完成三个运动定律，牛顿创造了两个重要的物理量：惯性质量=密度×体积和惯性动量=质量×速度。同时他更创造了一条微积分的数学工具，来取代欧氏几何学的不足。牛顿运动定律的力只是与物体的变速度有关，与物体的速度无关。
　　(3)牛顿动力定律理论的普遍化，以位能和动能取代外力和加速度：拉格朗日(Lagran—ge，1736—1813)和哈密顿Hamilton，1805—1865)。从物理定律推理到物理理论是符合从几何公理推理到几何定理的——演绎逻辑。
　　(4)牛顿动力学对随机过程的应用：麦克斯韦(Maxwell，1831—1879)，玻耳兹曼(Boltzmann，1841906)。19世纪未，机动力学已发展成为宏观物质世界一个完美的理论：完整，合理和前后一致。
　　2．电动力学(Electrodynamics)电磁现象虽然是人类很早便发现的自然现象，但到了十六世纪才开始从实验中取得量化的结果。
　　(1)电磁相互作用的关系：库仑(Coulomb)电荷与电荷和磁极与磁极的相互作用，奥斯特(Oersted)磁极与电流的相互作用，安培(Ampere)电流与电流的相互作用，法拉第(Faraday)电荷与运动磁极的相互作用。
　　(2)法拉第提倡电磁的“本地作用”来代替“超距作用”，导致“电磁场”物理量的诞生。
　　(3)电磁学的基本定律：根据电磁相互作用的关系和以电磁场为基础，麦克斯韦完成完整的“电磁场定律”，相当于牛顿机动力学中的物体重力定律。后来洛伦兹(Lorentz,1853—1928)更进一步完成电荷在电磁场中运动的“电磁场力定律”。“辐射反作用力定律”也是电磁学一个基本定律，只是直到现在，符合逻辑的定律还未完成。
　　(4)带电粒子动力学：洛伦兹的电磁场力是一个与速度有关的力。只有速度为零的情况，才适合牛顿的动力学系统。爱因斯坦(Einstein，1879—1896)采用牛顿动力推出电磁场力在速度为零的情况，再用洛伦兹惯性变换，把速度为零情况的结果变换到速度不等于零的情况。结果推出带电粒子在电磁场力的洛伦兹动量=v×牛顿动量。v是洛伦兹因子，与速度有关。FL=d(vp)／dt。相当于牛顿机动力学中的物体第二运动重力定律爱因斯坦后来把这方面的理论改称为“狭义相对论”。在狭义相对论的基础上，以微分几何为工具，爱因斯坦用演绎方法建立他的重力场论，称为“广义相对论”。可以说是一种重力场的电磁化。到这个阶段，除了辐射反作用力定律之外，电动力学基础的探索已基本完成。
　　(5)电功力学定律理论的普遍化：相当于拉格朗日和哈密顿对牛顿动力定律的理论推广和发展。
　　(6)电动力学对随机过程的应用：无规则电磁场的统计特性的发展。其结果应该符合量子力学和量子动力学的结果。简而言之，机动力学的发展是以动力的基础来发展作用力，而电动力学的发展却是以作用力的基础来发展动力。欧洲从牛顿到麦克斯韦这个二百多年的物理学发展时代，正好是欧洲从巴哈(Bach)到华格纳(Wagner)的音乐发展时代。这是欧洲自从古希腊时代以后，一个重要的思想创新时代。因此促进了文学，音乐，艺术，哲学和科学的高速发展。
　　3．辐射动力学(Radiodynamics)：辐射反映了物质世界的微观结构。
　　在19世纪未，出现了三个有关不相干辐射(随机性电磁波)与物质作用的物理现象：黑体辐射，光电效应和氢原子光谱。这些现象无法用决定性(Deterministic)的电动力学来解释。到二十世纪，也出现了与辐射作用有关的三个物理现象：离子体，核子一基本粒子和激光(决定性电磁波)作用。这些现象激发了物理理论的发展。
　　(1)量子论的诞生：普朗克(Planck)创立“量子”的新物理概念，成功解释黑体辐射的实验结果。后来，爱因斯坦和玻恩(Born)分别用量子来成功解释光电效应和氢原子光谱。
　　(2)量子力学：在数学的基础上，由海森伯(Heisenberg)，薛定谔(SchrOdinger)等所发展的量子数学系统(量子力学)，不但可以用来了解原子物理现象，也可以用来了解分子物理现象。
　　(3)基本粒子物理：基本粒子物理实验观察的新结果，促使大量相关理论的发展：量子电动力学，相对性量子力学，杨一(Yang-Mils)场等，其中杨一米场有更突破性的广泛意义。
　　20世纪的世界发生了重大变化。(1)物理学发展已由宏观的物质世界转入微观的物质世界。由以物理为主导的思维转回到以数学为主导的思维。微观物质世界发展了两个很矛盾的物理观点：在原子分子的领域，越基本的状态，寿命越长，能量越低；在粒子的领域，越基本的粒子，寿命越短，能量越高。(2)经过两次世界大战后，影响人类社会的重心已由欧洲社会，转移到没有传统民族文化的美国移民社会。美国文化是一个以商业为主，物质为重的实用文化，可以说是一个现代化的罗马帝国文化。

　　四、中国文化与未来科学发展
　　虽然科学的发展是源于古希腊，但亦需要通过欧洲各种不同的文化时代，才可以孵育发展出来。欧洲文化对科学发展的优点可能已经到了饱和状态。科学思想发展的进一步突破，必须要有新的文化来推动。中国文化对人理思想发展虽然是一个有五千多年的旧文化，但对物理思想发展却是一种很新的文化。中国复杂而辩证的人理思想，吸收和结合欧洲简单而演绎的物理思想，必定融合成为一种新力量，把科学发展推到更上一层楼，尤其是生命科学，医理科学和心理科学。由复杂系统去吸纳简单系统易，由简单系统去吸纳复杂系统难。中国文化是一个黑洞文化，善于把吸收的外来文化中国化。例如：印度佛教转化成为具有中国特色的佛教和欧洲社会主义转化成为具有中国特色的社会主义。外来文化中国化，是中国传统文化的一个特色。要再进一步的创新突破，必须把中国传统文化现代化。(责任编辑：一枝笔写作事务所)