淺談物理學(xué)中的人文文化
摘要：物理學(xué)作為一門最基礎(chǔ)的自然學(xué)科，在產(chǎn)生形成發(fā)展的過程中，蘊含著豐富的人文文化。為了充分挖掘自然科學(xué)中的人文思想，加強科學(xué)文化與人文文化之間的聯(lián)系，文章從唯物辯證法、美學(xué)、科學(xué)道德3個方面剖析了物理學(xué)中的人文文化。
關(guān)鍵詞：物理學(xué)；人文文化
物理學(xué)是一門最基本的自然學(xué)科，它是探討物質(zhì)結(jié)構(gòu)和物質(zhì)基本運動規(guī)律的學(xué)科，所以人們往往認(rèn)為物理學(xué)只是包含一些枯燥的理論公式，而忽視了物理學(xué)中包含的人文因素諸如人文哲學(xué)思想、美學(xué)、道德等方面。實際上，物理學(xué)在產(chǎn)生、形成、發(fā)展的過程中，人們不是為了物理學(xué)而研究物理學(xué)，而是為了有助于人類、社會以及個體人的發(fā)展而研究物理學(xué)，所有這些都涉及到了人與人的關(guān)系、人與自然的關(guān)系，這些關(guān)系中都蘊含著豐富的人文文化。
著名物理學(xué)家吳健雄曾指出：為了避免出現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展中的危機，當(dāng)前一個刻不容緩的問題是消除現(xiàn)代文化中兩種文化，即科學(xué)文化和人文文化之間的隔閡，而加強這兩方面的聯(lián)系。沒有比大學(xué)更加適合的場所了。只有當(dāng)兩種文化的隔閡在大學(xué)園里加以彌合之后，我們才能對世界給出連貫而令人信服的描述。所以我們有必要去討論科學(xué)文化中的人文思想。
下面從文化角度去剖析物理學(xué)中的人文思想，主要有以下幾方面：
1 物理學(xué)中的唯物辯證法思想
物理學(xué)在古代被稱為自然哲學(xué)，物理學(xué)作為一門精密的學(xué)科進(jìn)行研究是從1687年牛頓發(fā)表的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》開始的。隨著學(xué)科的發(fā)展與不斷完善，物理學(xué)才從哲學(xué)中分化出來，形成獨立的學(xué)科，但物理文化中蘊含的哲學(xué)思想是不會被分離的。
1.1 實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)
物理學(xué)是實驗科學(xué)，物理實驗既是建立物理理論的基礎(chǔ)又是檢驗物理理論真理性的方法。楊振寧教授說“物理學(xué)是以實驗為本的學(xué)科”，物理學(xué)上很多理論都是通過實驗檢驗論證的結(jié)果，體現(xiàn)了唯物辯證法的認(rèn)識論觀點——實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。
1.2 物質(zhì)是普遍聯(lián)系的
物理發(fā)展史上，很多地方體現(xiàn)了物質(zhì)是普遍聯(lián)系的觀點。比如人們曾經(jīng)把電和磁孤立起來，物理學(xué)家奧斯特接受自然力統(tǒng)一的哲學(xué)思想。堅信電和磁之間存在某種潛在聯(lián)系，經(jīng)過多年研究，終于發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，并由此開創(chuàng)了電磁學(xué)的新紀(jì)元。把電和磁聯(lián)系了起來，這正體現(xiàn)了唯物辯證法的特征——物質(zhì)是普遍聯(lián)系的。
1.3 事物發(fā)展過程中的“否定之否定”規(guī)律
人們對物理現(xiàn)象及其本質(zhì)的認(rèn)識是不斷地發(fā)展和完善起來的，每一種理論的建立過程都體現(xiàn)了“實驗(事實)——理論假設(shè)——實驗(新的事實)——修正理論”，遵循著辯證唯物主義中的“否定之否定”規(guī)律。比如在整個光學(xué)的發(fā)展史中對光本質(zhì)這個問題的認(rèn)識，先是牛頓的微粒說；再是惠更斯的彈性波動說；接著麥克斯韋提出電磁波動說；到20世紀(jì)愛因斯坦提出光量子說。最終人們認(rèn)識到光具有波粒二象性，人類對光本性的認(rèn)識就正是遵循著“否定之否定”認(rèn)識規(guī)律的反映。
1.4 主要矛盾與次要矛盾的辯證關(guān)系
物理學(xué)中為了方便研究問題，經(jīng)常抓住物體的主要特征，忽略物體的次要特征，而抽想出一些理想模型。如“質(zhì)點”這個理想模型保留了實際物體的質(zhì)量和存在的位置，而忽略了物體本身的大小形狀，體現(xiàn)出辯證唯物主義中的“主要矛盾與次要矛盾之間的辯證關(guān)系”。
1.5 運動的相對性和時空的相對性
近代物理學(xué)的一大理論—愛因斯坦的相對論中涉及的哲學(xué)問題很多。最突出的就是相對運動和相對的時空觀念。相對論指出：相對性原理的本質(zhì)在于運動的相對性這一事實，而不存在絕對運動。相對論否定了絕對運動的存在，就否定了絕對時空的概念。它通過不變的光速把時間和空間聯(lián)合為一個整體，由洛倫茲變換建立起各個慣性系之間的時空關(guān)系。
可見，不論是物理文化知識本身，還是物理文化形成、發(fā)展的過程都蘊含著豐富的哲學(xué)思維方法，對人類的自然觀和哲學(xué)思想有重大的影響。
2 物理學(xué)中的美學(xué)文化
2.1 物理理論的美學(xué)特征
2.1.1 簡單深刻美
在一個藝術(shù)家眼里簡單是一種美。自然現(xiàn)象錯綜復(fù)雜，物理學(xué)則力求用簡單的方程或定律去概括自然規(guī)律，但其反映的內(nèi)在規(guī)律確是非常深刻的。如能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律反映了各種不同形式的能量的轉(zhuǎn)化，牛頓的三大定律更是概括了宏觀低速條件下各種機械運動的規(guī)律，麥克斯韋電磁方程組將復(fù)雜的電磁現(xiàn)象統(tǒng)一其中，愛因斯坦相對論中的基本原理簡單凝練，但其中內(nèi)涵確是豐富而深刻的。
2.1.2 對稱守恒美
對稱是自然界中廣泛存在的也是人們很樂于接受的一種美學(xué)形式，物理學(xué)在對自然的表述中處處顯現(xiàn)出了這種對稱的美：引力和斥力，“電生磁”與“磁生電”，粒子與反粒子，物質(zhì)與反物質(zhì)、圓孔或單縫衍射圖樣的對稱、無限長直導(dǎo)線周圍磁場的軸對稱等等。物理定律對某種規(guī)范變換的不變性、守恒性更是貫穿于整個物理學(xué)的一種對稱形式，物理學(xué)中有許多守恒定律如：動量守恒、機械能守恒等等。實際上，對稱性已經(jīng)成為當(dāng)代物理學(xué)家研究物理理論的一種方法。
2.1.3 統(tǒng)一和諧美
物理理論的和諧統(tǒng)一美實際上是自然界和諧統(tǒng)一美的理論形態(tài)。如麥克斯韋電磁場理論把電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)統(tǒng)一了起來，量子力學(xué)把波動性和粒子性統(tǒng)一了起來，愛因斯坦的相對論把時間、空間、物質(zhì)和運動統(tǒng)一起來，把經(jīng)典物理學(xué)都包容在他的理論框架之內(nèi)，創(chuàng)造了程度更高范圍更大的和諧統(tǒng)一理論。
2.2 物理學(xué)家與美學(xué)思想
世界著名物理學(xué)家狄拉克認(rèn)為：讓一個方程具有美感要比符合實驗更為重要。法國科學(xué)家彭加勒曾說：“科學(xué)家研究自然，是因為他從中能得到樂趣，他之所以能得到樂趣，是因為她美”。著名物理學(xué)家楊振寧曾經(jīng)說過：“物理學(xué)的原理有它的結(jié)構(gòu)，這個結(jié)構(gòu)有它的美跟妙的地方，而各個物理學(xué)工作者對于這個結(jié)構(gòu)的不同的美跟妙的地方的感受，有不同的了解，因為大家有不同的感受，所以每一個工作者會發(fā)展他自己獨特的研究方向跟研究方法，形成他自己的風(fēng)格。”
許多著名的物理學(xué)家都有感知美的奇異本領(lǐng)，美學(xué)思想在許多物理學(xué)家創(chuàng)立與評價物理學(xué)理論時起著重大的啟發(fā)與指導(dǎo)作用。追溯人類科學(xué)源頭，科學(xué)美始終被作為一種人文理想而追求，成為科學(xué)家們獻(xiàn)身科學(xué)、潛心研究的直接動力之一。
3 物理學(xué)中的科學(xué)道德精神
3.1 對未知的好奇與探索精神
好奇心是一種情感，是一種人文精神，也是最重要的科學(xué)精神?？茖W(xué)進(jìn)步的真正動力是許多物理學(xué)家對了解未知事物的欲望。牛頓看到蘋果落地，就去想蘋果為什么會從樹上掉下來，從而想到了萬有引力；阿基米德從浴桶洗澡中得到啟示，發(fā)現(xiàn)水面上升與他身體侵入部分體積之間的內(nèi)在聯(lián)系，找到了鑒別金質(zhì)王冠是否摻假的方法，產(chǎn)生阿基米德原理，發(fā)現(xiàn)浮力定律等。這種對未知的好奇與探索精神，對物理學(xué)的發(fā)展與人類的文明有很重要的作用。
3.2 實事求是、勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神
實事求是認(rèn)知的基礎(chǔ)，而創(chuàng)新則是科學(xué)精神的核心。20世紀(jì)物理學(xué)的革命告訴我們：科學(xué)的發(fā)展道路上科學(xué)家要創(chuàng)立一種新理論的時候，都必須要有敢于向已有的舊理論、舊思想提出質(zhì)疑的勇氣。例如：伽利略正是因為對亞里士多德“力是產(chǎn)生物體運動的原因”的懷疑，才建立了正確的力和運動的關(guān)系。以至于后來的牛頓運動定律的產(chǎn)生。著名物理學(xué)家楊振寧和李政道正是因為敏銳的覺察到了從未被人懷疑過的宇稱守恒定律的適用范圍，大膽提出了弱相互作用中宇稱不守恒的論斷，才使物理學(xué)理論有了一個突破性的進(jìn)展。
3.3 合作與寬容精神
物理科學(xué)的發(fā)展也離不開合作與寬容的精神?，F(xiàn)代大科學(xué)時期，一個科學(xué)家往往只能完成一個步驟甚至只是一個步驟的一部分，許多重大科學(xué)技術(shù)問題的解決，依賴于多學(xué)科、多方面力量的協(xié)作，因此，科學(xué)研究活動提倡合作交流的團隊精神。
物理學(xué)的發(fā)展過程，正是許多物理學(xué)家在唯物辯證法思想、美學(xué)思想的指引下去成功研究物理現(xiàn)象、過程和建構(gòu)深奧、美妙的物理學(xué)理論的，在物理學(xué)誕生的過程中除了嚴(yán)格的邏輯推理以外，科學(xué)家的人文修養(yǎng)和形象思維所啟發(fā)的靈感、激發(fā)的創(chuàng)造性也是不可或缺的。所以我們在重視物理學(xué)理論的同時不能忽視物理學(xué)中蘊含的人文文化。美國物理學(xué)家和物理教育家拉比認(rèn)為：“只有把科學(xué)和人文科學(xué)融為一體，我們才能期望達(dá)到與我們的時代和我們這一代人相稱的智慧的頂點。”