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张今杰:从机械论到系统论

————海森堡自然观转变

更新时间:2015-11-28 02:44:49
作者: 张今杰  

   从某种意义上来说,物理学家的自然观是其自身对自然界实在的信念,这引导着他对物理现象的研究和其科学理论的形成。海森堡的那个时代是机械论自然观和系统论自然观相互交织的时代。

   机械论自然观与牛顿经典力学的兴起和其在学术界的巨大影响力有着密不可分的关系。它认为自然界的物质是静止不变且互不联系的,所谓的变化仅仅是量变和位置的变化,引起这种变化的动力来自于外部世界,不存在质变。机械论自然观主张从物质的原因来解释自然界本身,极力消除中世纪以来的自然观中的神秘主义的因素,力图将自然科学从宗教神学的藩篱中解放出来。因此机械论自然观主张以数学关系看待自然界,认为宇宙通过数学秩序来构建和运行。

   早期的海森堡笃信机械论自然观。机械论自然观承认物质是唯一的实体,实体依靠自身规律运动,运动是物质实体本身固有的属性等,原子是物质的最低层次,是不可再分的。在某种意义上,近代的机械论自然观是古代原子论自然观的回归。但是人们的实际感受是,自然无时无刻都处在运动和变化之中,既然如此,那么运动何以产生?新事物又何以出现?为了解决这一问题,机械论自然观不得已只好把神从前门驱赶出去,又从后门偷偷请了进来。直到现代自然科学取得了一系列重大成果之后,人们才看到解决机械论自然观的这一困局的曙光。

   康德—拉普拉斯的星云假说、赖尔的渐变论地质学、达尔文的生物进化论、能量的转化与守恒定律等向人们展示了一个处于不断的变化发展和相互联系的自然界。19世纪末20世纪初,随着X射线、电子的发现等物理学的新成就证明了原子也不是不变的,它是可分的,这就促使了自然观中的形而上学观点进一步退出历史舞台,取而代之的是主张联系和发展的辩证法思想,这就使得机械论自然观慢慢进化到了系统论自然观的层面。海森堡深切地感受了这种变化的趋势。受系统论自然观的影响,海森堡接受了自然的演化是简单性与复杂性、确定性与随机性、线性与非线性的辩证整体的观点。他重视对自然的复杂性的研究,如原子世界中非线性关系的研究,不再认为可以将自然界的某种事物或现象从其前后联系中分离出来进行研究,而是将自然作为一个整体来进行思考。不仅宏观世界如此,而且微观世界也是如此。

   海森堡对于微观世界的描述同样反映了系统论自然观。海森堡认为,在量子力学中,微观粒子不是某种一成不变的实在,它既不是波也不是粒子,而是属于一种量子态。量子力学所研究的物理实在及其所处的环境可以视为一个整体,这是一个彼此不能分离的整体。随着自然科学与系统论自然观的发展,自然观的对象不再仅仅是自然界本身,而是人类对自然的探索;探索的过程也不在仅仅局限于对现实自然的描述,而是上升到了一种抽象思维的层面。

   在系统论自然观的影响下,海森堡将自然视为一个整体,提出一种系统的思维方式,注重学科之间的关联性。为了解决狭义相对论衍生出的问题,海森堡将几个世纪以来物理学不同的发展阶段分为四个概念集:牛顿力学的概念集,19世纪伴随热学发展形成的概念集;起源于电和磁的概念集;量子论概念集。它们的关系如下:第一个可以包含在第三个之中,也可以包含在第四个之中,第三的一部分属于第四个,第二个与其他三个都可以相联系。这四个概念集可以发生联系的最重要特征就是它们都有用数学语言表达的可能性。因此,人们可以借助数学将物理学的不同学科联系起来。物理学和化学通过量子理论的关系相融在一起。将不同的学科联系起来作为一个整体,不仅为科学研究带来了新思路、新方法,而且还带来了进一步扩展研究对象的可能性,促进了自然科学的发展,也促进了系统论自然观的良性发展。

   (作者单位:湘潭大学哲学系)


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文章来源:中国社会科学报
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