2011年11月4日下午,“山西大学科学技术哲学与科学技术史学术论坛”2011年第19期在科学技术哲学研究中心学术报告厅举行,中心赵丹博士作了题为“现代物理学及其哲学”的学术报告,报告会由安军副教授主持,中心学生与部分青年教师聆听了报告。
赵丹博士的报告主要围绕物理学中的相对论与量子理论展开,指出现代物理学中的相对论与量子力学为一些基础的哲学问题提供了深刻的蕴涵。赵丹博士认为,世界观这一哲学问题总是受到当时基础科学的强烈影响,在不同阶段会形成不同的世界观:古希腊-17世纪,目的论的宇宙,具有自然的目的与功能,宇宙大体上类似于有机体;17世纪-牛顿物理学,机械论的宇宙。当代最好的科学告诉我们关于宇宙的一种哲学观念,而相对论与量子力学就是这样的理论。
赵丹博士对相对论与量子力学做了简要介绍。首先,赵丹博士讲述了相对论及其哲学蕴义。相对论包括狭义相对论和广义相对论。狭义相对论由爱因斯坦于1905年提出,广义相对论是爱因斯坦1916提出的。狭义相对论与广义相对论对时空的本性产生了深远的影响。
狭义相对论包括两大基本原理。相对性原理:物理学定律对于所有惯性参考系都相同;光速不变原理:在真空中测量光速,将总是得到相同的值,不论光源或测量装置是否在运动。两大原理最根本的影响:空间、时间、同时性的观念。相对性原理的哲学蕴义:我们无法证明某个理论优于另一个理论。根据相对性原理,二者做相同的实验,会得到相同的结果,意味着二者都不能够通过经验证据证明自己是对的。
广义相对论包括广义相对性原理,即广义协变原理:在所有参考系中,物理定律都相同;等效原理:重力作用与加速度的效果是不可区分的。广义相对论的哲学蕴义:广义相对论对时空的影响与狭义相对论相类似:尺缩、钟慢,在广义相对论中,除了运动对时空的影响外,引力效应也在影响着时空(其中,引力效应可以是由于大的物体的存在,也可是由于加速引起的)。广义相对论中,时、空、同时性也被影响,但并不对称;即,所走过的时间、占的空间和点间的距离、是否同时因参考系不同而改变。
相对论的经验证实:全球定位系统(GPS)的成功应用关键在于对时间与距离的精确确定,而这是建立在广义相对论方程基础上;放置在飞机上的原子钟会比地面上的原子钟变慢;光线弯曲等等。
其次,赵丹博士对于量子理论及其发展历史做了简要介绍。
旧量子论阶段:1900-1930,用以解决单个的问题,而非是一个统一的理论框架,如黑体辐射,1900年,普朗克,为了适应实验数据,通过任意可能的途径,有用来解决黑体辐射问题的,有用来理解原子结构的,有的用来分析衰变。新量子论,19世纪20年代晚期到19世纪30年代早期,提供统一的框架以处理大量的量子现象。海森堡、薛定谔分别提供了成熟量子理论的数学基础;薛定谔的工作表明了之前的旧量子论可以成为他数学理论的结论,从而找到了数学基础。爱因斯坦一直都在反对量子理论,并非因为他对量子理论的数学成功应用有质疑,而是他并不认为该理论提供的关于实在的图景是正确的。但是爱因斯坦关心的是量子理论与我们居住的宇宙的常规直觉之间的张力。19世纪60年代,贝尔提出量子非定域性。什么是定域性?在事件或物体之间必须有某种联系或连接才可能会影响到对方;只有在宇宙的固定区域内才能影响到其他事物,不存在超距作用。贝尔准确地澄清了在量子理论与关于实体的常规直觉间的张力。贝尔的工作表明了量子理论的标准版本与定域性假说不相容,存在这样的情形,二者的预言是冲突的,二者不能够都对。19世纪80年代,阿兰•艾斯贝克的实验作为经验事实,使大家不再质疑我们生活在定域性不再成立的宇宙中。
最后,赵丹博士关于相对论与量子力学理论的哲学意义提出了自己的见解。
赵丹博士认为,在物理学中,相对论与量子理论被证明对我们的世界观有着本质的影响。它们使们对我们常常拥有的显而易见的信念持有更加谨慎的态度,相对论生动表明了我们看来似乎是显然的信念有多错误,即我们认为时空独立于每个人的视角,时间的流逝是均匀的,不随个人的变化而变化,孪生子不可能有不相同的年龄;在量子力学中,我们从古至今建立起来的定域的宇宙观被打破,贝尔定理和艾斯贝克的实验表明定域性假设是错误的。
报告结束之后,部分师生就相关问题与赵丹博士进行了讨论。最后中心师生就赵丹博士的报告给予了热烈的掌声,同时表示通过此次报告对一些物理哲学问题有了更清晰的认识。