物理學還能往哪發(fā)展

　　物理學還能往哪發(fā)展

　　從十七世紀以來，在物理學的發(fā)展中，本體論的思想是根深蒂固的。這種思想認為，自然界是由某些基本物質組成的，這些基本物質的特性和行為，構成了自然界形形色色的物理現(xiàn)象；一旦了解了這些基本物質以及它們的運動所遵從的規(guī)律，物理現(xiàn)象就可以得到本體的說明。原子、以太以及各種“無重流質”的假設，都充當過這種基本物質；具有波粒二象性的電子，在量子力學中也成為構成現(xiàn)象的這種本體基礎。原子物理學的發(fā)展以及量子力學的建立，使不少人認為利用電子、原子和分子概念來最終說明包括物理現(xiàn)象在內的一切自然現(xiàn)象的目標是可能實現(xiàn)的。這種帶有普遍性的想法從兩個方向進一步促進了現(xiàn)代物理學的研究：一個方向是從原子核、基本粒子向更深層次的結構成分及其作用的探索，這構成了粒子物理學的研究對象，它和廣義相對論的結合，又促進了天體物理學的發(fā)展；另一個方向是通過分子、原子以及電子的運動和作用來說明物質各種各樣宏觀性質的研究，它包括了凝聚態(tài)物理的廣闊領域，并且由于向生物學的滲透，促進了生物物理學的發(fā)展。這些重大進展使物理學的研究領域得到了很大的開拓，并構成了現(xiàn)代物理學的各個前沿。在這些領域里，許多物理現(xiàn)象和規(guī)律還沒有被我們所認識，對它們的研究，無疑會為現(xiàn)代物理學的發(fā)展發(fā)掘出許多新的生長點。

　　二十世紀的物理學呈現(xiàn)出高速發(fā)展的狀況，其內容之豐富，思想之深刻和觀念之新穎，遠非過去物理學發(fā)展的各個歷史時期所可比擬�，F(xiàn)代物理學遠遠超出了宏觀物體緩慢運動的范圍。從微觀領域來說，已經深入到原子內部、基本粒子內部，人們已經發(fā)現(xiàn)了大小不斷減小、能量不斷增加的許多連續(xù)的層次原子、原子核、基本粒子、夸克等，已經達到10-14厘米以下的線度。目前還無法預見這個層級鏈條有沒有一個終端。從宏觀領域來說，人們的視野已經擴展到半徑為150億光年的宇宙范圍，依次突破了銀河系、星團、星系和總星系的領域。所以，對物質內部結構和特性的認識，都發(fā)生了重大的變革。物理學的一系列成果在理論思想上突破了原子不可分、元素不可變的觀念，運動只具有連續(xù)性的觀念，絕對時空觀念以及機械決定論的局限性；提出了量子態(tài)、波粒二象性、幾率決定性、四維時空與彎曲時空、實物與場的聯(lián)系和轉化以及宇宙膨脹的思想，物理學基本觀念和理論基礎發(fā)生了質的飛躍。

　　由于研究工作日益向縱深推進，包括物理學在內的所有科學的一個共同趨勢是分化愈來愈嚴重，分支學科與日俱增和專業(yè)化愈來愈強。熟悉物理學全部學科的精確知識并了解物理學各個前沿領域研究的具體進展是愈加困難。這一趨勢是不可逆轉的。但在理論思想上，追求統(tǒng)一和走向統(tǒng)一，從更高的角度對各種理論進行更大范圍的綜合，卻成為現(xiàn)代物理學發(fā)展中一個頗有成效的總方向。由于各種物理現(xiàn)象的本質愈來愈充分地得到了揭露，傳統(tǒng)的各個物理學學科研究領域之間的本質聯(lián)系也更充分地顯示出來。質量與能量、實物與場、粒子與波、時間與空間、時空與物質運動、微觀過程與宇觀現(xiàn)象之間的聯(lián)系，已經構成現(xiàn)代物理學各種基本理論的內容，各種物理學理論之間也呈現(xiàn)出極其深刻的交織與滲透。對四種基本相互作用統(tǒng)一的追求與探索，已成為帶動整個物理學基礎理論研究進步的重要前沿。

　　從十七世紀以來，物理學的理論和研究方法就不斷地向其它學科移植滲透，對其它學科的建立和發(fā)展起到了有力地推動作用。這種趨勢在二十世紀三十年代以后明顯地得到增強，相繼產生了一系列物理學的新部門和邊緣學科，如量子化學、生物物理學、天體物理學和廣義相對論宇宙學等，這些學科大多數(shù)也成為現(xiàn)代物理學發(fā)展的前沿，并且給現(xiàn)代科學技術的發(fā)展提供了新思路和新方法。

　　在十九世紀末的經典物理學中，曾經出現(xiàn)過普遍認為基本規(guī)律都已被發(fā)現(xiàn)了的樂觀和保守的情緒，二十世紀初的現(xiàn)代物理學革命，完全推翻了這種預料；而現(xiàn)代物理學空前的高速度的發(fā)展，再沒有為那種保守觀點的重新抬頭提供任何證據(jù)。實際上，我們今天所已掌握的物理學知識，比起整個物理世界可能向我們提供的信息來說，還是極其有限的。例如，粒子物理學的發(fā)展雖然已經獲得了輝煌的成果，但它的基本規(guī)律還未探明，這個領域的探索是以可能尋找到超出量子力學范圍的新的規(guī)律性為其目標的。尋求四種相互作用統(tǒng)一的努力，很可能會被新的基本相互作用的發(fā)現(xiàn)而引向渺遠。對于宇宙的構成、天體的演化以及有關生命現(xiàn)象的物理學實驗和理論的研究還是剛剛開始�？梢云诖�，今后物理學的變革，完全有可能出現(xiàn)對現(xiàn)有的物理學基本理論產生根本性沖擊的新的突破。隨著科學實驗的發(fā)展，任何已有的理論都要不斷發(fā)展，甚至會徹底更新，不存在什么絕對不變的終極真理。坂田昌一在1968年的論文《現(xiàn)代科學的哲學和方法論》中指出，現(xiàn)代科學的特點是：它認識到任何科學規(guī)律都有一定的應用范圍，自然界的各個層次在性質上互不相同，各自遵循它自身的規(guī)律，而且每一個層次都永遠處于發(fā)現(xiàn)、消滅和轉化之中。物理學近年的發(fā)展更增強了這種看法。