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第1章 引论:认知之路(1)

一部人类文明史,同时就是一部人类认知史。

在人类认知世界和自我的征程上,有两条道路同样漫长而艰辛:一条是科学之路,一条是哲学之路。

新闻的本质,就是人对新事物的认知、表现和传播。

以人类认知为参照,新闻就是人类认识世界和自身的“第三条道路”。

第一条道路:科学之路

一部科学发展史,就是一条人类认识世界、探索世界的漫漫长路。

现代科学是人类文明史中最引以自豪的财富,它揭示了比人类古老得多的整个宇宙的奥秘,以及自身固有的秘密,并创造出一个更绚丽多姿的非自然世界。

人类认知世界和人自身的探索史上的大突破,建立在人对未知世界的求索之上。航海家的地理大发现,改变了世界各大陆和各大洋的分割孤立状态,也改变了人类的世界图景。更为重要的是,它在西方所引起的思想观念的革命,为新的资本主义的发展开辟了崭新的世界空间。它用探索和实践突破了所谓经典的理论知识界限,使人的思维方式进入了新的层次。

14—16世纪,从黑暗中走过来的欧洲经历着一场深刻的社会变革。资本主义生产方式的兴起,文艺复兴,地理大发现,为科学的发展奠定了坚实的社会基础。但是科学要真正走上独立发展之路,首先必须冲破宗教神学的禁锢。这是一场深刻的思想革命,也必然在残酷的斗争中付出生命的代价。

“哥白尼革命”是这场战争的第一声号角,也是人类科学史上一曲悲壮的正气之歌。从哥白尼、布鲁诺到哈维,欧洲科学革命取得了一系列重大成就。牛顿经典力学的创立,实现了自然科学的第一次大统一,是人类对自然界认识的一次大飞跃。除了牛顿三大运动定律之外,那句“如果我比别人看得远些,那是因为我站在巨人们的肩膀上”的名言,示为后人所熟知。正是站在伽利略、开普勒、惠更斯、笛卡尔、胡克、哈雷等巨人的肩膀上,牛顿才发现了万有引力定律,构建了统一的经典力学体系。

到了18世纪,自然哲学开始向自然科学转化,科学家们开始认真地考虑生物进化问题。在18、19世纪,进化论成了自然科学中争论最激烈的领域之一。争鸣,是认知进步的推进剂。自由争鸣,是知识分子的天堂。正是在激烈的争论中,诞生了科学史上最伟大的理论之一——达尔文进化论。

进入19世纪,自然科学又迎来了一个新的高潮。19世纪之所以被称为科学的世纪,与两次技术革命是分不开的。第一次技术革命发生在18世纪30年代至18世纪末,它以纺织机的改革为起点,蒸汽机的发明与使用为标志,直接导致了欧美的产业革命,从而开创了人类的工业文明时代。与第一次技术革命技术在前、理论在后不同,以电力应用为标志的第二次技术革命是在科学理论的指导下完成的,即理论在前、技术在后。这次技术革命是各门科学技术知识综合的结果,同时也促进了生产和科研的巨大发展。人类整个物质生活和精神生活为之一变。

19世纪末,一座宏伟的经典物理学大厦建立起来,当时的物理学理论看起来已经达到完整、系统和成熟的阶段。那时常见的各种物理现象,都可以用相应的理论予以说明:物理的机械运动速度比光速小得多,准确地遵循了牛顿力学规律;电磁现象被总结为麦克斯韦方程;光的现象有光的波动理论,最终也归结为麦克斯韦方程;热现象的理论有完整的热力学和统计物理学……

1900年元旦,全世界都在欢庆新世纪的来临。英国著名物理学家开尔文在回顾过去的岁月后,充满自信地宣告:物理学的大厦已经建成,未来的物理学家只需要做些修修补补的工作就行了。只是明朗的天空还有两朵乌云,一朵与迈克尔逊实验有关,另一朵与黑体辐射有关……尽管开尔文看到了这两朵乌云,但他那个时代的人还未曾料到,正是这两朵乌云,带来了一场物理学革命,导致了相对论和量子力学的诞生,使自然科学进入爱因斯坦时代。(林成滔著《科学简史》,中国友谊出版公司,2004年12月第一版,第268页)

开尔文在世纪之交看到的“两朵乌云”,其中一朵导致了爱因斯坦相对论的诞生,使物理学在新的大尺度时空里超越了牛顿;另一朵“紫外灾难”的乌云,则导致了量子论的诞生,并逐步创立了量子力学,从而使物理学在微观领域的新时空里超越了牛顿,实现了人类对自然界认识的又一次飞跃。

爱因斯坦的狭义相对论建立在两个基本假设基础之上。第一个假设是相对性原理,即物体运动状态的改变与选择任何一个参照系无关;第二个假设是光速不变原理,即对任何一个参照系而言,光速都是相同的。在这两个基本假设中,爱因斯坦已经抛弃了经典物理学的“以太”假说和绝对时间、绝对空间的概念,从而打破了单一时空、唯一参照系的束缚。爱因斯坦的相对论,在我们的日常生活中是很难理解的,因为我们日常接触的都是远远小于光速的运动,根本无法察觉到爱因斯坦相对论所描述的相对论效应:长度变短、时钟变慢。

1907年,爱因斯坦发表了长篇论文《关于相对性原理和由此得出的结论》,把相对性原理扩大到匀加速的参照系中,构成了广义相对论的基础。1916年,爱因斯坦写成总结性论文《广义相对论的基础》,宣告了广义相对论的诞生。广义相对论实际上是关于空间、时间与万有引力关系的理论,它指出空间——时间不可能离开物质而独立存在,空间的结构和性质取决于物质的分布。狭义相对论已指出时间、空间是一个整体,即四维时空。广义相对论进一步指出,物质的存在会使四维时空发生弯曲,万有引力并不是真正的力,而是时空弯曲的表现。如果物质消失,时空就回到平直状态。广义相对论告诉我们:质点在万有引力作用下的运动,如地球上的自由落体,行星围绕太阳的运动等,是弯曲时空中的自由运动——惯性运动。它们在时空中描出的曲线,虽然不是直线,却是直线在弯曲时空中的推广——短程线,即两点之间的最短线。当时空恢复平直时,短程线就成为通常的直线。按照广义相对论的观点,太阳的存在使得四维时空“弯曲”了,行星绕日运动,就是在弯曲的时空中的惯性运动,行星轨道是四维时空中的短程线,根本就不存在什么万有引力。

面对黑体辐射研究领域的“紫外灾难”,德国物理学家普朗克1900年12月14日公布了题为《关于正常光谱的能量分布定律理论》的论文,提出了后来所称的“量子假说”。量子论从此正式诞生。能量的不连续性,不仅和古典物理学理论不相容,而且也不符合人们“自然无跳跃”的常识,不仅物理学界反应冷淡,普朗克本人也一度动摇。此时,爱因斯坦加入到了量子世界的探索事业之中。1905年3月,爱因斯坦写了题为《关于光的产生和转化的一个推测性观点》,把普朗克的量子概念扩充到光在空间中的传播,提出“光量子”假说,第一次揭示了微观客体的波动性和粒子性的统一,即波粒二象性。以后的物理学发展表明:波粒二象性是整个微观世界的最基本的特征。

量子论在提出后的最初10年能得到进一步的发展,主要归功于爱因斯坦的坚持不懈的工作。后来,德布罗意提出物质波理论,继而薛定谔建立波动力学,也是受到爱因斯坦光量子论所揭示的波粒二象性概念的启发。玻恩认为,“在征服量子现象这片荒原的斗争中,他是先驱”,也是“我们的领袖和旗手”。

爱因斯坦之后,丹麦物理学家玻尔对量子论进行了进一步的推广和发展。玻尔理论解释了氢原子的光谱,但量子理论还需要更深刻的突破。德布罗意的努力,导致了量子力学的诞生。量子力学的创立,沿着两条路线完成,殊途同归,结论相同。一条是玻尔——海森堡的“矩阵力学”路线;另一条是爱因斯坦——德布罗意——薛定谔波动力学路线。

量子力学的第一种有效形式是由海森堡提出的,被称为矩阵力学。它是为克服玻尔的原子结构模型的局限而产生的。矩阵力学问世不久,另一条路线的“波动力学”也在前进。其核心是由奥地利物理学家薛定谔创立的波动方程,故称薛定谔方程。1928年,英国物理学家狄拉克把相对论引进了量子力学,建立了相对论形式的薛定谔方程,也就是著名的狄拉克方程,使量子力学成为完整的理论体系。

1927年,海森堡提出“测不准原理”:任何一个粒子的位置和动量不可能同时准确测量。要准确测量位置,动量就完全测不准,反之亦然。造成这种状况的原因是由于测量中不可避免的引起对测量对象的干扰以及粒子本身所具有的波动性……

在人类几百万年探索与发现的征程上,人类的视野和活动空间在不断扩大,被智慧之光照亮的时空不断延展,而那个浩大幽深的未知世界,不仅没有缩小,反而在不断扩大,不断延伸。时间上从几千年到几十亿年、几百亿年,空间上从自己脚下到几十亿、上百亿光年以外,从千姿百态的肉眼世界,到显微镜下奇妙无穷的量子世界……人类认知的时空总在延展。人类站得越高,看得越远,走得越快,世界也就越来越无边无际,探索与发现的长路,永无尽头!

人类认识世界探索世界的道路,漫长、曲折而艰辛,浸满了血泪。在这条长路上,成见、偏见和强权,是阻挡人的脚步、遮蔽人的心灵的不死幽灵;而怀疑、探求和追问,是推动人前进、照亮世界和人心的指路明灯。

所有的新知,都是在人大胆的追求与探索中发现的,所有的未知,同样也是在人的不懈追求与探索中发现的——人在探索中、求知中,越来越认识到自己的无知,这也许才是“智慧”的真正含义。

承认自己的无知和不知,是一切认知的前提。固守于已知的领域而沾沾自喜、固步自封,是人灵魂的囚笼。看这个“囚”字:不正是人钻进了“框子”里吗?而突破种种有形的、无形的“框子”,又是何等的艰难!

回溯人类科学之路的旅程,也是思索与探究的旅程。

一部人类文明史,就是一部人类不断走出蒙昧、不断探索世界奥秘的认知史。

一部人类认知史,就是一部人类不断扩大视野范围、不断更新参照系的探索史。

一部人类探索史,就是一部人类不断打破旧的观念、不断提出新假想的革命史。

回溯人类科学之路,我特别注意到了,每一次重大的科学突破,往往都建立在一些类似的条件之上:

一是“超越成见”。原有的科学体系发展到成熟阶段之后,就会形成统治科学界的传统观念。随着越来越多的新的难题,传统观念就会遭遇到难以自圆其说的困境与尴尬。每到这个时候,对传统的观念进行突破和超越,就成了科学家们面临的时代课题。当新旧观念开始冲突和碰撞的时候,新的科学革命的脚步声就越来越近了。

二是“集大成者”出现。每一次重大的科学突破,必以划时代的科学巨人出现为条件。他们站在前人的肩膀之上,充分吸收各种学说乃至各门学科的精粹,对以前的科学知识进行系统化的重新梳理,从而成为各种科学知识和思想的“集大成者”。他们拥有过去,又面向未来,构建起继往开来的新的“世界图景”,成为时代的巨人。

三是“视域切换”。从哥白尼革命,到牛顿革命,再到爱因斯坦革命,每一次科学革命,基本上都是一次“视域切换”的胜利。哥白尼从“地心说”转到“日心说”,牛顿从“天地分开”转到“天地统一”,爱因斯坦从“绝对时空”转到“相对时空”,他们认知世界的参照系不断随着人类的视线延伸而更新升级,他们所发现的世界也随之“改天换地”。

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