在物理学历史上有许多著名的辩论,经过激烈的思想碰撞,真理越辩越明。著名的论战有地心说和日心说之辩、唯能论和原子论之辩、量子力学和相对论之辩,均旷日持久,影响深远。当然还有一些规模小点的辩论,往往与一些著名科学家相关,霍金和彭罗斯之间的学术论战正方兴未艾,风起云涌。著名科学家泡利是个最愿意与别人打赌的科学家,似乎是屡赌屡输,屡输屡赌,乐此不彼。下面仅仅简要地介绍前面三个著名论战。
地心说和日心说之辩,异常惨烈。地心说是长期盛行于古代欧洲的宇宙学说。古希腊学者欧多克斯最初提出地心说,后经亚里多德、托勒密等进一步发展而逐渐建立和完善。16世纪波兰天文学家哥白尼经过近四十年辛勤研究,借鉴古希腊科学家的日心地动观,在分析积累的大量历史资料以及自己(和同时代学者)长期观测的实验结果的基础上,创立了“日心说”。日心说比较合理地解释了行星的不规则运动及其它天体的运动现象。给上帝安排的地球居于宇宙中心的“地心说”神学宇宙观以沉重的打击。这引起教会的极大惊恐和不安,被视为邪教歪说,教廷将哥白尼的《天体运行论》列为禁书。后来,教会在罗马将坚持日心说并宣扬宇宙无限思想的意大利学者布鲁诺焚死。在中世纪的政教合一的黑暗时代,坚持真理甚至要付出生命的代价。本人非常敬佩为坚持真理而牺牲的前辈。相比之下,我们现在处在一个非常开明的时代,社会是非常包容的,大家对创新是鼓励的,对探索是肯定的,对失败是宽容的。所以,我们没有理由不珍惜这种环境,没有理由不坚持真理。德国天文学家开普勒(1571-1630)是日心说的坚决拥护者,在理论上证明和发展了哥白尼学说。他发现了行星运动的轨道定律、面积定律和周期定律三大定律。意大利科学家伽利略(1564-1642)发现了许多恒星构成银河系,为日心说提供了有力的证据,因为出版支持日心说的《关于两种世界体系的对话》于1633年被臭名昭著的宗教裁判所判处终身监禁。这同样说明了,中世纪的黑暗时代要突破传统观念的束缚需要付出相当大的代价。牛顿(1642-1727)将哥白尼、第谷、开普勒和伽利略的杰出成就统一起来,把天体和地球统一起来,发现了万有引力定律,出版了《自然哲学的数学原理》,形成一个完整的知识体系,才结束了这场旷日持久的宇宙学争论。经过持续了三个世纪的斗争,日心说才最终为世人接受。
唯能论和原子论之辩,非常激烈和具有悲剧性,以玻尔兹曼的自杀离场而告终结。玻尔兹曼为了从微观角度来说明气体状态方程等宏观规律建立了经典统计力学。黑尔姆、奥斯特瓦尔德、马赫(E.Mach)等有实证论哲学倾向的学者对玻尔兹曼的原子论提出了猛烈的批评,形成了19世纪末物理学界的一场大辩论。马赫等人坚持,既然看不见也不能用实验检测原子,那么它就根本不存在。直到1905年爱因斯坦提出布朗运动理论并得到实验证实后,原子论才得到学术界的公认。而玻尔兹曼没等到其学说被承认就已经自杀离开这个争吵不休的世界。如果说马赫等人用的是追命夺魂掌,玻尔兹曼用的就是七伤拳,最后自废了武功。下面是一段普朗克的回忆:“当一个研究者进过长期的思索得到一种思想,而想把它传播出去时要耗多少周折。他必须认识到,他为此目的提交的最好的论证是如何的无足轻重,因为他的声音没有足够的权威性以影响到科学界。在那段岁月里要反对诸如奥斯特瓦尔德、黑尔姆、马赫这样的人实在是一件徒劳的事。” 这可以帮助我们了解在论战当时玻尔兹曼反对马赫等人的唯能论所遇到的重重困难。这正说明:突破旧观念束缚的创新学术思想在提出之初不为主流科学家接受是科学史上的常态。每个创新思想的创立者和推广者对此必须要有高度清醒的认识,要做好长期“斗争”的思想准备。
量子力学和相对论之辩。论战的甲方爱因斯坦被公认为科学史上的大牛,是唯一与牛顿比肩的最伟大科学家。论战的乙方为一代宗师玻尔,也是一大牛人,是量子力学哥本哈根学派的掌门人。哥本哈根学派得奖牛人无数,哥本哈根解释自提出以来一直是量子力学的主流解释。这场论战一波三折,旷日持久,影响深远。论及交锋双方的地位、论战的深入和影响的广泛堪称人类科学史上的巅峰对决。论战源于双方观察世界的不同角度,其根源在于相对论和量子力学两大理论体系的不相容性:尽管相对论推翻了牛顿的绝对时空观,却保留了严格的因果性和决定论。量子力学引入对测量结果的几率描述,抛弃了经典的因果关系和确定性,量子力学拒绝对事物在两次测量之间的行为做出具体描述,但存在与广义相对论的相容性的问题。双方论战的重点是哥本哈根学派的海森堡测不准关系和玻尔的互补原理。主攻方甲方爱因斯坦深信,物理学规律是关于存在的规律,不是一些可能性。“上帝不掷骰子”是甲方一句家喻户晓的经典名言。爱因斯坦开始的主攻方向为攻击量子力学的不自洽性。经过几个回合的较量,他承认玻尔对量子力学的解释不存在逻辑上的缺陷。然后他将主攻方向转移到证明其不完备性。大辩论在爱因斯坦、波多尔斯基和罗逊提出EPR佯谬的思想实验时达到高潮。论战中爱因斯坦使的是少林武功,内力浑厚,步步进逼,拳拳直打要害命门,玻尔使的是武当太极功夫,见招拆招,借力打力,化攻势于无形。论战直至两位主帅离开这个争辩不休的世界仍未结束(爱因斯坦1955年去世、玻尔1962年去世)。上世纪60年代,英国物理学家约翰·贝尔从数学上推导出了一个贝尔不等式。这是论战的一个节点,标记着人们可通过实验来检验量子力学关于远隔粒子量子关联的预言的正确性。至今,物理学家完成的实验中的大多数结果与量子力学的预言一致。但如果引入非决定论的随机性,这些实验结果仅仅说明了量子理论是超距关联、非定域的,并没有确定它是决定论或非决定论的。EPR佯谬中揭示的一些量子力学深层次基本问题依然存在。上帝是否在掷骰子仍没有定论。相信爱因斯坦和玻尔两位大师在另外一个世界里仍在喋喋不休。当然,无论是玻尔还是爱因斯坦,都在这场涉及物理学(以及科学哲学)的大论战中极大地促进了量子物理学科的发展,获得的丰硕成果是人类科学史上最高思想精华的结晶。我们有理由相信,继续论战将会在广义相对论与量子力学的统一过程中催生一个全新的理论体系。
分析在科学史上能够产生这些论战的主要原因:人对自然的规律的认识是有局限性的。自然的规律是无限的,而人的认识是有限的。在一个特定的时代,必然有一些学术观点占据主导地位,而这些学术观点有可能是局限的、片面的。到适当的时机必然会产生新的学术观点与之对抗。人类对自然界奥秘的认识就是在这些论战中不断提升的。地心说和日心说之辩还涉及到教会的思想统治和宗教利益,所以异常惨烈,新思想的提倡者以牺牲生命为代价坚持真理。唯能论和原子论之辩基本上还算正常的学术辩论,当然,玻尔兹曼与马赫等人的势力对比不成比例,最后的结果也是个悲剧性的胜利。相比之下,量子力学和相对论之辩可以说是君子之争。我理解,爱因斯坦和玻尔两位大师可能都没有错,只不过两个人从不同的侧面观看庐山,看到的庐山不同而已。
本人有关三维伊辛模型精确解的猜想的论文公开发表之后,有四位国际统计物理界的著名科学家联名公开予以评论。本人遭遇的论战,现在还不好说在科学史上有什么意义,与上面介绍的几个著名论战也无法相提并论。但有一点不敢说是绝后的,一定是空前的。那就是,对阵双方的阵容是空前的不对称。一方是当今统计物理界的四位著名科学家,个个是一流顶尖高手,堪称目前国际统计物理界的“四大天王”;另一方是在统计物理领域的一个无名小辈,以前从来没有在统计物理领域发表过文章。下面,将隆重推出四大天王以及他们对我的文章的评论。
(注:上面的史料部分来源于网络和教科书,不一一注明出处)
学术论剑
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