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21世纪科学危机的表现 精选

已有 4788 次阅读 2017-11-18 11:43 |个人分类:生活点滴|系统分类:科研笔记

 

       基于数学家Walter Noll 的看法来推论,21世纪科学危机的首要表现是:对于抽象的、具有统一性和普遍性的、一般科学理论的轻视。也就是对于自然哲学抽象的,前人总结的抽象理论的轻视。

       这首先就表现为对于使用抽象数学来表达科学概念和科学推演的轻视。人们满足于大学所教授的经典数学理论,要求直观性和图形化表达方式。

       出现这个现象的基本原因是:抽象理论的简洁性,在落实到具体工程问题时,细节上表现出复杂性。所以,人们习惯于选择另一条道路,追求在具体工程问题上(细节)的简洁性,而忽视了在抽象层次与已有科学理论(经证实的一般性理论)的内在矛盾性。从而,在具体问题的上简洁和直接性导致在深层次(一般称为隐变量)上的复杂性。

在很多具体工程问题中,本质上在有多个隐变量在支配其基本机制时,这就趋向于找两个泛函间的具体关系。然而在抽象理论上,这两个泛函都是约束性的。

例如,求连续介质内微元体的加速度,它受到物体几何以及与周边介质的相对运动的约束,在经典力学理论中表现为:应力张量的梯度与加速力平衡。抽象理论对此的表达是,加速度受到流形变换的约束。同样的,应力张量的梯度运算也受到流形变换的约束。满足抽象约束条件的理性力学,与假定此类约束可以忽略不计的经典力学也就不再有共同语言了。

把经典的很多定理(定律)改写为抽象数学上的约束,从而在此类约束下建立相关的数学运算规则,就是20世纪基础科学使用的基本数学语言。其中一个最为普遍的例子是:哈密顿力学约束下,物体运动的几何为辛几何,从而物理量关于时间的导数是李导数,而不是高等数学上的一般导数。

由于李导数含有介质的瞬时变形梯度或惯性速度,而它们是待确定的目标物理量,因此有关的运动方程是高度非线性的(如,流体力学中的应力张量的梯度与加速力平衡方程)。湍流或失稳运动就是在临界条件必然出现的解。

       用经典理论,在远离临界条件时,解是可靠的。从而,实际上,在抛开基础理论后,工程研究上采取的路线是,把经典理论外推到接近临界条件的情况。这样,必然的,就会发现很多的“新现象”。工程研究上的焦点是总结此类“新发现”的一般规律(或经验规律),从而建立新理论。

       也就是说,面对自然界的实际的复杂现象,工程应用上趋向于使用经典理论的外推和所建立的新理论,而不采用抽象理论的基础结构体系(数学描述)。这样,具体工程研究和基础抽象理论研究,在自变量、因变量的选择上,就出现了实质性的差异。从而,抽象理论与工程的相互联系就被切断了。

       这个危机目前已经充分的表现出来了。以下是例子:

       期刊论文,追求图象表达,或曲线表达。论述上趋向于现象间的因果关系描述。在本质上是向定性推理前进(基于数字的定性推演)。由唯象到唯象,在具体现象很多后,此类定性推演令人无从选择,那个说法看来都合理,那个看法都有“实验”证据。

       此类论文,一般的都不满足波普尔的说法,科学性的实验证明必须具有可反驳性(可反驳性实验)。事实上也不满足牛顿的说法,在科学上的理论方程中,物理量的选择原则是,既不过量(增加不必要的量),也无缺失(缺少必要的量)。

       多数面向工程应用的期刊,编辑部出于“读者”的观点,要求具有普遍的“可读性”,抽象类论文及以此为基础的论文,基本上是不登出的。

       这也在文献层次证明着(实践着):理论与工程的相互联系就被切断了。

       在高等教育上,基于“教会学生”的原则,抽象理论的论述性课程(及内容)基本上退出教学,从而,在未来,抽象理论与工程的相互联系趋向于进一步的弱化。

       从而,抽象理论还面对着学术传承的危机。这区别于20世纪初期经典理论面临挑战的危机,21世纪面对的科学危机是固守经典理论而产生的危机。

       哲学家和社会学家的看法是,自然科学正在酝酿着一场革命。也就把危机的说法限定为普通科技人员,而对于真实意义上的科学家而言,这就是历史性的机遇期。

       

 



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