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牛顿的自然哲学之数学原理从抽象上把科学理论概括为3个部分:1)物质运动的精确几何描述(度量);2)物质基本属性(本性)的抽象描述;3)引起运动变化原因的精确描述。
对于简单的质点运动,速度(位移)就是运动的精确几何描述,质量是质点本性的描述,而变化的原因就是加速力方程。这是典型的3位一体的哲学观点。
扩展开来,精确的几何描述对应的数学理论就是微积分理论;而对物质基本属性的抽象(质量)坐为显而易见的事实(公理)引入,它依然是数学化的;而关于运动原因的描述则是微分方程,等式左边是运动变化的精确几何描述,等式右边是引起运动的原因的抽象物理描述量。
在逻辑上,物理量(质量,力)是抽象量。运动量,由于其几何特性的变化可以精确度量,是可直接测量的量。
这样,借助于运动方程(现代学者也常称之为物理量定义方程),就可以实现对物理量的精确计算(度量)。
这样的一个模式就是科学理论的基本模式。所以,学者们扩大化的说,物理量只能用抽象的数学概念来表达。或者是反过来说,数学是为了表达物理量的抽象概念。这句话指的是用方程定义物理量。这个传统表现在几乎一切教科书中。在第一次引入某个物理量时,把它写在方程式的左边,等号右边的一般是一个数学表达式,借助于已经定义的物理量及运动量来定义新的物理量。早期的学者为了强调这是定义,一般用3横的定义号。现在很多学者就直接使用普通的等号。
这类方程一般的被称为物性方程。定义物质的基本属性。
为区别于物性定义方程,把对于运动变化原因的精确描述方程称为运动方程或是定理。
这样,要陈述一个定理,必须:1)定义要描述的客观运动量的数学表达(一般也是方程);2)给出与此类运动对应的基本物质属性(一般是物性方程)。从而,定理就是用一套数学方程来描述运动的物理原因(几何变化与物理量变化间的数学关系)。在经典理论,如用积分表达,就称积分运动方程;如用微分表达就称为微分运动方程。
科学基本理论一般也就限于完成这样的理论建造。而如何解决具体工程问题就是具体学科的事情了。一般的说,具体学科是对物质的属性进行范围限定(质取若干个量),或是对运动的几何进行范围限定(一般是简化为某类简单运动),或是对运动方程(定理)进行简化(或范围限定)。这就形成一系列的具体学科的基本理论(定理)。
而具体学科依然是重复这种逻辑结构,再经范围压缩或限定,形成次级学科,这种嵌套结构最终是停步于基本量的实测方程(一般称为经验关系方程)。
就20世纪的科学技术实践而言,总是有不少的经验关系方程并不能由理论导出,从而,反方向的追根求源到上级学科理论。此类事实多了就迫使理论研究者去试图修订基本理论的方方面面。而这种修订,就集中的表现为在数学理论上的修订。也就是:对物质运动的精确几何描述的修订。而物理学家更多的是关心物性方程的修订,这种修订导值基本物理量数目的急剧扩大。
因此,现代科学理论研究的一个隐含的目标是压缩基本物理量的数目。而这依然归结为对运动的精确几何描述。
所以,追求运动的精确几何描述是科学理论进步的关键要素之一。
历史表明,一个运动的精确几何描述的提出到实际的被终端的工程所实际应用,跨度达到百年之久。例如,麦克斯韦方程组引入散度、旋度来度量运动的精确几何描述后,半个世纪后才被普遍的应用于雷达等电磁波论题,而到了20世纪末期,才较为普遍的被工程界所应用。
再一个例子是张量理论,理论表述上采用已有一个世纪了,但是对它的应用并不普及。工程界几乎是尽可能回避此类理论。
而21世纪发展起来的超代数理论就更不用提了,大多数基础理论还没有采用此类表述。
我国学界的基本格局是:用按研究对象分类的一级学科、二级学科、、等等来标识基础学科,从而,造成一个假象:最为基础的一般基础理论不属于任何一个一级学科。因为实质上按对象分类的一级学科属于若干个更为基础理论的子结构(在范围限定后的推论)的合成。
这样,在客观上,普遍性科学理论的研究就没有对应的学科归属,从而成为各一级学科嘲笑和排斥的对象。结果,形成人为的(主观意识上的)学科逻辑体系的根上的断裂。
在这种格局下,基础科学理论的进步与否基本上对一级学科毫无影响。甚至于出现断言,这一百年来基础理论几乎没有变化。显然的,在此类意识的支配下,科学上的创新是难于出现的。不仅如此,事实上,在子学科基础理论上的跟进(追踪)也基本上停止了。这就是我看到的情况。
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