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从物理课看什么是“科学”

我在一篇文章中写道： 但无论是过去谈“奉命的政治观” ， 还是现在的灯红酒绿 ， 声色犬马去谈享受 ， 去苟延长寿 ， 中国知识分子欠下全社会一笔“债务” ， 就是没有去维护科学的“真谛” ， 没有去坚守自己的“阵地” ， 有战士“失土”之责 。 一个人的声音是微弱的 ， 无穷小量是和“0”等价的 ， 但“无穷小量”的积分不会是“0” 。 作为物理教师的我 ， 有责任检讨一下在教学中有那些重要的内容没有交代给学子们 ， 基于这个想法有了下面的文章 。 物理是一门抽象而枯燥的学科 ， 但我们翻开初中物理课本会发现里面的内容很贴近生活 ， 十分具体 。 这“抽象、枯燥”和“具体、贴近生活”的统一构成了“物理学” 。 只有前者 ， 不会被绝大部分人知晓 ， 谈不上是普通学校的课程；只有后者 ， 那只是一种经验、常识 ， 不可能成为理论 ， 对实现进行“指导” 。 世界绝大部分中学都开设有物理课程 ， 这里固然是生产技术上的需要 ， 更重要它是科学的基础 ， 通过对物理的学习来认识科学的“灵魂” ， 这应该是学习物理更重要的一点 。 学好物理一是需要多观察 ， 多联系实际；二是要多思考 。 “科学”是研究问题的一种方法 ， “物理理论”所以成功解释了自然现象 ， 并在这个基础上产生了数不清的发明创造 ， 就是采用了科学的方法 。 五四运动引入科学的目的也就是希望用科学的方法去研究更多领域 ， 以便找到我们应该采取什么行动 。 可惜历史告诉我们的是：当初引入的“科学”只是看重对自然现象的解释以及在技术上的运用 ， 而这些和“革命”是没有关系的 ， 当时叫响“革命”的先知们没有一个是物理学家 。 革命者把一个分析问题的方法变成了一种否定“对手”的“武器” ， “提倡科学”成了宣传自己的旗帜 。 当初为了战争的胜利 ， 是没有机会认真思考的 。 但在今天 ， “科学”依然是使用频率较高的一个概念 ， 常常是判断是非的“标准” ， 弄清楚科学是什么有重要的现实和历史意义 ， 但这就需要从学习物理开始 ， 逐步认识科学的真谛 。 问任何一个学过物理的学生如何学好物理呢？都会被告知最重要是弄清“概念” 。 其实所有语言都是由“概念”堆砌起来的 ， 弄清楚“概念”是人们认识一切的基础 ， 物理学概念是严谨的 ， 搞清楚物理概念也就学到围绕“概念”的诸多问题是怎么回事 ， 再去看其它方面的问题 ， 很可能就有洞若观火的感觉 ， 这就是学到了物理的“灵魂” ， 是掌握科学方法的第一步 。 讲清“概念”和客观现实的关系 ， 这里引入数学上的“集合”概念 ， 集合是由具有某种特征的“个体”组成的 ， 每个“个体”称为集合的“元素” ， “集合”和“集合中的元素”是两个区分很清楚的概念 。 这种思维方式和计算机中的软件存储是类似的 ， 最基本的文件在“文件夹”中 ， 一级级“文件夹”构成清晰的树状结构 。 语言中的一个概念可以看成一个“集合” ， 而概念所反映的“实在”可以看成集合中的元素 。 语言上的概念常常不能与“实在”产生一一对应的关系 ， 语言和“实在”是一一对应 ， 则不过是给一个“实在”做了一个记号 ， 它只能是个“符号” ， 例如人的姓名 ， 并没有传递一个有用的信息 。 我们讲“这个苹果是甜的” ， 这句话就没有广泛的意义 ， 但如果讲“苹果是甜的” ， 它就告诉了人们一个可以联想的信息 ， 一听到“苹果”这个词就产生甜的感觉 。 现实中的“物”是无穷多的 ， 我们使用的语言是有限的 ， 两者对应必须“一对多” ， 也就是语言概念是“集合”（“文件夹”） ， 而现实是“元素”（“文件”） 。 这里有点谈语言哲学 ， 大家也无需深入追究 ， 但需要知道的是语言都是“概念”堆砌起来的 ， 把它和现实对应 ， 常常要通过思考 ， 要常有“是这样的吗？”的怀疑 。 我们学习物理就是从物理课本中的“概念”看到所描述的“实在” ， 从各种现实现象中看到物理概念的存在 。 一篇小说 ， 两个人看后有两种认识 ， 这是正常的；但对物理课内容只存在一种认识 。 这是物理 ， 也是科学 ， 与其他文字（如文学艺术）不同的地方 。 记得高中物理课本常写了一段褒牛顿力学 ， 贬亚里士多德的文字 。 我没精力去考据是为什么 ， 但从科学发展史上看 ， 亚里士多德是真正科学的鼻祖 ， 他提出的形式逻辑后来发展为比较系统的数理逻辑 ， 也就是我们常提到的“逻辑”这一概念 。 他的形式逻辑实际上就规范了使用语言的“规则” ， 正因为有了这个规则才有了语言传情达意的功能 ， 这是一切语言或多或少 ， 自觉或不自觉必须要有的“规则” 。 形式逻辑所探讨的问题也是从语言概念和“实在”的对应开始的 。 这种理论认为我们提出一个语言概念 ， 首先应当给予“定义” ， 称为概念的“内涵” ， 这样它所对应的“实在”（集合中的“元素”）内容是什么就非常清楚了 ， 并将这些“元素”称之为概念的“外延” 。 但我们的现实世界实在太复杂了 ， 相当多的“概念”搞不清楚它的“内涵”和“外延”是什么 ， 只是在“差不多”的状态下来使用概念 。 我们叙述一件事情 ， 总结一个规律 ， 说话写文章 ， 甚至创建一个系统理论就如同我们要盖间房屋或建造一座大厦 ， 必须用标准规则的砖石瓦块（合乎逻辑的语言概念） ， 而我们用来搭建的大厦的材料是大小、形状不规则的 ， 结果是只能盖出低矮的小房子 ， 甚至算不上房子 ， 只是堆砌在那里的“砖石瓦块”（一堆空洞的概念） 。 物理学是成功的 ， 十分清楚准确的解释了常见自然现象以及分子、原子和天体运行 ， 其根源就是所使用的概念严格按照逻辑的要求 ， 有其严格的内涵与外延 。 既然物理学使用的概念是“标准的砖瓦” ， 又如何搞不清“物理概念”的问题呢？这在于物理概念常常是不容易给予通俗语言上的“定义” ， 而是这“内涵”需要你去思考 。 如同老师在一个筐里装什么并不直接告诉你（没有合适的语言） ， 而是装了几个之后 ， 让你思考一下 ， 它们的共同点是什么 ， 来明白这个筐子应该装什么 。 例如物理中“能”的概念 ， 老师会说“能是做功的本领” ， 显然这样定义不是严格的 ， 这个概念的建立离不开你对诸多做功现象的思考 。 物理上更多的概念都有这个现象 ， 物理学得越深 ， 概念理解就会越困难 ， 绝大部分学子会在物理学习上止步 ， 不可能成为物理学家 。 我们说学物理首要的是概念清楚 ， 就是指概念是有准确的内涵与外延 。 “概念”是否有清晰的内涵和外延也是“科学”的基础 ， 我们谈话表达一个事件 ， 争论某个问题 ， 首先必须先确定所使用“概念”的内涵和外延是否一致 ， 如果达不成一致 ， 还在哪里谈或者争论 ， 就违背了“科学”的方法 。 集合和集合里的元素 ， “文件夹”和文件夹中的“文件”都是两个不同的概念 。 “偶数可以被2整除”这里的“偶数”是偶数集合中的“元素”不是“集合”本身 。 计算机的运作直接是受“文件”（软件）的控制 ， 也就是“文件夹”不是软件 。 物理研究的对象是“概念”中的“元素” ， 绝不是笼统的“概念” 。 例如我们讲“大气的压强” ， 是指某地、某时的气体的压强 ， 你在学习时 ， 体会不到省略了的限制性话语的存在 ， 也就对“大气压”没有清晰的认识 ， 也就不会理解大气压强和地势高低有关 。 我们讲学习“电”的知识 ， 实际是对电流、电压、电阻的研究 ， 并没有以“电”做主体的定律 。 我们一定要注意 ， 物理研究的对象是对具体分离出来的“物体”的研究 ， 不是笼统的 ， 从“整体”上去研究 。 人们并不满足对孤立物体的研究 ， 总希望建立对“体系”的研究 ， 找到更有概括性的物理规律 ， 物理学在这方面也如此 。 例如我们中学讲力学 ， 大部分情况是将物体视为没有大小的 ， 是“质点” ， 如果考虑它的大小形状 ， 甚至更多的其它情况也考虑进去 ， 则计算公式就会复杂得多 ， 使中学生无法接受 。 但我们一定要清楚 ， 无论是“量子力学”还是 “相对论” ， 物理都是对“边界”清楚的具体“物”的研究 。 从这一点出发 ， 对绝大多数人来讲 ， 无论你将来做什么 ， 一定要注意 ， “科学”是从研究具体事物出发的 ， 不是找“一揽子”解决问题的方法 ， 不是找放之四海而皆准的“真理” ， 这个“真理”无论有否 ， 多么激动人心 ， 这个想法 ， 这种努力 ， 都不是“科学”！物理研究的是“概念”中的元素 ， 而不是概念本身 ， 计算机只接受“文件”的指令 ， 不会接受“文件夹” 。 这也是“概念清楚”的重要一环 。 五四运动时期 ， 胡适先生提出了“多谈点问题 ， 少谈点主义” ， 这话看似是谈政治态度问题 ， 实质上是是否用科学方法来分析我们的社会 。 “问题”是具体的 ， 也就是我们所谈的“集合中的元素” ， 而不是把“集合” ， 把一个概念来作为研究对象 。 例如对社会贫困现象的研究 ， 如果我们落实到张三为什么贫穷 ， 李四为什么贫穷 ， 他们的贫穷原因是否一样…… ， 这是科学的方法；反过来 ， 我们谈社会的贫穷现象的原因 ， 以“社会”作为研究对象 ， 就不是采用的科学方法 。 “科学方法”就是物理学研究问题的方法 ， 没有学过物理学 ， 从常识经验出发 ， 也有可能是采用了科学的方法；但你没有学好物理 ， 尤其没有领悟物理方法的真谛 ， 则不会懂什么是“科学” 。 在现实生活中 ， 由于工业技术有改天换地的力量 ， 而工业技术几乎全部是由于科学方法在各方面的运用 ， 以至于将“科学”作为“真理”、“正确”的标签 ， 成了推销某种观念的“武器” ， 也常常成为每个人都认为自己的观点是正确的理由 ， 很多造成社会混乱的“理论”就是打着“科学”的旗号畅行无阻 ， 在这种情况下 ， 作为一个物理教师有责任介绍“科学”的基本常识 ， 通过物理的学习掌握辨别真假“科学”的方法 。 物理课离不开实验 ， 但中学的物理实验是让你保持“理论联系实际”的习惯 ， 加强物理理论在现实中的运用 ， 并不是和物理理论直接联系的 。 物理学史上有很多著名的实验案例 ， 而真正意义上的物理实验都是为了否定某种观点而设置的 ， 物理理论所以成立 ， 不是实验证明了 ， 而是找不出否定这个观点的“实验” 。 例如我们说“惯性定律”是对的 ， 不是众多的惯性现象 ， 而是找不出违反惯性定律的“个案” 。 这种认知问题的顺序是重要的 ， 也是“科学”方法的内容之一 。 这在学物理过程中不会有问题 ， 但在现实中 ， 在研究社会问题时是值得注意的 。 社会极其复杂 ， 任何有关社会问题的观点都可以找到实例说明正确或者错误 。 改革开放初期有一句很著名的话“实践是检验真理的唯一标准” ， 三十多年过去了 ， 很多问题依旧存在 ， 需要继续改革 ， 说明我们并没有用科学的方法来分析我们为什么要改革 。 也说明我们百年来在“科学”的引入上是急功近利的 ， 并没有真正引入科学的真谛 。 物理学离不开数学 ， 甚至很多物理概念就是由数学公式来定义的 ， 这一方面说明物理是“精细”的 ， 来不得半点马虎；同时这也是物理理论必然结果 。 物理“概念”集合中的“元素”都具有共同的某个“特性” ， “元素”之间的不同在于“特性”的数量上 。 例如“物体”最大特性是具有“质量” ， 质量是可以制定标准来计算的 。 物理学充满了逻辑推理和判断 ， 而这些都和数学的要求是一致的 。 我们讨论、辩论、争论问题必须有一个共同的“是非观” ， 这不是什么深奥的理论 ， 而是说话的基础 ， 数学的基础 ， 一切真科学的基础 。 物理中“力”的完整概念是“有方向和大小”的量 ， 而数学上只有“实数”才有大小比较的意义 ， 所以物理上对完整的“力”概念是不能比较大小的 ， 所以谈到“力的大小”时 ， 都是舍去方向问题去谈 。 这种严谨的逻辑态度在日常生活和“政治”上常被忽略 ， 一个人的行为表现是方方面面的 ， 性质不同 ， 不存在“加、减”的问题 ， 我们评判一个人说他总体上是个“好人” ， 某政治家的功过是“三七开” ， 这些都是从情感出发做出的结果 ， 而没有科学的意义 。 人们常说有两种科学 ， “自然科学”和“社会科学” ， 这就是违反逻辑的说法 ， 我们只有用科学去研究自然 ， 去研究社会问题 ， 何来“两种科学”？ 小结：“科学”是一种研究问题的方法 ， 它以形式逻辑、数理逻辑为基础 ， 其使用的“概念”有明确的“内涵”和“外延”；它是以具体“事物” ， 也就是以“概念”的“外延” ， 或者说是以“集合中的元素”作为研究对象 ， 它广泛利用数学 ， 而不是利用“修辞”的手法来说明问题 。 它的结论是逻辑推导的结果 ， 它积极接受实践和实验的检验 ， 不认真思考是不可能认识它的 。 科学的方法不可能解决人类所有问题 ， 但它是找到一些大自然和人类社会发展规律的最好办法 。


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