原创科普文章：科学是怎样发展的？

编辑：康 艳 审核：杨鹏斌

（王欣琪）“科学是怎样发展的”是现在依旧热议的问题，也是我们每个人应该思考的问题，本文将展开科学的一一个分支一-物理, 来说明科学是怎样发展的。物理是当今最严密的自然科学学科，英文physics,而哲学philosophy,由此可见哲学与物理的密切联系。本文将带领大家从牛顿开创经典力学到爱因斯坦创立《相对论》，找到了困扰了牛顿晚年的力的来源，开创了现代物理学;从爱因斯坦开创现代物理学到海森堡提出“不确定性原理”，找到了困扰了爱因斯坦晚年不相信“上帝会掷骰子”的迷思。通过- -段物理学史，以知识的革新为线索，来反思“科学是怎样发展的”，再将物理学史上升至哲学层面。带大家由浅至深地了解科学发展的脉络，通过哲学的思想，来归纳科学的一步步发展。

“科学是怎样发展的”是现在依旧热议的话题，也是我们每个人应该思考的问题。物理是科学的一个分支，也是当今最严密的自然科学学科，我们将通过一段物理学史，以知识的革新为线索，来寻找“科学是怎样发展的”。

回望过去三百多年的科学史，牛顿对经典力学、光学、微积分等方面的贡献十分突出，更有“经典力学之父”的伟大称号，足以说明他在物理学中举足轻重的地位。一本《自然哲学的数学原理》把他推到了经理物理学的顶峰。对万有引力和三大运动定律进行了描述，这些描述奠定了此后三个世纪里物理世界的科学观点，并成为了现代工程学的基础。他通过论证开普勒行星运动定律与他的引力理论间的一致性，展示了地面物体与天体的运动都遵循着相同的自然定律；为太阳中心说提供了强有力的理论支持，并推动了科学革命。但牛顿所处的时代，科学与神学之间界限并不分明，神学对于人们的知识体系而言仍具有终极的统合性。所以，这样一个伟大的科学家，在晚年思想趋于保守，相信力的来源是“上帝推了一把”。这导致了他晚年失去了发现“力的来源”这一颠覆物理学的宝贵机会。

在牛顿的经典理论体系中，他追求的是一种“决定论”，即时间和空间都是绝对不变的（绝对时空观）。在那个设备、理论都不先进的时代，这种“决定论”，是科学的一大进步。但是，当时代与科技进步后，人们却发现很多矛盾，这也促使了科学的下一次进步。

但是二百多年后，爱因斯坦创立了《狭义相对论》、《广义相对论》；还为核能开发奠定了理论基础，开创了现代科学技术的新纪元，被公认为是继伽利略、牛顿以来最伟大的物理学家。爱因斯坦大胆地摒弃了牛顿当时极有话语权的绝对时空观，认为时间和空间不是一成不变的。于是，他认为力的来源是：大质量的物体会产生较大的时空弯曲。如果我们把一张铺得十分平整的床看成是时空，在床上放一个小的玻璃球（小玻璃球轻到不会让床产生凹陷），则小玻璃球不会运动；如果这时，我们坐到这个床上，由于我们的质量很大，会让床产生凹陷，可以看作大质量的物体使得周围的时空产生了弯曲，这时如果小玻璃球在凹陷的周围处，就会向着凹陷处运动起来。这也解决了牛顿晚年冥思苦想的问题，找到了力的来源。科学，也就在爱因斯坦对于牛顿等前辈的质疑与证伪中进步、完善。

在此之后的爱因斯坦又发表量子论，提出光量子假说，解决了光电效应的难题，并获得了1921年，因对于光电效应的研究而获得了诺贝尔物理学奖，他的研究推动了量子力学的发展。爱因斯坦很好地解决了由人们直观感受到的与事实的矛盾，是现代科学史上的一次重大颠覆。但是，“确定性”的禁锢，还是留下了一系列量子层面的矛盾，这也促使了科学下一次的进步。正是这样一个对于现代物理具有重大突破和贡献的伟大科学家，在晚年思想也同样趋于保守，他一直对于海森堡的不确定性原理持以否定态度。

海森堡是德国著名物理学家，量子力学的创立人之一。他于20世纪20年代创立的不确定性原理，可用于研究电子、质子、中子以及原子和分子内部其它粒子的运动，从而引发了物理学界的巨大变化，开辟了20世纪物理时代的新纪元。

面对爱因斯坦的质疑，海森堡一直不懈地证明自己的理论是正确的。不论是正式或者是非正式的场合下，他与爱因斯坦的思想与理论都不断地碰撞着。甚至在当时的量子力学界还分出了海森堡与玻尔等组成的哥本哈根学派、以及爱因斯坦与薛定谔等组成得到哥本哈根反对派。

终于在第六届索尔维会议爆发出了最精彩的科学辩论。爱因斯坦提出了自己的“光匣”思想实验：一个假想的装满了辐射物质的匣子，其一侧有一个小洞，洞口有一块挡板，一个机械钟可以控制挡板的开关。当某一时刻洞门打开，就会放出一个光子。爱因斯坦论证说，光子跑出匣子的时间可以被机械钟精确测量出来，而光子的能量E可以简单地通过匣子的重量变化m以及E=mc²而精确地测定。在会议中占下风的玻尔冥思苦想后，最后用爱因斯坦的《相对论》驳倒了爱因斯坦！玻尔利用爱因斯坦在相对论中的一个重要发现找到了爱因斯坦这个思想实验中的错误！玻尔指出，当光子跑出来的时候，匣子由于重量发生变化，匣子里的钟会沿着重力方向发生位移，根据《相对论》中的解释，钟的快慢会发生变化。这样，当光子跑出匣子前后，由于匣子重量发生了变化，从而造成了钟表快慢的变化，也就导致了时间无法被准确测量。这样，要在测量光子能量的同时精确测量粒子跑出的时间是根本不可能的！

以玻尔和海森堡为代表的哥本哈根学派，敢于颠覆经典的“因果决定论”，开辟微观领域中人们不为所知的事实。这是一次人类完全颠覆直观现象的革命，他们找到宏观与微观之间的矛盾，进行大量的思考，提出“统计决定论”。使得科学又一次地发展。

我们的生活中充满了矛盾，人们抓住矛盾进行思考，敢于颠覆，这便是对于科学的一次次证伪。在这一次次证伪的过程中，科学正在一次次地发展、进步……

王欣琪