自然科學(xué)論文投稿作品

　　自然科學(xué)發(fā)現(xiàn)了人類社會(huì)與自然界的緊密聯(lián)系，下面是小編為大家精心推薦的自然科學(xué)論文投稿作品，希望能夠?qū)δ兴鶐椭?/p>

　　自然科學(xué)論文投稿作品篇一

　　自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)間相互啟迪范例探析

　　摘 要：本文通過介紹玻爾互補(bǔ)理論之由來和基本觀點(diǎn)，探討了量子力學(xué)中兩個(gè)重要概念“不確定關(guān)系”與“互補(bǔ)”理論之間的演變關(guān)系，分析了“互補(bǔ)”理論在心理學(xué)、人類文化學(xué)、生物學(xué)、哲學(xué)等學(xué)科研究方面的價(jià)值意義。強(qiáng)調(diào)指出，從科學(xué)史的角度看，物理學(xué)中的重要概念與其它學(xué)科甚至人文科學(xué)在更高層面上具有相互促進(jìn)、互為啟示的聯(lián)系和作用。

　　關(guān)鍵詞：玻爾;量子力學(xué);互補(bǔ)性;人文科學(xué);啟示

　　中圖分類號(hào)：N0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1002-7408(2012)011-0096-03

　　1927年，對(duì)于現(xiàn)代物理史，尤其是量子力學(xué)，是一個(gè)不可磨滅的重要時(shí)間。當(dāng)年9月，在意大利科莫舉行的紀(jì)念伏打(Alessandro Volta，1745—1827)逝世一百周年的國際物理學(xué)會(huì)議上，丹麥物理學(xué)家尼爾斯·玻爾(Nies Henrik David Bohr，1885—1962)以《量子公設(shè)和原子理論的晚近發(fā)展》為題發(fā)表演講。在這篇演講中，他第一次正式提出并闡述了“互補(bǔ)”觀點(diǎn)。這種觀點(diǎn)經(jīng)過玻爾本人及其他多位學(xué)者的闡述、完善，已經(jīng)成為量子物理學(xué)、哲學(xué)等多種學(xué)科的一個(gè)重要概念。“互補(bǔ)性”觀點(diǎn)的出現(xiàn)，不僅給經(jīng)典物理學(xué)與量子物理學(xué)之間架起了一道堅(jiān)固的聯(lián)接橋梁，更重要的是，它在引導(dǎo)人們認(rèn)識(shí)微觀世界的同時(shí)，突破了傳統(tǒng)思維觀念，在更廣泛的學(xué)術(shù)甚至社會(huì)領(lǐng)域，開拓了精微、廣闊的認(rèn)識(shí)空間。這是“互補(bǔ)性”觀點(diǎn)至今仍然不間斷被人研究，甚至引人爭論的意義和價(jià)值所在。

　　一、“互補(bǔ)性”與不確定關(guān)系

　　玻爾“互補(bǔ)”觀念的形成，是與量子物理學(xué)的發(fā)展，以及量子現(xiàn)象與經(jīng)典物理學(xué)之間發(fā)生矛盾、沖突密切相關(guān)的。在這之中，又與德國著名物理學(xué)家海森伯提出“測不準(zhǔn)原理”緊密聯(lián)接。

　　在企圖按照經(jīng)典理論來解釋量子力學(xué)時(shí)，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了不可調(diào)和的矛盾：即從物理學(xué)上看，在作為粒子的電子不能存在的地方，波動(dòng)函數(shù)也不為零。于是，人們明確地認(rèn)識(shí)到，在過去的物理學(xué)中提煉的波動(dòng)概念和粒子概念雖然適用于電子，卻無法解釋量子力學(xué)。也就是說，原子中的電子不能用位置、速度和軌道之類的日常敘述和日常概念來描述。在以前總是可以通過電子在任意給定時(shí)刻的位置和速度來描述電子的運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)在，這些概念只有在參照測量它們所用的實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作時(shí)或由這種操作來定義時(shí)才有意義。這就出現(xiàn)了一個(gè)難題。海森伯認(rèn)為：如果你要測量一個(gè)電子的確切位置，你可以用一個(gè)分辨率極高的顯微鏡，這就要求用波長很短的光來照亮電子。但是，波長越短，射在電子上的光量子的能量就越大(或者說光波的壓強(qiáng)就越大)，于是電子的反沖速度也越大?；谶@種狀態(tài)，海森伯指出：在你任一給定時(shí)刻同時(shí)測量一個(gè)電子的速度和位置而得到的不準(zhǔn)量之間，似乎存在一種反比關(guān)系。“我們?cè)綔?zhǔn)確地測定位置，那一時(shí)刻的速度的測定就越不準(zhǔn)確。反之亦然。”而且這種測量結(jié)果的不準(zhǔn)量之間的反比關(guān)系，對(duì)例如能量和時(shí)間之類的其他各對(duì)共軛變量也成立。用數(shù)學(xué)關(guān)系式表示，就是海森伯的不確定關(guān)系：

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　　無論怎么說，不確定關(guān)系的涵義是重大和有深遠(yuǎn)意義的。正如海森伯自己概括的那樣：“上述這種由自然本身確定的精確度的界限，具有重要的后果，那就是，在某種意義上，因果定律變成不正確的了。”因果規(guī)律，即每一效果都和一個(gè)原因相聯(lián)屬以及因果的時(shí)間順序，是經(jīng)典力學(xué)的基本支柱。而且在長久以來，它已成了人們?cè)诿恳环N形式理性研究中或隱或顯的預(yù)設(shè)前提。(即使在今天，它也是一般人看待許多問題的基本認(rèn)知方式)海森伯不確定關(guān)系的公布，讓人們認(rèn)識(shí)到經(jīng)典力學(xué)的有效范圍和界限，即：無論我們的思維規(guī)律，還是從日常經(jīng)驗(yàn)，都不能推出我們?nèi)粘＝?jīng)驗(yàn)中所得到的運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)的各種關(guān)系在微觀領(lǐng)域內(nèi)也能成立。

　　很快，玻爾就在意大利，發(fā)表了他的著名“科莫演講”。在這次講演中，雖然由于原創(chuàng)和繁復(fù)，玻爾只是以探索的口吻，提出并闡述了“互補(bǔ)性”觀點(diǎn)，可他正是在海森伯測不準(zhǔn)原理的基礎(chǔ)上，將這個(gè)結(jié)果發(fā)展成更一般的人們認(rèn)識(shí)自然的結(jié)構(gòu)的看法。

　　在這次著名的演講中，玻爾接續(xù)著海森伯說：“量子理論的特征就在于承認(rèn)，當(dāng)運(yùn)用于原子現(xiàn)象時(shí)，經(jīng)典物理概念是有一種根本局限性的。”“量子理論的本性就使我們不得不承認(rèn)時(shí)空標(biāo)示和因果要求是依次代表著觀察的理想化和定義的理想化的一些互補(bǔ)而又互斥的描述特點(diǎn)，而時(shí)空標(biāo)示和因果要求的結(jié)合則是經(jīng)典理論的特征。”在原子現(xiàn)象的描述中，量子公設(shè)給我們提出了這樣一個(gè)任務(wù)：要發(fā)展一種“互補(bǔ)性”理論。該理論的無矛盾性只能通過權(quán)衡定義和觀察的可能性來加以判斷。“海森伯最近曾對(duì)這些方法的無矛盾應(yīng)用問題作出了一個(gè)重要的貢獻(xiàn)。特別說來，他曾經(jīng)強(qiáng)調(diào)了對(duì)原子物理量的一切測量都有影響的那種獨(dú)特的反比式的不確定性。……出現(xiàn)于這一不確定性中的描述互補(bǔ)性已經(jīng)是不可避免的了。”這就將海森伯的不確定關(guān)系與“互補(bǔ)”觀念緊密地聯(lián)系在了在一起。

　　1930年，海森伯把玻爾的互補(bǔ)思想用下表表示出來：

　　這樣看來，海森伯的“不確定關(guān)系”具體規(guī)定了經(jīng)典力學(xué)概念的有效范圍和界限。而玻爾的“互補(bǔ)”思想把這個(gè)結(jié)果發(fā)展到更一般的人們認(rèn)識(shí)自然的結(jié)構(gòu)的看法上，奠定了可以統(tǒng)一完整的量子力學(xué)的解釋。

　　二、“互補(bǔ)”觀念與心理思維問題

　　玻爾“互補(bǔ)”思想的形成，雖然最初是為量子力學(xué)解釋物理現(xiàn)象提出來的，可究其內(nèi)核，它又是一種思維觀念的革命性的發(fā)展，與人們認(rèn)識(shí)世界的深入、精微有密不可分的聯(lián)系。這一點(diǎn)，也是玻爾最新注意和提出來的。

　　就在提出“互補(bǔ)”觀念的“科莫演講”結(jié)束時(shí)，玻爾提到了該問題與人的 “知覺”問題：“要使我們從感覺借來的知覺方式，適應(yīng)于逐漸深入著的關(guān)于自然規(guī)律的知識(shí)，在這一道路上所遇到的障礙，主要起源于這樣一件事實(shí)：不妨說，語言中的每一個(gè)詞，都要涉及我們通常的知覺。在量子理論中，在表征著量子公設(shè)的那種不合理性特色的不可避免性這一問題中，我們馬上就遇到這一困難。然而，我希望，互補(bǔ)性這一概念是適于表征目前的形勢的;這種形勢和人類概念形成中的一般困難深為相似，這種困難是主觀和客觀的區(qū)分中所固有的。” 　　玻爾在這里指出一種心理學(xué)現(xiàn)象，即我們思維運(yùn)用的“詞”，是與我們的“知覺”相聯(lián)系的。而在量子力學(xué)領(lǐng)域，我們還沒有建立起與知覺相聯(lián)系的“詞”。應(yīng)該說，玻爾提出的“互補(bǔ)”觀念，正是在人們思維中建立與量子學(xué)說聯(lián)系的最佳的“詞”。

　　在這里，玻爾只是敏銳地感覺到了這一點(diǎn)。他在兩年后的另一篇《作用量子和自然的描述》一文中， 對(duì)互補(bǔ)觀念與心理學(xué)之間的關(guān)聯(lián)進(jìn)行了較為深切的生發(fā)：“為了描述我們的心理活動(dòng)，一方面，我們要有一種客觀給定的內(nèi)容來和一個(gè)知覺主體相對(duì)立;而另一方面，正如在這樣一個(gè)斷語中所暗示的，在主體和客體之間不可能保持任何明確分界線，因?yàn)橹X主體也屬于我們的心理內(nèi)容。”這是人們描述心理活動(dòng)時(shí)遇到的難題。而通過人去理解并描繪某些概念或字眼時(shí)，這個(gè)過程也遇到了相應(yīng)的困難：“從這些情況中，不但可以引出每一概念或者說每一字眼的相對(duì)意義，這種意義以我們觀點(diǎn)的隨意選擇而為轉(zhuǎn)移，而且，我們一般還必須有準(zhǔn)備地接受以下事實(shí)的同一客體的完備闡述，可能需要用到一些無法加以單值描述的分歧觀點(diǎn)。”由此推去：“任一概念的自覺分析是和該概念的直率應(yīng)用處于互斥關(guān)系中的。”由此“運(yùn)用一種互補(bǔ)的或者說是反比式的描述方式的必要性，或許是我們?cè)谛睦韺W(xué)問題中最為熟悉的。”也許是說，人們心理在理解某些概念時(shí)會(huì)受到自己舊有“知覺”的影響。這是應(yīng)該通過“互補(bǔ)”觀念來影響及擴(kuò)展的;同時(shí)，心理學(xué)中的認(rèn)知方式，許多是運(yùn)用一種互補(bǔ)或者反比式來描述某些表面“互斥”現(xiàn)象的。這又反證了“互補(bǔ)”觀點(diǎn)在此領(lǐng)域的成立。

　　在之后的時(shí)間，玻爾在思考“互補(bǔ)”觀念的領(lǐng)會(huì)時(shí)，總是將心理學(xué)納入自己的視野并給予越來越完善、精確的解說。1932年，他在“光和生命”的一篇演講中，再次涉及到“互補(bǔ)”概念在此領(lǐng)域的情形：“當(dāng)然，在討論純物理概念對(duì)于生命機(jī)體的適用性時(shí)，我們?cè)?jīng)像看待物質(zhì)世界的任何其他現(xiàn)象一樣來看待生命。然而，幾乎用不著強(qiáng)調(diào)，作為生物學(xué)研究之特征的這種態(tài)度，決不能引起對(duì)生命的心理學(xué)一面的任何忽視。”玻爾注意到，量子力學(xué)中必須考慮測量儀器和所研究客體之間的相互作用，這種必要性和心理分析中的一些奇特困難“很類似”。也就是說，當(dāng)人們企圖研究某種心理內(nèi)容，把注意力集中在這一特殊方面時(shí)，“心理內(nèi)容本身就必然會(huì)改變。”這種類似性，使玻爾認(rèn)為：為心理—物理平行論提供了重要的闡釋。在玻爾看來，由這樣心理學(xué)的特征，應(yīng)該對(duì)理解“原子物理學(xué)”的特性有啟示。在這里，他用了哲學(xué)語言對(duì)這種心理學(xué)矛盾、互斥現(xiàn)象做了相互關(guān)聯(lián)的“互補(bǔ)”性的高度概括：對(duì)于“解釋”這一概念的分析很自然地要和取消對(duì)我們自己的意識(shí)活動(dòng)的解釋同始同終。

　　在五年之后的另一次題為《生物學(xué)和原子物理學(xué)》的演講中，玻爾談到了生物學(xué)的發(fā)展，也同樣只有“在互補(bǔ)性的框架中避免任何這種邏輯矛盾的可能性。……”隨即，他又將這種說法帶到了心理學(xué)領(lǐng)域：“在這種領(lǐng)域里，科學(xué)研究中的定義問題和觀察問題所帶來的困難，遠(yuǎn)在這些問題在自然科學(xué)中尖銳化起來之前就已經(jīng)被認(rèn)識(shí)到了。事實(shí)上，在心理經(jīng)驗(yàn)中不可能區(qū)分現(xiàn)象本身及現(xiàn)象的感知，這種不可能性很明顯地要求人們放棄按照經(jīng)典物理學(xué)的模型來進(jìn)行簡單的因果描述;而且，用‘思想’、‘感覺’這一類的字眼來描述這種經(jīng)驗(yàn)的那種用法，也極有啟發(fā)性地使我們想起在原子物理學(xué)中遇到的互補(bǔ)性。”

　　由此可見，對(duì)于玻爾來說，自己在量子力學(xué)中提出的“互補(bǔ)”觀念，他發(fā)現(xiàn)在心理學(xué)中亦有類似情狀。這樣，他不僅為“互補(bǔ)”觀念能在其它領(lǐng)域得到印證深感其意義、價(jià)值，同時(shí)，我們也應(yīng)當(dāng)注意，心理學(xué)的研究，也應(yīng)當(dāng)通過玻爾“互補(bǔ)”觀念的引入，而更能夠注意本學(xué)科的難點(diǎn)，并更恰當(dāng)?shù)靥幚硭坪跸嗷ッ艿鋵?shí)又可“互補(bǔ)”的心理課題。這是心理學(xué)科應(yīng)該感謝玻爾這位物理學(xué)家的。

　　三、“互補(bǔ)”觀念在其它學(xué)科的應(yīng)用

　　除去心理學(xué)中許多現(xiàn)象與量子力學(xué)觀察中的問題相類似，引起玻爾高度興趣外，其它多門學(xué)科，也都日漸進(jìn)入了他的視野。較為突出的，是玻爾1938年發(fā)表的《自然哲學(xué)和人類文化》的演講。在這篇文稿中，玻爾結(jié)合現(xiàn)實(shí)，談到了人類不同文化間“彼此互補(bǔ)”的關(guān)系：“人類文化的傳統(tǒng)差別，在很多方面是和人們描述物理經(jīng)驗(yàn)時(shí)所用的不同的等價(jià)方式相類似的。物理問題和人文問題之間的這一類似，是有一定界限的;而且夸大這種類似曾經(jīng)引起對(duì)于相對(duì)立本身精髓的誤解。事實(shí)上，相對(duì)論的世界圖景的統(tǒng)一性，精確地蘊(yùn)含了一種可能性：任何一個(gè)觀察者都可以在自己的觀念構(gòu)架中預(yù)見到任何另一觀察者在他自己的構(gòu)架中任何描述經(jīng)驗(yàn)。然而，對(duì)于不同人類文化之間的關(guān)系這個(gè)問題，采取無偏見態(tài)度的主要障礙就在于傳統(tǒng)背景方面的根深蒂固的差別;不同人類社會(huì)之間的文化協(xié)調(diào)就是以這種背景為基礎(chǔ)的，而且這種背景排除了這些文化之間的任何簡單比較。”

　　為什么不能作任何“簡單比較”呢?按玻爾的認(rèn)識(shí)，當(dāng)研究和我們自己的文化有所不同的人類文化時(shí)，我們需要處理一種特殊的觀察問題。具體到研究不同文化，尤其“未開化民族的文化”時(shí)，學(xué)者們不但確知必要的接觸有破壞這種文化的危險(xiǎn)，而且，他們甚至面臨這種研究對(duì)他們自己的人生態(tài)度的反作用問題。說到不同人類文化是彼此互補(bǔ)時(shí)，玻爾清晰地表述：“事實(shí)上，每一種文化都代表傳統(tǒng)習(xí)慣之間的一種和諧的平衡;利用這種平衡，人類生活的潛在能力在一種方式下表露出來，以使我們認(rèn)識(shí)到它的無線豐富性和無限多樣性的新方面。”當(dāng)然，人類文化之間，不可能像在定義原子對(duì)象的互補(bǔ)關(guān)系的那種“絕對(duì)互斥”，在這中間，我們可以從歷史例證中發(fā)現(xiàn)。人類社會(huì)之間的某種程度的接觸可以導(dǎo)致傳統(tǒng)之間的融合，這種融合能夠引起全新文化的產(chǎn)生。(例如，西域文化給唐代的文化繁榮注入了最充分的異域因子)“對(duì)于人類文明的進(jìn)步來說，由移民或征服而引起的人口混合，其重要性幾乎是毋庸贅言的。”由此生發(fā)，玻爾這位物理學(xué)家對(duì)人文科學(xué)研究提出“ 最大希望 ”，即“通過關(guān)于文化發(fā)展史的一種與日俱增的知識(shí)而對(duì)逐漸消除偏見有所貢獻(xiàn)”，并且“逐漸消除偏見，這正是所有科學(xué)的共同目的。”玻爾對(duì)人文科學(xué)研究提出的希望，距今雖然已經(jīng)70多年，可對(duì)于今天不同種族、多元文化的相互理解、包容，仍然具有充分的現(xiàn)實(shí)啟示意義。這大約又從一個(gè)側(cè)面，表現(xiàn)了玻爾“互補(bǔ)”觀念的成立和能夠在更廣泛領(lǐng)域的運(yùn)用。

　　四、余論

　　限于篇幅，我們不能將“互補(bǔ)”觀念與更多學(xué)科的聯(lián)系和受到的啟迪的情形予以介紹。事實(shí)上，“互補(bǔ)”對(duì)其它學(xué)科的啟迪、價(jià)值意義還遠(yuǎn)沒有被人們充分挖掘出來。僅玻爾自己，就對(duì)“互補(bǔ)”觀在心理學(xué)、生物學(xué)、生命科學(xué)、藥物病理學(xué)甚至哲學(xué)……等方面的運(yùn)用進(jìn)行了描述和探討。作為一個(gè)物理學(xué)家，玻爾以其開創(chuàng)性的思維，為量子力學(xué)與經(jīng)典物理學(xué)研究之間，搭建起一座堅(jiān)固的橋梁;為該學(xué)科的理論建設(shè)，作出了重要貢獻(xiàn)。著名科學(xué)家泡利在1933年甚至這樣評(píng)論：“和‘相對(duì)論’一詞相類似，人們可以把現(xiàn)代量子理論命名為‘互補(bǔ)論’。”在這里，筆者只是將其提出、發(fā)展、演變和在更廣泛領(lǐng)域的運(yùn)用、作了一些探討和介紹。這些探討雖然有限，但卻希望能以此使人們更清楚地意識(shí)到“互補(bǔ)”觀點(diǎn)在人類認(rèn)識(shí)世界中的重要作用，以及這個(gè)發(fā)源于現(xiàn)代物理學(xué)的學(xué)說，對(duì)其它多種學(xué)科認(rèn)識(shí)、發(fā)展的啟迪意義。對(duì)于“互補(bǔ)”這樣對(duì)人類認(rèn)識(shí)有非凡意義的觀念、學(xué)說，是值得人們常常關(guān)注，不斷發(fā)掘其價(jià)值的。因?yàn)?，它至今仍是人類認(rèn)識(shí)宏觀及微觀世界的靈感源泉。

　　參考文獻(xiàn)：

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