科学论道五：科学发展的历程

作者：zrming

相对论和量子理论是现代科学的两大基石，所以我们首先从这两方面入手，看看佛学与科学有没有什么共同点。不过在对比科学与佛学之前，有必要简单了解一下在西方哲学思想的土壤中是怎样发展出近代科学理论的。

在约2500年前，东西方一些主要思想家的观点具有某种相似性。孔子主张仁义，而苏格拉底认为德性就是知识。东西方几乎同时期出现的两位智者都非常强调人内部心灵的道德升华。苏格拉底的学生柏拉图继承了老师的主要观点，并发展出了自己的理论，他认为，存在一个纯粹理念的世界，这个世界只能由心灵去认知。

而对于这样的观点，柏拉图的弟子亚里士多德却有着自己的看法，他有着一句名言：“吾爱吾师，吾更爱真理”。在亚里士多德看来，老师柏拉图似乎太轻视感性认识，太不注重现实世界的一些现象和规律了。因此，亚里士多德根据自己的一些观察经验，建立了最早的物理学。

亚里士多德认为，物体会运动，是因为物体始终受到一种力的作用。根据这一原理，很自然的可以得到一个推论，即质量大的物体，从高空落到地面的速度要比质量轻的物体落地时的速度要大。这个结论的确也非常符合我们的日常经验，从同一高度同时释放一个石块和一片羽毛，石块总是会比羽毛要更快的落到地面上。这样的一种认知，在长达两千年的时间里没有人提出质疑，毕竟这与现实符合得很好。

直到17世纪，善于思考的伽利略终于提出了不同的意见，认为质量不同的两种物体会以同样的速度落到地面上。据说伽利略还在比萨斜塔上亲自作了这个实验，并证明了自己的说法是正确的。

毫无疑问，伽利略是正确的，不过他的实验倒不重要，因为我们设计一个思想实验就可以证明亚里士多德理论的谬误。假如重的物体一定比轻的物体下落得更快，那么将二者用一根细绳连接起来，这样下落的速度是快是慢呢？按照亚里士多德的理论，重的物体加上轻的物体，质量要比一个重物体要大，显然下落的速度也要大于重物体，但是，又由于轻的物体下落速度要小于重的物体，因此轻的物体会阻碍重物体的下落，则总体下落速度会小于单一的重物体下落。

一个理论得出了自相矛盾的结果，所以用不着做实验就可以判定亚里士多德理论是错误的。伽利略的重要性在于，西方的思维走出了纯粹的感性的直观而走向了逻辑理性，而科学，作为逻辑理性的直接产物，逐渐摆脱了以往哲学的那种感性和形而上学的思维方式，成为了一种独立的学问。

但是，在近代的西方，科学的发展还离不开感性思维。牛顿的经典力学仍然是建立在人的感性思维基础之上。传说一颗落在牛顿头上的苹果使牛顿最终发现了万有引力，不管是真是假，牛顿无疑非常善于从各种现象中发现一些普遍的规律，牛顿提出的物理学三个运动定律，正是他观察物体运动现象，经过细致的思考后得出的规律性总结。牛顿总结的许多理论，在解释诸多自然现象时大获成功，成为名副其实的近代科学的奠基人。

在牛顿的带领下，近代科学蓬勃发展，运动力学、天文学等自然科学突飞猛进，形势一片大好。直到二十世纪初，许多物理学家都认为物理学的大厦已经在牛顿的力学三大定律的基础上建立起来，今后物理学的研究也莫过于在此基础上的修修补补。以至于当时著名物理学家普朗克表示自己要献身物理时，他的老师不无遗憾的对他说：“年轻人，物理学是一门已经完成的科学，把一生奉献给物理学，实在是太可惜了。”

然而，牛顿的物理学，更多的是建立在感性和直观的基础之上，在牛顿的经典时空领域里，运动是绝对的，机械的，大自然就象被精巧设计过的一个巨大的钟表，所有的一切都被机械的决定着。这样的机械决定论，注定要遭遇一些跨不过去的坎。

1900年的4月，热力学的奠基人，著名的开尔文男爵在一个科学报告会上作了一篇名为《在热和光动力理论上空的19世纪乌云》的演讲。在这篇演讲中提到，在光学和热学领域，各有一个实验现象还无法用牛顿经典理论来解释，因此称为笼罩在牛顿经典时空观下科学领域的两朵乌云。

当时的人们普遍比较乐观，认为这两朵乌云迟早会云开雾散，最终被经典理论很好的解释。但是，后来的事实证明，正是这两朵乌云引发了磅礴的大雨，使牛顿的经典时空观在科学领域发生了倾覆。而这两朵乌云引发的两场理论革命——相对论和量子论，正是现代科学的基石。

相对论的提出，既是爱因斯坦天才头脑的创见，也是科学发展的必然。即使没有这个爱因斯坦提出相对论，一定还会有下一个爱因斯坦会提出，只不过科学就会稍微延缓一下发展的脚步。大家知道，在十九世纪五十年代，麦克斯韦就建立了描述电磁现象的完美的麦克斯韦方程组，通过此方程组，麦克斯韦计算出了电磁波的速度，没想到这个速度就是光在真空中的传播速度，由此麦克斯韦认定光也是一种电磁波。在这里，光的速度是由公式直接推导得出，已是隐含了光速恒定的概念。

后来，著名的迈克尔逊－莫雷实验证明了真空中根本没有“以太”这种光的传播介质。这个实验正是开尔文男爵所说的两朵乌云之一（另一朵是黑体辐射实验，引发了量子理论的诞生），对当时的科学界具有相当的震动，按照牛顿经典理论，光的速度一定是相对于某个不动的物体，这个不动的物体被大家假象为是真空中一种静止不动的介质——以太，以太是光传播的介质，同时又相对于光速恒定，这样，牛顿经典时空观下的科学就非常完美了。然而迈克尔逊－莫雷实验的结果让科学家们如鲠在喉，如何解释迈克尔逊－莫雷实验的结果成了当时的一件大事。

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