研究物理学史的意义是什么?
“结果不清楚事情的来龙去脉,看不清楚主要发展。但是,在不了解骨干发展的情况下,培养有独到见解的学生并不容易。他们总是会跟着周围的噪音走。目前国内学理论物理的学生那么多,我觉得他们成功的机会不大。我觉得如果真的能介绍一下国外的发展,会更有意义。”①
物理学和其他自然科学一样,都是在发展的,昨日之事已成历史。了解过去,才能把握发展的脉络,预测未来的趋势,从而修正自己的航向。杨振宁先生的讲话对我们物理学家来说有很大的现实意义,值得我们深思。
第二,学习和研究物理学史,要重视史料。实事求是地讲,不要想当然。要从史实出发,从对史料的分析中找到结论,决不能从史料中得出结论。物理学史是一门科学。我们应该采取科学的态度,实事求是,避免主观武断,提倡严谨的工作作风。只有这样,物理学史才能真正起到指导和借鉴作用。这对从事物理学史工作的人具有现实意义,也应该为任何相关学科的学习者和研究者所重视。
第三,学习物理学史不能代替本业务的学习,只能对本科学习起到辅助作用。物理学的课程基本是按照逻辑体系讲的,而物理学的历史是按照历史顺序排列的。在横向联系的基础上增加一些纵向联系,会使我们的知识立体化,知识必然会得到深化和拓宽。这种补充确实有价值,但一定不能以主人自居,否则就会本末倒置,变得自吹自擂,失去初衷。
4.学习物理学史不应该满足于增加一些历史知识,也不仅仅是加深对物理概念和规律的理解。更重要的是,要从物理学的发展中寻找思路、方法和实例,从前人的经验中得到启发。为此,我们的研究应该是:
(1)靠自学、收集资料、研究、独立思考;
(2)注重分析,进行学术辩论,拓宽思路。不要把物理学史的教学变成填鸭式的,背诵文章的,人云亦云的。
(3)注意学会运用历史方法。历史方法是科学研究中的重要方法之一。收集和分析史料是科学研究中的一项基本技能。每一个年轻人在做学位论文的时候,首先要对这个学科做一个历史回顾和发展总结,来说明自己工作的意义。这就是历史方法,物理学史的学习可以帮助你掌握这种方法。
5.找一个观点,就是想了解一下当年的资深科学家在推动科学进步的时候被什么思想所主导。他们为什么研究这些问题?他们是如何看待这些问题的?他们如何处理理论和实验之间的差异?他们是如何分析事物的矛盾的?他们的目标是什么?例如,我们可以问:他们的目标是什么?答案可能是:
(1)自然的统一。牛顿把各种力归结为短距离力和长距离力,他把天体的引力和地球的引力统一为万有引力。虽然引力和电、磁的统一性还没有找到,但是启发了发现电和磁的平方反比定律。奥斯特在1820年发现了电流的磁效应,这不是偶然的,而是受到了19世纪一股科学思潮的影响,认为自然力是统一的。他在1803中说:“我们的物理学将不再是运动、热、空气、光、电、磁以及我们所知道的任何现象的零碎总结,而是将整个宇宙容纳在一个系统中。”他一直在寻找电和磁的联系,终于在实验中观察到了电流的磁效应。
法拉第也相信自然“力”的统一。在这种思想的驱使下,他几经周折,在1845发现了磁场对光学偏振面的影响。这就是第一个磁光效应,它对电磁理论的发展起到了相当大的作用。因为这个现象说明电、磁、光之间确实存在某种联系。他也相信物理“力”的不可摧毁性和可转移性。虽然他没有成功探索电和引力之间的联系,但他的思想发人深省。引力和电磁力与弱相互作用、强相互作用等其他力能否统一,是当代物理学研究的重大课题之一。
(2)物理学家追求的第二个目标是自然规律的普遍性。比如这是对守恒定律的理解。守恒的概念自古以来就存在于自然哲学中。能量守恒和转化、质量守恒和质能转化、动量守恒和角动量守恒等定律(或原理)是物理学深入发展和综合研究的结果,守恒的本质在于对称性,如:
时间平移对称性(不变性)导致能量守恒;
空间平移对称性(不变性)导致动量守恒;
空间旋转对称(不变性)导致角动量守恒;
规范变换下电磁场的对称性(不变性)导致电荷守恒,等等。
随着研究的深入,发现较低层次的对称性有向较高层次的对称性演化的趋势,相应的较低层次的守恒定律在一定条件下往往不守恒,而是合并成较高层次的守恒定律,如:
机械能守恒定律→能量守恒和转化定律→质能转化关系;
1956李政道和杨振宁发现宇称不守恒→CP联合守恒;
1964年,克罗宁发现CP联合不守恒→ →CPT联合守恒。
由低级到高级,由特殊到一般,由表及里,由粗到细,这就是物理进化的规律。
(3)物理学家追求的第三个目标是理论与实验的统一。物理学中有一个准则,就是检验理论的客观标准,无非就是实验。很多物理学家往往对不断涌现的新理论持怀疑态度,但一旦被实验证实,他们就转向新理论的一边。但是,这里也要指出,并不是所有的实验都是正确的。个别实验难免会有失误或意想不到的错误,一定要谨慎对待。爱因斯坦在处理考夫曼的电子质量随速度变化的实验结果时,采取了正确的态度。实验是检验理论的标准这种说法没有错,应该全面理解。检验理论的标准不是指一个具体的实验,而是应该说这个实验作为一个整体对检验理论起作用。
6.想办法就是从资深科学家的创新活动中学习如何处理问题。例如:
他们是如何抓住新的课题,从而把握科学发展的新趋势,发现新的规律和现象的?
他们是如何学习前人,总结历史经验教训,寻找新路的?
他们如何对待矛盾,从矛盾的对立中找到突破口;
他们是如何设计一个新的实验来得到一个决定性的实验结果的?
具体的研究方法也值得借鉴:
对比法是探索新现象规律的常用方法。人们利用移植大大加速了新兴领域的发展;
理想实验是科学推理的重要手段,归谬法也是逻辑推理的有力工具。
有各种各样的方法。为了达到某种目的,我们可以用这种方法或那种方法,因势利导,辩证开药,通过对物理学史的学习进行比较,从而借鉴前人的活动,在以后必要的时候借鉴。你平时注重学习和研究,到了关键时刻,就会发挥应有的作用。电子衍射的发现者之一G.P .汤姆逊指出:“研究科学史的理由有很多,最好的理由是从典型事例中看到科学发现是如何产生的。我们需要知道很多例子,因为有各种各样的路,很难找到任何捷径。”
七、寻找榜样,当然包括从各种典型案例中寻找典型人物,引为自己的榜样,树立为自己的学习榜样。我这里指的是更广泛的意义,不仅包括科学家的研究和创业,还包括他的一生。伟大的科学家也是人。他们从小到大,各有各的成长过程。他们的成长之路对学生和老师都有特殊的参考价值。科学家也有自己的情绪。他对待困难和逆境的态度,他对名誉的看法,他的坚忍不拔,顽强拼搏,他灵活多变的作风,他敏锐的观察力和洞察力,他对祖国和人民的热爱,他的奉献精神等等。,都是值得学习和借鉴的。
榜样的力量是巨大的。当然,我们可以把他们成功的共同要素抽象出来,提炼成几条座右铭,但重要的不是现成的结论,而是真实的经验,成为我们自己的信条。所以你要从自己的经历中学习,真正做到心服口服。最好能深入了解一两个物理学家,以他们为榜样,并在自己的实践中努力效仿,这样才能获得激励自己的力量。
1986诺贝尔化学奖得主李远哲说,他以前爱读科学家传记,其中居里夫人尤其令他感动。
杨振宁在一次演讲中说:“学生们经常问我做物理工作成功的关键是什么?我认为这些要素可以概括为三个P:
感知、坚持和力量。
“知觉”——视觉,看到什么东西,就要抓住不放;
“坚持”——坚持,看到对了就坚持;
“力”——力,有了力,就能闯关,遇到困难就要突围。①
爱因斯坦有一句名言,你可能已经知道了。有人问他成功的“秘诀”,他写了一个公式:
A=X+Y+ZA代表成功,X代表努力,Y代表方法正确,z代表少说空话。这个公式概括了爱因斯坦的科学生涯。
1979诺贝尔物理学奖获得者、弱电统一理论的提出者之一温伯格说,物理学家的一个很重要的品质就是“冒犯”——“冒犯”自然。
学习物理学的历史比阅读科学家的传记更深刻和全面,因为我们可以从科学发展的历史背景中了解科学家的一生、他们的活动和他们的作用。我们要正确认识人物的历史作用,不要盲目崇拜,不要把伟大的科学家神秘化,认为他们远远落后,高不可攀。他们确实比我们强,但也不是不能学。当然,他们未必有机会做出那么大的贡献,但他们的精神总能运用到各种岗位上,指导你根据自身条件做出相应的成绩。
最后一点就是把自己放进去,这样对物理学史的学习才能形成推动你进步的动力。
学习物理学史,应该会有一种亲切感,仿佛身临其境。那些历史人物和事件活生生地再现在你面前。你可以问问自己,如果当时遇到这样的问题我会怎么做,或者今天遇到类似的事情我该怎么做?
当然,由于时代不同,前人的情况也会和我们大不相同。但只要用历史的眼光,对历史条件进行恰当的分析,还是可以从中汲取智慧的。
学习物理学史可以开阔我们的视野,活跃我们的思维。
研究物理学史也要和我们自己的使命联系起来。我们认识到科学与社会的关系,自然会增加发展中国科学事业的紧迫感。我国起步比别人晚,要研究别人的发展历史,了解别人走过的路,才能迎头赶上,不重蹈覆辙。