



机械波零点困难,这一不知出自何人、何时的物理疑难,从模型的建立,至对波方程项的物理意义理解,再至对机械波原理的理解,都存在着不同程度错误。整个推导过程也未涉及难懂的数理理论,但却造成了物理学上的重大疑难,且一直作为大学物理教材的标准内容,而未见质疑只见强行解释 [3] 。虽然其没有对后来的理论或工程实际产生直接影响,但这种无视基本物理定律的理念,却被延续了下来,以至引出对自然法则的公然背叛,如一个粒子同时穿过两条狭缝、现在决定过去等玄学观念。尤其是国内学界将各种悖论称为佯谬(意为“假的错误”。此文理不通的词汇,能成为物理学专属名词,显然极为荒谬。为照顾习惯,后文仍继续使用“佯谬”一词),视疑难为合理存在。这使得作为最基础学科的物理学,已严重偏离了正常的科学轨道,是现代物理学亟待解决的问题。
本章的信息量虽然不大,但这其中所隐藏的错误类型,在现代物理学的许多领域,几乎都有其影子,权作是对全书的抛砖引玉。下面再从科学理论的基本构成,剖析产生疑难的深层原因。
科学理论是由众多的逻辑单元构成,一个单元既可以是理论的最基本构成元素,也可以是对整个理论的高度概括,如图1-4。其中,前提为前一个单元的结果,结果为后一个单元的前提,推理过程也可再分解为若干单元。由此可知,要得到正确的结果,前提及推理过程皆不允许有任何差错,否则后续某单元的结果,必会与前面某单元的前提发生冲突。就是说,一个正确完美的理论中,任何一个单元的结果或前提,都不允许与任何一个单元的前提或结果发生冲突,这就是逻辑的自洽性。由此可知,亚里士多德提出的形式逻辑,是科学理论产生的源头。
图1-4 构成科学理论的逻辑单元
数学的逻辑结构,虽然也符合图1-4,但只是要求前提和推理过程无差错,便可认为结果是正确的,而检验结果正确与否的标准,只有逻辑的自洽性。由于数学无需实验的验证,所以数学不属于科学范畴。但对于物理学,则不但要求前提正确及推理过程无差错,还要求前提必须符合实验,且必须完备(如受三个力作用的某物体,如果只知道其中两个力,便不能得到正确的运动方程),如此才能得到符合实验的正确结果。由此可知,物理同数学一样,都必须保证逻辑的自洽性。在推理过程中,当物理符合数学条件时,完全可以利用数学进行精密推算。可见,数学只是对物理的补充,是运算工具,数学不可凌驾于物理学之上。
随着物理学的更加抽象化,前提的完备性和推理过程,难免会产生纰漏,所以结果的正确性必须经过两种方式的检验:①符合实验,②逻辑自洽。两者之中的任何一项得不到满足,便说明前提或推理过程必存在差错,其结果也必然不会正确,并随着理论的深入而产生物理疑难。科学理论之所以具有强大的生命力,正是因为其结果的可验证性,从而达到自我修正的目的,并不断逼近真理。
随着物理学向极微、极广领域的深入,实验对理论的验证变得越来越困难,以致产生了许多离奇的非科学观点,如观察时是粒子不观察时是波等。如此,逻辑的自洽性便成了检验理论正确与否的重要标志。受量子理论的影响,目前学者们对疑难的认识很是模糊,多是关注某种说辞或数学“游戏”,少有人关注对疑难的解决。这种坐视物理疑难存在而不积极设法解决的现象,是物理学研究的倒退,也是近百年来物理学没有重大突破的真正原因。
疑难的产生并不可怕,可以留给后人去解决。可怕的是对疑难的一味掩饰,而错过了及早消除的良机,更浪费了后来学子们的宝贵时间,以及养成错误的思维方式。正视疑难,承认不足,是每一个科学工作者必须具备的品质。
任何理论,尤其是科学理论,一旦发现疑难,就必须积极着手解决,但解决的办法绝不是为了某种说辞(这极易造成对实验现象的曲解),而是为了揭示事物本质的内在联系。通过本书将会看到,一切疑难的产生,皆源于前提的不完备,或推理过程中存在错误。可见,彻底解决掉物理疑难,是物理学健康发展的根本保障。
参考文献
[1]张三慧. 大学物理学-第四册,波动与光学[M]. 北京:清华大学出版社,2001:67-68.
[2]南京工学院等七所工科院校编,马文蔚,柯景凤改编. 物理学,下册[M]. 北京:高等教育出版社,1982:63-65
[3]张栖宁,冯杰,苏秋霞等. 机械波动能与势能同步问题的深入分析. 物理通报[J].2014年05期,46-52