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有了创新,不一定有发现;没有创新,一定不会有发现。一切创新都是继承前人成果的创新,同样,仅仅继承了前人的成果,不一定获得创新,专注、灵感和运气是创新的一些要素。在科技史上有很多继承与创新的生动事例。举出的第一个事例是爱因斯坦发现了光电效应方程。光电效应不是爱因斯坦发现的,光电效应方程则是爱因斯坦的发现。爱因斯坦发现的光电效应方程与许多科学家“零零碎碎”的实验和理论探索有关,主要与两位科学伟人的研究成果有“强相互关系”,一位科学巨匠是赫兹,另一位科学巨人是普朗克,可以认为两位杰出的科学家用他们的肩膀托起了发现光电效应方程的爱因斯坦。
光电效应首先由德国物理学家赫兹发现,这一发现对量子理论的诞生起了关键作用。光照射到某些物质上,引起物质的电性质发生变化,光能转换成电能,这种现象被称为光电效应,它是1887年赫兹在检验麦克斯韦电磁理论时偶然发现的,他当时看见:两个锌质小球中的一个用紫外线照射时,在两个小球之间非常容易跳过电花。就像爱因斯坦最大的成就不是发现了光电效应方程,而是发现了广义相对论一样,赫兹的最大成就不是发现了光电效应,而是验证了电磁波。广义相对论离我们很远,实际用途不多,而电磁波离我们很近,实际用途广泛,比如:移动手机实际上是一部电磁波接收器。1900年,德国物理学家普朗克在研究电磁辐射的能量分布时发现,只有假定电磁波的发射和吸收不是连续的,而是一份一份地进行的,才能符合对黑体辐射曲线的解释,不仅黑体和辐射场的能量交换是量子化的,而且辐射场本身由不连续的能量子组成,每一个能量子的能量与辐射场的频率有关,而与它的强度(振幅)无关。
两位德国科学家赫兹和普朗克:一个发现了光电效应,另一个发现了普朗克定律,第三位“出场”的德国科学家就是爱因斯坦,他根据普朗克能量子假说,进一步提出了光量子、或光子的概念,对光电效应做出了决定性的贡献,获得1921年的诺贝尔物理奖。1905年,爱因斯坦在《关于光的产生和转化的一个启发性观点》一文中,用光量子理论对光电效应进行了解释,他认为当光子照射到金属上时,它的能量可以被金属中的电子全部吸收,电子吸收的能量足够大,可以克服金属内部的引力做功,从金属表面逃逸出来,成为光电子。显然,爱因斯坦不是简单地将赫兹对光电效应的发现和普朗克的能量子理论结合起来,揉捏成一个“拼盘”,而是用光量子替代了能量子理论,用光量子理论成功地解释了光电效应现象。
第二个事例是马克思发现了唯物辩证法。爱因斯坦在自然科学领域有许多的发现,但是主要的发现有两个:光电效应和相对论。同样,马克思在社会科学领域有许多的发现,但是主要的发现有两个:唯物史观和剩余价值学说。马克思发现唯物辩证法与爱因斯坦发现光电效应方程遵循了同样的科学发现规律,两位科学巨人在不同的科学领域树立了伟岸丰碑,达到的科学成就迄今难以超越。辩证法不是马克思的发现,德国哲学家黑格尔是辩证法的集大成者,马克思论述的辩证法“三大规律”与黑格尔的表述没有根本的不同,但是,黑格尔辩证法建立在绝对唯心主义的基础上。唯物主义也不是马克思的发现,另一位德国哲学家费尔巴哈是唯物主义哲学的继承者,马克思论述的唯物主义与费尔巴哈的词汇没有太多的不同,但是,费尔巴哈唯物主义的本质是僵化的、机械的、形而上学的。马克思的唯物辩证法克服了黑格尔的唯心论和费尔巴哈的形而上学,创立了科学的哲学——唯物辩证法,不仅如此,马克思将唯物辩证应用到历史的研究,发现了唯物史观。显然,马克思不是简单地将黑格尔的辩证法和费尔巴哈的唯物主义结合起来,拼凑成一个“杂家”,而是用辩证的唯物论彻底改造了费尔巴哈和黑格尔的哲学,创立了一门崭新的哲学。
三位德国科学家和三位德国哲学家的故事可以写成几十大卷的书,值得我们用一生的时间去,我们在一篇文章中只能讨论某种科学发现的规律性,用以说明科学发现中继承与创新的相互关系。爱因斯坦光电效应方程式的发现离不开赫兹和普朗克,同样,马克思唯物史观的发现也离不开黑格尔和费尔巴哈。从六位德国自然和社会科学家各自发现的历程中,我们可以清晰地看到科学发现本身的规律,发现的规律基本符合辩证法,即:在继承的基础上创新,在创新的过程中继承。昨天的继承激励了今天的创新,而今天的创新沉淀成明天的继承。现在,用创新的规律来分析一下本人在科学哲学研究中一点创新,即:波粒二象性和量子纠缠理论存在等效性和互补性。物理学家从未用量子纠缠理论来解释波粒二象性,他们已经提出了在量子力学中非常成熟的两种理论,大量的、反复的实验基本证明了量子纠缠和波粒二象性,那么这两种理论之间存在相互解释的可能吗?可不可以将粒子性和波动性的共存现象理解为一种量子纠缠?如果能解释两大理论的等效性和互补性,那么将对物理学家的创新思维带来深刻的影响,至少体现了一种物理哲学的创新思路。
德国物理学家赫兹为了检验麦克斯韦的电磁理论而发现了光电效应,光电效应只能用物质的粒子性来解释,而电磁理论适合用物质的波动性来解释,可以说赫兹为了检验物质的波动性,却发现了物质的粒子性。如果我们承认量子纠缠规律,那么我们不能说物质的粒子性和波动性是可以分割的,只能说在麦克斯韦的电磁理论中,物质粒子主要表现为波动性,而在光电效应理论中,主要表现为粒子性。完全脱离“纠缠态”的物质粒子是不可思议的,在一般纠缠态的情形中,像光子和电子一类的粒子可能同时处于波动性和粒子性的“叠加状态”,比如:在光子和电子的“双缝实验”中,如果观察者的眼睛光线干扰了实验,那么光子和电子表现为粒子行为;如果观察者的眼睛光线没有干扰实验,那么光子和电子表现为波动行为。目前的纠缠理论只是解释两个、或多个粒子之间的相互作用,本人有创新的见解是:也许在单个粒子的粒子性和波动性之间存在相互作用,这种相互作用的本质就是量子纠缠,解释单个粒子内部的纠缠现象在物理学的思想史上还是第一次,这种大胆而创新的思想需要实验的检验。也许存在一个波粒二象性和量子纠缠等效性、互补性的方程式,就像存在一个光电效应方程式一样,谁知道昵?让物理学的理论和实验告诉未来。
(邓如山2016-11-3)
(Wave-particledualityandquantumentanglementexistsequivalenceandcomplementary.)
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