李振伦:科学与伪科学的一个重要界限

——对应原理与科学创新

2018-02-28 23:09 来源:《河北学刊》 作者:李振伦

An Important Distinction Between Science and Pseudoscience ——Correspondence Principle and Scientific Creation

 LI Zhen-lun (Philosophy Institute,Hebei Social Academy,Shijiazhuang 050051,China)

 

  内容提要:伪科学经常以激烈鼓吹“突破”和“创新”的面目出现,实际上它们鼓吹的是一种完全抛弃科学遗产、与以前的人类知识完全割裂的所谓“创新”。伪科学是以“突破”和“创新”为名,来逃避与科学与逻辑与常识的接轨和对话。应该有一些原则或规则,来把科学创新与伪科学的所谓“创新”相区别。玻尔提出的“对应原理”就具有这种性质,它为科学创新提出了一种制约性的要求,使得能够把科学同伪科学区别开来。

  Pseudoscience often appears as"breakthrough"and"creation".At heart,it abandons scientific heritage completely and breaks itself away from human knowledge.Its purpose is to evade scie-nce and logic.Some principles and regulations should be made to draw a line between science and pseudoscience.The correspo-ndence principle put forward by Pier possesses this quality which gives a restrictive demand for scientific creation,tell-ing science from pseudoscience.

  关键词:科学/伪科学/对应原理/科学创新/science/pseudoscience/correspondence principle/scientific c-reation

 

  伪科学经常以激烈地鼓吹“突破”和“创新”的面目出现,它们把自己的那些明显与科学相背离的东西说成是“新的科学”,是以往的科学还没有认识到、还说明不了和解释不了的新的东西。它们试图以“突破”和“创新”为借口来回避与科学对话。笔者认为,玻尔提出的“对应原理”,具有普遍的方法论意义,它为科学创新提出了一种制约性的要求。是否能够满足这种要求,为科学与伪科学在“创新”问题上划出了一条重要的分界线。

  一、“对应原理”的普遍意义

  在实验科学理论中,经常提出一些原则或原理,它们本身不含有具体的科学内容,既不传达关于事物性质和规律的实证信息,也不讲述关于宇宙人生的思辨哲理,而只是对理论构造方式提出某些要求。例如,伽利略—爱因斯坦的“相对性原理”,一直为古今众多科学家所重视的“简单性原则”,彭加勒、狄拉克等许多人经常谈论的科学美学原则,等等,它们在本质上既不属于实验科学定律,也不属于哲学原理,而是一些规范科学理论性质的元理论定律。著名物理学家尼耳斯·玻尔在量子革命中提出的“对应原理”也属于这种性质。对应原理表述了科学理论发展中的一条重要规律,即新理论和旧理论之间的关系的规律性。它要求:新理论必须能够把旧理论作为自己的一种特例或极限情况而包含于自身之中,使得在原先旧理论曾经适用的那些领域,新理论与旧理论能够取得一致。简单地说,就是要求:新理论必须能够在某种极限情况下过渡到旧理论。

  玻尔关于对应原理的讲述,在他的文章中到处可见,现将原文引录几段于下:

  把量子论看成经典理论的合理推广的那种企图,导致了所谓对应原理的陈述[1](P51)。

  对应原理所要求的原子属性和经典电动力学之间的渐近式的联系……意味着,在量子数很大的极限情况下,相邻定态之间的相对差将渐近地变为零,这时,电子运动的力学图景是可以合理地应用的[1](P61)。

  人们要求,在作用量子可以忽略不计的那种边缘区域中,量子力学的描述要和习见的描述直接汇合起来。在量子论中应用经过再诠释的每一经典概念的那种努力,在所谓对应原理中得到了表现;这种再诠释应该满足上述要求,而并不和作用量子不可分性的公设发生分歧[1](P79)。

  对应原理……起源于在原子过程的统计解释和经典理论的预期结论之间寻找最密切的可能联系的工作;而经典理论在一种极限情况下是应该成立的,这种极限就是,在分析现象的一切阶段中,所涉及的作用量都要远远大于普适量子[2](P39)。

  光谱和运动之间渐近一致性的证实,导致了“对应原理”的陈述;按照这一原理,和辐射的发射有关的每一跃迁过程,其可能性是受到原子运动中一个对应谐和分量的存在的制约的。不但是各个对应谐和分量的频率在定态能量所趋近的极限下将渐近地和由频率条件得出的数值相符,而且,在这一极限下,各力学振动分量的振幅,也给各跃迁过程的几率提供了一种渐近式的量度,而各个可观察谱线的强度就是依赖于这些几率的[1](P28)。

  对应原理作为借助经典理论来猜想和推测量子规律的一个指导原则,起初在玻尔那里曾被强调必须把它“纯粹地看成一条量子理论的规律”[3],是指原子定态跃迁与根据经典理论预期的原子运动的谐和分量对应,跃迁的几率与相应的谐波的强度对应。玻尔把个体跃迁过程各自和原子级粒子的一个运动谐和分量联系起来,把跃迁几率与相应的谐波的强度对应起来,这些具体内容的确是纯粹属于量子论的;但是,玻尔同时指出,在猜测和确认这种对应关系的时候,必须始终遵循着一个原则,就是量子理论一定要能够在一种极限情况下导出与经典理论一致的结果。这一原则具有普遍性的方法论意义。

  后来,玻恩、海森堡、罗森菲耳德、玻姆等人,又对对应原理进行过阐发。后来的人们,一般都超出了玻尔对应关系的具体内容来看待对应原理,人们都更加看重这个原理的一般方法论意义,并把这种方法论的意义推广到其他一切理论的普遍领域,使其成为一个普遍原理。作为“哥本哈根学派的主要发言人”的罗森菲耳德认为,对应原理的源头可以追溯到瑞利勋爵(1900)的提示。瑞利指出,按照经典的能量均分定理研究空腔辐射所得出的公式表明,经典理论所预见的结果在足够小的频率的极限情况下应该继续成立[4](P57)。显然,这样理解对应原理,就超出了玻尔所思考的对应关系的内容,而强调了这个原理的一般方法论意义。

  玻恩在介绍海森堡(1943)的S矩阵理论时也谈到对应原理。在海森堡的理论中存在一个绝对长度a(~10[-13]厘米)和绝对时间τ=a/c(~10[-24]秒)。玻恩说,“根据对应原理,S矩阵理论在绝对长度或绝对时间不起重要作用的情况下必须过渡到通常的哈密顿理论”[5](P160-162)。这里也超出了玻尔的对应关系,而只注重对应原理的一般方法论意义。

  玻姆对对应原理的论述颇多。他指出,对应原理“首先是由玻尔提出的。对应原理说,量子物理的定律必须这样来选择,即在涉及众多量子的经典极限下,量子定律的平均结果应导致经典方程”[6](P36)。“尽管量子理论和经典理论很不相同,通过对应原理在它们之间还是建立起了非常密切的关系,据此,按照量子理论要过渡到正确的经典极限这一要求,就能确定量子理论的一般形式。”[6](P69)他并且说,迄至目前,量子理论与实验结果完全相符。以后,在某个新的领域中总会有可能发现量子理论的预言是错的,“这种情况倘若一旦发生,我们就不得不要从根本方面修改量子理论,但这时应当这样来修改:即在我们迄今所遇到的一切现象中,新理论在极限情况下要过渡到现有的量子理论”(6)[P137]。

  目前,在众多科学著作和文献中,都把对应原理理解为一个表述新旧理论之间的关系的普遍原理。这里所说的旧理论,是指曾由实验证明在一定的事实范围内适用,以后又遇到了不能解释的新事实的理论。这时候就需要产生新理论来取代原有的旧理论。一般来说,新理论的基本概念和观念与旧理论往往是不同甚至是根本对立的;然而,尽管有这种差异和对立,还是有可能借助对应原理把两者联系起来,联系方式就是,新理论必须能够在一种极限情况下过渡到旧理论。新理论趋合于旧理论的这种极限情况,也就是原先旧理论曾经适用的那些领域范围,新理论必须完全覆盖这些领域,并在这里与旧理论保持一致。于是看起来,旧理论就好像是作为新理论的一种极限情形,或者说是作为比新理论适用范围更小的一种特殊情况,被新理论包含于自身之中。

  从数学的观点看,对应原理所表达的关系可以理解为,新理论是关于实在的一种更加精确的描述,而旧理论则是忽略了一项高阶无穷小,从而是一种近似性的描述。在新理论中比旧理论多出这么一个项,体现着新发现了某种关于实在的新效应。在使得这个无穷小量趋于零的极限状况下,两种描述便趋于一致,这时候理论描述的是这个项所表达的效应不重要或者不明显,从而可以忽略的那种情况;而在远离这一极限的情况下,该项所表达的效应将不能忽略,新理论应给出与旧理论不同的描述。所以人们又经常说,旧理论是新理论的极限近似,即它作为新理论的一个极限情况,是对实在的近似描述。我们通常所说的旧理论的适用范围,实际上是旧理论描述所达到的近似程度足够高的领域范围。

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(责任编辑:李秀伟)
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