物理學發(fā)展的趨向

 從十七世紀以來，在物理學的發(fā)展中，本體論的思想是根深蒂固的。這種思想認為，自然界是由某些基本物質組成的，這些基本物質的特性和行為，構成了自然界形形色色的物理現(xiàn)象；一旦了解了這些基本物質以及它們的運動所遵從的規(guī)律，物理現(xiàn)象就可以得到本體的說明。原子、以太以及各種“無重流質”的假設，都充當過這種基本物質；具有波粒二象性的電子，在量子力學中也成為構成現(xiàn)象的這種本體基礎。原子物理學的發(fā)展以及量子力學的建立，使不少人認為利用電子、原子和分子概念來最終說明包括物理現(xiàn)象在內(nèi)的一切自然現(xiàn)象的目標是可能實現(xiàn)的。這種帶有普遍性的想法從兩個方向進一步促進了現(xiàn)代物理學的研究：一個方向是從原子核、基本粒子向更深層次的結構成分及其作用的探索，這構成了粒子物理學的研究對象，它和廣義相對論的結合，又促進了天體物理學的發(fā)展；另一個方向是通過分子、原子以及電子的運動和作用來說明物質各種各樣宏觀性質的研究，它包括了凝聚態(tài)物理的廣闊領域，并且由于向生物學的滲透，促進了生物物理學的發(fā)展。這些重大進展使物理學的研究領域得到了很大的開拓，并構成了現(xiàn)代物理學的各個前沿。在這些領域里，許多物理現(xiàn)象和規(guī)律還沒有被我們所認識，對它們的研究，無疑會為現(xiàn)代物理學的發(fā)展發(fā)掘出許多新的生長點。

 二十世紀的物理學呈現(xiàn)出高速發(fā)展的狀況，其內(nèi)容之豐富，思想之深刻和觀念之新穎，遠非過去物理學發(fā)展的各個歷史時期所可比擬?，F(xiàn)代物理學遠遠超出了宏觀物體緩慢運動的范圍。從微觀領域來說，已經(jīng)深入到原子內(nèi)部、基本粒子內(nèi)部，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大小不斷減小、能量不斷增加的許多連續(xù)的層次原子、原子核、基本粒子、夸克等，已經(jīng)達到10^-14厘米以下的線度。目前還無法預見這個層級鏈條有沒有一個終端。從宏觀領域來說，人們的視野已經(jīng)擴展到半徑為150億光年的宇宙范圍，依次突破了銀河系、星團、星系和總星系的領域。所以，對物質內(nèi)部結構和特性的認識，都發(fā)生了重大的變革。物理學的一系列成果在理論思想上突破了原子不可分、元素不可變的觀念，運動只具有連續(xù)性的觀念，絕對時空觀念以及機械決定論的局限性；提出了量子態(tài)、波粒二象性、幾率決定性、四維時空與彎曲時空、實物與場的聯(lián)系和轉化以及宇宙膨脹的思想，物理學基本觀念和理論基礎發(fā)生了質的飛躍。

 由于研究工作日益向縱深推進，包括物理學在內(nèi)的所有科學的一個共同趨勢是分化愈來愈嚴重，分支學科與日俱增和專業(yè)化愈來愈強。熟悉物理學全部學科的精確知識，并了解物理學各個前沿領域研究的具體進展是愈加困難。這一趨勢是不可逆轉的。但在理論思想上，追求統(tǒng)一和走向統(tǒng)一，從更高的角度對各種理論進行更大范圍的綜合，卻成為現(xiàn)代物理學發(fā)展中一個頗有成效的總方向。由于各種物理現(xiàn)象的本質愈來愈充分地得到了揭露，傳統(tǒng)的各個物理學學科研究領域之間的本質聯(lián)系也更充分地顯示出來。質量與能量、實物與場、粒子與波、時間與空間、時空與物質運動、微觀過程與宇觀現(xiàn)象之間的聯(lián)系，已經(jīng)構成現(xiàn)代物理學各種基本理論的內(nèi)容，各種物理學理論之間也呈現(xiàn)出極其深刻的交織與滲透。對四種基本相互作用統(tǒng)一的追求與探索，已成為帶動整個物理學基礎理論研究進步的重要前沿。

 從十七世紀以來，物理學的理論和研究方法就不斷地向其它學科移植滲透，對其它學科的建立和發(fā)展起到了有力地推動作用。這種趨勢在二十世紀三十年代以后明顯地得到增強，相繼產(chǎn)生了一系列物理學的新部門和邊緣學科，如量子化學、生物物理學、天體物理學和廣義相對論宇宙學等，這些學科大多數(shù)也成為現(xiàn)代物理學發(fā)展的前沿，并且給現(xiàn)代科學技術的發(fā)展提供了新思路和新方法。

 在十九世紀末的經(jīng)典物理學中，曾經(jīng)出現(xiàn)過普遍認為基本規(guī)律都已被發(fā)現(xiàn)了的樂觀和保守的情緒，二十世紀初的現(xiàn)代物理學革命，完全推翻了這種預料；而現(xiàn)代物理學空前的高速度的發(fā)展，再沒有為那種保守觀點的重新抬頭提供任何證據(jù)。實際上，我們今天所已掌握的物理學知識，比起整個物理世界可能向我們提供的信息來說，還是極其有限的。例如，粒子物理學的發(fā)展雖然已經(jīng)獲得了輝煌的成果，但它的基本規(guī)律還未探明，這個領域的探索是以可能尋找到超出量子力學范圍的新的規(guī)律性為其目標的。尋求四種相互作用統(tǒng)一的努力，很可能會被新的基本相互作用的發(fā)現(xiàn)而引向渺遠。對于宇宙的構成、天體的演化以及有關生命現(xiàn)象的物理學實驗和理論的研究還是剛剛開始。

 可以期待，今后物理學的變革，完全有可能出現(xiàn)對現(xiàn)有的物理學基本理論產(chǎn)生根本性沖擊的新的突破。隨著科學實驗的發(fā)展，任何已有的理論都要不斷發(fā)展，甚至會徹底更新，不存在什么絕對不變的終極真理。坂田昌一在1968年的論文《現(xiàn)代科學的哲學和方法論》中指出，現(xiàn)代科學的特點是：它認識到任何科學規(guī)律都有一定的應用范圍，自然界的各個層次在性質上互不相同，各自遵循它自身的規(guī)律，而且每一個層次都永遠處于發(fā)現(xiàn)、消滅和轉化之中。物理學近年的發(fā)展更增強了這種看法。