历史是一面最好的镜子

古语云：“以铜为鉴，可以正衣冠；以史为鉴，可以知兴替”。世纪之交波澜壮阔的物理学革命能够给我们什么启示呢？

一、 科学是一种在历史上起推动作用的、革命的力量。

恩格斯在马克思安葬时的墓前演说中讲道：“在马克思看来，科学是一种在历史上起推动作用的、革命的力量”。世纪之交的物理学革命证明了马克思主义的这一光辉论断。

这里所说的科学指的是自然科学。科学之所以能成为在历史上起推动作用的革命力量，首先就在于它同社会生产力之间存在着不可分割的关系，它为生产力的发展不断提供新的生产工具，开辟新的生产资料领域，并给劳动者以新知识和新技能的武装，而且它在变革生产关系中也具有积极的作用。

某些重要的科学进展往往被人们视为生产力发展和某一社会形态的重要标志。人们不是常把我们的时代称为“原子能时代”、“电子时代”、“太空时代”吗？可是，这些时代的产物都是在物理学革命的成果的基础上发展起来的。

人们认为科学是改造自然的武器，这是正确的，也是显而易见的。但是，也应当看到，科学所提供的日新月异的物质技术手段，它所创造和发展的科学思想、科学方法、科学精神，也日益成为改造社会、改造自身的强大武器。

例如，在物理学革命前夕和初期，蔑视理论和理论思维的实证主义在科学家当中有广阔的市场。但是相对论和量子力学中的“四维世界”、“弯曲时空”、“质能关系式”、“波粒二象性”、“几率波”、“Ψ函数”等等，哪一个没有纯粹思维的痕迹呢？哪一个不是辩证法的生动体现呢？出现在科学家面前的已经远远不是一个赤裸裸的本来的自然，而成为马克思所说的“人化的自然”。

经过物理学革命，不少物理学家认识到：“发展理论物理学的方法是辩证法，其立足点是唯物论”。特别是在日本，辩证唯物主义广泛渗透到物理学家中间，第一流的物理学家汤川秀树、武谷三男、板田昌一、宫原将平等人都在研究中自觉地运用自然辩证法。这除了社会背景因素而外，也可以说，世纪之交的物理学革命为他们准备了容易接受新思想的土壤。

二、科学的发展是波浪式的，而不是直线式的，既有量的积累，也有质的变革。

长期以来，科学的历史被视为一堆轶事和年表的堆砌，科学的发展被当作把不同货色的知识积累到理论货栈中。世纪之交的物理学革命表明，这种科学史观是不符合科学发展实际的。

还在物理学革命进行之中，彭加勒就提出了他的“危机—革命”观。经过物理学革命的洗礼，爱因斯坦认为，科学的发展既不是“一些定律的汇集”，也不是“许多各不相关的事实的目录”。在科学的开拓工作中，“最初和最基本的步骤总是带有革命性的”。差不多科学上的重大进步都是由于旧理论遇到危机，“在实在跟我们的理解之间发生剧烈冲突时诞生的”。只是在这种冲突激化之前，当科学沿着已经开辟的思想路线继续发展的时候，它才“带有进化性”。

在二十世纪六十年代初期，托马斯·库恩通过对科学史的多年潜心研究，在他的《科学革命的结构》一书中提出了一个比较完整的科学发展模式。在库恩看来，科学并不是以某种不变的速率在发展着。相反地，存在着一个相对短暂的所谓“革命”时期。在这个时期，革命前占优势的思想规范(或者用库恩的话来说是“范式”)被推翻，并被新的范式所取代。

在两次革命之间，有一个较长的所谓“常规科学”时期。在这个时期，新范式被发展、被应用。同时占统治地位的范式也逐渐暴露出无法使人满意的地方，不断产生“反常现象”。大量反常现象的涌现导致“危机”，危机是新理论诞生的一种适当的前奏，是科学革命的前兆。库恩的科学发展动态模式是：前科学→常规科学→危机→科学革命→新的常规科学……

尽管库恩的范式概念十分模糊和庞杂(据有人统计范式共有二十一种用法)，尽管他的科学发展模式并不能囊括各学科在各个历史阶段的发展过程，但是这一模式客观上揭示了科学发展由量变到质变的规律，强调科学革命在科学发展中的地位和作用，这些都是值得充分肯定和认真借鉴的。

彭加勒、爱因斯坦的科学发展观，特别是库恩的动态模式比较恰当地描述了物理学的发展史。可以毫不夸张地说，物理学诞生于哥白尼、牛顿革命。这场革命可以说(当然是很粗略的)发生在1543年(以哥白尼的《天体运行论》一书的出版为标志)和1687年(这年牛顿的《原理》出版了)之间。在这百余年间，物理学经过伽利略、开普勒的初创和惠更斯的进一步发展，最后由牛顿集大成。

这次革命之所以持续时间较长，其一是因为它要摧毁亚里士多德的自然哲学教条，这些教条在将近两千年间一直禁锢着人们的头脑，并始终被经院哲学当作不容争辩的真理；其二是当时科学成果和思想的交流受到种种条件的限制，远不如以后那样频繁和自由；其三是因为它要总结人类有史以来的物理学知识，创立一门真正的新学科。

在哥白尼逝世时，任何一个欧洲人所了解的物理学知识是否象阿基米德那样多，还是值得怀疑的。然而，到这场革命终结，经典力学已经牢固地确立起来了，能够说明天上、地上所遇到的一切力学现象，这在早先的岁月里是做梦也想不到的。照这样看来，百余年的革命并不算长。

其后出现了两百多年的常规科学时期。在这个时期里，经典力学发展到具有精致而完美结构的阶段，经典光学、热学、电磁学也在经典力学的理论框架内建立起来了。但是到十九世纪末，接二连三的反常现象导致了物理学危机，从而爆发了第二次物理学革命。这次革命发生在世纪之交，讲得具体一点，也许可以说是从1895年X射线的发现到1928年相对论性电子运动方程的提出，历时三十余年。

三、科学革命的实质就是科学观念的根本改造，与此同时，也伴随着理论体系、自然观、科学方法等的全面变革。

在爱因斯坦看来，一切理论科学总是力图用尽可能少的基本概念和逻辑上互不相关的基本假设(基本原理)为基础来建立理论体系。这些基本概念和基本假设就是科学观念，它们构成了科学理论的逻辑基础和基本框架。科学观念的提出离不开以观察、实验为基础的感性经验的启示，但在很大积度上却包含着科学家的思维的自由创造。科学革命实质上就是科学观念的根本改造。爱因斯坦的这些观点是切中要害的。

列宁说过：“……革命是一种最基本最根本地摧毁旧事物的改造，而不是审慎地、缓慢的、逐渐地来改造旧事物，尽可能少加以破坏”。列宁这段话里也有“根本”二字。因此，需要强调的是，科学革命是科学观念的根本改造，而不是局部的、表面的改造，也就是说，在摧毁了的旧科学观念的废墟上建立新科学观念，并进而构筑新理论体系，而不是改良或修补。因而，科学革命也必然表现为一种整体性的革命。

在热力学和电磁学的建立过程中，虽然也曾引入了一些新的基本概念和基本原理(热力学第二定律、场)，它们本来与经典力学不相容，但最终还是被纳入经典力学的理论框架之中。因此，热力学和电磁学的建立不能看作是一次革命，至多只能看作是一种局部性的变革。

并非所有的新实验和新理论都具有革命性，只有那些能引起科学观念发生根本改造的新实验和新理论才能引起革命的爆发。迈克尔逊—莫雷实验本来有可能成为革命的导火线，但在当时，它只是对静止以太说提出了异议，长时间人们对它一直没有作出正确的解释，它只是带来了麻烦，并没有引起革命性的变革。

射线的发现却触动了传统的物质不可入的观念，但是更重要的是，它迅速导致了放射性的发现，促使元素嬗变理论的提出，从而一举改变了千百年来原子不可分、不可变的旧科学观念，因此我们把它看作是世纪之交物理学革命的序幕。

出于同样的理由，爱因斯坦的狭义相对论是革命性的，而闵可夫斯基的四维时空理论只不过是爱因斯坦理论的合理外延。普朗克1900年10月提出的分布公式并没有引起革命，而同年12月作用量子假设的引入，却标志着物理学一个领域革命的开始。关于物理学革命，我们在这里显然强调了两点：一是物理学的基本概念和基本原理要得到改造，二是这种改造必须是根本性的。

科学革命并不是完全抛弃旧的理论，而只是政变了理论的基本框架，使新理论不仅能容纳旧理论所包含的全部知识，而且能容纳旧理论所不能包括的“反常”知识。而且，旧的科学观念也并非统统被废弃，其中一些只是丧失了自己以前独有的统治地位，从以前的不正确的、与事实不符的壳体中解放出来，被赋予新的意义，它们原有的真理颗粒继续被保留下来，并作为从属成分有机地溶入新科学观念中。

从世纪之交的物理学革命来看，基本概念和基本原理的改造通常有以下的方式。第一，彻底取代，如超距作用论被媒递作用论取代，原子不可分的观念被原子有内部结构的观念取代；第二，旧名新意，如经典理论中的质量、惯性、时间、空间等概念在相对论中已被赋予新的含义；第三，合理推广，如力学中的相对性原理在狭义相对论中被推广到光学和电磁学，在广义相对论中又被推广到加速参照系；第四，辩证综合，如光的微粒说和波动说被综合为波粒二象性，分立的粒子概念和连续的场的概念被综合为物质波的概念；第五，包容蕴含，如能量子概念否定了“自然无飞跃”的传统观念，但这只在微观现象中才显示出来，在经典系统中，由于h很小，使得分立的能量实际上无法区分，这时能量的连续作为极限情况被包括在新概念内；第六，标新立异，如光速不变原理、等效原理、几率波、测不准关系、泡利不相容原理等都是这样，在经典科学观念中没有与之对应的东西。

科学观念的根本改造必然导致整个理论体系的重建，导致自然观和科学方法的变革。例如，物理学革命的历史表明，适应于科学幼年时代的以归纳为主的方法把很大的地盘让给探索性的演绎法。在这里，尽管所观察到的事实无疑还是最高的裁决者，但是公理同它们的可证实的结论被一条很宽的鸿沟分隔开来，在没有通过极其辛勤而艰巨的思考把这两者连接起来之前，它不能作出裁决。因此，科学家必须自由发挥他的想象甚至幻想，才能超越二者之间的逻辑上不能逾越的鸿沟，建立起理论体系的逻辑基础，从而演绎出可供实践检验的具体结论。

四、科学的发展与政治、经济、生产、技术、思想文化等外部因素密切相关。但是，科学的发展也有其相对的独立性，它的发展的内在动力是实验和理论的对立统一、各种理论体系之间的对立统一，特别是后一种对立统一，在物理学革命中表现得十分明显，显示出日益增长的作用。

本书主要着眼于物理学的内部发展(科学内史)，很少涉及到外部因素的影响(科学外史)，但这并不是说外部因素无足轻重。事实上，物理学三个领域的革命之所以发端于德国(或广义地讲，是德语世界，因为爱因斯坦1901年己加入瑞士国籍，但是在1914年，他又从苏黎世迁居柏林，任威廉皇帝物理研究所所长兼柏 林大学 教授)，是有其深刻的社会背景的。

1789～1794年的法国大革命如电闪雷鸣般地震撼了德国，民主自由的呼声和民族统一的要求日渐高涨，德国资产阶级反封建的情绪日益加强，由君主政权实行的自上而下地把地主经济变为资本主义经济的改良运动也逐渐进行着。特别是1871年德意志帝国的建立(由二十二个邦和三个自由市组成)，为形成统一的国内市场和独立的经济体系创造了条件，促进了资本主义工农业的迅速发展。

十八世纪70～80年代，德国完成了工业革命，成为现代化的工业国。煤炭工业、冶金工业和机器制造业在欧洲处于支配地位，化学工业、电气工业、光学工业等新兴工业也在欧洲占优势地位。

德国科学家的兴隆时期是随着柏林大学成立(1809年)而开始的，一直到1933年希特勒上台时为止。在世纪之交，世界科学的活动中心是德国。而且，德国人在那个时代也具有理论思维的传统(康德、黑格尔、高斯等就是其中的杰出代表)，在自然科学走进了理论领域，这一点尤为重要，因为经验的方法在这里就不中用了，只有理论思维才能有所帮助。这一切，是物理学革命在德国爆发的必要条件。

以量子革命为例，这件事发生在德国绝非偶然。在十九世纪末叶，德国工业的发展促进了城市的繁荣，城市照明便成为一个急待解决的问题。煤气灯的网罩、白炽灯丝的亮度、能量的分布、标准光度的制定，尤其是照明的经济性都与热辐射有关。

从1870～1871年普法战争之后，德国从法国夺取了阿尔萨斯和洛林，这两个地区丰富的铁矿与德国鲁尔的煤矿区连成一片，大大加速了钢铁工业的发展，高温作业和加热技术都极其需要高温测量方法的研究。与英国不同，德国的工业革命姗姗来迟，由于没有旧技术、旧设施的拖累，所以具有采用新技术成果实现工业化的有利条件，也具有技术改良和工业教育的迫切要求。

1884年，以亥姆霍兹为所长的帝国物理技术研究所成立了，它很快就成为热辐射的研究中心，聚集了象维恩、卢梅尔等一批杰出的物理学家。假使没有这些客观条件，普朗克又怎能作出他的划时代的发现呢？

实验和理论的对立统一作为科学发展的内在动力是根本的，也是显而易见的。但是，世纪之交的物理学革命表明，各理论体系之间的对立统一也是科学发展的一种不可忽视的内在动力，它有时也会导致新概念或新理论的提出。从狭义相对论、广义相对论、光量子、物质波概念的提出都可以看到这一点。

之所以能这样，大体有几方面的原因。首先，客观世界是统一的，作为反映客观世界运动规律的理论必然具有某种内在的联系。这是从表面上的对立入手，追求本质上统一的理论的客观基础。其次，自伽利略、牛顿革命之后，物理学经过二百多年的发展，己形成经典力学、经典热力学、经典光学和经典电动力学等完整的理论体系，谋求它们的统一已具备了客观条件。最后一点是，到十九世纪末，物理学理论已发展到较高的水平，以归纳为主的方法正在让位给探索性的演绎法。作为演绎前提的基本概念和基本假设变得愈来愈抽象，愈来愈远离感觉经验。仅仅通过实验，用构造性的努力去发现真实定律是相当困难的，甚至是不可能的。着眼于各理论体系之间的对立统一，往往能创出新路。

各理论体系之间的对立统一能作为一种举足轻重的内在动力也与实验本身的“局限性”有关，其主要表现有以下几个方面。

第一，由于种种条件的限制，有关实验在一定的历史时期内不可能实现或一时难以完成。如果要等实验与现有科学理论发生尖锐矛盾时再立足于实验事实进行研究，势必大大延缓科学发展的进程。在这种情况下，从旧有理论体系之间的矛盾入手，往往能取得突破。这一点在相对论的诞生中表现得尤为明显。

第二，实验由于设备复杂、要求精度很高等原因，其他人往往难以重复，这样便难于及时得到科学界的公认和受到应有的重视。例如，迈克耳逊1879年就采纳了麦克斯韦关于度量太阳系相对以太运动的建议，他的准备工作是在柏林进行的，由于运输时的振动，实验拖到1881年才在波茨坦进行。因为计算上的失误，他的零结果几乎没有引起多大反响。

1887年，他和莫雷合作，以更高的精度重复了这一实验。这次实验尽管看不出什么破绽，但也未受到高度重视，不少人还认为实验不够完善。在1900年巴黎国际物理学会议上，开耳芬敦促莫雷和米勒另做一次实验，以便得到一个比1887年实验更为肯定的结果。米勒为此花费了二十五年时间，才得到令人满意的证明。

第三，科学家(包括实验者本人)对新实验的认识有一个曲折的过程，特别是那些触及传统观念的实验，其深刻意义往往需要很久才能被揭示出来。一个理论家对实验“反驳”的典型作法不是抛弃旧有的理论，而是保留旧理论，同时力图修改与“反驳”有关的辅助假定和观察假定，希望把“反驳”仅仅作为表面的而解释过去。

人们对待迈克耳逊—莫雷实验的温度就是这方面一个很有说服力的例子。在当时人们的心目中，洛伦兹的“收缩假说”己使难题得到解决。该实验既未否定以太或绝对参照系的存在，甚至也没有否定一般的静止以太说。所谓否定这两者的看法只不过是狭义相对论深入人心后的事后认识而已。

第四，当一种潮流来到时，一些错误的所谓“实验发现”也纷纷“问世”，搞得科学家真假难辨，不知所措。例如，在放射性发现的热潮中就曾出现过这种情况。

但是，实验依然对有些理论的提出具有直接的指导作用，而且实验毕竟是鉴别科学理论正确与否的最终标准。现有理论体系之间的对立统一固然可以成为提出新理论的突破口，但现有理论体系也是建立在大量的实验基础之上的。

诚然，从实验到基本概念和基本原理的建立不存在逻辑道路，只能通过尝试性的摸索才能达到，但是这种尝试却受支配于对实验事实作缜密的考察，从来没有一个真正有用的和深入的理论果真是由纯粹思辨发现的。

例如，爱因斯坦创立狭义相对论固然主要是从力学和电动力学之间关于运动相对性的不对称着眼的，但也多少受到光行差现象和菲索实验的启迪。广义相对论的提出虽然基于把相对性原理贯彻到底的信念，但是等效原理的提出显然受到厄缶实验的启示。因此，我们说实验和理论的对立统一是物理学发展的根本的内在动力。

五、哲学对科学发展具有重要的作用，特别是在科学大变革时期，其作用更为突出。

列宁说过，当自然科学“处于各个领域部发生那样深刻的革命变革的时期”，“自然科学无论如何离不了哲学结论”。这是因为，在科学危机与革命时期，作为科学研究指导思想的旧科学观念业已摇摇欲坠，新科学观念尚未出现或尚未确立，科学家手中缺乏破旧立新的思想武器。于是，他们只好转向哲学分析，求助哲学指导来完成革故鼎新的大业。在这个非常时期，没有对自然科学的哲学分析，科学的进一步发展将是不可能的。

世纪之交的物理学革命清楚地表明，把哲学认识论和对自然规律的实际探索及创立新科学理论结合起来，这是在科学上富有开拓精神的物理学家们共同遵循的原则。对这些物理学家来说，认识论能动地指导他们的科学实践，使他们在科学上有所建树；而科学成果又反过来加深了他们对认识论的理解。爱因斯坦、玻尔等人就是使科学与哲学珠联壁合、相得益彰的杰出代表。

在科学处于革命变革之中时，哲学能够起到那些作用呢？从世纪之交的物理学革命来看，哲学显著地起着批判、探索、创新、解释的作用。

旧科学观念都以传统哲学作为它的赖以存在和巩固的基础，这些东西牢牢地禁锢着科学家的头脑，使他们墨守成规，不敢逾矩，成为科学发展的严重桎梏。十九世纪末期的情况表明，物理学的进一步发展越来越不能没有哲学批判。只有运用哲学批判的武器，才不致成为传统哲学的奴隶，而且才能揭示出旧概念和旧原理的固有弱点，促使人们用新概念和新原理代替它们。马赫立足于经验论对经典力学的批判就是一个典型的例子。

在科学急剧变革的时期，为了解释新的实验事实，各种假设和理论大量涌现出来，各个学派也展开激烈的论争，这是一个令人困惑的、是非难辨的时期。在这种情况下，哲学作为一种定向工具，往往能使科学家看准方向，“直挂云帆济沧海”，到达胜利的彼岸。

薛定谔说得好：“当我们在知识的道路上迈进的时候，我们必须让形而上学的无形之手从迷雾中伸出来指引我们，但同时也得每时每刻保持警惕，以防止形而上学的诱惑把我们引离正道而坠入深渊”。普朗克下面这句话是尽人皆知的：“研究人员的世界观将永远决定着他的工作方向”。普朗克转入黑体辐射研究，卢瑟福之所以能在不长时间内提出嬗变理论，都是因为正确的哲学思想给他们指出了前进的方向。此类例子，不胜枚举。

在创立新的科学观念时，已有的实验事实常常不够充分，而且从实验到科学观念之间，还隔着一条难以逾越的鸿沟。这时，科学家往往求助于哲学思维，就会较快地获得启迪，使问题迎刃而解。哲学作为创新手段在世纪之交的物理学革命中是屡见不鲜的。

一种新理论提出之后，只有给以恰当的哲学解释，才能够坚定提出者的信念，也便于为他人所接受。因为在科学革命中诞生的重大理论，都包含着科学观念的根本变革，而新的科学观念又往往具有某种哲学意义，需要作出恰当的哲学解释。

哲学所具有的这种批判、探索、创新、解释作用，已为物理学家们所认识。爱因斯坦意味深长地说：“如果把哲学理解为在最普遍和最广泛的形式中对知识的追求，那末显然，哲学就可以被认为是全部科学研究之母”，“认识论同科学的相互关系是值得注意的，它们互相依存。认识论要是不同科学接触，就会成为一个空架子。科学要是没有认识论——只要这真是可以设想的一—就是原始的混乱的东西”。

玻恩也深有体会地说过：“每一个现代科学家，特别是每一个理论物理学家，都深刻地认识到自己的工作是同哲学思维错综地交织在一起的，要是对哲学文献没有充分的知识，他的工作就会是无效的。在我自己的一生中，这是一个最重要的思想”。

劳厄在“我的物理学道路”一文中曾作了一段坦率的哲学自白。他说：“不过，我真正成熟到我懂得哲学，我想还是在大学的时候。从那时起，哲学竟从根本上把我的生命存在重新改造了一番，甚至我觉得物理学的真正价值也在于它为哲学提供了一种重要的手段。我认为，整个科学必须围绕着哲学来活动，把哲学看成是它们共同的中心，把对哲学作出自己的贡献看成是整个科学的本来宗旨所在。这样，也唯有这样，面对科学的不断专门化，科学文化的统一性才能保持下去，因为倘若没有这种统一性，那么整个文化就注定会崩溃的。”

总而言之，“不管自然科学家采取什么样的态度，他们还是得受哲学的支配。问题在于：他们是愿意受某种坏的时髦哲学的支配，还是愿意受一种建立在通晓思维的历史和成就的基础上的理论思维的支配”。物理学革命的历史表明，唯心主义是一个泥潭；自然科学的唯物主义又是一种“自发的、不自觉的、不定型的、哲学上无意识的信念”，它具有较大的局限性。

只有唯物辩证法“才能为自然界中所发生的发展过程，为自然界中的普遍联系，为从一个研究领域到另一个研究领域的过渡提供类比，并从而提供说明方法”。因此，自然科学家应当做一个辩证唯物主义者，只有这样，才能抵挡坏的时髦哲学的侵袭，在科学探索中方向明确。

六、不同学派的自由争鸣是科学繁荣的重要保征。

在十九世纪末，批判学派和机械学派(力学学派)的争鸣导致了对经典理论的科学与哲学基础的生气勃勃的讨论，为物理学革命的到来开辟了思想道路。本世纪二十年代开始的哥本哈根学派和爱因斯坦等人的争鸣是二十世纪物理学的主要思想斗争之一，它不仅推动了量子力学的深入发展，而且对以后的物理学和哲学的发展都产生了深刻的影响。

学派是在争鸣中逐渐形成的。它大凡都有自己杰出的代表人物，独创的学术见解和独特的研究风格。学派的建立，使各派先驱者的思想迅速传播开来。同时，在互相诘难的过程中，又促进了学术思想的交流，推动了科学的发展。

学派之间的是非，只有通过自由争鸣才能得到解决，利用某些人为的力量，强行推行一个学派，压制另一个学派，结果只能适得其反，不利于科学的发展。真理愈辨愈明，是非越争越清。历史的发展有其必由之路，往往不以人们的意志为转移。

学派之间的争论，情况常常非常复杂。这里既有认识过程的是非之争、新旧之争和不同见解之争，又有学术观点和方法上的唯物论和唯心论、辩证法和形而上学之争，有时甚至两者交织在一起。因此，必须进行细致的分析，既不能忽视学派争论中存在着的世界观性质的问题，也不能把一切学术争论都提到世界观的高度来看待。即使对于唯心论学派，也不能不分青红皂白予以全盘否定，而要持于发现它的积极因素，批判地汲取其中的合理应分。爱因斯坦对待批判学派的态度为我们提供了一个良好的范例。

一般说来，不同的学派的观点和理论都以自己的科学材料和科学成果为依据，因而都或多或少地具有自己的长处和短处，争鸣的最终结局往往是取长补短，相互融合。即使一个学派在某—方面失败了，也要历史地看问题。而不应该把它说得一塌糊涂、一无是处。

例如，关于世纪之交分子、原子是否存在的争论，批判学派显然错了，但是约尔丹说得好：“今天，我们当然都知道，那时候怀疑原子的真实存在是错误的。不过，当时批评者们强调，为了最终能够承认原子的真实存在，就务必要找到一种关于它的真正的证明，这也是对的。但是，事实上直到本世纪初，还一直没有找到这类证明。这就是为什么这些批评在当时如此使人震惊的原因，而且，这种批评也的确产生了良好的有益的作用。它促使那些天才的科学家们去进行试验和探索物质存在的最深层次的竞赛，在这个层次中，原子作为一种在实验上可以达到的实在能够最终被发现。”

七、物理学的发展永无止境，物理学的前景永远光明。

当前，在英国剑桥学派中，一种流行的看法是：理论物理学的终点已经在望，理论物理学家的末日即将来临。按照他们的“终结论”，人们在不久的将来就可能发现一组完全的、自洽的、统一的相互作用理论，它能描述宇宙的所有可能的物理观察。

“无可奈何花落去，似曾相识燕归来”。类似的“终结论”在十九世纪末也盛极一时，可是曾几何时，物理学革命的急风暴雨就冲走了这朵“无可奈何”的“落花”。看来，“终结论”这个又归来的“似曾相识”的“新燕”也不会驻留多时。

众所周知，物理学研究的是有关物质结构和物质运动的根本规律，是在自然界普遍起作用的规律。自然界的事物千姿百态，自然界的现象千奇百怪，物理学怎么能一下子把无穷无尽的自然界的一切根本规律都弄个水落石出呢？

目前，有许多项待解决的重大问题摆公理论物理学的面前：“色”为什么禁闭？弱作用、强作用、电磁作用和引力作用能否统一，如何统一？引力能否量子化、重整化，引力场是否是规范场？相对论与量子论的基础如何协调？如何解释多种夸克、反夸克(目前已知有36种)，多种轻子(目前已知有12种)，有无更深层次的结构？是否存在引力波？如何理解黑洞的奇性？是否有超光速的粒子？

不仅如此，天体物理学也将一系列的问题摆在理论物理学的面前：为何太阳的中微子发射比预期值小得多？γ射线爆发、X射线爆发的机制是什么？为何许多射电源具有规则的成双结构？类星体、活动星系的能源是什么？为何某些星系的天体系统结构非常有序？为何几种最长的时标(哈勃常数倒数、球状星团年龄、同位素年代学的结果)都差不多是10^10年？为何我们周围极少有天然的反物质？为何各种物理常数在很大的时空范围内是不变的？为何我们所在的天区空间是三维的而时间却是一维的？时间是基本量还是次级量？

当然，使物理学家深为困惑的问题远远不止这些，它们大大超过了上世纪末的“两朵乌云”，尽管它们还没达到上世纪末那样的“黑云压城城欲摧”的程度。这些问题的解决也许将会引起新的物理学革命，使人类对物质世界的认识深化一步。

自然是无限多样的，而人的认识在一定的历史阶段却是有限的。“每一个人的思维所达到的认识的至上意义”“是根本谈不上的，而且根据到目前为止的一切经验看来，这些认识所包含的需要改善的因素，无例外地总是要比不需要改善的或正确的因素多得多”。

就整个人类而言，“人的思维是至上的，同样又是不至上的，它的认识能力是无限的，同样又是有限的。按它的本性、使命、可能和历史的终极目的来说，是至上的和无限的；按它的个别实现和每次的现实来说，又是不至上的和有限的”，“这个矛盾只有在无限的前进过程中，在至少对我们来说实际上是无止境的人类世代更迭中才能得到解决”。因此，人类不可能“在某个时候达到只运用永恒真理，只运用具有至上意义和无条件真理权的思维成果的地步”，不可能在某个时候达到“知识世界的无限性就现实和可能而言都穷尽了”的地步。

历史同认识一样，永远不会把人类的某种完美的理想状态看作是尽善尽美的，尽善尽美的包罗万象的物理学理论只能是在幻想中才存在的东西。黑格尔就科学的发展说过一段寓意深刻的话：“科学表现为一个自身旋绕的圆圈，中介把末尾绕回到圆圈的开头；这个圆圈以此而是圆圈中的一个圆圈；因为每一个别的支节，作为方法赋予了灵魂的东西，都是自身反思，当它转回到开端时，它同时又是一个新的支节的开端。”

历史的经验值得注意，十九世纪末流行的“终结论”的破产这一教训值得记取。J.J.汤姆逊尽管在当年是一位具有较多保守气息的科学家，但也曾为当时的物理学革命形势所鼓舞。他在1909年英国科学促进协会的主席演说中，几乎不是从个人角度，而是从当时掌握了第一手材料的学者的角度进行了评论：“过去几年中，在物理学中所做出的新发现以及由这种新发现所表现出的观念和潜力，影响到渊源于文艺复兴在文化中所产生出的那些科学工作。热情被激发起来了，到处充满了希望，充满了青春的活力和充沛的精力，这一切使人们满怀信心地去做实验，这些实验在二十年前会被认为是异想天开。当时流行的下述悲观情绪已经一扫而光，所有感兴趣的事物都被发现了，留下来的一切只是在一些物理常数中变更一两位小数。从来也没有这种感觉的正当理由，从来也没有接近科学终点的任何迹象。现在，知识的总和无论如何是一个发散序列而不是一个收敛序列。”

J.J.汤姆逊的经验之谈是值得深思的，他最后的结论难道不是被迄今的物理学发展所证实了吗？历史固然不等于现实和未来，但历史毕竟是现实和未来的一面镜子。历史的辩证法往往是这样：正当你感到“山穷水尽疑无路”之时，只要再向前迈出一步，就可望进入“柳暗花明又一村”的胜景之中。何况当前物理学的发展并没有面临“疑无路”的境况，它跟前的路还长着呢！因此，停止的论点，悲观的论点，无所作为和骄傲自满的论点都是错误的。事实上，我们无知的总和远远大于我们已知的总和，“终结论”显然是一个过于匆忙的结论。

象历史上的J.J.汤姆逊一样，当前西方科学界的一些有识之士也对“终点论”提出异议。阿马尔迪认为，包罗万象的理论其结果常常是僵硬的，它不能容纳新发现或新概念，最后没有不失败的。邦迪也说，今天还有些人企图发现能回答一切的“世界方程”，可是能够回答一切的方程那就什么也回答不了。这是因为，在这个千变万化的世界里，如果形形色色的事物都能从一个方程里冒出来，那么从该方程到所观测的事物之间，其间经过的路程必然长得可伯，因此特别难于处理。

温伯格曾经指出，实际上字宙不仅比我们已经知道的离奇得多，而且还比我们所能知道的离奇得多，我相信这是真的。诚然，宇宙的安排好象并不把人类放在心上，可是人类却能为宇宙建立数学模型并看到这些模型在起作用。但是，假若以为我们按照伽利略方式(即为宇宙建立抽象的数学模型)搞物理学，终于认识了一切自然规律，终于认识了自然界所有事物的来龙去脉，那才是世界上最离奇的事呢！

物理学的发展永无止境，物理学的前景永远光明。德布罗意深有体会地说：“我们任何时候都不应忘记(科学史证明了这一点)，我们认识的每一个成果提出的问题比解决的问题还要多。在认识领域内，新发现的每一片土地都可以使我们推测到，还存在着我们尚未知晓的无边无际的大陆。”

恩格斯则从更高的哲学视野上断言：“科学从认识的较低阶段上升到较高阶段，愈升愈高，但是永远不能通过绝对真理的发现而达到这一点，在这一点上它再也不能前进一步，除了袖手一旁惊愕地望着这个已经获得的绝对真理出神，就再也无事可做了。”