中國學生要有敢于懷疑世界級大師理論的勇氣

中國學生要有敢于懷疑世界級大師理論的

勇氣在不久前的中科院博士生招生考試過程中，我擔任了部分研究所的《自然辯證法》課程的命題和閱卷工作?？忌际且恍┡c物理專業(yè)有關的碩士生，但是在這過程中，我驚訝地發(fā)現(xiàn)個別報考核物理相關專業(yè)的考生，竟對“愛因斯坦狹義相對論的兩個前提假設”都回答不出來。這雖然是極個別的現(xiàn)象，但卻引出了一些令人深思的教育問題。我一直在想，中華民族歷史悠久，在歷史上也曾有過燦爛輝煌，雖然在近2個世紀中，我們落后了。但是最近的半個世紀以來，在社會主義社會條件下，特別是在近20多年改革開放以后，黨和政府把科學作為第一生產(chǎn)力提出來，給以特別重視。為什么我國的科研工作在許多基礎研究領域還遠遠落在后面呢？原因當然很多，我看其中有一點，就是盲目迷信國外權威，不相信中國人自己本身的能力。但這是表面現(xiàn)象，根子卻來自于我們落后的教育觀念。博士生和碩士生都是高級研究人才的后備力量，對于本專業(yè)的一些基本理論應該盡可能地知道得多一些，理解得深一些。不應該僅僅停留在能夠理解和會應用就行了。任何科學理論或者基本定律都是在特定歷史的生產(chǎn)力條件下得到的，它們被深深地打上了時代的烙印，都有一定的前題條件限制。就以狹義相對論的兩個前提假設來說，學生不僅要了解相對性原理和光速不變原理的簡單表述，最好要知道它們在原論文中的完整表述。1905年，愛因斯坦在德國《物理學紀事》雜志上發(fā)表《論動體的電動力學》論文，提出了狹義相對論，論文中兩個前提假設的原始表述摘錄如下：“以下的討論將以相對性原理和光速不變原理為依據(jù)。這兩條原理我們定義如下：（1）物理體系的狀態(tài)基以變化的定律，同這些狀態(tài)的變化是以兩個彼此作相對勻速運動的坐標系中的哪一個為參考，是無關的。（2）任一條光線在“靜止的”坐標系中都以確定的速度V運動，不管這條光線是由靜止的還是由運動著的物體發(fā)射出來的?！保ǖ聡段锢韺W紀事》1905年第4系列第17卷第895－921頁，參見蔡懷新等編譯《愛因斯坦論著選編》，上海人民出版社，1973年）。從原論文的表述中可以看出，兩個前提假設都是有條件限制的。相對性原理的限制條件是：必須只有兩個彼此作相對勻速運動的坐標系，不能有兩個以上的坐標系。光速不變原理的限制條件是：必須在“靜止的”坐標系中。離開了這些限制條件，狹義相對論就不能成立。所以在應用任何物理理論或者定律時，必定要注意它們的適用前提和范圍。否則，就容易變成一種對前人成果的盲目迷信。這樣，在理論和實際出現(xiàn)矛盾的時候，就可以有勇氣多一種思考方式：是不是書本上的理論錯了？我國學生缺少的就是這種勇氣。這正是影響我國科學研究創(chuàng)造能力發(fā)揮的一個重要因素。造成學生缺少創(chuàng)造能力的另一個方面原因是教師如何教的問題。我們的大學教學直到現(xiàn)在基本都是灌輸式。對于理工科書本上的科學理論和結論，從來就是只要求學生領會和使用就行了，而與該理論怎么形成的背景材料，以及有哪些限制性的條件，一般講得很少或者根本不講，更談不上給學員們介紹一些與該理論形成過程中的爭論問題。當然，要達到這一點，固然同教員的專業(yè)理論功底有關。但是，是不是去這樣做，卻對學生教育效果大不一樣。因為在教學中向學生們介紹一些有關的背景材料，學生們就不會形成一種思維定勢，過度地把這些理論確認為不可懷疑的絕對真理。這么一來，學生們在以后的科研工作實踐中，就會多了一些敢創(chuàng)新的積極性和勇氣。比如，電子的電荷值是物理學中一個基本常數(shù)，但是，在物理學史上，這個常數(shù)卻沒有經(jīng)過嚴格證明，(Dylla(1973)曾企圖證明電荷量隨速度不變,但是沒成功，而只表明在確定溫度時原子或分子里的正負電荷的平均值重心可以重合。)電荷值不變至今僅僅是人們的一種信念。最早密立根用測量油滴電荷的方法，是在電子處于相對靜止的條件下測得的電荷值，以后它作為基本物理量被用到任何場合，包括一切高速運動粒子的測量計算中，這就隱含了一個未經(jīng)證明過的前提條件：電子電荷值在靜止時和高速運動時都是相等的。但是按質(zhì)速關系，電子質(zhì)量隨速度的增加會無限增大，那么，由物質(zhì)構成的電子電荷能夠不起任何變化嗎？而電子質(zhì)量隨速度的增加會增大的結論，又是考夫曼通過測量電子荷質(zhì)比(e/m)值的變小來證明的，可是荷質(zhì)比變小可以由多種情況造成，如果電荷有變化，那么質(zhì)量的無限變大完全可能是一種假象?？傊覈胍诨A研究領域里出現(xiàn)一些世界級的大師，科研人員從學生時代就要多一點敢于懷疑世界級大師理論的勇氣。愛因斯坦相對論之所以成為20世紀初的杰出科學成果，是因為它沖破了當時經(jīng)典力學中運動物體質(zhì)量、時空不變的概念，把物理學的發(fā)展推到了一個全新的階段。而且相對論所預言的一些事實又被后來的觀測所證實。愛因斯坦在提出相對論的時候，他不過是專利局的一個普通職員，可以說是物理學界的門外漢。如果他沒有一點敢于懷疑當時世界級大師理論的勇氣，那么相對論就不可能誕生了。所以愛因斯坦是永遠值得人們敬重的。同樣，相對論在當時的成功，也不能成為今天我們對相對論迷信的理由，更不能成為人們壓制不同意見的借口。因為，正如有些人所指出的那樣，愛因斯坦所預言的一些事實同樣也可以用其他的原因來解釋，而當前對相對論的爭論恰恰較多的集中在狹義相對論的兩個前提假設上。作為理工科（包括科學哲學）專業(yè)的研究生,理所當然地應該關心國內(nèi)外有關相對論等物理學基礎理論的爭論。從愛因斯坦提出相對論到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展整整一個世紀，現(xiàn)代科學技術發(fā)展很快，新事物，新的現(xiàn)象大量被發(fā)現(xiàn)，沖擊著近代物理學的理論。遙遠星系光傳播過程中亮度擴大所表現(xiàn)出來的超光速現(xiàn)象，光在介質(zhì)中傳播速度變慢的現(xiàn)象，還有暗物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)等都向相對論提出了挑戰(zhàn)。當前物理學基礎理論發(fā)展遇到了困難，包括諾貝爾物理學獎獲得者阿爾文（）在內(nèi)的一些物理學家都認為，物理學理論已經(jīng)進入到了一個新的革命前期?？茖W史上，每當理論和現(xiàn)實出現(xiàn)矛盾的時候，科學總是在不斷懷疑舊理論過程中得到發(fā)展的。只有懷疑舊理論，才能創(chuàng)造出能夠解釋現(xiàn)實問題的新理論。人們開始全面反思相對論的結論和它本身推導過程的正確性。由于廣義相對論是狹義相對論的推廣，而狹義相對論的整個基礎建立在兩個前提假設上，所以對狹義相對論的兩個前提假設提出一些懷疑和批評，這正是科學進步所需要的。作為真正