汪濤：王者歸來——重新回歸牛頓力學的核心
點擊： 作者： 汪濤 來源：純科學 發布時間:2018-01-27 10:06:55
以牛頓力學為核心的還原觀發展
牛頓力學不僅是第一個實證的科學理論，也是關于宇宙最普遍、最基本的科學理論。因此，根據《實驗、測量與科學》書中所介紹的科學還原方法，一切科學理論都必須能夠最終還原為牛頓力學。我們把這稱為“以牛頓力學為核心的還原觀”。
在牛頓力學建立之后，越來越多原來分散的科學知識都逐步通過牛頓力學推導出來。天文、熱力學、電學、光學、流體力學、生理學……全都一個一個統一在牛頓力學的大旗之下。人類手臂的運動，與阿基米德發現的機械桿杠竟然是完全相同的牛頓力學原理。泊松將熱力學這樣看似遠離固體機械運動的基本規律也用牛頓力學推導出來，這樣的巨大成功難免不使人認為牛頓力學已經窮盡了宇宙的一切真理，后人需要做的工作只是在牛頓力學的指引下把一切梳理得更有條理而已。整個宇宙不過是一架巨大的鐘表，人們只要把其中一個個機械零件的尺寸搞清楚，按照牛頓力學的法則去預測未來的走時過程即可。不僅如此，人類和其他生物等都是可以按不同類型的鐘表來思考和認識的。法國哲學家J.O.拉美特里1747年出版《人是機器》就是這種思想的典型代表。
到了19世紀末，牛頓力學的成功使得很多人認為未來的物理學已經沒多大發展的空間了。普朗克曾在1924年的一次演講中提到，他1875年在慕尼黑大學學習物理時，物理老師P.約里曾勸他不要學習物理學，因為這“是一門高度發展的、幾乎是至善至美的科學……也許，在某個角落里還有一粒灰塵或一個小氣泡，對它們可以去進行研究和分類。但是，作為一個完整的體系，那是建立得足夠牢固的。而理論物理學正在明顯地接近于幾何學百年中所已具有的那樣完美的程度”。普朗克的另一位導師，柏林大學的G.基爾霍夫也說過類似的話，“物理學已經無所作為，往后無非在已知規律的小數點后面加上幾個數字而已。”
19世紀的最后一天，歐洲著名的科學家們舉行慶祝新年的聚會。這不僅是跨越新年的時刻，也是跨世紀的時刻。會上，英國著名物理學家，前英國皇家學會會長威廉·湯姆遜·開爾文在其發表的新年祝詞中認為，物理大廈已經落成，所剩只是一些修修補補的工作。但是，在展望20世紀物理學前景時，他提到：“動力理論肯定了熱和光是運動的兩種方式，現在，它的美麗而晴朗的天空卻被兩朵烏云籠罩了……第一朵烏云出現在光的波動理論上……第二朵烏云出現在關于能量均分的麥克斯韋—玻爾茲曼理論上。”1900年4月27日，開爾文在英國皇家學會發表了后來被廣泛引用的著名演講：《19世紀熱和光的動力學理論上空的烏云》，將該問題更詳細討論。其中所說的第一朵烏云，主要是指邁克爾遜—莫雷實驗結果和以太假說相矛盾；第二朵烏云，主要是指黑體輻射實驗中測出的輻射能譜無法用傳統理論解釋，嘗試提出的模型都無法與實驗相符合。解決這兩個問題的努力在20世紀物理學領域引起了兩場狂風暴雨，人們已經很熟悉了，前者導致了相對論，后者導致了量子力學。
從19世紀中期到20世紀中期，是傳統科學觀遭受巨大沖擊的時期。在牛頓力學的公理基礎受到動搖之前，數學領域的公理基礎同樣在遭受地動山搖的變化。歐幾里德幾何學歷經2000多年發展，被認為成為一門完美無缺的學問后，一個同樣細小的烏云引發了一場數學領域的狂風暴雨。在相當長時期內，數學家們僅僅是從直覺上感到第五公理有點復雜，有可能從其他公理推導出來，或者能夠想辦法證明它的確是一條公理。但經過數百年努力一直毫無所獲。俄國數學家羅巴切夫斯基在證明了第五公理是一條公理的同時，卻意外地發現了以第五公理的否命題與其他公理一起竟然可以形成與歐氏幾何平行的另外一套完全自洽的幾何學體系。這種石破天驚的全新幾何驚呆了當時的數學界，以至于長期無人理解。到了1868年，意大利數學家貝特拉米將其還原為歐氏幾何后，羅氏幾何得到數學界認可。1854年德國數學家G.F.B.黎曼在格丁根大學發表的題為《論作為幾何學基礎的假設》的就職演說，這形成了另一種非歐幾何體系。
在生物和人類社會等領域，牛頓力學也遇到越來越多的困難。在這些領域，單純的牛頓力學應用并不順利。生物的進化過程難以簡單地歸結為機械運動，人類也不是簡單的機器或鐘表。因此，到了20世紀初，人們已經普遍認為19世紀以牛頓力學為核心的“機械宇宙觀”已經破產，甚至認為相對論和量子力學“推翻了”牛頓力學。同時，一系列適用于復雜系統的全新理論紛紛問世——老三論：系統論、信息論、控制論；新三論：耗散結構論、協同論、突變論。另外還有：混沌學、超循環理論。
美籍奧地利人、理論生物學家L.V.貝塔朗菲在1932年發表了“抗體系統論”，提出了系統論的思想。1937年提出了一般系統論原理。1968年發表的專著：《一般系統理論基礎、發展和應用》，系統論到此基本成熟。
1948 年，美國應用數學家諾伯特·維納發表《控制論——關于在動物和機器中控制和通訊的科學》一書，標志控制論的誕生。
1948年，美國數學家克勞德·艾爾伍德·香農發表論文“通信的數學理論”，標志信息論誕生。
1969年，比利時物理化學家和理論物理學家伊里亞·普里戈金提出“耗散結構”理論。
1969年，聯邦德國斯圖加特大學教授、物理學家赫爾曼·哈肯提出“協同學”這一名稱。1971年與格雷厄姆合作撰文發表論文《協同學：一門協作的科學》。1972年在聯邦德國埃爾姆召開第一屆國際協同學會議。1973年將這次國際會議論文集整理后以《協同學》名稱出版，協同學隨之正式登場。
1972年，法國數學家勒內·托姆發表《結構穩定性和形態發生學》一書，系統闡述了突變理論。
1963年，美國麻省理工學院教授、氣象學家愛德華·諾頓·洛倫茨提出”混沌理論“。1972年12月29日， E.N.洛倫茲在美國科學發展學會第139次會議上發表了題為“蝴蝶效應”的著名論文。“蝴蝶效應”也成為一個遠超出氣象領域，在社會領域也非常廣泛使用的名詞。
1970年，德國科學家M.艾肯從研究細胞的生化系統、分子系統與信息進化系統中，提出“超循環理論”。1979年，M.艾肯與P.舒斯特一起出版《超循環》一書。
除信息論之外，其他新科學方法盡管數學原理差異巨大，理論體系各異，但事實上在最終極的邏輯上存在相同的出發點，就是存在循環因果，因此會出現系統、反饋、自組織、協同、微小擾動被無限放大和突變、負熵流等現象。牛頓力學之所以難以適用于生物進化和人類社會，主要原因不在于其物理機制，而在于其因果邏輯基礎在過去只是限于經典的單向因果律。作者在《生態社會人口論》一書附錄中建立的“循環因果律”，事實上具備除信息論之外，統一以上所有其他方法論的潛力。更重要的是，由于我已經將循環因果律完全還原為經典因果律，因此它可以使牛頓力學以此為基礎廣泛應用到生物進化和人類社會領域。
重新回歸牛頓力學的核心
盡管科學本身應當是純客觀的，但發展科學的人心態上其實也有些類似于社會中的人。當科學有一個完善的統治者時，可能會感到沒有可以作為的空間，但當原來的權威倒塌時，又會感到陷入巨大的混亂。但合久必分，分久必合。19世紀中期之前，科學是統一的，此后到20世紀中期，是科學大分裂的時期。但在這個過程中，最嚴謹的科學家們從未放棄過通過還原統一科學的努力。盡管相對論和量子力學遠遠超越了牛頓力學的作用范圍，但一切新的物理學理論都會在宏觀低速條件下還原為牛頓力學。當我們將循環因果律還原為經典因果律之后，一切生物進化和人類社會領域的規律都可以重新還原為牛頓力學了。在這些領域，甚至連相對論和量子力學的全部知識幾乎都不需要。因此，當我們不是以決定論的方式，而是加上回溯式還原方法之后，是可以將一切實證科學領域全都還原為牛頓力學的。由此，我們可以使一切實證科學領域全部建立在以牛頓力學為核心的還原觀之上。
作者簡介
汪濤
獨立學者
人類第三次科學革命倡導者，純科學理論體系創始人
云鋁股份（000807）獨立董事
浙江宇視科技 顧問
上海析易船舶 聯合創始人
中央民族大學中俄能源研究院 客座教授
中關村長風聯盟 國際化導師
中國農投會、中關村京港澳青年創新中心等創業導師
曾為中興通訊（000063）國際市場管理體系的奠基人
著 作：
《通播網宣言》
《生態社會人口論》
《超越戰爭論——戰爭與和平的數學原理》
《實驗、測量與科學》
《即將來臨的糧食世界大戰》（即將出版）
《純電動：一統天下》（即將重新出版）
《科學經濟學——看見看不見的手》（即將出版）
責任編輯：向太陽
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