普朗克为什么会倒退，本文主要内容关键词为：普朗克论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
【内容提要】 关于科学理论的评价标准，迄今仍是一个有争议的问题。本文通过普朗克提出量子的假说这一划时代概念的前后历史，分析了这位现代物理学奠基人在科学实践过程中实际所采用的评价标准。作者指出，普朗克除了采用科学哲学所公认的“外在的证实”和“内在的完备”两个标准外，还采用一个科学哲学界尚未重视的标准，科学信念标准。事实上，这个标准也具有普遍的意义，影响着科学家的科学实践活动。
关于科学理论的评价标准，我们知道有价值标准和事实标准的区分，即评价标准应当是什么和实际是什么之区分。价值标准是科学哲学家由其科学模型而导出的规范，事实标准则致力于描述科学家在研究工作中的实际评价步骤。因此有人又把这对标准称之为规范性标准和描述性标准，它们显然有不同的着眼点。二者不可混淆，亦不应偏废。但事实上目前我们分析价值标准较多，而对事实标准或描述性标准的研究相对来说则很缺乏。
最近，在考察量子力学创立的历史时，量子力学的奠基人之一——普朗克在提出了量子假说这一划时代的概念后又倒退了这一段历史引起了我强烈的兴趣。本文力图通过分析他成功的经验和倒退的原因来窥测普朗克对科学理论进行评价的标准。
下面我们先看一下普朗克提出能量子假说的过程。
十九世纪末，人们在进行黑体辐射实验时发现实验结果与经典物理学导出的辐射能量按波长分布的维恩公式和瑞利——金斯公式不相符合。并且从瑞利——金斯公式还得出一个荒谬的结论：随着波长的缩短热辐射强度应无止境地增大。这被称为“紫外灾难”。由于瑞利——金斯公式是完全根据经典物理学推导出来的，因此“紫外灾难”实际也是整个经典物理学的灾难。
1900年，普朗克建立了一个同实验符合得很好的普遍经验公式，被称为绝对黑体的辐射定律，其中引入了一个普朗克常数h，但普朗克不满足这个经验公式，他认为这个公式必能从某些理论中推导出来，经典物理学的所有理论和方法他都试过，但都失败了。他从失败中认识到这个公式不能单纯从经典物理学中推导出来，只要做一个简单的假设，一切问题就会迎刃而解，他注意到在过去的理论中器壁上的分子、原子被看作是吸收电磁波的“振子”在能量上可以连续地变化，就是说电磁波和“振子”之间的能量交换可以无限制地减少或增大，正是这一假设导致了“紫外灾难”，这一假设称为经典的能量连续性原理。
普朗克面临着一种选择，是坚持经典物理学的这个基本原理而不顾事实呢？还是面对事实抛弃旧的观点？他尊重事实放弃了经典的能量连续性原理，勇敢地提出了能量子假说：“黑体是由许多振子组成的，振子的能量不可以连续地变化，当它吸收辐射频率为r的电磁波时只能是一份一份地进行，每份能量为E=hr，每个振子的能量是这个基本能量单元的整倍数。他根据这个假设从理论上推导出普朗克公式，即上述的那个经验公式。
能量子假设的提出，给经典物理学打开了一个缺口，宣告了量子物理学的诞生。
1905年，爱因斯坦发展了普朗克的能量量子化的概念，他认为不仅能量的辐射和吸收是不连续的，电磁波本身也是量子化的。爱因斯坦用光量子假设完满地解释了光电效应，由此而获得了诺贝尔物理学奖。然而，爱因斯坦的出色成就仍不足以冲破经典的物理学传统影响，作用量子h的意义在很多方面仍未得到澄清，人们的思想还处于混乱之中。
1911年，普朗克发表了“论量子发射的假说”一文，在论文中提出只是在发射过程中才是量子化的而吸收完全是连续进行的。普朗克在论文中还证明，由这个假定可以得出由他在1900年所得到的绝对黑体的辐射定律。以上理论被称为普朗克第二理论。很明显，第二理论比普朗克自己于1900-1901年提出的第一理论是倒退了一步。
1914年，普朗克发表了“量子解说的另一种表述法”一文，在论文中他提出了称之为第二理论的新假说。根据这一假说，可以认为发射象被振子的辐射吸收一样。是一个符合经典电动力学规律的连续过程。“量子效应并不发生在振子与辐射之间，而仅仅发生在振子和自由粒子（分子、离子、电子）之间，这些自由粒子在碰撞过程中和振子交换能量。”①到1915年，由于福克尔的计算表明它与实验相矛盾时，普朗克才放弃了这一理论。很明显，普朗克的第三理论比前面的理论更倒退了一步。
现在的问题是普朗克在提出能量子假说这一划时代的概念后为什么会倒退？当然笼统地可以说是由于他的形而上学宇宙观和缺乏那种对传统观念的怀疑与批判精神，以致把经典物理学看成是不可逾越的顶峰。但若仔细分析一下，就会引出这样一个问题：为什么当大部分物理学面对“紫外灾难”束手无策时，普朗克却能首先勇敢提出与经典物理学相违背的能量子假说？这难道不能表明普朗克并不是那种因循守旧、毫无批判和创新精神的二、三流科学家？因此，我们认为之所以在普朗克一个人身上出现这样大的前后反差，是因为同时存着主观原因和客观原因，并且，客观原因在此还占有很重要的地位。
科学家对一个理论的态度将从一个侧面反映出他对科学理论进行评价的标准。在科学家所创立的理论以及他对理论的发展方向的要求中就更能体现这一点。科学家对科学理论进行评价的标准是他在科学研究过程中形成的特殊经验与科学发展的客观规律的辩证统一。显然普朗克提出能量子假说以及后来的一再倒退就体现了他的评价科学理论的标准。反过来说，也正是他的评价科学理论的标准构成了在他身上出现那么大的反差现象的客观原因。
从普朗克在提出能量子假说前后始终紧扣实验事实这一点看，普朗克是把“外在的证实”看作评价科学理论的第一条标准。而普朗克总是企图把量子论归入到经典物理学的范畴。其动机只能是：一，量子论只能是经典物理学的一部分；二，量子论与整个经典物理学应该是无矛盾的。显然动机一是动机二的前提。动机二表明理论“内在的完备”标准，也是普朗在评价理论的标准中的重要的一条。从普朗克不满足于经验的黑体辐射定律，认为这个经验公式必然能从某些理论中推导出来这个事实可以进一步说明这一点。动机一则说明普朗克把经典物理学看成是不可逾越的顶峰，认为唯有经典物理学才是真正的物理科学。这表明使得普朗克不断地倒退除了理论“内在的完备”这条标准的原因外，还有更深一层的原因，它是普朗克评价科学理论的另外一条标准。那么这条标准的内容，也就是使得普朗克在提出能量子假设后不断倒退的客观的深层原因是什么呢？这就是认为唯有经典物理学才是真正的物理科学的理由。显然，这样一种理由只能来自于经典物理学内部，也就是说经典物理学内部就包含了一条评价科学理论的标准。这条标准的核心是科学的发展应遵循经典物理学的框架。普朗克由于长期受经典物理学的熏陶，对经典物理学深信不疑并完全接受了经典物理学的这条内在标准，才使得普朗克以经典物理学本身为标准，总是企图“将作用量子h纳入经典物理学的范畴”②中。
那么，为什么经典的物理学内部就包含了特有的评价科学理论的标准？这是因为经典物理学构成了一个拉卡托斯所称的那种科学研究纲领。按照拉卡托斯的观点，一个研究纲领是由硬核（基本理论、基本框架）、保护带（辅助性假设）、正反面启示法四个互相联系的部分所组成。硬核决定了研究纲领的性质，反面启示法是一种方法论上的反面的禁止性规定，禁止科学家把经验反驳的矛头指向硬核，而要科学家竭尽全力把它们从硬核转向保护带，并加以修改、调整保护带的办法保护硬核，正面启示法与反面启示法相反，它通过提示或暗示预定的研究方向、方针和步骤来帮助科学家发展整个科学研究纲领。由于科学研究纲领特有的结构，因此，它具有很大的韧性，不会被“观察陈述”所否证，只能被比它更进一步的研究纲领所取代。这样在新的科学研究纲领出现之前，无疑仍然由旧的科学研究纲领占统治地位，通过其正反面启示法支配着科学家的行为。事实上，也正是这些尽可能小的越轨行为的累积效应才导致新的科学研究纲领的产生。由此看来，拉卡托斯实际上也就暗示了任何一个科学研究纲领中都有一个对科学理论进行评价的特有标准，具体体现在科学研究纲领的正反面启示法中。由于这个标准的终止点既不象“外在的证实”标准终止于科学外部的经验观察，也不同于“内在的完备”标准终止于被评价的理论自身的结构，而是终止于整个科学的内部但同时又是在被评价的理论外部的科学信念上，因此，我们称之为科学信念标准，“信念”包含着既被人们信奉又有可能变化的两层含义。因此，理论在被评价之前我们不能说它是科学信念，同样，科学外部的东西，如哲学观念，经验观察我们也不宜称为科学信念。由于科学信念标准的存在和变化，因此任何一个科学家都离不开他所处的历史条件。如果他处在只有一个科学研究纲领的时代，他就只能以这个科学研究纳领中的科学信念标准和“外在的证实”标准再有“内在的完备”标准一起作为自己的行为准则。可以说普朗克当时处于这样的时代，而且普朗克所处的历史条件也使他很难创立一个新的科学研究纲领。而后来的量子力学研究纲领的创立自然也就离不开普朗克的成功和倒退了，它为量子力学的创立提供了正反两方面的经验。
关于科学信念标准的存在，在量子力学的创始人之一——海森堡的思想中也可见其端倪。海森堡认为，思想结构的变革总是受到传统思想结构内部的强大阻力的阻碍作用，以至“在历史上从来没有一个要对物理大厦作根本性重建的想法”。他还论述道：“在自然科学中，只有白痴和空想家，例如一种永动机的发明家，他们根本无视现行的自然规律，当然也就一事无成。只有那些努力尽可能小地作出变革的人才能获得成功。由于他看到了实在强制；他最终证明了小的变革是绝对必要的；小的变革也许在几年或几十年的过程中强迫一个思想结构的变革，也强迫在基础中出现一个挪动。”③，显然，海森堡所认为的思想结构变革中的阻力实际上就是科学信念标准的作用在思想结构变革时期的具体体现。著名美国科学哲学家夏皮尔则更加明确地提出：“正是科学信念的内容才形成了衡量科学中什么是理由或合理事物的标准，这种‘标准’根本不是高居于科学之上，独立于科学之外的东西，而是同基本信念本身一样，是科学活动的一部分。”④在这里，尽管夏皮尔将科学信念标准的作用绝对化了，但他却清晰地揭示了科学信念标准的客观存在。事实上，科学信念标准在许多其他科学家的科学研究过程中都有反映。爱因斯坦在创立相对论过程中，就始终局限在经典物理学的基本框架之内进行分析。相对性原理已包含着一种关于物理现象的描述对观察者所选参照系的依赖的认识。但是，这种认识并没有从本质上改变“习见的因果描述”构架，对于每一观察来说，理论描述仍然是以空间和时间的惯常区分为基础，同时还保留了描述的决定论特性。爱因斯坦后期坚决反对那种认为量子力学是一种完备的理论的观点，其理由就是认为这种观点违背了经典物理学中的严格的因果性原理。可见，科学信念标准也是支配爱因斯坦科学实践活动中的一个重要准则。
以上我们通过分析普朗克成功的经验和倒退的原因，归纳出普朗克对科学理论进行评价的标准：①外在的证实，②内在的完备，③科学信念标准。实际上，这三条标准具有普遍意义，只不过其中的科学信念标准将随着科学的发展而不断变化，不同的科学信念标准具有不同的科学研究纲领作指导而已。第一、二条标准由于和爱因斯坦指出的科学理论的评价标准相吻合，因而被普遍地接受。科学信念标准也许由于其不规范性而被忽视了。但事实上在科学发展的任何阶段对任何科学家它都是客观存在的，只是产生的作用可能大相径庭。在常规科学时期科学信念标准一般是科学发展的动力之一，而在科学革命时期它常常成为科学发展的阻力。由于科学信念标准与科学研究纲领的那种密切关系，它更类似某种信仰标准，因而我们就可把科学信念标准归结为一种准宗教标准形式。当然，属于那种准宗教标准的除科学信念标准外，还包括哲学标准即科学理论内部的一系列本体论和方法论规定。它是科学理论中的超硬核。不过哲学标准不象科学信念标准那样在科学发展过程中始终起着明显的作用，只是在科学信念标准否定某个理论但仍不服或不同的科学信念标准处于一种僵持状态时，才会上诉到哲学标准以求更高层次的裁决。至于普朗克为什么未用哲学标准就是因为当时的科学信念标准——经典物理学研究纲领对量子论评判还没有引起明显的不满。
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