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每一个物理学定律都是暂定的和相对的,因为它是近似的

时间:2022-02-12 理论教育 版权反馈
【摘要】:定律的特征就在于它是固定的和绝对的。这样的定律总是相对的;不是因为它对一个物理学家来说为真而对另一个物理学家来说为假,而是因为它包含的近似对于第一个希望使用它的物理学家而言是足够的,反之对第二个希望使用它的物理学家而言就不是足够的了。任何是近似的物理学定律都处于进步的支配之中,由于实验精确性的增加,这种进步将使物理学定律的近似程度变得不充分:定律本质上是暂定的。

定律的特征就在于它是固定的和绝对的。一个命题是定律,仅仪因为它一旦为真,便总是为真;若对此人为真,则对彼人亦为真。说定律是暂定的,说它可以被一个人接受而被另一个拒斥,这不是自相矛盾吗?是又不是。是,确实,如果我们所谓的“定律”意指常识揭示的定律,那么我们能够在该词的恰当含义上称其为真;这样的定律不能今天为真而明天为假,不能对你为真而对我为假。不是,倘若我们所谓的“定律”意指物理学以数学形式陈述的定律的话。这样的定律总是暂定的;并非我们必须理解这意味着物理学定律某时期为真尔后为假,而是它从不为真或为假。它之所以是暂定的,因为它描述它近似地应用的事实,物理学家今天判断这一近似是充分的,但是他将在某一天不再判断它是令人满意的了。这样的定律总是相对的;不是因为它对一个物理学家来说为真而对另一个物理学家来说为假,而是因为它包含的近似对于第一个希望使用它的物理学家而言是足够的,反之对第二个希望使用它的物理学家而言就不是足够的了。

我们已经注意到,近似程度不是某种固定不变的东西;它随着仪器的改进,误差原因更严格的避免,或更精确的矫正容许我们更好地估计它们而逐渐增加。当实验方法逐步改善时,我们减少了物理学实验导致与具体事实对应的抽象符号的非决定性;许多符号判断在一个时期被认为恰当地描述了确定的、具体的事实,但在另一个时期将不再作为以充分的精确性表示这个事实而被接受了。例如,为了描述太阳在给定时刻的位置,一个世纪的天文学家接受彼此相差不大于1′的所有黄经值以及限制在同一间隔内的所有黄纬值。下一个世纪的天文学家将拥有更大光学功能的望远镜,更完善的圆度盘,更细微的和更精确的观察方法;届时他们将要求,分别确定太阳中心在给定时刻的各种不同的黄经和黄纬一致在大约10″之内;他们也许会拒绝他们的前辈乐于允许的决定的无限性。

随着实验结果的非决定性变得越狭窄,用来浓缩这些结果的公式的非决定性也变得越受限制。一个世纪会把针对每一时刻给予太阳中心的坐标近似在1′之内的任何公式群作为这个星球运动的定律来接受;下一个世纪将把太阳中心的坐标已知近似在10″之内的条件强加于太阳运动的任何定律;第一个世纪接受的无限的定律将被第二个世纪拒斥。

每当我们阅读物理学的历史时,这门科学的定律的暂定的特征都变得很明显。在杜隆(Dulong)和阿喇戈看来,马略特定律是气体压缩性定律的可接受的形式,因为它描述了实验事实,其离差依然小于他们使用的观察方法的可能误差。当勒尼奥改进仪器和实验方法,这个定律便受到排斥;马略特定律与观察结果的离差比影响新仪器的不确定性大得多。

现在,举出两位当代物理学家,第一位可能处在勒尼奥所处的环境中,而第二位可能还在杜隆和阿喇戈工作的条件下工作。第一位具有十分精密的仪器,计划作十分精确的观察;第二位只具有简陋的仪器,此外他正在从事的研究不要求严密的近似。马略特定律将被后者接受而被前者拒斥。

不仅如此,我们还能够看到,同一物理学定律被同一物理学家在同一工作的进程中同时采纳和拒斥。假如物理学定律可以被说成是真或是假,那么这就会是一个奇怪的悖论;同一命题同时能够被肯定和否定,这便会构成形式的矛盾。

例如,勒尼奥正在探索气体的可压缩性,其目的是发现代替马略特定律的更近似的公式。在他的实验的过程中,他需要知道在他的流体压力计中的水银达到某一水准时的大气压;他利用拉普拉斯公式得到这个压力,而拉普拉斯公式又依赖于马略特定律的运用。在这里没有悖论或矛盾。勒尼奥了解,马略特定律的这一特定利用比他正在使用的实验方法的不确定性要小得多。

任何是近似的物理学定律都处于进步的支配之中,由于实验精确性的增加,这种进步将使物理学定律的近似程度变得不充分:定律本质上是暂定的。对它的价值的评估从一个物理学家到任何别的物理学家而变化,这取决于在他们配置中的观察工具和他们的研究要求的准确性:定律本质上是相对的。

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