由苏联科学院西伯利亚分院历史、语言学和哲学研究所与热物理研究所编辑的一书由“科学”出版社西伯利亚分社于1982年在新西伯利亚出版,全书共332 页,由三大部分(第一篇:科学技术革命条件下的物理学;第二篇:物理学新思潮发展的方法论问题;第三篇:现代物理学方法论的一般问题)共24篇论文组成。下面是小编搜集整理的物理学哲学研究与方法论特征的论文范文，欢迎大家阅读参考。
摘要:文章围绕爱思唯尔迷信哲学手册的《物理学哲学》一书中经典绝对论、宇宙学哲学成绩和量子引力局部停止剖析，讨论了物理学哲学研讨的新视野，指出了它们所提醒的物理学概念解释的新特征以及物理学实际了解的新特征。
关键词:经典绝对论;宇宙学;量子引力;概念解释;形而上学
正如巴特菲尔德和厄尔曼编撰的《物理学哲学》一书所言，近半个世纪以来，物理学哲学充溢生机有两个重要的缘由，第一是与所剖析的迷信哲学的构成期相关，第二则是近半个世纪以来物理学本身的研讨有关。也正因而，在物理学哲学开展的进程中，其研讨的论题和研讨办法也随着迷信哲学和物理学本身的论题和办法停止着改动。在很长一个历史时期内，物理学哲学已经关注经历物理学范畴，物理学哲学的讨论与对客观性、真感性以及迷信合感性的辩护分不开。而在以后宇宙学、量子引力开展的前沿时辰，《物理学哲学》一书表现了当代物理学哲学研讨的新特点。本书与以往物理学哲学书籍最大的不同之处就在于，在以往物理学哲学著作往往重点讨论统计物理学、绝对论和量子力学的哲学成绩的根底上，添加了新的范畴:“这些支柱的结合”———量子引力，并运用决议论和对称性这两个“能架起联合物理学实际间(甚至三大支柱间)鸿沟的桥梁”的主题，把最终的讨论由详细引向普通，从而让我们看到两个结论:第一，物理学哲学和物理学之间并不存在明晰的界线。第二，物理学概念的复杂化，想要借由物理学去丰厚哲学，并非容易。本文次要就书中的“经典绝对论”、“宇宙学中的哲学成绩”和“量子引力”等外容停止剖析，指出它们所提醒的物理学概念解释的新特征以及物理学实际了解的新特征。
一、绝对论、宇宙学和量子引力哲学概要
（1）巴特菲尔德在引言中指出，数学的绝对论者在不时深化我们对狭义绝对论根底的了解。大卫马拉蒙特的“经典绝对论”[1]一文就分明具有这样的特点，并不讨论经典绝对论的历史开展及其实验根据，而是以微分几何的言语，从概念和方式化的角度对绝对论的构造以及绝对论引发的一些根底成绩停止了剖析和讨论。首先从描绘绝对时空的构造开端，绝对论的弯曲时空是一类几何模型(M，gab)表示的绝对时空，其中M爲一个平滑的延续的四维流形，gab是M中的一个平滑的半黎曼度规。其中每个模型都代表一个与实际的约束条件相容的能够世界。M可以解释爲世界中点事情的流形，而gab的解释则关乎四个物理学解释性原理，由点粒子和光线的行爲决议，由此把引力和时空几何效应同等起来。当粒子只遭到引力作用时，它的轨迹爲弯曲时空的测地线。而任何质量粒子的减速度即偏离测地线的轨迹，由引力以外的力决议。马拉蒙特详细地描绘了gab的解释性原理和限定条件。在此根底上剖析了本征工夫、某一点的空间工夫分解及粒子动力学、物质场、爱因斯坦方程、类时曲线的汇与“公共空间”、基灵场与守恒量等外容。
（2）经典绝对论中一切发作的事情都可以用物质场F表示，爲时空流形M中的一个或许多个平滑张量或旋量，满足包括gab的场方程。Tab爲与F相关的能量-动量场，时空的弯曲受物质散布的影响，恣意区域的时空度规和物质场会发作动力学互相作用，遵照爱因斯坦方程。在专题讨论局部，关于闵可夫斯基时空中的绝对同时性的位置，试图复原爱因斯坦定义同时性对规范关系选择的特定背景;关于牛顿引力实际的几何化，将引力化的牛顿实际与爱因斯坦绝对论停止了却构上的比照;关于时空的全体“因果构造”，关注了什麼水平上时空的全体几何构造可以从其“因果构造”中失掉。“宇宙哲学中的成绩”[2]的作者是乔治F.R.埃利斯。宇宙学哲学的局部在书中起着承上启下的作用，由于一方面，宇宙学哲学的研讨基于爱因斯坦狭义绝对论引力实际时空曲率和宇宙的演化由物质决议的思想，用狭义绝对论描绘宇宙远古时期之后的演化;另一方面，由于在黑洞以及宇宙大爆炸初期物质高密度形态下无法疏忽引力成绩，因此无法防止引力实际。总的来说，整篇文章把当代宇宙学看作是观测宇宙学、物理宇宙学、地理宇宙学与各种方式的量子宇宙学共生共长、互惠互补的综合实际零碎，想要给出一个“描画真实宇宙来源和演化的实际”。次要内容分爲两大局部，第一局部爲宇宙学概论，包括根本实际、热大爆炸、宇宙观测、因果和可视世界、实际的开展、暴胀、极晚期宇宙、分歧性模型等外容，并廓清了关于宇宙暴胀和超光速等成绩的一些曲解。在埃利斯看来，“宇宙学正在由一种猜想性的事业向真正的迷信转变，这不只带来了与迷信反动相近的多种哲学成绩，也使得其他哲学成绩愈加紧迫，例如关于宇宙学中的阐明和办法等成绩。”因而文章第二局部停止的成绩讨论围绕这些阐明和办法成绩展开，讨论了宇宙的独一性、宇宙在空间和工夫上的宏大尺度、晚期宇宙中的无约束能量、宇宙来源的解释成绩、作爲背景存在的宇宙、宇宙学明白的哲学根底、有关人类的成绩:生命的精密调理、多元宇宙存在的能够性和存在的实质等九大成绩。在此进程中，埃利斯提出了34个论点，牵涉到这9个成绩的方方面面，包括人择原理和多重宇宙存在的能够性等。这些阐述关乎几何学、物理学和哲学，它们构成了宇宙学面面临的哲学成绩的环境及其与局域物理学之间的关系。埃利斯希冀经过这一系列讨论改动人们以为宇宙学只不过是确定一些物理参数的复杂看法。“量子引力”[3]一文的作者是卡罗尔罗韦利，内容大致可分爲四个方面。
（3）第一，量子引力的研讨办法，包括晚期的历史和方向、目前的次要尝试性实际等。量子引力的晚期思想可以概括爲“用一个实际来描绘引力的量子特性”。时期呈现的第一种办法是罗森菲尔德等人的“协变化”办法，经过引入一个虚拟的“平整空间”来思索四周度规的巨大涨落，并且运用电磁场中的办法来对这些波停止量子化;第二种是伯格曼等人的“正则化”办法，研讨和量子化整个狭义绝对论的哈密顿函数，而不只是量子化其围绕平整空间的线性化函数;第三种是米斯纳等人的途径积分办法。目前次要的尝试性实际次要引见了基于协变化办法开展起来的弦实际和基于正则化办法开展起来的圈量子引力实际以及它们之间的争论。第二，关于量子引力研讨办法论成绩。指出量子引力研讨的理由包括经历数据的缺乏和对引力能否该当量子化的思索。剖析了以后量子引力研讨中的各种态度以及迷信知识的累积性和迷信哲学的影响。第三，空间和工夫的实质，包括狭义绝对论的物理意义、背景有关性、工夫的实质等。第四，与其他未决成绩之间的关系，包括一致、量子引力学的解释宇宙学常数、量子宇宙学等等。这些章节的详细内容不是本文的重点，我们想要做的，是剖析作者的研讨方式所代表的当代物理学哲学研讨的视野和办法的转变。本书的研讨方式分明地具有两个特征:第一个特征关乎物理学概念的解释:物理学的概念解释脱离不开数学方式化下的全体零碎;第二个特征关乎新的物理学实际的了解:在实际的开展中处处显示物理学和形而上学的交错一致。这两个特征与这些物理学研讨范畴实验检验的缺乏以及实际结构的特征亲密相关。
二、物理学概念解释的新特征:数学方式化全体零碎中的关联解释
巴特菲尔德置信以后根本物理学中的根底成绩会爲物理学哲学提供从最爲风趣且最爲重要的成绩，而我们关注的是本书处置这些根底成绩的方式。虽然从章节下去看，物理哲学的论题被划分爲若干个范畴，但从内容上，完全可以看到作者的用心，站在当代数学物理学开展的高度用全体微分几何等数学言语对物理学零碎停止重新方式化和解释，每一章节的严密联络使得物理学作爲一个全体零碎得以出现。其中对每一个物理概念解释的细节，正是物理学哲学追求的根底成绩的答案。可以说，概念解释居于本书的中心位置，物理学哲学解释成绩的最重要的方式就是处置当代物理学中的概念和解释成绩。
(1)物理学概念的解释:我们了解世界的根底
物理学的开展时时辰刻影响着人们对世界的了解方式，其途径就是物理学概念的解释。经典物理学、绝对论和量子力学曾极大地改动我们对世界的看法，它们在经历上的无效性已经强化过我们对迷信实际客观性和真感性的观念，也曾让很多物理学家追求实际的适用性而以为有些根底性的成绩毫有意义。但以后宇宙学和量子引力实际的提出，使人们重新凝视狭义绝对论和量子力学的不相容性的时分，从狭义绝对论以来的一些根底性成绩和哲学成绩得以重新复兴。绝对论爲我们宇宙的时空构造确定了一类几何模型，其中每个模型都代表了一个与实际的约束条件相融的能够世界或区域。而我们对时空的了解触及全体时空构造和爱因斯坦方程的约束条件等等。宇宙学和量子引力的研讨则让我们明白，改动我们对空间和工夫的了解的狭义绝对论是在可以疏忽引力的量子特性时对引力停止描绘的场实际，那麼真正的空间和工夫的实质又是如何呢?我们对宇宙来源的了解绕不开量子引力办法的尝试，但这种尝试要遭到很多约束，比方成熟量子引力实际的缺乏、量子力学根底成绩，比方测量成绩、波函数的塌缩成绩等。如今人们希冀失掉的成功量子引力的途径基于目前实际的开展，比方惠勒-德维特方程和宇宙波函数思想、来自弦论思想的高维时空办法，或许圈量子引力的使用等。但这些成绩能否能真正处理宇宙来源的成绩却并没有确切的答案，比方维兰金的创生虚无的真实际的了解要依赖于量子场论的精致框架和粒子物理学规范模型等很多构造，而这些根底自身也是需求解释的。可以说，我们了解世界的根底就在于我们用于了解它的那些概念的意义。
(2)概念解释的新特点:数学方式化下全体零碎中的关联解释
巴特菲尔德在经典力学的辛约化中指出，经典力学的中心实际原理曾经被欧拉、拉格朗日、哈密顿和雅可比等改写，“我们曾经认不出来了，因而对它们的哲学反思也发作了变化。”因而引入辛几何、李代数等言语对实际停止方式化，旨在应用辛约化实际使延续对称和守恒量之间发生联络的特征，从实际构造上显现经典力学与量子物理学的联络，这是运用数学方式化零碎展示物理学实际的对称性实质。绝对论、宇宙学和量子引力哲学局部，状况也是如此。整本书是站在当代数学开展的高度，运用拓扑学、群实际和微分几何等重新方式化物理学的整集体系，并对其概念停止分析的一个进程。而对根本成绩的了解，则树立在概念分析的根底之上。在这些文章中，实际开展的历史情况和实验效果，只是零碎阐释整个实际概念和解释的背景而已。作者们的重点则放在用数学范畴的开展和物理学实际方式化的诉求，促进对物理学实际构造的探究，进而把论题转化爲对其哲学成绩的讨论。实际的方式化体系、概念构造和物理学解释是无机地结合在一同的。在牛顿引力的.几何化中，也是站在当代物理学和数学开展的高度，重新方式化作爲绝对论弱场近似的牛顿实际，失掉与狭义绝对论相似的数学构造，正是在这个意义上，才干够好地发现两个实际在何种条件和何种水平上是相符的，又在何种条件和何种水平上是区别的。在这个方式化的全体零碎中，关于物理概念的解释不再是孤立的解释，而是站在实际的数学构造的高度，成爲一个全体零碎中的关联解释。这在很大水平上突出了物理学哲学中语义剖析办法的重要性，由于没有完全独立的概念，物理学的概念定义之间相互依赖，只要在一个零碎的语义构造中才干了解概念的意义。如普斯洛斯在这套爱思唯尔哲学手册的《普通迷信哲学》一书中所言:“实际解释的独一方式就是把它嵌入到同类概念的框架中，并尝试着解开它们的互相关联。”[4]
(3)旧概念重新解释的意义:复原实际创建过
程中概念选择的特定背景在物理学的开展中，每一次实际创新和提高都随同着新概念的提出或旧概念的重新解释，站在实际开展的角度思索，这样的解释会让我们更好天文解物理学实际的提出、开展和变迁的合感性。比方蒙特在经典绝对论一文中对闵可夫斯基时空环境下绝对同时性关系的重新思索。蒙特指出，当绝对于一个四维速度矢量将一点上的矢量分解爲“工夫”和“空间”重量停止讨论时，我们天经地义地置信包括正交性的绝对同时性的规范认同。在解释这种认同的理由时，依据方便在闵可夫斯基时空构造即广义绝对论体系下停止剖析。他征引霍华德斯坦的阐述，指出采用绝对同时性的规范(ε=1/2)的常规是需求特定背景的。在他们看来，爱因斯坦是爲理解决我们无法检测到地球绝对于以太的运动而采取的处理方案，以一种特定的方式(ε=1/2)来考虑同时性，但假如并非从爱因斯坦最后的思绪来思索，而是从一个成功实际的高度来了解它，把绝对论视爲是针对时空构造不变性的阐述时，其意义就完全不同了。这在很大水平上复原了爱因斯坦对同时性做出的“定义”中挑选出来的这种规范关系的本质，它能够并非一种自然的存在，而是实际选择的特定需求，复原这个进程，对我们更好天文解实际和概念的实质有着重要的意义。
(4)新实际的概念廓清:迷信提高的必定景象
物理学史上每一个新实际的降生都会惹起旧的概念的廓清，量子引力就是个很典型的例子。量子引力是对空间和工夫实质的探究，它引导我们重新考虑关于工夫、空间、“在某处”、运动和因果观测者的位置等很多成绩。作爲试图把狭义绝对论和量子实际结合的实际，我们需求以历史的目光重新诘问。我们都晓得，狭义绝对论改动了我们对牛顿独立于物质运动的相对空间和工夫的了解。量子力学则用我们关于运动的普通性实际替代了经典力学，并改动了物质、场和因果性的观念。但量子力学的内在工夫变量和量子场论运动的背景时空都是和狭义绝对论不相容的。而狭义绝对论中引力场被假定爲一个经典决议论的动力学场，无法处置小尺度引力的量子特性。因而，想要把二者停止结合的量子引力就遇到了困难。正由于如此，罗韦利婉言虽然根底物理学在经历上无效，但它正处于一种深入的概念混乱的形态。虽然20世纪后半叶，物理学注重适用而疏忽了这些根本成绩，但量子引力通知我们这些根本成绩必需失掉新的答案。但成绩的廓清并没有一条独一明白的路可以走，超弦实际和圈量子引力在假定、成就、详细后果以及概念框架上都有着明显的不同，但它们都有本人的代价，弦实际的思想根底是爲了消弭狭义绝对论的微扰量子化的困难，保存了量子场论的根本概念构造，其代价之一是保持狭义绝对论的狭义协变性。圈量子引力植根于描绘狭义绝对论的协变性，但它的代价是疏忽了实际的不齐备性，保持了幺正性、工夫演化、根本层次上的庞加莱不变性以及物理学对象是在空间中局域化的且在时空中演化的概念。可以看出的是，新实际廓清概念的进程是迷信实际提高的必定景象，而这一进程是经过剖析在描绘世界构造时所发生的概念上的困难来对以往迷信的研讨框架予以质疑或辩护，这触及的是对世界实质更深入的哲学和形而上的考虑。
三、物理学了解的新特征:物理学和形而上学的交错一致
（1）在本文提到的三个作者中，埃利斯和罗韦利都是从事数学物理学研讨的迷信家，这也很典型地反映了物文科学家在实际开展中针对根本概念及实际做出哲学考虑的传统，在新实际呈现和迷信反动的时分，这种景象尤其分明，由于新的迷信实际往往是形而上学考虑和物理学考虑交错特别严密的时分。从各位作者对实际的剖析进程我们也可以看出，物理学中的实际办法在解释中完成什麼是无限度的，我们需求尊重这个限制，并且供认在很多时分物理学争论的结论是基于某种哲学立场而不是地道地给予可检验的迷信论据的。现实上这个成绩十分值得讨论。从古希腊开端，哲学的中心成绩就归属于我们尝试理解自然的形而上学背景，虽然物理学分化当前具有了数学和实际的详细化的方式，这个一致的形而上学思想与本体论的复原论，关于古代物理学来说还是有着明显的重要性，由于物理学实际自身就内含着看法论和形而上学的结论。正如迈克尔雷特黑德所说的:“物理学和形而上学交融爲一个无缝的全体，各自丰厚着对方，并且现实上它们谁分开对方也无法提高。”[5]以宇宙学的研讨爲例。宇宙学的共同性在于它的研讨对象是整个宇宙，并且是其他物理和迷信的背景。
（2）宇宙学的研讨自身就具有哲学的性质，由于宇宙构成的条件和远古时期的物理关系是我们无法复制的，并且它曾经逾越了地道的描绘解释性作用。我们会面临一系列成绩，比方观测范围限制了我们用观测决议宇宙极大尺度几何的才能，物理学视界线制了我们关于及晚期宇宙的物理学知识，暴胀的未知性意味着暴胀宇宙的方案是不齐备的，初始奇点能够发作也能够没有发作过，可检验的物理学解释不了初始态，因而也解释不了宇宙的特殊性质……太多的成绩存在，决议了哲学的选择必定是宇宙学实际的根底。不可防止的形而上学成绩必定呈现在观测宇宙学和物理宇宙学中。爲了在实际中失掉明白的几何模型，爲了确定晚期的物理宇宙学该当是什麼方式的，在从已知物理学揣测未知物理学进程中决议采用哪一种物理学原理作爲中心原理的时分，需求明白的哲学。在实际竞争的进程中，哲学的选择有助于决议在构成实际时该当关注哪一方面的特征。如埃利斯所言，特别重要的是我们的宇宙学实际范围的选择，还有好实际的规范的选择，是一个哲学决议，它将会决议其他的剖析。另外宇宙学的研讨还包括宇宙如何提供我们赖以存在的生活环境成绩。触及宇宙学定律和边界条件、其他可替代的物理学、宇宙复杂性演化以及生命的精密调理等与人类有关的成绩，这又触及物理学定律和生态零碎复杂性、物理学定律和生命适合环境、宇宙学边界或初始条件与生命适合条件以及弱人择原理和强者择原理等总体精密调理，另外还要思索这些原理与根本物理学实际的关系、作爲迷信和存在的根底形而上学选择。作者强调，宇宙学中讨论的形而上学看似分开了迷信的地盘，但它却是迷信和存在的根底。再者，在宇宙学范围的了解上，物理学无法处理，多重宇宙学实际的存在就是形而上学不确定性的后果。量子引力的研讨也是如此。实际的开展进程中处处充溢着对形而上学成绩的思索。比方本节站在狭义绝对论立场上对时空“实体论和关系论”的形而上学之争的剖析。这是老成绩新答复的典型例子。牛登时代关于时空的实体论和关系论的形而上学争论无法处理，但是作者以为站在当代场实际的根底上，假如把空间作爲场来了解，实体论和关系论就仅仅是字面意义上的不同而已，但这并不是最终的答案，目前基于量子引力的实体论和关系论争论仍是物理学哲学的抢手话题之一。
（3）量子引力方案在技术目的、动机和概念框架上的不同不只仅是办法论的成绩，它们代表的是对根本的形而上学成绩的了解严重破碎的情况。也正由于如此，新实际的意义建构与解释对物理学哲学的研讨有着十分重要的根底性作用。库恩所提到过的实际选择的四种规范意义在此凸显:令人称心的构造、内在解释力、内在解释力以及观测和实验(预言)的支持。对量子引力研讨的影响的瞻望也许会像巴特菲尔德所言，虽然如今量子实际和狭义绝对论如此成功，但当前看来它们也能够和当年伽利略和开普勒的研讨一样，是真知和错误的大杂烩!物理学的开展也标明，观测和实际模型无论如何开展，都没能做到完全地反映真实。由于我们的实际是看法论意义上的，是关于知识的实际，而关于存在的实质的实际属于形而上学范畴，二者之间并不同等。我们作爲了解的根底所运用的真实实际和模型必定是真实的真副本质的局部和不齐备的反映，随着实际的提高必定会有所更新，而我们对世界的看法，则不断处于物理学和形而上学交错一致的提高之中。