探討質(zhì)量概念中的物理學(xué)思想方法

【摘要】縱觀物理學(xué)思想的發(fā)展，在其中可以明顯地觀察到質(zhì)量概念的發(fā)展歷程，對(duì)這些發(fā)展歷程進(jìn)行總結(jié)，可以發(fā)現(xiàn)物理學(xué)思想中，有三種思想不得不提，一是質(zhì)疑和釋疑，二是假說(shuō)和驗(yàn)證，三是唯象和機(jī)理。在本文中，筆者依次對(duì)這三種物理學(xué)思想進(jìn)行介紹。

【關(guān)鍵詞】質(zhì)量概念 物理學(xué) 思想方法

對(duì)物理學(xué)而言，質(zhì)量是較為重要的一個(gè)概念。同其他物理概念一樣，該概念的形成與發(fā)展，經(jīng)歷了很長(zhǎng)時(shí)間，有著較長(zhǎng)的發(fā)展歷史，在這一過(guò)程中，運(yùn)用到了各種物理學(xué)思想。在質(zhì)量概念發(fā)展過(guò)程中，占有重要地位的思想方法為質(zhì)疑和釋疑、假說(shuō)和驗(yàn)證以及唯象和機(jī)理。使得質(zhì)量概念得以豐富，從“物質(zhì)的量”“慣性質(zhì)量”“引力質(zhì)量”，一直到目前為止較為前沿的“愛(ài)因斯坦質(zhì)速關(guān)系和質(zhì)能關(guān)系”，在這個(gè)演化過(guò)程中，這三種方法得到了廣泛的應(yīng)用。

一、質(zhì)疑和釋疑

在物理研究過(guò)程中，質(zhì)疑是必不可少的內(nèi)容，但是質(zhì)疑分為幾個(gè)不同的階段，第一階段的質(zhì)疑是因?yàn)檠芯咳藢?duì)問(wèn)題本身不了解，從而引出自己的疑問(wèn)。第二個(gè)階段，雖然研究人對(duì)相關(guān)問(wèn)題有所了解，但是其知識(shí)儲(chǔ)備還不夠，還不能夠?qū)?wèn)題進(jìn)行解答，從而形成了自己的疑問(wèn)。第三個(gè)階段，產(chǎn)生疑問(wèn)的原因是研究人觀察到新的問(wèn)題，但是這些問(wèn)題的答案，卻同原來(lái)的理論相互違背。第四個(gè)階段，是這些質(zhì)疑原因中較高的形式，存在疑問(wèn)的原因往往不是由于外在原因，而是所用理論自身的不完善。在這里主要闡述的是質(zhì)量概念在形成過(guò)程中，所形成的不同階段的質(zhì)疑與釋問(wèn)。

在質(zhì)量概念被提出的最初，牛頓將質(zhì)量當(dāng)做物質(zhì)的量，在物理學(xué)中第一次進(jìn)行使用。并且在其1687年的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中，對(duì)該概念進(jìn)行定義。采用各種實(shí)驗(yàn)方法對(duì)該概念進(jìn)行闡述。但是隨著物理學(xué)的發(fā)展，在1867年，著名物理學(xué)家馬赫發(fā)表論文《關(guān)于質(zhì)量的定義》，在該論文中，對(duì)質(zhì)量的定義進(jìn)行了質(zhì)疑。并且在質(zhì)疑的基礎(chǔ)上形成了到目前仍然適用的質(zhì)量概念。

二、假說(shuō)和驗(yàn)證

假說(shuō)從定義上來(lái)說(shuō)，是指那些沒(méi)有經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的命題，這些命題之所以被提出是為了要對(duì)上文所提到的各個(gè)階段的疑問(wèn)進(jìn)行釋疑。為了使這些疑問(wèn)能夠得到正確解釋，需要對(duì)所采用的命題進(jìn)行驗(yàn)證。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，假說(shuō)的目的在于釋疑。假說(shuō)的主要特點(diǎn)有三個(gè)，第一，希望能夠?qū)λ幸蓡?wèn)進(jìn)行解答，并且在解答過(guò)程中，要保證命題與疑問(wèn)之間的針對(duì)性。第二，在解釋疑問(wèn)的過(guò)程中，如果要應(yīng)用到理論，應(yīng)當(dāng)注意選擇那些已經(jīng)存在的理論，除非必要，最好不要使用新理論，因?yàn)檫@些新理論內(nèi)部是否完善還存在爭(zhēng)議。第三，該假設(shè)的做出，對(duì)于整個(gè)質(zhì)疑過(guò)程中來(lái)說(shuō)，是尋找到了最好的解釋。所謂最好的解釋是指在眾多解釋疑問(wèn)的方案中，該方案是恰當(dāng)?shù)模亲钣锌赡艿贸鼋Y(jié)論的。在物理學(xué)中，驗(yàn)證假設(shè)最為常用的方法是物理實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排的出發(fā)點(diǎn)是為了驗(yàn)證假說(shuō)，通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)或者演繹的方法，而對(duì)假說(shuō)進(jìn)行假定，最終將這種被驗(yàn)證了的假說(shuō)應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)中或者在實(shí)踐中得以證實(shí)，此時(shí)假說(shuō)可以說(shuō)就已經(jīng)達(dá)到了釋疑的目的。比如在對(duì)慣性質(zhì)量以及引力質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)證的過(guò)程中，則需要對(duì)二者之間的關(guān)系進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證二者之間是否存在聯(lián)系。慣性質(zhì)量所表現(xiàn)的是物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，改變自身狀態(tài)的難易，引力質(zhì)量則是表示兩個(gè)物體之間的相互吸引力。對(duì)二者關(guān)系進(jìn)行探索，就是一個(gè)驗(yàn)證假設(shè)的歷程。

三、維象與機(jī)理

該種物理學(xué)思想，一般不對(duì)微觀機(jī)理進(jìn)行探討，只從宏觀現(xiàn)象上對(duì)相關(guān)的問(wèn)題進(jìn)行探討與分析，這些探討與分析一般針對(duì)的是要解決問(wèn)題的條件和結(jié)論，這種處理過(guò)程則是維象性處理方式。如果解釋疑問(wèn)的角度是從微觀機(jī)理上進(jìn)行，那么這種釋疑的方式則是機(jī)理性處理。對(duì)維象性處理進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，可以將其主要特征歸結(jié)為以下幾類。首先，應(yīng)用這種方法思考的過(guò)程中，更加關(guān)注的是事實(shí)，而事物背后的原因并不是研究的重點(diǎn)；其次，在質(zhì)量概念形成過(guò)程中，要進(jìn)行思考，就必須要有疑問(wèn)，即需要對(duì)一些現(xiàn)象或者理論進(jìn)行質(zhì)疑，當(dāng)然在特定情況下，對(duì)一些實(shí)驗(yàn)材料也需要進(jìn)行質(zhì)疑。最后，通過(guò)維象機(jī)理方式進(jìn)行思考，所得到的結(jié)論一般是實(shí)驗(yàn)定律。盡管維象性理論一般是應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)定律中，在理論上運(yùn)用得比較少，不能夠在理論上獲得完全的支持，但是在理清問(wèn)題上，起到了十分重要的作用。不僅能夠?qū)ΜF(xiàn)象進(jìn)行合理解釋，還能夠?qū)Y(jié)論進(jìn)行主要探討，在一定程度上，其實(shí)用價(jià)值得到了提高。并且該種理論對(duì)微觀機(jī)理來(lái)說(shuō)具有重要作用，甚至是基礎(chǔ)性條件。因?yàn)橹挥袑?duì)所有現(xiàn)象進(jìn)行研究與深入， 才能夠?qū)⑻摷俚睦碚摮ィ瑥亩玫秸胬怼?/p>

對(duì)質(zhì)量概念而言，人們最開(kāi)始思考質(zhì)量概念，所關(guān)注的并不是質(zhì)量為什么是質(zhì)量，而是關(guān)注質(zhì)量是什么。比如牛頓在研究過(guò)程中，曾經(jīng)把質(zhì)量定義為“物質(zhì)的量”，這是對(duì)質(zhì)量是什么的描述。但是隨著研究的深入，科學(xué)證明物質(zhì)的量和質(zhì)量其實(shí)有著明顯的區(qū)別，物質(zhì)的量所采用的單位是摩爾，但是質(zhì)量的單位則是千克等。前者單位更多表示的是結(jié)構(gòu)粒子。雖然受當(dāng)時(shí)認(rèn)知的局限，牛頓對(duì)物質(zhì)的量以及質(zhì)量的區(qū)分發(fā)生錯(cuò)誤，但是對(duì)其后續(xù)理論并沒(méi)有產(chǎn)生影響，比如牛頓第一定律、牛頓第二定律等。質(zhì)量概念的演化即是物理學(xué)思想發(fā)展的重要表現(xiàn)。

總之，在物理學(xué)的發(fā)展過(guò)程中，思想方法是隨著物理中的相關(guān)概念而逐漸形成的。在本文中，筆者主要從質(zhì)量概念形成中，而對(duì)三種主要的物理學(xué)思想方法進(jìn)行探討，一是質(zhì)疑與釋問(wèn)，二是假說(shuō)與驗(yàn)證，三是唯象和機(jī)理。