受哲學思想的啟發導致的重要科學發現

愛因斯坦說：“如果把哲學理解為在最普遍和最廣泛的形式中對知識的追求，那么，哲學可以被認為是全部科學的研究之母。”在科學史上，一些科學家自覺學習哲學，主動汲取哲人的思想營養，善于吸收優秀的哲學成果，在科學研究中做出了重要的貢獻。

奧斯特受自然哲學思想的指引發現電流磁效應

電流磁效應是丹麥哥本哈根大學教授奧斯特（H. C.Orsted，1777—1851）發現的。1820年4月的一天，他在課堂上演示實驗，他使伏打電池的電流通過一條細鉑絲，發現在鉑絲近旁的指南針（磁針）受到了干擾，盡管效應十分微弱，但是他沒放過這一現象。7月，他重新做了實驗，一開始使用的導線很細，得到的磁效應仍然很弱，換成粗導線后，磁效應增強。

奧斯特

奧斯特在做電流磁效應的實驗

奧斯特起初想磁針的運動也許是因為電流通過導線，使導線變熱產生的空氣流引起的。為了檢驗這一點，他把一張金箔放在導線和磁針之間，以阻擋氣流，但是磁針仍發生偏轉。接著，奧斯特在帶電導線和磁針之間放上各種介質，如玻璃、金屬、木板、陶器等等，發現帶電導線對磁針的作用并不減弱。他改變導線中的電流的流動方向，發現磁針的朝向轉了180度：磁針的北極指向了原來南極所指的方向。這表明磁針的指向與電流方向有關。他做了60多次實驗，得到的結果是一樣的。奧斯特發現了電流磁效應的基本規律：電流產生的磁效應繞電流做圓周運動。他寫成題為“關于電沖突對磁針影響的實驗”的論文，在法國雜志《化學與物理學年鑒》上發表。

奧斯特的發現一開始并沒受到重視。但很快，法國物理學家阿拉果重復了他的實驗，消除了一些人的懷疑。另一位物理學家學家安培對此也饒有興趣，他得出了電流和激發的磁感線方向間關系的右手螺旋定則；他對平行載流導線之間相互作用做研究，給出了電流元之間相互作用力的公式即安培定律；他又提出了分子電流假設，建立了所謂的“電動力學”。

有人認為奧斯特是碰巧發現電流磁效應的，其實他做出重大發現并非偶然。

奧斯特早在哥本哈根大學求學期間，就對德國哲學家康德的批判哲學深感興趣，他發表了論文《論自然科學的形而上學基礎》，闡述了康德的哲學思想對自然科學的指導作用，他因這篇論文在1799年獲得了哲學博士學位，并為他日后的科學研究奠定了基礎。

1801年奧斯特在德國柏林逗留了半年。他研究了德國自然哲學家謝林的哲學思想，贊同謝林的基本觀點：所有的自然力是由同一原因引起的。他結識了年輕的化學家里特爾，里特爾用電流分解水得到了氫和氧，證明電效應與化學反應是有聯系的。謝林認為這是自然哲學的最好依據，并提出了所謂的“動力論”，即“力”這種非物質客觀實體是自然界中的最終和最深刻的東西，而且電、磁、熱、光等諸種“力”都可以相互轉化。奧斯特和里特爾一起做了許多有關電流的實驗，揭示了電、熱、光和化學效應之間的聯系，堅定了對謝林的“動力論”的信念。但他不贊同謝林熱衷于純思辨、企圖以自然哲學取代物理學的做法，他主張關于力的統一的觀點必須到豐富的自然界里用實驗去證實。

自1803年起，奧斯特在哥本哈根大學承擔繁重的教學任務的同時，堅持不懈地進行科學實驗研究。他重復了美國的富蘭克林在1751年用萊頓瓶中的電荷使磁針磁化或退磁的實驗，他想到電可以實現磁化或退磁，說明電與磁是有聯系的。他還進行了聲學的研究，試圖發現振動中的電效應。在1812年，奧斯特出版了《關于化學力和電力的同一性研究》一書，總結了對電、伽伐尼電流、磁、光、熱及化學親和力的研究，他認為所有化學親和力以及熱、光，都是由正負電荷產生的。

正如美國科學史家斯泰福在評論這一發現時所說的：“奧斯特從謝林的‘美妙而偉大的思想’和從一般自然哲學原理所接受的激勵，以及里特爾的實驗和思考的雙重影響，應該被承認是物理學中這個重要發現的因素。這可以成為例子，說明在科學王國外的智力因素對科學發展具有潛在的影響。”

貝塔朗菲受辯證法思想的啟示創立一般系統論

奧地利學者貝塔朗菲（L. Von. Bertalanffy，1901—1972）在1920年代研究理論生物學，發表了《有機生物學》《現代發展理論》《生命問題》等著作。在《有機生物學》中，他指出生命機體是一個有機的整體或系統、基本特征是它的組織，強調了將活的有機體當作“組織系統”的必要性，指出“生物學的基本任務就是發現生物組織中層次水平上生物系統的規律”。

貝塔朗菲認為傳統物理學所處理的只是封閉系統，即被看成與環境相隔離的系統，而每一個生命有機體本質上是一個開放系統，它是在連續不斷地吸入與排出、不斷構成與破壞組織成分之中維持其自身的。只要它還是活的，就不會處于化學與熱力學平衡狀態，而是處于穩態之中。顯然，傳統物理學的公式，原則上不能適用于作為開放系統和穩態的生命有機體。貝塔朗菲把他的機體論生物學稱為“機體系統論”，這個理論的要點是整體性、動態結構、能動性和組織等。他敏銳地覺察到以系統概念為核心的新理論生物學的建立，將導致在生物學領域爆發一場“哥白尼革命”。

用貝塔朗菲的話說，系統“表面上是一種蒼白的抽象和空洞的概念，但是充滿隱藏的含義、激動的和爆發性的潛力”，這個具有爆發性潛力的“系統”概念，成了他的理論起點，促使他萌生了關于一般系統論的思想。他打算建立一種跨學科的科學，即從更一般的意義上制定出適于各種系統的原理和模型，而不討論它們的特殊種類、元素以及所包含的各種“力”。

貝塔朗菲

貝塔朗菲著《一般系統論》中譯本

從20世紀30年代末起，貝塔朗菲就開始從機體生物學轉向建立一般系統論。1945年，他發表了論文《關于一般系統論》，這是他建立一般系統論的宣言。他指出，一般系統論要研究各種系統的一般方面、一致性和同構性，要闡述和導出適于一般系統或其子系統的模型、原理和規律。他主要研究了機體系統、開放系統和動態系統的理論，試圖以機體系統理論解釋生命的本質。他把開放系統作為系統的一般情形，全面考察了開放系統有關的穩態、等終極以及有序性的增加等問題，從數學上描述了系統的各種性質，如整體性、加和性、競爭性、機械性、集中性、終極性、等終極性等。所有這些工作，為他的一般系統論奠定了理論基礎。1968年貝塔朗菲出版了專著《一般系統論——基礎發展應用》，標志著這門學科的成熟和新發展。

貝塔朗菲認為，他提出一般系統論受到了許多先哲思想的啟示：“一般系統論的思想淵源可以追溯到萊布尼茨，庫薩的對立協合說……馬克思和黑格爾的辯證法。”

萊布尼茨從單子彼此的適應中和它們的從屬關系中曾經引伸了系統論的原則，他力圖揭開與單子固有的內在的相互作用，而且揭開與單子有關的各種外部的聯系；庫薩的對立協合說對認識世界種種事物和現象及其相互關系提供了新的視角和方式；黑格爾首次用系統方法構造了龐大的哲學體系，他認為世界不是表示一成不變的事物的集合體，而是過程的集合體。

馬克思把系統思想應用到社會科學領域，他的《資本論》充分體現了系統性原理。恩格斯用系統思想認識自然界和自然科學，他多次指出，自然界和自然科學就其本質而言，乃是“關系和聯系的系統”，并強調，“相互作用是事物的真正的終極原因”。馬克思和恩格斯的辯證法思想極大地啟發了貝塔朗菲，成為他的理論先驅。

采用邊學邊做的任務式教學時，并聯式的知識點可以安排限時自學或者課前閱讀，課中提問或測試來考察學習情況，并直接應用到實際的任務中去，串聯式的知識點在講解完成后用改進型的任務來增強對難點的理解。不管是串聯方式還是并聯方式，對于過程中的注意力散失可以用加強學生與學生和學生與老師之間的交流或者是改變所提供的教學資源的類型來恢復注意力。用足夠數量并且有趣的練習任務來推動學生將所學知識由有意注意到自動動化加工是最關鍵的步驟。

湯川秀樹受老莊思想的影響發現π介子

在20世紀30年代，物理學家已經搞清楚了原子核是由質子和中子組成的，他們在積極思考：核是怎么成為一個整體的、核力是如何形成的？日本物理學家湯川秀樹（1907—1981）也在追究這個問題，他要找到將核世界統一起來的要素和核力生成的原因。他在與電磁場進行類比的基礎上，認為這個要素可能是一種新的力場：“基本粒子的相互作用可以用力場來加以描述，就像帶電粒子間的相互作用可以用電磁場來描述一樣。”這種場是質子和中子在其周圍放出一種特殊的場，他稱之“u場”。u場如同其他場，也是量子的集合，這個u量子是媒介粒子。粒子不斷地放出u量子，又不斷地把u量子吸收回去，核子之間就是通過交換u量子產生著強大的相互作用力。u量子到底是一個什么樣的粒子呢？湯川秀樹想到，新的核力場與電磁場既有類似之處，但是又有區別：作為電磁場的載體，傳遞電磁力的量子是光子，然而核力卻遠遠超過電磁力，核力的作用范圍很小，那么核力場的量子必定是一個有較大質量的“重量子”。

湯川秀樹經過艱苦的數學計算推出：“伴隨著這種場的量子具有自己的質量mu。我們得到的mu值大約是電子質量的200倍。”電子的質量較小，被人稱“輕子”；而質量大約為電子質量l 840倍的質子和中子被稱作“重子”，由于這種核力場的量子質量介于輕、重兩者之間，湯川秀樹把它叫作“介子”。

1937年，安德森在宇宙射線中發現了介子，但質量與湯川秀樹預言的不一樣，這使湯川秀樹深感困惑。然而很快搞清楚了，湯川秀樹預言的介子是與核力有關的介子，這種粒子與安德森發現的介子不屬于同一種類。1947年鮑威爾在宇宙射線中果然發現了湯川秀樹預言的介子，以后被稱為“π介子”，它的發現不僅擴大了基本粒子的種類，而且證實了一種全新的物理觀點。湯川秀樹因此獲得了1949年的諾貝爾物理學獎。

湯川秀樹在總結其一生的物理學研究時指出:“與其他物理學家不同，對我來說，長年累月吸引我，給我最深影響的是老子、莊子等人的思想。它雖是一種東方思想，但在我思考有關物理學問題時，它仍不知不覺地進入其中。”

湯川秀樹

湯川秀樹在授課

老莊認為事物無時無刻不在變移，盈虛、生死都只是一時的現象，其形態絕不固定。湯川秀樹從積極意義上對以上觀點加以闡發，他說：“老莊思想的特點可用不同于‘到達’和‘通過’或‘一時停止’來表達，它們是非常獨創、有趣的思想。絕無終點的看法是正確的。”他指出，老莊關于變化、發展的思想與自然科學體現的沒有絕對不變的認識或定理，只有不斷發現、不斷創新，才能尋得新真理的精神是一致的。

老子曰“道可道，非常道。名可名，非常名。”湯川秀樹對此解釋為，真正的道，即自然法則，不是慣例之道，常識之理。真正的名或概念，不是絕對的，而是具有相對性。如此，可以深刻理解20世紀的物理學正是從超越‘常道’、發現新道開始的。自然科學就是在不斷淘汰舊概念舊理論，創造新概念新理論中發展、前進的。

湯川秀樹十分贊賞莊子的“知魚樂”典故。基本粒子比原子還要小，很難用實驗手段來識別其內部結構，他堅信用某些沖破現有知識框框的奇妙思維方法可以把握住基本粒子的結構，如莊子“知魚樂”一類的直覺思維方法，盡管不會像莊子知道魚的內心那樣簡單，但經過科學地改造和提高，可以彌補邏輯和實驗方法的不足，有助于基本粒子的研究。

湯川秀樹說，他在思考基本粒子的過程中深受《莊子》中“混沌”典故的啟發：“混沌是和基本粒子世界很相通的。莊子說，如果企圖笨拙地把某種樣貌強加給混沌，就意味消滅混沌。雖然人們對此有不同的看法，但我看來，它揭示了我們在基本粒子方面遇到的形勢。”

現代科學家的工作與哲學思維緊密聯系在一起

像奧斯特、貝塔朗菲和湯川秀樹一樣，不少有重大貢獻的自然科學家都有很高的哲學素養，他們既是科學偉人，同時又是科學哲人，或者說，他們都是一些具有哲學氣質的自然科學家。開普勒從畢達哥拉斯主義出發建立了行星運動理論；牛頓從經驗主義出發建立起古典力學；愛因斯坦從唯理論的唯物論出發建立了廣義相對論；海森堡受柏拉圖的《蒂邁歐篇》啟發，決心尋找反映自然秩序的數學核心，建立了矩陣力學，等等。

德國著名的物理學家玻恩說：“每一個現代科學家，特別是理論物理學家，都深刻地意識到自己的工作是同哲學思維錯綜復雜地聯系在一起的，要是對哲學文獻沒有充分的認識，他的工作會是無效的。”在今天，現代科學的發展，出現了前所未有的新特點，人類認識能力不斷提高，認識活動從宏觀領域向兩個方向擴展：一是進入宏觀、漲觀領域；二是進入微觀、渺觀領域。一系列新的認識對象出現了，這些對象具有極大的復雜性、綜合性和整體性，自然科學正面臨著新的突破，孕育著新的革命。在自然科學各個領域發生深刻的變革時期，要把握如此復雜的認識對象，適合科學發展的新特點，自然科學家轉向哲學分析，求得哲學的啟迪就變得十分必要。他們學習優秀的哲學思想成果，從古希臘哲學到文藝復興時期的哲學，從德國古典哲學到馬克思主義的辯證唯物主義哲學，甚至到西方現代哲學，都能為開展正確有效的思維得到有益的啟示，拓寬思路，找到破舊立新的思想武器，選擇正確的探索途徑，建立更宏偉的科學大業。