当今，与物理学的热点中心有关的基本粒子物理学，有时被投之以这样的提问：在这个领域中提出的任务解决后，是否从整体上看，一个物理学的终结随之就来到了呢？或许有人会给出这种论证：由于所有物质和全部辐射均由基本粒子组成，因此，由它们的特性和行为所决定的定律的全部知识——譬如在一个“宇宙方程”之中——也就必定在原则上为全部物理过程确定了框架，即使应用物理和技术在以后还会继续发展，但原则问题业已澄清，物理学的基础研究已经结束。

这个物理学可能结束的命题，是与以往的经验相矛盾的，那时人们也曾误认为物理学即将终结。马克斯 · 普朗克（Max Planck）曾讲过一个故事，他的老师尤利（Jolly）劝他不要研究物理学，因为物理学或许已经基本上完成了，一个立志积极投身于自然研究的人，不太值得去涉足这个领域。今天没有人再愿作出类似的错误预言了，因此有必要问一下，在以往的物理学史中是否至少还存在某些分科，其中自然定律已经有一个最终阐述；并且我们也能够由此相信，在一千年或一百万年之后，以及在任何遥远的星系上，各种现象将精确地按照在数学上可以阐述的相同定律而展现。

这种已经终结的分科无疑是存在的。现举一个很特殊的例子：杠杆定理是由阿基米德（Archimed）在二千多年前阐述的；对此我们不会怀疑，在任何时间和各到各处都持有它们的有效性。譬如当月球旅行者在月球上利用杠杆做功的话，那么他们就假定这古老的阿基米德定理是不证自明的，并且结论正确。看来这也能同样适用于整个牛顿力学。月球旅行者毫不怀疑地信赖牛顿力学的陈述，并照此办事。但是，或许已经可以在这点上提出一个异议：牛顿力学不是已经由相对论和量子论改进了吗？如果要提高精确度，月球旅行者难道不需要作出精密的思考吗？而当他们不得不这样做时，难道这些改进不正表明，实际上甚至连力学也未曾终结吗？

为了从中找到一个答案，就必须首先着重指出：对于自然定律的最概括的阐述——例如首先在牛顿力学中成为可能的那些阐述——是与现实的理想化而不是现实本身有关。理想化是这样实现的：我们赋予现实某些概念，它们在对现象的描述中经受了考验，并给现象以一个写照；例如在力学中赋予了位置、时间、速度、质量、力等这样一些概念。但是在这样做时，我们就限制了现实的图景——或者可以说我们简练地刻划出了它的特征——，因为与此同时，我们放弃了所有那些在现象中不能用这些概念把握的特征。如果清醒地认识到这些限制，人们便可以断言：力学由于牛顿理论而终结；这意味着，倘使力学现象可以全部用牛顿物理学的概念来描写，那么它们也严格地按照这个物理学的定律而展现。如前所说，我们确信这个陈述在几百万年之后和在最遥远的星系上也能成立；我们还确信，在牛顿物理学的概念框架中是不能有所改进的。但是我们绝不断言所有现象都能用这些概念来描述。

鉴于以上保留，就可以把牛顿力学说成是一个封闭理论。这样一个“封闭”理论是通过一个由定义和公理组成的系统来表征的，这个系统确定着基本概念和基本概念之间的联系；此外，这个“封闭”理论还要求由一个广阔的经验的和可观察现象的领域来表征，通过这个系统将能够以更高的精确性来描述该领域。于是，在所有时间里理论都是这个经验领域的有效理想化。

但还存在着别的经验领域，因而也就还有别的封闭理论。在十九世纪，尤其是作为一个关于许多自由度系统的统计陈述的热学，在这个意义上采取了最终的形式。这个理论的基本公理定义了并关联了像温度、熵、能量等概念，其中前两个概念即温度和熵在牛顿力学中是绝对不会出现的；至于最后一个能量，不仅在力学中而且在每一个经验领域中都起着重要作用。自从吉布斯（Gibbs）的工作以来，统计热学能够被看成是最终的和封闭的，因而我们就不能怀疑它们的定律：最高的精确度适用于各到各处和任何时间——当然也只是对于那些能用像温度、熵、能量这样的概念来处理的现象。这个理论也是一个理想化；并且我们知道在许多情形中就不能应用这个热学定律，例如不能在其中谈论温度的气态物质。

从以上讨论已经可以清楚地看到，在物理学中肯定存在着封闭理论，对于局限的经验领域它们能够被看作理想化，并在任何时候都有效。但是，从整体上看还不能就此谈论物理学的终结。

在最近二百年，实验上揭示出许多崭新的经验领域。自从伽伐尼（Galvani）和伏打（Volta）的基础研究来，电磁现象得到越来越精确的研究，法拉第（Faraday）揭示了它们与化学的关系，赫兹（Hertz）揭示了它们与光学的关系。原子物理学的基本事实首先是从化学经验中受到启示，而后由电解实验、气体放电实验以及最后由放射性实验在各个细节上得以研究。为了理解这个宏伟的新世界，以往的封闭理论不够了。因此要构建新的和更广泛的理论，它们能被看成为这个新的经验领域的理想化。相对论形成于动体电动力学，并导致关于空间和时间结构的新认识。量子论解释了原子内部的力学过程，但是它也把牛顿力学作为一种极限情形包容了起来，在牛顿力学中人们能把所发生的事情完全客观化，并能忽略所研究的物体与观察者之间的相互作用。

和量子力学一样，相对论也能被看成是一个封闭理论，一个非常广泛的、十分庞大的经验领域的理想化，我们能认为它的定律在各到各处和任何时间都有效——但是要再次强调，它只适用于那些够用这些概念所获得的经验领域。

最后，在近几十年里，基本粒子物理学通过宇宙辐射的研究，特别是藉助于大型加速器（如在伯克利、日内瓦、布鲁克黑文、谢尔普霍夫等地的加速器）在实验上得以开拓，在这种情况下，现象中显露出新颖的特征，它们以一种新的观点显示出物质最小部分的那个古老问题。在往日物理学的发展中一再重复地表明：最初被看作为物质最小部分的形体，在使用较大的力之后便可分裂为较小的形体。化学工作者的原子尽管不能用化学方法，可是在放电管中、也就是在强大的电力作用下，原子核和周围的电子就能分裂开来。在碰撞的情况下，高能量的原子核也能进一步分裂，人们还认识到，所有原子核都由两种基本构成物：质子（氢原子的原子核）和中子所组成，它们像电子一样被称为基本粒子。于是人们很容易想到，当用上更大的力时，譬如让它们带上超高能量相互撞击，质子和中子也能够被进一步地分解在大型加速器中正是这样研究的，但是结果表明：在这些撞击中出现了某些其他情况。相互碰撞的基本粒子的巨大动能转化成为物质，也就是说，在碰撞中形成了新的基本粒子，但是它们压根儿不比碰撞的粒子小。因此实际上，人们就不能再谈论什么“分割”了。对于今天所知道的基本粒子和对于那些我们用以做基本粒子实验的大型加速器，我们已达到了极限，在这里分割的概念失去了它的含意，因此我们能够心安理得地猜测，目前已知的基本粒子确实是物质的最小部分，如今人们完全能够给这个概念以这样一 个含意。

这个新的经验领域——基本粒子物理学——不能用量子力学和相对论那些以前发展起来的封闭理论来描述，尽管在这两个理论中已经涉及到非常广泛的理想化。可是量子力学仍旧像老的牛顿力学那样，假设存在着不可改变的质点；而没有论及从物质到能量的转化。相反，相对论忽视了与普朗克作用量子相联系的自然特征，于是它仍旧在经典物理学的意义上假设现象的可客观化性。因此，对于基本粒子物理学也必须寻找一个新的和更加广泛的理想化，不但相对论，而且量子论都要作为极限情形而由这个理想化包容起来，并且例如像量子力学能使铁原子的复杂光谱得到解释那样，也以类似的方法使基本粒子的复杂光谱得到解释。毫无疑问，在某一天这个理想化会用数学语言来描述；但是直到如今，由这个数学描述所提出的形式是否已经满足，还要通过实验和理论研究进一步证实。与这后一个问题无关一一在这儿不需要讨论这个问题——但是人们可以提问：是否有了这个理想化之后物理学果真就完成了呢？因为所有物理客体都由基本粒子所组成，是否就能断言，确定基本粒子行为定律的完全知识与适用于所有物理客体行为定律的完全知识有同样的意义，从而就能在这方面谈论物理学的终结呢？

但是不允许有这种结论，因为它对一个重要问题没有足够注意。一个基本粒子的封闭理论——不管人们愿不愿意称之为“宇宙方程”——必定还是被理解为—个理想化。尽管它准确地描摹了一个蔚为大观的现象领域，但是仍然有别的现象是用这个理想化概念所不可能包容的。这个可能性的最引人注目的证明便是生物学。虽然所有的生物体都由基本粒子所组成，但是我们惯于用来描述生物过程的概念，例如生命概念本身并不出现在那个理想化之中；因此，物理学必须要在这个方向上作进一步的发展。对此人们可能提出最充分的反对意见是，这已不再涉及物理学而是涉及生物学了，因此物理学仍然是封闭的，但是，在物理学和相邻科学之间的界线是如此地含混不清，以至于根本得不到那种区分。所以大多数物理学家对此取得了统一，正是由于不能对邻近区域确定界线，就不可能谈论物理学的终结。

然而，有些物理学家也会提出不同意见，认为在不远的将来将能够期望基本粒子物理学的一个较小范围的终结。这里所指的是，通过建造越来越大的加速器使基本粒子碰撞出越来越高的能量，从而可能开辟一个未知的新世界。但是，这种观点所依据的既不是经验、也不是理论所证明的推测，它认为随着能量的进一步提高必定会在质上出现新的现象。就宇宙辐射而言，其碰撞的基本粒子的能量比至今最大型的加速器还要大几千倍，但是还没有发现这种质上新的现象。同样也没有发现由一些理论家所假设的“夸克”粒子。因此，尽管它的存在不是不可能的，但实验上和理论上都没有为这种未知的新世界提供基础。

就随着物理学的终结而产生的问题而言，只要这种新的经验领域不出现，人们就必须首先想到相邻领域的含混界线，以及在这个相邻领域中得以应用的不同概念形态。这样说绝不仅仅涉及自然科学，数学、信息论和哲学也归属于这些交接的领域、要判断科学的一个前进到底是涉及物理学的、还是信息论的、还是哲学的进步；到底是物理学扩展到了生物学，还是生物学在越来越大的规模上使用了物理学的方法和提问有时也许会是困难的。因此人们只能这样来谈论物理学的终结，如果人们像物理学那样随意地给某些方法和概念形态下定义，并且企图把别的问题提法指派给其他科学。但是这几乎将不会发生；因为未来发展的特征将肯定是科学的统一，将肯定是在历史上形成的不同单门学科之间界线的消除。

[Schritteüber Grenzen，R.Piper & Co.Verlag，München 1973 ]

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*系1970年10月6日《南德报》上的文章