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主题：【原创】近代自然科学禀性探讨（一） -- witten1
引子：这是我国内的导师所写的一篇文章，会在他所著的《量子力学：菜根谭（第二版）》里出现。这里经过他授权同意，让我代发在网上以引起讨论。在接下来两三个月中我会陆陆续续放完全文。此文的版权归原作者所有，任何转载请注明原作者。
一，近代自然科学的基本特征
张永德
全部近代自然科学技术都只是“可道之道”，只是相对真理，并非绝对真理或最终真理。对近代自然科学规律的认识是全体人类理性认识的最大公约数。
总体上，近代自然科学总是从经验和现象出发，从实践中抽出公设，运用逻辑演绎建立起一个个相对自洽的理论体系，再返回到实践中经受检验，获得进一步修正和发展。这种思路基本特征有两条：“实验检验”和“逻辑论证”。实践检验和对理性美的追求是建立这些理论体系的出发点，而前者也是归宿。
近代自然科学不是只承认经验和概念复合的经验主义或符号主义，而是同时承认物质的客观存在性、客观规律的物质性，绝对真理的存在性。所以，近代自然科学技术本质上应当称作唯物的逻辑实证主义。举例来说，桌子不仅仅是感觉的复合，更是独立于观察者的具有客观存在性的实体，虽然可以用对它感觉的复合来描述它；月亮不仅仅只是人们主观感觉的复合, 更是独立于观察者的具有客观存在性的实体。
物质与精神是对立的统一体，如同硬币的正反两个侧面。人脑思维过程既是精神过程也是物质过程，是同一过程的两个不可分割的侧面。这种对立统一，人们是强调 “对立”——为斗争哲学寻找理论依据呢？！还是看重“统一”——强调关联、强调共性、强调依存呢？！生命和脑科学家感兴趣的显然是两者之间的关联、对应和统一。
真、善、美：科学用理性“求真”，文艺随情感“求美”，信仰从人性“求善”。唯三者全体构成人类和谐社会。其中，自然科学遵循客观性，体现理性精神，从属“诚不诚都灵” 的逻辑。而自然科学理性范畴之外的信仰、爱情等等，依循主观性，渗透主观感受和文化熏陶，显现出另一种“诚则灵，不诚可能不灵”的模式。
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看了双缝干涉的部分。很是不错。对于我这个十年不搞物理的人来说还是很有不错的。而且名字起的很不错：菜根谭。按照我一个同学的说法，这本书属于非常适合有物理基础的人泡茶洗脚出恭入敬的时候慢慢咀嚼用的。一，不用推公式，可以泡茶洗脚的时候看；二，得有一定基础，比如看过比较正确的量子力学书籍，要不然不知所云，就算是第一章都有关于量子比特的描述；三，其实这本书许多地方探讨是非常深入的（比如算双缝干涉强度分布。记得以前大学里专门做过一个单缝衍射的实验，发现强度分布是个很有意思的事情。），而且实践性非常强。根据witten1兄以前对导师的叙述，作者不愧是算过核弹的。所以，需要这些没人打扰的时候慢慢咀嚼；四，副产品各个教材好坏一目了然，对量子学习选书很有帮助。
第二版肯定会比第一版更精彩，期待witten1后面的连载。有物理基础的人看过之后都会大开眼界。
全部近代自然科学技术都只是“可道之道”，只是相对真理，并非绝对真理或最终真理。对近代自然科学规律的认识是全体人类理性认识的最大公约数。【提出新概念的第一步是描述这个概念吧？比如，什么叫认识的最大公约数？】
总体上，近代自然科学总是从经验和现象出发，从实践中抽出公设，运用逻辑演绎建立起一个个相对自洽的理论体系，再返回到实践中经受检验，获得进一步修正和发展。这种思路基本特征有两条：“实验检验”和“逻辑论证”。实践检验和对理性美的追求是建立这些理论体系的出发点，而前者也是归宿。【建议看看《实践论》是怎么写实践和认识的。】
近代自然科学不是只承认经验和概念复合的经验主义或符号主义，而是同时承认物质的客观存在性、客观规律的物质性，绝对真理的存在性。所以，近代自然科学技术本质上应当称作唯物的逻辑实证主义。举例来说，桌子不仅仅是感觉的复合，更是独立于观察者的具有客观存在性的实体，虽然可以用对它感觉的复合来描述它；月亮不仅仅只是人们主观感觉的复合, 更是独立于观察者的具有客观存在性的实体。
真、善、美：科学用理性“求真”，文艺随情感“求美”，信仰从人性“求善”。唯三者全体构成人类和谐社会。其中，自然科学遵循客观性，体现理性精神，从属“诚不诚都灵” 的逻辑。而自然科学理性范畴之外的信仰、爱情等等，依循主观性，渗透主观感受和文化熏陶，显现出另一种“诚则灵，不诚可能不灵”的模式。【科学的第一步就是假设，假的怎么就”真“了？恐怖片、行为艺术“美”吗？基督教、伊斯兰教对异端“善”吗】
这里讲的最大公约数的意思就是，经过反复实践大家都认可的一些自然规律。最简单也最基本的比如重力（万有引力）和重力下宏观物体的运动方式，就是一个经过反复实践的大家都认可的自然规律。
这里重力计算的可靠程度到什么地步呢？可靠到现在不管是卫星，洲际导弹还是坦克炮弹都可以非常精确的计算飞行轨迹的地步。当然这里面还得考虑到其他的一些因素简单的比如空气阻力，复杂点的还有广相修正等等。
这里“公约数”的意思就是无数实践经验总结的可以用实验证伪的规律。一般我们称这些规律叫做自然科学。这些规律就像所有人都因为重力跳不了太高一样，已经被过去和现在的聪明人研究透了，没什么可讨论对错的了，连汤渣都没了的地步。就是你要是生活在亚里士多德或者牛顿年代，你还可以拿重力G=mg说点事，现在也就初中水平。
这里提这一点我觉得主要是声明这本书的目标是教大家怎么算对1+1=2的题目而不是讲什么玄虚的东西。因为量子力学一方面很多专业人士都算不对题，另一方面很容易不小心就跑到玄虚的地方去了。
这里“最大”的意思就是对应“全部”这个词的。也不用解释了。
这个是科学探索的基础了吧？
第一个问题，你似乎较真了，楼下土泡泡已经回答了。
第二个问题，其实就是在说自然科学本身的evolution。
第三个问题，注意“自然科学遵循客观性，体现理性精神，从属“诚不诚都灵” 的逻辑。”自然科学的“假设”在其适用范围内是严格成立的，不信我做实验给你看，呵呵。在其适用范围内不存在“假设”一说，所以才有了“自然科学从属“诚不诚都灵” 的逻辑。”，所以自然科学是“霸道”的，由不得你信不信。另外，自然科学的第一步不是假设，那样就陷入了一些理论物理学家过分追求形而上的公理化体系！自然科学的第一步是实验——这里的实验既可以人类的实验，也可以是人类观察到的“自然实验”，而后才抽象出局部真理，而后再往前继续演化。
请不要把自然科学和宗教混为一谈，后者显然是从属于“诚则灵”，“不可证伪”的范畴。
“真、善、美”这一段把自然科学核心的东西点到了。后面还有更详细的阐述。
牛啊
认真读可以读出很多东西（需要对自然科学有一定程度的理解）。
1. from 牛顿微积分"确定性" to 波兹曼统计概率 but still with "确定性"
"取一个极限的话，如果存在一个终极的“本原”，它的动力学和运动学一定是一回事"=牛顿微积分本质; then 波兹曼统计 came out, 分子原子作熱運動 does not really have a 一个终极的“本原”with 势能場函处处可微, instead we have 能量均分定理, 平衡态统计物理, 概率 comes
2. now 量子力学
张永德: 电子怎样从空间一个观测点运动向
另一观测点的？ very good one
《近代量子力学疑难问题》
专题讲座
张 永 德
中国科学技术大学近代物理系
2
[第 三 讲]
电子是怎样从空间一个观测点
运动到另一观测点的?
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目 录
一，问题: 电子是怎样从空间一个观测点运动
到另一观测点的?
1) 实验事实
2) 问题和可能的回答
二，Dirac 回答
1）自由电子 Dirac 方程
2）和实际观测不矛盾
3）进一步，往求
4）和 Dirac 异议的看法及分析
三，Pauli 回答
四，Wheeler 回答
五，Feynman 回答
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一，电子怎样从空间一个观测点运动向
另一观测点的？
1) 实验事实：
i，在t1时刻的X1 点观察到电子；
ii，后来 t2时刻在 X2点又观察到这个电子。
2) 问题：这个电子究竟是怎样
从一个观测点(X1t1)走向另一个观测点(X2t2) 的？
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一种回答： 这是科学之外的问题。这是一种回避；
还有回答： 粒子在t1时刻在X1处消失了，t2时刻在X2处产生了。这等于把问题重说了一遍。
下面看看量子力学奠基者们怎样回答这个很难回答的问题。
二，P.A.M.Dirac 回答[1] ：
1）自由电子Dirac 方程。运动时，速度算符本征值为光速：“ ±C ”
注意 ，本征值为 —— 有场时也如此！
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2）这和实际观测不矛盾。因为：
平时观察到的总是一定时间间隔内“平均速度”；
这里计算的是某个时刻理论上的“瞬时速度”：
；
从实验角度看这种测量，由不确定性关系，在非常短
时间间隔中，以非常高的精度知道了电子的位置。这
对电子动量产生极大扰动。极限情况导致被测动量分
量的数值为无穷大，相应的速度分量为光速C 。这无
异于说：
不确定性关系不承认“ 瞬时速度” 概念。
7
3）进一步，往求 。 方程中，不仅 和
是动力学变数，而且 也是动力学变数。
此时是自由运动，有
注意 ， ， 均是守恒量，可代以它
们的本征值。于是上面方程有一个简单解
将此方程积分，得
前两项描述了自由运动，后一项是相对论量
子力学的特点，描述了下面说的“颤动”——
8
—— Zitterbewegung。这是频率为 ，振幅
为粒子Compton波长 的无规飘忽的振颤。
相对论量子力学显示：粒子在运动中，时时刻
刻作着一种频率极高、振幅极小的随机振颤。我们
平常所看到的是对这种振颤平均之后的图像。
负能解的存在和起作用使得，在粒子Compton波
长 尺度上，粒子位置概念失去意义！[6]
换一种角度，由Dirac 方程的二阶非相对论近
似，粒子的波粒二象内禀性质使它在运动中时刻有[6]
相对论性 Darwin 颤动
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4）和Dirac异议的看法[2]及分析
异议的理由有以下几点：
i) 从同一个速度方程，既导出速度为光速，又得出
Darwin 的随机颤动。自相矛盾。
ii) 在Dirac理论中没有 。当然也就没有 。
iii) 是一些常数矩阵，怎么能对时间求导呢。
iv) 表达式是荒唐的。
v) 对相对论量子力学，Heisenberg图象的运动方程
是否仍然正确，尚未考察过。
这些分析是不对的。因为，i) 这里是两个不同的问题：
本征值和运动中随时间的变化；ii) 是有这些算符的，否则
Dirac 方程如何写得出呢；iii) Schrodinger图象也有许多不显
含时间的算符对时间求导的例子；iv) 此表达式不荒唐；v)
Heisenberg图象不分相对论或非相对论。相对论量子力学也
是有运动方程的。
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三，W. Pauli 回答[3] ：
即使对一个单独过程，能量和动量守恒定律在目前也被
认为在实验和理论上都是牢固地确立了的。（P.13）
这里，第一条曲线是经典的，第二条则是量子的。按不
确定性关系，量子的情况不同于经典情况：每次测量都使粒
子脱离轨道。即（P.12）
先前的位置测量对其后轨道的确定是无用的。
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四，J.A.Wheeler 回答[4] ：
假设在尾巴处被第一次探测到，之后在巨
嘴处再一次被探测到。则在这两点间行进中的粒子
就像
一条云雾袅绕中的龙。
The point of entry of the photon is indicated by
the tail. And the point of reception is indicated by
the mouth of the great smoky dragon biting the one
counter or the other, but in between all is cloud.
（P. 38）
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五，R.P.Feynman 回答[5]:
按路径积分的观点，可以替Feynman拟定如下的回答：
微观粒子，以经典路线为最可几路径，在量子涨落中，以
完全随机的方式，像一个醉汉，历经一切可能的路径，摇摇晃
晃地、忽忽悠悠地飘忽着过来的。
几率幅 = 一切可能路径的作用量相因子
的等权相干叠加。
引子：这是我国内的导师所写的一篇文章，会在他所著的《量子力学：菜根谭（第二版）》里出现。这里经过他授权同意，让我代发在网上以引起讨论。在接下来两三个月中我会陆陆续续放完全文。此文的版权归原作者所有，任何转载请注明原作者。
整体概括而言, 近代自然科学蕴含如下五个要素：
1）因果性 ：有因果关联的，有实验响应的。
2）普适性 ：满足前提下，结论普适，与观察者无关。
3）自洽性 ：体系内部所有结论是自洽的。
4）可重复性、可检验性：所有结论都能够接受实验检验。
5）可量度性：不可量度的事物不属于近代自然科学范畴。
总之, 没有理性基础、无相互作用、不受影响、无因果关联、不可重复、无法检验、不可量度的的事物不属于自然科学范畴，而属于文学、艺术和宗教…等范畴。比如问: 如来佛头上有多少根头发？孙悟空体重是多少？无法观测；“糊里又糊涂的”爱情、音乐灵感、作曲家的激情，不可度量; 以前的动物学植物学大体属于描述和归纳性质，并不能算作近代科学。宗教信仰，按Born转述的Einstein观点【1】，属于理性之外（也即科学之外——本文作者注）的正常事物。
一般认为，近代自然科学的摇篮是Euclid的“几何学原本(The Elements)”。其思维模式正是上面说的：从实践中抽出公设，经过逻辑演绎加工，构成理论，再返回实践。
我个人感觉，中国有雄厚的技术史，著名的指南针、造纸术、火药、活字印刷四大发明都是技术，但确实没有相应雄厚的自然科学史。当然，这不等于说中国5千年文明史中没有很多自然科学成果的亮点。总体而论，中国古代对自然研究的基本特征是“天人合一”式的直觉“综合”远胜于逻辑理性的“分析”。“格物”不得法，“致知”不系统。中国古代学者缺乏大块逻辑思维训练。例证是中西医基本特征的比较━━集中体现了东西方文化和思维模式的差异。
【1】M. Born, 《Max and Albert Einstein》，The Born-Einstein Letters，London，Macmillan，2nd edn，2005。
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不如问为什么工业革命发端于西欧。
《几何学原本》挺神奇的，整个古代世界，也就这一本是属于理性分析的。其他书，都是类似于直觉的东西。
自然科学，确实是西欧的独门绝技，教外无传。
完全給出, almost using the same mathematical 理性基础 for 量子力学, widely utilized in today' world, of course with disputes, as anything in social sciences;
"理性科学" or "自然科学，确实是西欧的独门绝技，教外无传"。
as I wrote here before somewhere, modern physics is getting into 人工智能 area already, the implication:
whether US/Europe's "理性科学" apps in 社会科学 is "right" or "wrong" in terms of their 理性基础, as a "brainwashing" tool, like USD as world's monetary standards, they are powerful platforms, transferring wealth from everybody else to the market makers of those platforms, assisted by modern technology;
as such, any hardworking hardware (low-to mid tir technology) manufacturing based 大投資 model, their "blood and sweat" will be underpaid, depreciated, exploited with no mercy.
this is a very good series, like your other series, thanks.
经济学金融学"效用"的理性基础, how did 量子力学大师诺伊曼 manage to do that?
he used almost the same methodology:希爾伯特空間泛函分析/能量谱分析 for the invisible 量子"非熱"運動, without going into details.
"总之, 没有理性基础、无相互作用、不受影响、无因果关联、不可重复、无法检验、不可量度的的事物不属于自然科学范畴，而属于文学、艺术和宗教…等范畴。比如问: 如来佛头上有多少根头发？孙悟空体重是多少？无法观测；“糊里又糊涂的”爱情、音乐灵感、作曲家的激情，不可度量;"
爱情, 激情, 经济学金融学"效用"的"理性基础": they all need 能量, and they all have some kind of "收斂"能量谱, with which we could perform "度规"分析/数学分析/统计分析 etc, if nothing else;
I wrote here before about "nflx" modern physics assisted model to analyze their viewers "效用" for things like 爱情, and then make "stories" and produce tv series;
already, "零售业的发展将越来越注重用户体验。传统企业靠包装、广告和忽悠能力抢占市场的手法越来越行不通了。消费者越来越精，知道什么货好，而且价格高就暂时不买，连三星这样的企业都会因为GALAXY S4 销路不畅而被消费者逼疯" , we all know how steve jobs managed aapl;
用户体验=more and more global mobile internet social network based model of combination of 用户 feedback, brainwashing,忽悠, etc, ending up like a stock market collectively formulated pricing process: it is a black box, and it is not a black box if you can model it;
possibly in future: facebook etc does design,“格物” with its 致知”系统, and 三星 etc manufactures product in china, and everybody else just buy and consume, with income earned in service sectors?
and nflx fakes internet 爱情 for those service sector workers in the evening to come home to cry for, what else to do? there is no war nor revolution, anywhere, in the foreseeable future.
and 社会科学's all kinds of 神职人员 will be more and more replaced by/or paid much less due to the mass arrival of various modern physics/math 理性基础 based/ still 社会科学 but much more 用户体验 based/真理 producing models/robots, except perhaps china: "宇宙真理支部建在連上"世界工厂 can't be replaced by no other country in this world, and china is catching up with us/Europe in many areas anyway, progressing, not collapsing.