第056期:量和量纲的哲学思考(上)
基本量和导出量的哲学意义
在物理学中,物理量可分成基本量和导出量两类。基本量是指具有独立量纲的物理量,它的量纲不能表示为其他物理量的量纲的组合。导出量则是指其量纲可以表示为基本量量纲组合的物理量,即一切导出量均源于基本量。
1971年后,国际上普遍采用了国际单位制,选定了由7个基本量构成的量制,导出量均可用这7个基本量导出。7个基本量的量纲分别是长度L、质量M、时间T、电流强度I、温度Θ、物质的量n和光强度J。任何一个导出量的量纲都是这7个基本量量纲的组合。
例如,力学中有三个最基本的量,分别是质量、长度、时间。这三个基本量的量纲,即它们的单位分别是:千克、米、秒。除这三个基本量外,其它的物理量如速度、加速度等等均为导出量。导出量是由这三个基本量,以不同形式和不同比例进行排列组合的结果。
质量、长度、时间这三个基本量蕴含着深刻的哲学思想。质量明示了世界的物质性、本源性、客观实在性,即世界是物质的,是独立于人的意识之外的客观存在。长度和时间用来描述物质的运动性,即运动是在空间和时间里进行和表征的。空间和时间如同数轴一样,有无限性和延展性。空间与时间是对物质而言的,离开了物质,空间和时间是没有任何意义的。
物理学中一切复杂的导出量都是由简单的基本量构成的。基本量代表简单,导出量代表复杂,简单和复杂是事物的两种状态。简单是起始态,复杂是发展态,事物都是从简单向复杂发展的。
导出量的哲学意义是:自然界中的所有物体,经过在不同时间和空间的运行变化和碰撞作用后,形成无限新型的自然事物和现象。这就是世界发展的无限性和复杂性。
简单的基本量通过交叉组合,构成了复杂的导出量。物理学的研究和发展就是从简单的基本量到复杂的导出量的过程;化学的研究与发展也是从简单的原子到复杂的化合物的过程;生命科学的研究同样也是从简单的无机和有机物开始到复杂大分子的生化反应的过程。总之,一切科学的研究和发展都是从简单到复杂的过程,也就是说,一切简单的事物都会通过交叉组合,发展成复杂的事物。
从量纲论事物的简单和复杂性
量纲可以定性地表示出导出量与基本量之间的关系;可以有效地进行单位换算;可以检查物理公式是否正确;可以推知某些物理规律。在量制中,以基本量的幂的乘积表示该量制中一个量的表达式,这个表达式就是该量的量纲。例如,力学中导出量速度的量纲是米/秒,加速度的量纲是米/秒2等。
对于任何一个物理量而言,都应有个量纲即单位。在经典物理力学中,质量(Mass)的量纲用M表示;长度(Length)的量纲用L表示;时间(Time)的量纲用T表示,则任何一个物理量Q的量纲皆可用质量量纲M、长度量纲L和时间量纲T这三个基本量纲表示:dimQ= Lp× Mq× Ts,其中p、q、s称为量纲指数。
力学的导出量纲用来反映构成新事物的三个基本量纲间的组合情况,导出量纲越复杂,表明新事物的构成就越复杂。例如,力的量纲是牛顿,其量纲由公式F=ma可知为:1N=1kg•m•s-2,该量纲是物质质量、空间和时间的复杂耦合。这表明力的概念内涵丰富,抽象复杂。由此可知,简单是构成一切复杂事物的要素,是一切事物的基础。复杂是一切事物的必然结果,是一切事物的发展方向。没有简单就无法构成复杂。由简单到复杂造就了自然与社会的丰富多彩;由复杂到简单可凝练和归纳出事物的本质与规律。
复杂是常态和表象,简单是境界和本质。事物都是由复杂的表象包裹着其简单的内核。繁易惑,简则明,若我们能以简单的理性感知繁杂的事物,便会闻一知十,究其本根而枝叶自举了。把简单变复杂是聪明,把复杂变简单是智慧。复杂有助于思考,简单有助于实行。简单的大道源于复杂的思考,只有通过严谨的逻辑思维,才能求得事物简洁明了的本质,即大道至简。所以说,真理是简单的,思维是复杂的,复杂与简单并行,用逻辑思维思考真理,才能真正理解其本质。
人们认识事物总是从简单开始。当人们不断钻研,不断发现,对构成复杂问题的每个简单问题逐一搞清楚后,人们就能归纳凝练出事物最终的简单本质,这时人们就会觉得事物的真谛是那样的简单。如曾国藩把孔子的“己欲立而立人,己欲达而达人”凝练成“自立立人,自达达人”后,字数从12减到8,含义不变,但这让人们从简单描述中抓住了事物的本质。这就是人类思想的凝练升华,它使世界文化大厦的成果更加简洁辉煌。
总之,任何事物的研究和发展都是循序渐进的,从简单到复杂,再由复杂到简单,不断地循环往复。人们对事物的认识也是如此,始于简单,长于复杂,最终大彻大悟后又归于简单。