文理交融的“歷史物理學(xué)”

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1、.文理交融的“歷史物理學(xué)”林磊作者簡介：林磊美國哥倫比亞大學(xué)博士、加州圣荷塞州立大學(xué)物理教授與中國科協(xié)客座教授。林磊教授發(fā)明了世界上3種液晶中的1種：碗形液晶(1982)、復(fù)雜系統(tǒng)研究中新的一種典范：活性行走(1992)和一門新的學(xué)科：歷史物理學(xué)(2002)，發(fā)表了150多篇論文和10本專著。（美國加州圣何塞州立大學(xué)）內(nèi)容摘要從蔡元培先生1918年提出“文理交融”，特別是用自然科學(xué)方法來研究社會科學(xué)的某些學(xué)科，成為許多學(xué)者近百年來的追求。本文作者近兩年將物理的研究方法運(yùn)用到人類的歷史學(xué)中，提出建立一門新的學(xué)科，叫做“歷史物理學(xué)”(his

2、tophysics)。歷史研究的是由生物物質(zhì)組成的多體系統(tǒng)，應(yīng)該是可以用科學(xué)的方法來研究的。本文提出了物理學(xué)家在發(fā)展人類歷史學(xué)方面所能扮演的獨(dú)特的角色。文章詳細(xì)論述了幾個(gè)方面的問題：①歷史學(xué)的研究方法；②世界觀；③把歷史作為一個(gè)復(fù)雜的動力學(xué)系統(tǒng)來模擬；④怎樣預(yù)測未來和反推過去；⑤人工歷史。我們將闡明活性行走可以用于建立新的世界觀，能廣泛應(yīng)用于模擬歷史，并分別用社會學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)和進(jìn)化學(xué)歷史3個(gè)例子來加以說明。歷史學(xué)研究什么新的學(xué)科總是在不斷地的產(chǎn)生，從歷史上看，當(dāng)物理學(xué)與其他自然科學(xué)相結(jié)合就會誕生新的學(xué)科，比如天體物理學(xué)、生物物理學(xué)、地球物

3、理學(xué)等。再比如最近的一個(gè)例子，物理學(xué)向經(jīng)濟(jì)學(xué)的滲透交叉產(chǎn)生了一門新的學(xué)科——經(jīng)濟(jì)物理學(xué)。本文將提出人類歷史的研究也是可以從物理學(xué)的角度來考察的。歷史學(xué)研究的對象是個(gè)多體系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中，單體是人，本文中我們稱為“粒子”。每一個(gè)粒子都是經(jīng)典的(非量子力學(xué)的)、可分辨的。由于尺寸、年齡和種族等方面的差異，這個(gè)多體系統(tǒng)也是個(gè)不同種類組成(heterogeneous)的系統(tǒng)。歷史學(xué)家所關(guān)注的是過去已經(jīng)發(fā)生的與這個(gè)系統(tǒng)有關(guān)的所有事情，而被歷史學(xué)家所研究的這個(gè)系統(tǒng)正是由物體組成，那么就可以用科學(xué)的方法來研究。怎樣來研究呢?我們以水為參考來進(jìn)行比較

4、：(1)在水中，單體是水分子，歷史學(xué)中，單體是生物體。(2)水分子是由兩個(gè)氫原子和一個(gè)氧原子組成，而每個(gè)原子又由原子核和電子組成，每個(gè)原子核由中子和質(zhì)子組成，中子和質(zhì)子又由夸克組成。與此相對應(yīng)，歷史學(xué)中每個(gè)生物體由器官(如大腦、心臟、胃等)、血液和其他液體組成，而每個(gè)器官由細(xì)胞組成(人體中約有1012個(gè)細(xì)胞)，每個(gè)細(xì)胞由分子組成(如DNA分子)，而分子由原子組成，然后是原子核和電子，然后是中子和質(zhì)子……與水分子情況一樣。(3)在這兩個(gè)系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)上有很多層次，每個(gè)單體有很多形態(tài)，這也是類似的。(4)水和歷史學(xué)系統(tǒng)中的原子自身的存在都具有

5、很長的歷史，水分子的性質(zhì)一直沒有改變。那么人呢?人的演化歷史很漫長，但人性基本上是沒有改變的，正因?yàn)槿绱?，歷史學(xué)家才有可能去推測幾千年前人類的思想。(5)水分子尺寸很小，約10﹣8cm，是量子力學(xué)的粒子，而人體尺寸大約為40—200cm；可視為經(jīng)典粒子。動機(jī)...我們從物理學(xué)角度展開研究歷史的工作是基于以下幾個(gè)方面的考慮。1．人類系統(tǒng)是宇宙中最復(fù)雜的系統(tǒng)所謂復(fù)雜系統(tǒng)是由很多單體組成的系統(tǒng)，一般是不能用還原論(reduction)方法來研究的，比如經(jīng)濟(jì)體系、螞蟻群、人的大腦、交通、人類等。對復(fù)雜系統(tǒng)感興趣的人應(yīng)該會對人類系統(tǒng)有興趣。2．用

6、物理學(xué)的方法來研究歷史時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟最近，在復(fù)雜系統(tǒng)與人類生物體的研究方面取得了很大進(jìn)展，例如計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力增強(qiáng)，可以做海量數(shù)據(jù)的模擬；人們正在逐漸了解混沌現(xiàn)象；人類基因組破譯；對人的大腦可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的掃描研究等。所以，現(xiàn)在從物理與生物的觀點(diǎn)來研究歷史正是時(shí)候。正如著名哈佛大學(xué)生物學(xué)家EdwardO．Wilson所說的：“人類境況的研究是目前自然科學(xué)最重要的前沿?！?．歷史學(xué)家需要借助其他學(xué)科的力量來把歷史學(xué)變成一門真正的科學(xué)歷史學(xué)家從過去到現(xiàn)在所受到的科學(xué)訓(xùn)練是不充分的，例如在大學(xué)里，歷史學(xué)本科生和研究生都沒有在高等數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)程序等方

7、面受到系統(tǒng)的教育。4．物理學(xué)家與歷史學(xué)家合作能夠把歷史學(xué)變成一門真正的科學(xué)物理學(xué)家知道如何去解決多體問題。事實(shí)上，20世紀(jì)初物理學(xué)家就已經(jīng)發(fā)明了用統(tǒng)計(jì)力學(xué)來研究多體問題，而且得到了相當(dāng)成功的應(yīng)用。物理學(xué)不僅僅是研究材料、動量等物質(zhì)對象，用物理的方法去研究任何對象都屬于物理學(xué)的范疇。事實(shí)表明，在交叉學(xué)科方面，物理學(xué)家已經(jīng)有很多成功的經(jīng)驗(yàn)，如在天體物理、生物物理等方面，物理學(xué)家與歷史學(xué)家合作將提高歷史學(xué)的科學(xué)性。歷史學(xué)中的研究方法在任何學(xué)科中，科學(xué)方法都包括以下幾個(gè)步驟：(1)根據(jù)原始數(shù)據(jù)或現(xiàn)有理論提出假設(shè)；(2)將由假設(shè)產(chǎn)生的推論用數(shù)據(jù)或

8、事實(shí)來檢驗(yàn)；(3)如果事實(shí)和假設(shè)相符，則假設(shè)就成為新的定律，如果相悖，則又回到步驟(1)；(4)新的定律在有同行評議的科技期刊上發(fā)表以供交流；(5)有的時(shí)候，科學(xué)家本人或其他人會將新的發(fā)現(xiàn)寫成科普書籍出版。