自然辩证法：关于光学理论到实践

自然辩证法：关于光学理论到实践摘要：光学发展的历史过程，是人类不断揭露矛盾、解决矛盾。统一矛盾的过程，遵循了科学认识论中的实践—假设—理论—实践的原理。自然辩证法作为自然界的辩证法，是理论哲学的框架。人化自然的自然辩证法是一种作为实践智慧的自然辩证法，也是马克思主义自然辩证法的本真含义。关键词：自然辩证法光学发展科学认识理论到实践自然辩证法是指自然界的辩证法，其内容是指自然界自身存在着的不以人的意志为转移的内在的、本质的必然联系，“辩证法的规律是自然界的实在的发展规律”；辩证法的规律是从自然界以及人类社会的历史中被概括起来的；研究的任务在于客观真实地概括和反映自然界的规律，为人们的实践活动提供必须遵循的法则，自然辩证法有其深刻的理论依据和实践的合理性。科学不仅是一种知识体系，而且是一种实践形式。在当代科学认识体系中，既存在着一个相对自主发展的理论研究纲领，同时还存在一个相对自主发展的实验研究纲领，理论和实践具有同等的地位。因此，自然辩证法不仅重视对科学的理性本质的研究，同时要重视对科学的实践本性的探索，从而实现从当前的理论走向理论和实践的统一。1.人们对光的认识首先来源于观察和实践，即从人的感性认识基础上得出的一般规律。光学是一门具有悠久历史的学科，它的发展过程是人类认识客观世界中不断揭露矛盾、克服矛盾，从不完全和不确切的认识逐步走向比较完善，较确切认识的过程。它的不少规律和理论是直接发从生产实践中总结出来的,相当多发现来自长期的系统的科学实验。因此，生产实践和科学实验是光学发展的源泉。自然科学本质上是实验的科学，科学认识活动是感性实践和理性建构的统一。恩格斯说：“单凭观察所得的经验，是决不能充分证明必然性的”。科学实验既是理论的指导，又具有相对的独立性，理论和实验之间是相互作用共同进化的。因此，对科学的理解中，要对科学理论和科学实验给予同等重视。光学的发展为生产技术提供许多精密、快速、生动的实验手段和重要的理论依据，而生产技术的发展，又反过来不断向光学提供许多要求解决的新课题，并为进一步深入研究光学准备了物质条件，这正体现了认识论的理论和实践的辩证法。最初由小孔成像这一现象上升到理论认识，说明光沿直线传播。随着人们对光学现象的认识，通过对光的直线传播、反射和折射现象进行观察、实验，归纳出反射定律和折射定律。十七世纪开始，人们发现了有与光的直线传播不相符的事实——所谓衍射现象，即产生光的波动理论的萌芽；牛顿提出光是一种微粒流，微粒从光源飞来，在均匀物质中以力学定律作直线运动。惠更斯提出波动学说，认为光不是微粒构成的，而是在“以太”中传播的波。随后波动说和电磁波理论进一步深入，到二十世纪爱因斯坦提出相对论，认识到电场和磁场在空间振动形成电磁波，电子波传到那里，那里就会产生一个振动着的、交变的电场和磁场，电磁波不需要借助于另外的弹性媒质而能自动传播。相对论抛弃了以太是各种电磁过程的物质体现者的这一观念，同时揭示了电磁场及其光在内的物质的具体性质，即量子化。在方法论上，光学的发展又完全符合这样的认识规律：在观察和实验的基础上,对物理现象进行分析、抽象和综合，进而提供假说，形成理论，并不断反复经受实践的检验。对许多问题,就遵循着实验—假说—理论—实验这条道路曲折前进的。2.科学的认识论认为，任何事物及事物的发展无时不存在矛盾，事物的发展就是不断地揭露矛盾，解决矛盾。每解决一个矛盾后，认识又有提高。从马克思哲学的立场看，人的本性的自然辩证法即人化自然的自然辩证法，是以自然界的先在性为前提、以人的生产和交往活动为中介、以人的自由解放为目的的人化世界的辩证法，而不是那种仅仅概括自然界规律的经验科学式的自然辩证法。人化世界的自然辩证法是马克思主义自然辩证法的本真回归。在实践哲学语境内，其使命在于：把人和自然界的物质变换过程纳入自身的视野，从人们生产活动和交往活动中的各种关系出发，考察以工具为中介的人与自然的相互关系，考察以意义和价值为中轴的人类交往结构的辨证内容和辨证形式，增进人类实践活动的智慧。正是在这里潜藏着自然辩证法巨大的理论空间和深厚的实践价值。十九世纪，杨氏(Young)圆满地解释了“薄膜的颜色”的现象和用双狭缝实验显示了光的干涉现象,第一次测得光波的波长。1815年，菲涅耳(Fresnel)用干涉原理补充了惠更斯原理，形成了惠更斯-菲涅耳原理，解释了光在均匀的各向同性的介质中的直线传播，而且还解释了光通过障碍物时所产生的衍射现象，成为波动光学中的重要原理。在1846年，法拉弟(Faraday)发现了光的振动面在磁场中发生旋转，这表明光学现象与磁学现象间存在内在的联系。1856年，韦伯(Weber)发现，光在真空中的速度等于电流强度的电磁单位与静电单位的比值为s/m1083，这表明光学现象与电学现象有一定的关系。人们得到启示，即必须把光学现象和其他物理现象联系起来考虑，而不能孤立地研究光的本性。事物矛盾是普遍联系的，如单纯考虑一方面，则不能完整地认识一个事物。麦克斯韦(C．Maxwell)1860年指出，电场和磁场的改变不会局限在空间的某一部分，而是以数值等于电荷的电磁单位与静电单位的比值速度传播，即电磁波以光速传播，说明光是一种电磁现象。这个理论被赫兹(H．R．Hertz，1857-1894)在1888年证实,因此,也就确定了光的电磁理论基础。洛仑兹(Lorentz)由折射率随光波波长而改变的色散现象的发现，在1896年创立了电子论，认为在外力作用下，电子作阻尼振动而产生光的辐射。当光通过介质，介质中的电子的固有频率和外场的频率相同时,则束缚的电子使成为较显著的吸收体。这样，利用Lorentz的电子论，不仅可以解释物质发射和吸收光的现象，还解释了光在物质中的传播过程,同时光的色散现象也得到了较好的解释。在认识光的本性的过程中,应该遵循实践-假设-理论-实践的过程，同时在认识时，只有反映自然现象普遍联系的认识才有生命力。1905年9月，爱因斯坦提出了狭义相对论的基本原理，解释了运动物体的光学现象。从光的干涉、衍射、偏振以及运动物体的光学现象都确证了光是电磁波，且又从热辐射、光电效应、光压现象以及光的化学作用都无可怀疑地证明了光的量子性—微粒性。1924年，德布罗意(L．V．deBroglie)创立了物质波学说，他大胆设想物质的粒子都和一定的波相联系。事实上，这一假设在1927年戴维孙和革末的电子衍射证实了这点。这样，光不仅具有波动性还具有微粒性，即波粒二象性。实际上，这也是微观物质所共有的属性。原来人们对光本性的两种概念的认识都是根据对宏观的客观现象的观察得到的,而人们想统一这两种概念时又仅限于们所能“想象”的和所能“了解”的。但是，为了如实地反映客观世界，应当用广泛的、活的，正如客观实事那样的，辩证的物质概念来代替形而上学的、机械的物质学说。从这一观点看，光学发展的结果所揭露的，在光学现象中波动性与量子性之间的不可克服的矛盾就是自然辩证法的一种表现：真实的矛盾统一。对于宏观世界中连续的波动和不连续的量子，在经典物理学中的简化的、机械概念中，是互相排斥的，而在客观实际的自然现象中，它们却是统一的、共处的。在光学发展的今天，激光技术极大地带动了相关科学研究的蓬勃发展，带来了遍及社会和经济生活各个领域的广泛应用，它能让我们很好地认识和理解21世纪科学技术发展及其社会相互作用。从历史发展来看，激光是把微波激射器的原理从微波领域自然推广到可见光而产生的。受激辐射的概念是由爱因斯坦在1916年提出的，到30年代，物理学家已经认识到受激辐射会带来放大效应。微波激射器，它的产生是基于受激辐射原理，但不是从这个原理直接推出的。是技术问题——即战争期间的雷达研究，把许多物理学家带入量子力学和电学工程的结合地带——微波和无线电波谱学领域，并提出了新的科学问题。在解决新的科学问题中，科学家把技术目标与已知的科学原理结合起来，得出了微波激射器的观念。随着激光技术的发展，越来越多其他学科(如化学)进入，激光研究成为一个多学科交叉的领域。许多工作常常是不同学科的人一起组成teamwork完成的。第一批激光器的诞生，证明了激光行为的可行性，随后从多种途径塑造着激光的发展方向，对材料和受激方法的研究带来不同种类的激光：半导体激光，离子激光和化学激光等，而对激光的性质和效应的研究则反过来进一步促进了激光技术的发展。今天，激光极其广泛地应用在社会和经济生活中的各个领域，千千万万个普通人直接经历着激光技术的应用：家庭的VCD和CD播放机，办公室的激光打印机，医院的激光治疗，以及光缆通讯的电话。通过对激光历史的研究，我们可以从以下两个方面加深对现代科学技术的认识：(1)科学和技术之间存在着复杂的相互作用激光的发展史表明，科学和技术之间关系并不是简单和线性的关系，而是存在着多种多样的相互作用，基本概念的发展和应用是紧密地缠绕在一起的。激光的发明依赖于科学知识(受激辐射)，但不是从科学原理直接推出的。不仅技术发明依赖于科学知识，而且，技术塑造科学发展的方向和规定着研究的议程。(2)新技术的应用新技术的许多潜在应用只有在尝试使用的过程中才能逐渐显出。这取决于有关利益各方是怎样响应的和参与的，依赖于现有社会经济体系中的技术能力、社会能力(组织、管理和营销)和支持制度(资本市场、教育体系)。大量的、独立的互相竞争公司，根据自己的战略和想法开展激光研究，不仅加速了新技术源的出现(例如，半导体激光的发明)，而且通过从不同的途径探索新技术的应用，扩展了技术应用的范围，同时避免了过度集中在一个方向上的风险。正是实验相对于待检验理论的独立性，维护了科学的合理性。新实验主义致力于为当代科学找回被传统科学哲学长期忽视的科学的实践本性，同时克服了研究因否定科学对象的本体论地位而将科学实践主观化和“空心化”的片面性，将科学实验还原为客观的物质实践过程的活动，从而使科学研究的某些重要因素，如科学家的个人经验、科学仪器、实验技能等得到重视。3．认识理论与实践的统一自然辩证法学科发展要体现与时俱进，不能单靠紧密结合实际，需要从基本理论层面作深入研究，更深人地认识科学实验以及理论与实验的辩证法，并及时将有关的研究成果引入到实际应用中。将理性认识方法论和实践方法论相结合，从而实现理论和实践的统一对光本性的认识,虽然取得了如此成果，但对光本性的认识还有待深入，并且光学的发展还没有停止，这种认识的无止境性是由于人的认识受到客观事物的发展和本质暴露的程度的限制，受到科学技术条件的限制，受到人的实践范围、立场、观点、方法和知识水平的限制。由于客观世界是无限的、时间是无限的。因此认识也是无限的。正如毛泽东同志所说：“实践，认识，再实践，再认识，这种形式，循环往复以至无穷，而实践和认识之每一循环的内容，都比较地进行到高一级程度”。所以，我们相信，光学还会有更大的发展前景。参考文献1王枫星．关于恩格斯的光学观．科学技术与辩证法，1989年第2期：1-42樊春良．激光：从发明到应用．自然辩证法通讯，1000-0763(2002)05-0051-083陈永禄．科学的认识与光学发展史．宜宾师范高等专科学校学报．1008-5297(2001)02-57-(04)4王能东．论作为实践智慧的自然辩证法．自然辩证法研究，2007，9：108-1115马佰莲，曾国屏．自然辩证法应重视科学实践方法论．自然辩证法研究，2004，5：94-98