傲慢的科学、傲慢的物理学

物理学的傲慢可用物理学家卢瑟福的一段名言概括，他说：“所有科学，除了物理学之外都是集邮。”同时物理学又是最具扩张性的学科，今天物理学以人力（物理学家）和物力（物理仪器）大规模扩张，他们已经进入了传统上认为不适用于物理方法的生物学、经济学甚至历史和艺术。不同层次的现象向物理学家提供了丰富的问题，也促进了物理学本身的演化和发展。

现在我们相信生命科学的基础是物理学，或生命科学中大问题的解决，比如什么是意志，生命的起源等都提出了有意义的物理问题，这些问题的最终解决需要物理学的新突破。假设生命科学可构建于物理学基础之上，那么更高层次内现象，比如经济学，历史学乃至艺术是否也可构建于物理学基础之上呢。从这个角度我们需要捍卫不同学科存在的价值，或说我们需要了解究竟是什么造就了不同的学科。

这个问题的解答可以从物理学内部不同分支学科间关系获得启发。传统上我们认为所有物理学都可归结为几个甚至一个统一的基础，比如我们会说相对论和量子力学是今天物理学大厦的基础，乃至是整个科学大厦的基础。还原论的思想在物理学研究中有重要作用，在20世纪科学革命出现之前，物理学家努力把各种不同形式的运动还原为机械运动，比如把热现象还原为微观粒子无规则的运动，比如把生命还原为无数质点运动状况的集体状态等。在今天我们也可类似地把生命还原为具体的生化现象，把分子的运动还原为原子，把原子还原为基本粒子等。

但随着量子场论及凝聚态物理学的进展，这种还原论的道路似乎走不通了。凝聚态物理学家文小刚举的例子是：

20年前，我们可以计算含11个相互作用电子的系统；20年后，计算能力提高了100倍，可计算含13个相互作用电子的系统。计算`10^{23}`数量级粒子组成系统是不可能的，一台由宇宙所有原子制造的传统计算机连这种宏观系统的一个量子态矢量也储存不下。

这种困难很大程度上来自于计算的复杂性，也许计算本身还会有大突破，但我们也知道甚至在量子力学出现之前就已描述了气体的现象，`PV=nRT`。气体是由`10^{23}`数量级原子组成的，原子的现象必须用量子力学才能描述，但`10^{23}`数量级原子集体的运动规律则是在创建量子力学之前完成的。我们实际上是把气体当成最基本的系统，通过观察、实验、思辩直接猜（构建）出气体的理论的。即热力学在物理学内部就有了作为分支学科存在的价值。

我们可以进一步诘问这种基于更高层次构建出的理论是否会与基本粒子理论具有相同的普适性和基本性。凝聚态物理学家P W Anderson说：

由大量基本粒子构成的巨大的和复杂的的集聚体的行为并不能依据少数粒子的性质作简单外推就能理解。正好相反，在复杂性的每一个层次之中会呈现全新的性质，而要理解这些新行为所需要作的研究，就其基础性而言，与其他研究相比毫不逊色。

我们可以举出两个例子来支持Anderson。

1. 能量守恒是热力学中很基本的原理，但它是首先在生理学研究中被发现的，梅耶发现热带地区人的静脉血颜色鲜红，携带更多氧。说明热带地区人只需要消耗较少氧就能维持体温，静脉血因含氧较多，而呈鲜红色。生物学为物理学启示了能量守恒定律，这是一个普适规律。
2. BCS配对机制和对称破缺概念等最初在凝聚态物理学研究中被提出，但现在也应用于粒子物理学和宇宙论中。
   

以上都是物理学内部的例子。由此我们可以得到启发物理学的扩张，或科学方法大规模渗透进人文学科，未必意味着传统的人文学科方法的没落，还需要就事论事地具体分析。

比如在Scientific American上曾有文章介绍，某物理学家用分形的概念分析了波洛克的绘画，发现其分形维数与自然过程中形成的图案分形维数不同，与波洛克模仿者绘画中分形维数也不同，这样他就提炼出了一个定量指标，这个知识是传统艺术评论家不可能发现的，并且还可用作甄别赝品的工具。但这一发现恐怕对艺术创作、对艺术批评毫无用处，我们不可能把分形维数作为艺术品与否或好艺术与坏艺术的判据，即它无法回答艺术中最根本最核心的问题。