物理学与文化
---- 陈佳洱院士
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在世界物理年启动之际，我能就 “Physics as a part of culture”讲一些意见，深感荣幸。
在不同时期、不同国家中,对文化概念的理解和界说虽有很大差异，但还是可以抽出一些共同点。一般认为，文化系统是由人类创造的物质要素和精神要素构成的一个复杂系统，主要包括科学文化与人文文化。其中，科学文化是在人类面向自然界的认识活动中所形成的精神文化,是科学知识、科学思维方式和科学精神的总和。人文文化则是人类在认识自我、发展自身价值、求得精神自由、寻求人类和谐的活动中所形成的精神文化。
作为现代科学基石的物理学，对于丰富和发展科学文化和人文文化都发挥了举足轻重的、不可替代的作用。欧洲15世纪文艺复兴之后，牛顿综合了哥白尼、伽利略、开普勒等人的科研成果的大成，建立了一套完整的理论体系，奠定了以系统的实验方法得到完整的物理因果关系的理性思维体系之基础，树立了理性与科学的权威；麦克斯韦通过总结大量实验获得的电磁学四大定律，完成电磁学的麦克斯韦方程，建立了经典场论。他所建立的作为自然界基本构成的“场”的观念,进一步更新了人们的物质观，并引发了其后电气工程和整个通讯事业的发展。20世纪以来，以相对论和量子论为代表的物理学的革命性发展，不仅形成了人类新的时空观、运动观和物质观，极大地深化了人类对自然界从微观、宏观到宇观的各个尺度层次的基本规律的认识，推动了整个科学的发展，还引发了技术文明的巨大飞跃。现代社会中种种高技术的成就，无论是信息与计算机技术、核技术、激光技术等等无不植根于物理学的发展。建立在基因研究基础上的生命科学,也是物理学家和生物学家携手共同努力的伟大创举。现代医学的诸多诊治方法，现代家庭生活所需的各种琳琅满目的电器设备，也都是直接应用现代物理学成果的结果。事实表明，物理学的发展不仅不断为人类物质生产开拓了新的空间，而且在探寻规律和追求真理的过程中凝结成的科学与人文精神以及所汇集的智慧结晶，促进了人类思想的一次又一次解放，不断丰富和发展了引导人类走向文明的先进文化，对人类社会的生产方式、生活方式和思维方式已经并正在产生极大的冲击和深远的影响。物理学不愧为“高尚的文化成就”的一个杰出标志。
在中国，“物理”这个词在先秦时期（公元前221年以前）就出现了，但当时的含义比现在的“物理”要广泛得多了。它泛指人类对自然界及人类自身的理性认识。中国古代思想家认为自然界的规律和人文社会的规律是统一的，人文社会的法则也应该归结为天地、自然的法则；后来有人把这个观点概括为“天人合一”。
中国古代的学者很关注对自然现象的观察和理解，他们认为对自然规律的认识，或者说对于物理的把握，对于每个人的人生观与人格的形成至关重要。例如孔子曾把对人的教育过程描写为：“物格而后知至，知至而后意诚，意诚而后心正，心正而后身修，身修而后家齐，家齐而后国治，国治而后天下平”。后来的朱熹在解释头两句时说：“物格者，物理之极处无不到也。知至者，吾心之所知无不尽也”。整段的意思是说，人首先要尽力探求世界万物的道理，深入理解得到的各种知识；有了对世界的深刻理解，才会有坚定的信念，修养好个人的品德；每个人有了崇高的品德，就能处理好家族关系；再进而治理好国家，达到天下太平。古代学者追求对世界万物的深刻理解也表现在他们的诗中。生活在公元前4世纪的屈原（公元前339-278年）在他著名的“天问”一诗中就曾一连向苍天提了172个问题，表现了他追求真理的精神。就在这首诗中他运用对称性论证了天和地都应该是球状的，后来又进一步推测地球可能是椭圆形球。公元8世纪时著名的唐代大诗人杜甫（712-770年）也在一首诗中说：“细推物理须行乐，何用浮名绊此身”。意思是说：研究物理、探讨物理需要仔细观察和推演物理规律，这里自有无穷乐趣，可以摆脱争名夺利的想法，好好地享受生活的乐趣。
古代中国贤杰对物理现象和规律的探究不仅深刻地影响着人们的价值观，还导致一系列的技术发明，极大地促进了中国社会经济和文化的发展。例如中国在很早的时期就在天文方面建立了高度的天象综合观测技术，创建了一批珍贵的记录，包括最早超新星爆炸的天象记录。通过长期的观测，中国创造了与农业经济相结合的农历，促进了农业经济的发展，并沿用至今。又如声学上,在乐器制作、声音传播规律的掌握以及具备完美听觉的音乐殿堂的建造上都取得了突出的成就。1978年在湖北随县出土了曾侯乙编钟（Chime Bells）。这一发现被誉为20世纪考古学的重大事件。这组钟是公元前 500 年制造的，共8组合计65件。2000年9月在巴黎中国文化周上演出的古代编钟乐舞，曾引起观众的广泛赞扬。现代中国物理工作者通过研究发现它包含的物理内容令人惊叹。由青铜铸成的编钟，钟形是扁（flat）的而不是圆的,每个钟具有双音性质，各自可以发频率相差大三度或小三度的两个音。曾侯乙编钟的音域共5个八度（Octave），中音区12个半音俱全，音高几乎全部与现代物理音高一致。编钟的延音（Sustain）短,能够演奏旋律快的音乐，钟上突起的钟枚起到滤波的作用,使音质更为优美，无论是中国民族音乐还是西方的交响乐曲都能演奏。总之，中国历史上有各种各样的发明创造，包括火药、纸张、指南针、印刷术以及冶金术、航海术等等，在相当长的一个时期中为人类文明的发展做出了伟大的贡献。其中对物理现象的研究和应用起了十分重要的作用。
(下)
在人类进入新的世纪之际，物理学面临着新的挑战和机遇。从微观粒子到宇观领域层出不穷的新发现迫切地呼唤着现代物理从实验设施、理论以及方法论的新的飞跃，包括微观、介观与宇观相结合、还原论与整体论相结合的方法论等；各种各样的学科交叉发展也不断从观念、方法直至仪器设备等方面向物理学提出更高的要求和支持；人类的可持续发展要求物理学在解决环境、资源、能源、人口健康等重大问题以及科学伦理
道德建设上发挥更大的作用。这一切意味着物理学必须在新的世纪里通过自身的跨越和发展，为人类新一轮文化的发展做出新的贡献。面对这样的形势，作为科学文化理性基石的物理学必须更好地与人文科学紧密结合，使科学求“真”的理性思维与人文文化中那种至善、至美的追求相结合，促进真、善、美的统一，人和自然的和谐与统一，达到人类理想的文化的最高境界。
今天中国政府实施“科教兴国”战略，努力加强基础科学研究。在国家提出的以科学发展观为指导，强调人与自然和谐发展与可持续发展的大背景下，中国的科学文化正在更好地与人文文化相结合，包括物理学在内的中国现代科学将得到更快的发展。
但是，在现代文明高度发达的今天，在一部分人们的观念中仍存在将科学文化与人文文化相割裂的现象，以为只有贝多芬的音乐、莎士比亚的戏剧或者是李白、杜甫的诗等艺术和人文文化才是有教养的标志，而科学和物理这样的理性文化，只是科技工作者有兴趣的事。这是一种极大的误解。事实上，科学文化和人文文化是人类文化的精髓，既相辅相成又密不可分，如同一个硬币的两面，它们都起源于人类对客观世界(包括自然和人类自身)的认识，都追求真理的普遍性，服务于人类自身社会以及人类与自然和谐发展的需求。对任何一面的忽视或削弱都无益于人类社会的文明进步和健康发展。片面强调人文文化会制约科学文化的发展，造成技术和生产的落后倒退；片面强调科学文化而不重视人文文化的发展，也将是一场灾难。因为科学是一把“双刃剑”，由新的科学转化而来的技术，既可以为全人类的美好前程服务，也可以对人类自身或对自然资源与环境造成伤害，破坏社会稳定，破坏人与自然的协调发展。这方面在人类历史上已有过多次惨痛的教训。因此今天，物理学家的社会责任比以往任何时候都重要得多。贝多芬在
第九交响曲的欢乐颂中所歌颂的那种人类精神的和谐和内心的美，所追求的那种自由、解放和欢乐，只能建立在人类物质生活极大丰富，人与社会、人与自然和谐发展的基础之上，建立在科学文化与人文文化紧密交融之中。
在人类漫长的历史长河中，科学文化与人文文化总是在互动中发展着，并朝着相互交叉和融合的方向演进，以致融为一体，形成崭新的精神文化。在这一过程中，物理学深刻地影响着人类文化的发展。为推动人类社会走向更高的文明，使人类具有崇高的精神境界和更为美好的物质生活，我们要大力宣传物理学与物质文明、精神文明的关系,使更多的人理解物理科学，走近物理，崇尚物理，拥抱物理。
