科學(xué)發(fā)現(xiàn)的性質(zhì)和數(shù)量判斷
事物內(nèi)在的性質(zhì)亦即事物的固有屬性,事物內(nèi)在的數(shù)量亦即事物的固有數(shù)量,物理學(xué)的最小作用量原理在科學(xué)哲學(xué)上表述為“固有量原理”??梢远x一個物理學(xué)的“最小量原理”并將其分為最小作用量原理和最小轉(zhuǎn)化量原理,相應(yīng)地可以把科學(xué)哲學(xué)的“固有量原理”分為固有作用量原理和固有轉(zhuǎn)化量原理。什么是科學(xué)哲學(xué)的固有量原理?可以將其統(tǒng)一地表述為:在物質(zhì)和物質(zhì)、物質(zhì)和能量、能量和能量的相互作用和相互轉(zhuǎn)化中,物能體的相互作用遵守固有的或獨有的作用量,物能體的相互轉(zhuǎn)化遵守固有的或獨有的轉(zhuǎn)化量。
舉例說明什么是事物固有的屬性和固有的數(shù)量,氫在元素周期表中排在第一位,它是宇宙大爆炸首先產(chǎn)生的最輕、最簡單的物質(zhì)元素,宇宙“大道至簡”的起源是從由一個質(zhì)子和一個電子構(gòu)成的氫原子開始的。氫原子在最早期的宇宙占到了物質(zhì)原子的99.99%以上,在經(jīng)歷了近138億年的物質(zhì)元素核合成之后,今日宇宙的氫元素物質(zhì)仍占到宇宙總質(zhì)量的75%。地球上儲存的煤、石油和天燃?xì)鈱⒃诒臼兰o(jì)末基本耗盡,作為“宇宙能源”的氫氣還將驅(qū)動宇宙數(shù)百億年的運行。
人類利用二次能源的氫氣已悄然興起,氫氣的熱值為120MJ/kg,相當(dāng)于同質(zhì)量的焦炭、汽油等化石燃料熱值的2到4倍。氫氣是一種理想的“綠色燃料”,它在和氧氣的燃燒過程中產(chǎn)生了“零碳排放”的水,而化石燃料的最大問題是在燃燒過程中產(chǎn)生了大量的二氧化碳等溫室氣體。引起了全球氣候的變暖,氫能和太陽能的固有清潔屬性使得它們成為了人類在二十一世紀(jì)理想的開發(fā)能源。
科學(xué)家預(yù)計,氫能在2050年將占到全球總能源消費的18%以上,市場價值高達(dá)2.5萬億美元。氫的固有熱值大,但氫在制取、儲存和運輸?shù)拿恳粋€環(huán)節(jié)都面臨了技術(shù)、成本和安全的難題,氫在自然界屬于易燃、易爆的不穩(wěn)定氣體,氫在空氣中的體積濃度達(dá)到4%到75.6%時,遇到明火會產(chǎn)生爆炸。氫和水的存在方式遵循科學(xué)哲學(xué)形態(tài)論的等效原理,水有水蒸氣、流動的水和冰雪的形態(tài),氫有氣體、液體和固體的不同形態(tài),人們利用氫的三種形態(tài)進(jìn)行氫的儲存和運輸。
舉例說明什么是科學(xué)哲學(xué)的等效原理?2012年7月4日,歐洲原子能研究中心所屬的大型強子對撞機(jī)(LHC)中兩個高精密度實驗室(ATLAS和CMS)的科學(xué)家宣布,他們找到了理論預(yù)期的“上帝粒子”或希格斯粒子。對撞機(jī)是物理學(xué)家用于發(fā)現(xiàn)基本粒子和檢驗標(biāo)準(zhǔn)模型理論的大型實驗儀器,這臺超級機(jī)器好似觀測微觀世界的超級顯微鏡?;玖W油ǔR跃薮蟮慕Y(jié)合能束縛在極其微小的物質(zhì)結(jié)構(gòu)中,大型加速器或?qū)ψ矙C(jī)通過高速粒子的碰撞獲得所需的高能量,能夠?qū)⒒玖W訌慕Y(jié)合能的束縛中解脫出來。

物理學(xué)家先是研制了直線和環(huán)形的大型正負(fù)電子對撞機(jī),后是研制了能級更高的環(huán)形大型強子對撞機(jī)。通過電子束以接近光速的相互碰撞產(chǎn)生了希格斯粒子和其它高能粒子,通過質(zhì)子束或離子束以接近光速的相互碰撞產(chǎn)生了希格斯粒子和其它高能粒子。物理學(xué)家在加速器內(nèi)先是發(fā)現(xiàn)了三種夸克:粲夸克、底夸克和頂夸克,W±和Z玻色子,后是在LHC的實驗中發(fā)現(xiàn)了粒子標(biāo)準(zhǔn)模型中最后一個粒子或質(zhì)量大約為1.25GeV的希格斯粒子。從上帝粒子的預(yù)言到初步證實,時光過去了48年,英國的物理學(xué)家希格斯活到了接受諾貝爾物理學(xué)獎的年齡。
通過大型正負(fù)電子對撞機(jī)和通過大型正負(fù)質(zhì)子對撞機(jī)批量產(chǎn)生了希格斯粒子,兩種方式適合科學(xué)哲學(xué)途徑論的等效原理。電子對撞機(jī)和質(zhì)子對撞機(jī)的兩種“希格斯工廠”各有各的優(yōu)勢,質(zhì)子對撞機(jī)產(chǎn)生了很多的強子本底和非常大的信號噪音,難以精確測量希格斯粒子的特性,電子對撞機(jī)產(chǎn)生的電子本底很低,信號清晰,有利于對希格斯粒子的持性進(jìn)行精確測量。中國科學(xué)家目前采用了高能環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)(CEPC)。
科學(xué)發(fā)現(xiàn)既是發(fā)現(xiàn)物能體固有屬性的過程,也是發(fā)現(xiàn)物能體在相互作用和相互轉(zhuǎn)化中固有作用量和固有轉(zhuǎn)化量的過程。科學(xué)哲學(xué)的等效原理在事物固有屬性的概念上表現(xiàn)為等質(zhì)原理,在事物固有量或固有作用量和固有轉(zhuǎn)化量的概念上表現(xiàn)為等量原理。有了等質(zhì)和等量的“標(biāo)準(zhǔn)模型”,事物的低質(zhì)性和高質(zhì)性、同質(zhì)性和異質(zhì)性,低量性和高量性、少量性和多量性有了相互比照的判斷依據(jù)。
比如:從粒子標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言的和從LHC證實的希格斯粒子存在固有的屬性,它是一種自旋為零的玻色子,但有些物理學(xué)家認(rèn)為它的自旋不為零。希格斯粒子是自身的反粒子,不帶電荷,狀態(tài)極不穩(wěn)定的它在產(chǎn)生后立刻會發(fā)生衰變,希格斯場自發(fā)引起的對稱性破缺機(jī)制將質(zhì)量賦予了基本粒子,W±和Z玻色子、電子和中微子等費米子,希格斯粒子或希格斯玻色子通過希格斯場獲得了不同的質(zhì)量。人們在對撞機(jī)內(nèi)通過探測器發(fā)現(xiàn)希格斯粒子的機(jī)會很小,它的固有衰變時間量很短,希格斯粒子一旦產(chǎn)生就會迅速地衰變?yōu)閯e的粒子,平均壽命僅為1.56×10的負(fù)22次方秒。
相信上帝存在的科學(xué)家似乎多于不相信上帝存在的科學(xué)家,英國科學(xué)家希格斯卻是一位無神論者,但“上帝粒子”的稱呼不是希格斯給出的。為什么物質(zhì)和能量擁有這種基本屬性,而不是那種基本屬性?為什么物質(zhì)和能量保持這樣的固有量,而不是那樣的固有量?比如:希格斯粒子形成了希格斯場,希格斯場賦予基本粒子以固有量的質(zhì)量。希格斯粒子的更多屬性有待探明,它與粒子物理學(xué)和宇宙物理學(xué)有某些奇異的關(guān)聯(lián)性,希格斯粒子的質(zhì)量和壽命是一個固有的常量??茖W(xué)難以問答的基本屬性和基本常量問題或者導(dǎo)向了宗教的信仰,或者導(dǎo)致了科學(xué)哲學(xué)客觀的不確定性原理和主觀的認(rèn)不準(zhǔn)原理。
