物理应该是发现理论后用公式验证,还是先有公式再赋予它物理意义?
人类的认识最为显著的特点,是具有抽象的思维,可以借助于逻辑的分析来认识现实的世界。而逻辑的分析有两种不同的基本方法,其一是归纳法,即由个别到一般,由局部认识整体;其二是演绎法,即由一般到个别,由整体认识局部。
针对题主提出的问题,由理论的提出到公式的验证,属于演绎法,即提出公理和假设并应用于各个局部;由经验的公式而提出理论,属于归纳法,即根据现象归纳出基本原理并应用于整体的方方面面。
由于自然界是不连续的,存在着质的变化,作为自然界一部分的人类是不可能获得关于自然界的绝对认识,人类的认识只具有相对性。其具体表现在,人类的上述两种逻辑方法都具有局限性,只有它们相互的补充,才能够使人类的认识得到持续的发展。
比如,归纳法的优点是比较简单,只要寻找出不同现象的共同点,就可以归纳出具有规律性的公式和原理,其具有一定的必然性;归纳法的缺点则是只具有一定的适用范围,一旦超出了质变的范围,归纳法就失效了。
归纳法失效的最为著名的例子,就是火鸡?️与饲养员的故事。虽然,饲养员每天都来喂养火鸡,但是终归会有一天打破这一规律,该饲养员带来的是刀子而不是饲料。
演绎法可以避免归纳法的局限性,因为演绎法是从整体来认识的。该方法借助于构建统一的物理机制,来说明各种不同极限情况下的具体现象。
然而,演绎法也是有局限性的。公理和假说的提出,具有一定的主观能动性。于是,究竟提出何种公理和假说,需要对各种现象有相当的了解,即只有在归纳法的基础上才能够比较充分地发挥出演绎法的认识功能。
所以,人类的认识需要两条腿走路,在认识的初期运用归纳法,以获得初步的认识;在认识的后期运用演绎法,从而使认识得到进一步的提高。
由归纳法得出的理论属于唯象型理论,该理论侧重于建立不同现象之间的外在联系。比如,狭义相对论就是根据迈克尔逊-莫雷光的干涉实验(表明光速与光源相关)和双星实验(表明光速与空间相关)而归纳出了光速不变原理,认为光速相对于所有的参照系都是一样的。
由演绎法得出的理论属于构建型理论,该理论侧重于构建不同现象之间的物理机制。比如,经典力学借助于力的概念来说明各种物体的运动规律。
总之,先理论后验证和先归纳经验后理论,分别属于人类认识的不同阶段。而且,正是这两个不同阶段的互为补充,才使得人类得以克服其自身的局限性,使人类的认识获得无限的发展。
比如,狭义相对论、广义相对论和量子力学分别是自然界在高速领域、宇观领域和微观领域显现出空间效应的唯象型理论,是由归纳法建立的初级理论。
若想统一上述三种理论,使人类的认识获得进一步的发展,就需要借助于演绎法,构建统一的物理机制,即建立有机的量子宇宙观,认为一切的物理现象都是由量子及其不同状态的相互转化构成的。
首先明确一点,理论有时是假设或发明,而不属于发现;现象是客观的,正确理论可以反映现象,属于科学发现,例如万有引力定律。错误理论不能反映真实现象,属于主观臆断。
不过,这并不影响题主的本来意思——现象与公式,谁先谁后?——依然是一个好问题。
这个问题涉及物理思维的大观念,也影响基础物理学的健康发展。
来龙去脉是这样的:物理公式,属于语言符号的集约形式,当然来自科学规范化的语言表述,语言是人类思维的外现,思维来自复杂的条件反射,条件反射归根结底来自外界电磁波信息的刺激,电磁波信号来自实体运动对场介质的激发,实体运动是自然现象。
写成逻辑链就是:物理公式←集约符号←规范语言←人类思维←条件反射←场效应信息←实体运动←自然现象。
简言之:物理公式←自然现象。即:先有现象,后有公式。反之则不可能,除非想当然。
有人认为,可以先设想一个公式,然后可以找到对应的现象。这是一种偏见。因为,这个公式也是基于先验的现象。不过,先验的现象只是那个特定条件下的现象,不可过度引用。
例如,洛伦兹基于迈克尔逊莫雷实验之现象,在“尚不清楚光的实质”的语境下,冒然认为,光是光源发射出来的,就虚构了一个构造函数:γ²(v)=1/(1-v²/c²)。
可惜,这个公式是不可靠的。事实上,光是被光源推压场介质而激发出来的。就好比,声是声源推压某介质而激发出来的。
换言之,光源不是释放光子的发射源,而是谐振子震荡源。声源不是发射声子的发射源,而是谐振子震荡源。
洛伦兹变换公式很典型,它告诉我们:公式必须基于现象,现象的解释必须符合实际。
例如,德布鲁伊物质波公式:λd=h/p。虽然倍受爱因斯坦推崇又荣获诺奖,却是不可靠的。
物质波,基于绝对粒子的概率波,基于大概率事件之现象,这在逻辑上似乎没毛病。
但是,这也是在“尚不清楚波的实质”的语境下得出的奇葩公式。概率是概率,波是波。二者岂能混为一谈。
于是有诸如电子物质波、光子物质波、子弹物质波、导弹物质波、地球物质波的奇谈怪论。
你看看:以1000米/秒的10克子弹的波长是:λd=h/mv=6.63×10⁻³⁵米,频率f=4.5×10⁴²赫兹,神了,而伽玛线之最高频率f