注意風雲的聲音，提高思維水準
指導
現代科學成功的最根本原因就是放棄想象力，去研究現象與現象的關系，在這項研究中尋找現象的運作方式，發明和創造來描述現象的适當概念和語言，最後用幾個原則來解釋許多現象。
作者摘錄了他的新書《科學思維的價值》的一小段。
實體學中有一個關于還原論和進化論的争論。還原理論認為，實體問題可以歸結為關于物質的基本組成和基本組成的互相作用的問題，複雜的事物和現象最終可以用簡單的基本組成和基本互相作用來解釋。還原理論是用少量原理了解一切事物的一種方式，許多人認為這是實體學的傳統觀念。這個想法反映在實體學的許多方面，例如将物質還原為原子分子，原子核和電子，質子和中子以及誇克。粒子實體學标準模型的建立最終統一了電磁力和弱力，使人們認識到電磁力、弱力和強力都是同一類力，即标準化的互相作用，是以粒子實體學的标準模型被普遍認為是還原理論的成功模型。
根據進化論，宏觀尺度的問題非常複雜，大量原子分子的複雜行為并不總是由單個原子分子的性質來推導出來。相反，行為理論認為：
在每一個複雜程度上，都需要新的實體定律、新的實體概念和新的普遍性，其創造性不亞于其他研究。
著名的凝聚态實體學家和諾貝爾獎獲得者安德森（P. W. Anderson在1972年對"更多是不同的"的讨論被認為是行為理論的宣言。當代凝聚态實體學的基石，L.D.蘭道的費米液體理論和K.G.威爾遜的相變重組群理論，被認為是進化思想的成功例子。蘭道的費米液體理論認為，具有複雜互相作用的多粒子費米系統可以被認為是由自由"準粒子"組成的自由多粒子費米系統，并且這種"準粒子"隻能"存在于"多體系統中，不能單獨"存在"。蘭道的費米液體理論描述了幾乎所有已知金屬的低溫實體性質，并取得了驚人的成功。蘭道的費米液體理論中的這種"準粒子"是安德森所說的複雜多體系統中的新實體概念。不太基本的"準粒子"概念更适合于描述多體系統的現象，而不是原子分子電子的基本組成。現代凝聚态實體學有大量這樣的演化概念和基于這種演化概念的實體定律，如實體學的相變和臨界現象、描述量子霍爾效應的拓撲規範場論等。
許多人認為，實體學中的進化論始于1950年代和1960年代，伴随着凝聚态實體學的發展。例如，著名的凝聚态實體學家、諾貝爾獎獲得者A. J. Leggett認為，蘭多爾菲米液體理論的發明标志着凝聚态實體研究的範式轉變。他回憶道：
蘭道的開創性工作的重要性在于，他沒有像大多數前輩那樣問"我們如何從微觀漢密爾頓量計算宏觀會議系統的本質？"，他提出了一個不同的問題："我們如何将宏觀系統的不同實體性質聯系起來？
随後，重整群相變理論的成功以及普遍性和破碎對稱性思想的發展，進一步證明了進化論的力量。著名理論實體學家利奧·卡丹諾夫（Leo Kadanov）對這一發展發表了評論：
實體學的實踐已經從解決問題轉變為尋求問題之間的關系。
<>h1類"pgc-h-right-arrow"data-track-"12"操作背後的模式和現象</h1>
但是，如果我們仔細觀察實體學史，我們就會發現，進化論的思想本質上是現象學的思想。這種現象學的思想，并不是一個新思想，而是已經存在于實體學血液中的思想，可以說是實體學自誕生以來最典型的研究思想，也是在實體學的許多分支和曆史中廣泛存在的思想。比較伽利略、開普勒和牛頓的貢獻，我們可以清楚地發現，伽利略和開普勒的發現可以說是"現象操作模式"的發現，而牛頓建立綜合力學體系和發現引力可以說是"現象背後的原因"的發現， 而這兩個是現象學思維的兩個方面。演說所讨論的研究思路，其實就是發現"現象運作模式"的思想，是現象學思維的一個方面。
牛頓的綜合力學系統和平方反重力定律将許多從天到地的運動歸結為幾個原理。特别是，品質概念的引入使人們能夠比較不同物體在不同力下的不同運動，使它們聯系在一起并歸因于相同的運動學原理。從這個意義上說，牛頓的綜合确實是在尋找"事物背後的原因"。世界将牛頓力學視為科學的典範，正是因為牛頓力學已經成功地證明了将許多現象歸因于少數原理的可能性。牛頓的綜合可以說是通過建立現象與現象之間關系的原因，即
現象背後的原因⇐⇒現象⇐⇒現象，
從這個意義上說，我們也可以說牛頓力學系統是還原理論的初始成功模型。
與牛頓相反，伽利略和開普勒的主要貢獻是在現象的層面上揭示了現象的運作模式。他們所做的是通過現象與現象的聯系來揭示現象運作的模式，并通過現象運作模式建立更多的現象與現象之間的相關性。開普勒的行星運動三定律顯然是行星運作的模式，開普勒隻是從觀測中揭示了它們。當然，揭示這種模式需要大量的思考和想象，但這些定律并不是行星運動的"背後原因"。開普勒确實想将行星的軌道歸因于他的幾何模型，但沒有成功。
在《關于兩門新科學的談話》一書對話的第一天，伽利略通過比較不同物體在不同媒體（如水、水和空氣）中的運動，用運動重建了他的直覺，并得出結論，任何物體在真空中的下落都是相同的。伽利略注意到具有不同比重的物體在不同的媒體中表現出不同的運動，他總結了實驗和觀察結果，并由薩爾維亞蒂進行了猜測：
薩爾維亞蒂： . .我們已經看到，不同重力物體之間的速率差異在最受阻的媒體中最為明顯;例如，在汞中，金不僅比鉛下沉得更快，而且是唯一可以下沉的物質，所有其他金屬以及石頭都會在表面上上升和漂浮。另一方面，在空中，金球，鉛球，銅球，石球和其他重型材料之間的速率差是如此之小，以至于在100英尺的下降中，金球不會将銅球的距離推進到4個手指。觀察了這一點，我得出的結論是，在完全沒有抗性的媒體中，物質将以相同的速度下降。
伽利略認為自然界中沒有真空，是以幾乎不可能在真空中進行實驗觀察和測試運動。然而，他認為，真空中物體的運動可以通過思考和比較物體在不同媒體中的運動來推理出來。原因是，在較密集的媒體（例如汞，水）中的不同物體表現出不同的運動，而稀薄空氣中具有不同比重的金球，鉛球，木球等表現出幾乎相同的下降。是以，可以判斷，密度較大的媒體對物體的運動影響較大，而稀薄的空氣對物體運動的影響較小，真空中沒有媒體的阻礙，物體在真空中的運動應更接近金球， 鉛球、木球等在空中運動。根據這種推理，羊毛和鉛片在真空中會以相同的速度下降，盡管在空氣中看到的是羊毛在地下緩慢下降。這是思考這個問題的推論，是實驗和觀察以糾正實體問題的直覺，然後憑直覺在真空中推斷的典型案例。如果隻考慮物體在空中的運動，實際上不可能或很難建立關于運動問題的正确直覺，通過觀察和比較不同媒體中不同物體的運動，人們有機會重建他們對運動問題的直覺，發現運動定律。
我們看到伽利略對自由落體運動的研究是通過現象與現象之間的關聯來發現運動模式。伽利略還建立了沿斜坡的運動與垂直自由落體運動之間的聯系，通過研究沿斜坡的運動來研究重力引起的運動，然後研究彈丸的運動。這些對物體運動的研究最終形成了一個完整的圖像，與更多的現象相關聯，并成為對theay說和如何移動的支援。這種模式可以簡單地表達出來
現象⇐⇒現象⇐⇒現象的運作模式。
伽利略還揭示了地球表面的重力導緻運動均勻加速。他不滿足于實驗觀察，即運動的距離與時間的平方成正比，但通過複雜的推理和想象，他最終将這種運動歸因于重力的均勻加速度。這是要把經驗法則抽象成更一般的抽象法則。但這個定律離經驗定律并不遙遠，可以說它仍然是描述性的，是描述運動現象的初衷。伽利略所做的是通過實驗、複雜的推理和想象來揭示日常現象的真正本質，并找到合适的語言來描述它們。伽利略在《談論兩門新科學》一書的對話的第三天表達了這一觀點。他說：
· · · · · ·在這種信念中，我們在很大程度上得到了這樣一種觀點的支援，即我們看到的實驗結果與我們逐一證明的這些屬性相對應。最後，在對自然加速運動的探索中，我們遵循自然界自己的習慣和方式，就好像我們被手牽着一樣，根據它的各種其他過程，隻應用最常見、最簡單、最容易的手段。
<h1類現象的關聯"，"pgc-h-右箭頭"資料跟蹤"，"25">現象</h1>
應該指出的是，伽利略和開普勒的成就是牛頓成功的基礎。正是由于運動現象的初衷的揭示和适當語言的發明，牛頓的綜合力學體系才成為可能。是以，發現"現象運作模式"是發現"現象背後的原因"的基礎。在更深的意義上，實體學是研究"現象與現象之間的關系"。該術語包含兩層含義，即研究現象層面的"現象運作模式"和超越現象層面的"現象背後的原因"。該術語既表明了實體學研究的目标，即發現"現象背後的原因"，也表明了發現"現象運作模式"的方法。
這一點非常清楚地反映了實體思維的特征和實體學的反形而上學本質。例如，量子場論重組理論非常清楚地反映了這一思維特征。重組理論的要點是重新定義量子場論中的參數，消除理論對無法測量的"裸量"的依賴性，建立可觀測實體量與實體量的關系，最後通過測量一些實體量來預測其他實體量。雖然這個理論有所謂的無窮大發散的問題，這在數學上很難了解，但它在實體量的可觀察水準上的相關性是有限的，可以清楚地計算出來。這一理論具有非常強大的預測能力，實驗證明了重組理論的許多預測，取得了難以想象的成功。
J·施溫格（J. Schwinger）是量子電動力學的創造者之一，也是諾貝爾實體學獎獲得者，他回憶起第二次世界大戰期間研究波導問題與随後發明的重組理論之間的聯系。
"在戰争期間，我還研究了微波和波導的電磁問題。我也從實體學家的方法開始，包括使用散射矩陣。但到這三年結束時，我用工程師的語言說話了。我認為這些年的分心對我和趙先生來說并非沒有有用的教訓。波導研究表明，重組理論可以有效地分離在給定實驗條件下無法檢測到的内部結構。這個教訓很快就被應用于核力有效範圍的描述，正是這種觀點導緻了自還原或重組的量子電動力學的想法。"
Schweinsteiger和量子電動力學的另一位創始人S. Tomonaga在第二次世界大戰期間都研究過微波和波導。他們都發現，麥克斯韋方程組包含了太多關于波導問題的資訊，将麥克斯韋方程組直接納入波導問題，是複雜而難以解決的，但由于實驗隻涉及少量的宏觀資訊，它實際上可以用與觀測測量直接相關的更形象的語言來簡化問題。這實際上類似于Schweinsteig在引文中提到的散射矩陣的想法，即放棄從基本互相作用開始的想法，直接在可觀察的實體量水準上建立關聯。這些研究經曆最終激發了施魏因斯泰格對量子電動力學理論的重要貢獻。當然，散射矩陣理論沿着這條道路走得更遠，量子電動力學或重組理論的量子場論并沒有像散射矩陣理論那樣将這一思想推向極端。
我們可以看到，這種在現象層面上研究現象與現象之間聯系的思想，不僅在實體學上有着悠久的曆史，而且在卡丹諾夫所說的凝聚态實體學引起的轉變之前也有很大的影響，這在散射矩陣理論和重組理論中都有所展現。事實上，這種影響深深植根于實體學發展的土壤中，這反映在科學發現的主要路徑實際上是發現"現象運作模式"，然後發現"現象背後的原因"。
<>h1級"pgc-h-right-arrow"資料軌迹"的現象學：從現象操作模式到現象背後的原因</h1>
需要注意的是，發現"現象運作模式"和發現"現象背後的原因"之間的差別不是一個可以使用的語言遊戲。實體學史上有很多例子說明了兩者的差別，這些例子也表明，發現的主要途徑是發現"現象運作模式"，然後發現"現象背後的原因"，這是許多科學發現所經過的路徑，這就是本文強調的現象學思想。
一個典型的例子是熱力學與統計力學的比較。熱力學使用諸如熱，溫度，壓力，體積，功，能量，平衡等概念來描述系統的熱和力學行為。雖然熱力學是一種抽象的方式和數學的方式來讨論這個問題，但熱力學運用的概念是停留在現象層面的，是現象的直接抽象。熱力學的内容是對宏觀現象的抽象研究的結果，宏觀現象完全獨立于物質的組成。熱力學的内容是典型的"現象操作模式"。統計力學是用大量不可見的原子分子的運動原理和微觀來解釋宏觀系統的熱學和力學性質，是典型的"現象背後的原因"來解釋這種現象。例如，理想氣體狀态方程是氣展現象運作方式的典型表示，而克勞修斯基于原子分子假說的理想氣體狀态方程就是尋找現象背後的原因來解釋這種操作模式，并作為證據來支援原子分子假說。熱力學和統計力學遵循不同的思路，熱力學和統計力學的發展史清楚地告訴我們，尋找"現象運作模式"的熱力學是發現"現象背後的原因"的統計力學的基礎。
粒子實體學和核實體學研究物質的基本組成和基本力，粗略地研究粒子實體學和核實體學是典型的研究"現象背後的原因"。這是一個非常典型的誤解，将目标與手段和路徑混為一談。事實上，在粒子實體學和核實體學中有很多純粹基于現象的研究揭示了基本粒子的組成和互相作用的模式。在所揭示的模式的基礎上，進一步提出了更基本的原理來建構基本粒子理論。一個很好的例子是居次旋轉的對稱性。
在上個世紀初，人們認識到原子由原子核和核外電子組成，而原子核由質子（p）和中子（n）組成。實驗發現質子和中子之間的品質差異非常小，例如現代測量顯示中子品質（mn）與質子品質（mp）的比率。
mn/mp ≈ 1.001378。
中子和質子是強互相作用的粒子，兩者的品質是如此之小。海森堡意識到，在強互相作用中，實際上很難區分質子和中子，即使質子帶電而中子沒有。也就是說，在強互相作用的現象中，質子和中子就像同卵雙胞胎，很難區分。具體來說，如果質子和中子在強互相作用中交換，除了電荷引起的效應外，應該沒有差別。如果實體過程中的中子被質子取代，質子被中子取代，那就是
p ←→ n，
通過替換獲得的新實體過程具有與舊實體過程幾乎相同的實體性質，例如散射橫截面。在專業語言中，質子和中子在強互相作用中的交換是對稱的，這種對稱性被稱為同源對稱性。此外，質子和中子等原子核通過π介子強烈互相作用，如果同源對稱性是正确的，則在π介子中應該具有類似的對稱性。有三π介子，具有正電荷，負電荷和零電荷，即π加号，π和零電荷。實驗發現，這三個π介子的品質非常相似，例如，現代測量表明，活π介子（m-±）的品質與無阻礙的π介子的品質（m-0）成正比。
mπ± /mπ0 ≈ 1.03403。
這表明，在強互相作用π介子也很難區分三元組。海森堡意識到，質子和中子應該在強互相作用中被視為"一物"（N）的兩個分量，就像平面上的向量有兩個分量一樣，表示為
這稱為hommogeneity的對偶态，即質子和中子是N的兩個分量，三個π介子應該以類似的方式寫在一起，成為原始自旋的三重态。海森堡的建議是思想的飛躍，他實際上建議，當人們寫質子和中子之間強互相作用的理論時，應該遵循一個規則，那就是使用同源回旋加速器N。同源自旋的對稱性在粒子實體學和核實體學的發展中發揮了非常重要的作用。時至今日，這種對稱性仍然是核實體和哈頓實體研究的基本概念和手段之一。
我們可以看到，海森堡的同源旋轉是典型現象學研究的結果。他提出的規則是基于現象的，是對現象的抽象。這個規則不是"現象背後的原因"，而隻是"現象運作模式"的抽象表達。楊振甯對同源對稱的成功印象深刻，他試圖找到一個可以了解強互相作用的原理，将電磁互相作用的規範對稱性擴充到同源對稱性，并在20世紀50年代提出了基于同源對稱性的非阿貝爾範數理論，即楊-米爾斯理論。雖然這個理論被用在了錯誤的地方，并沒有立即成功，但在後來的發展中，人們認識到粒子實體學的建構可以建立在楊·米爾斯的規範理論的原理之上，這成為實體學的基本原則。
我們可以看到的另一個典型例子是，M. Gell-Mann和Y. Ne'eman根據對hadons的品質和量子數的實驗結果提出了對聖訓進行分類的方法。格爾曼稱它為章魚，一種由八個具有近似特性的鴨嘴龍形成的章魚，形成八倍體。這是一種類似于緻敬的對稱性，但具有更大的對稱性。蓋爾曼預測了一種具有這種對稱性的新粒子，這得到了實驗的證明。格爾曼還因其對哈東分類的貢獻而獲得了1969年諾貝爾實體學獎。八度使用這個對稱八度，這在數學上是清晰的，可以看作是具有三重态。在八旬老人成功的基礎上，并受到其他人的啟發，格爾曼和他的學生G. Zweig提出了現在所謂的誇克模型，它由當時已知的Hadko組成，由上誇克，下誇克和猕猴桃誇克組成，形成了這種對稱的三重态（注：當時一些中國實體學家認為Hadhics應該由較小的基本粒子組成， 建議圖層模型）。正如我們所看到的，從哈登到誇克模型的分類，也是從發現"現象運作模式"到發現"現象背後的原因"的典型過程。此外，強子實體學中描述現象在現象水準上的重要語言是J. Bjorken提出的Bjorken尺度和R. P. Feynman提出的一些子模型。這些對現象的研究開啟了對鴨嘴龍内部結構的了解，這種了解可以基于楊-米爾斯規範理論的量子色動力學來建立。
需要注意的是，尋找"現象運作模式"并不是一個沒有創造的概念。事實上，人們經常需要創造新的和适當的概念來描述現象，例如伽利略引入加速度和海森堡引入同源自旋的概念。但這些概念表達的不是"現象背後的原因"，而隻是現象層面的規律，是對現象的直接抽象。這個概念甚至不一定是不可避免的，比如緻敬輪換的概念。粒子實體學的标準模型認為，真人對稱性起源于上誇克和下誇克的品質，實際上與基本互相作用無關。從基本互相作用的角度來看，同源旋轉是一種偶然的對稱性，如果上誇克和下誇克的品質更大，這是不可能實作的。但這種偶然的對稱性在曆史上發揮了重要作用，即使在今天，它仍然是核實體和哈頓實體學的基本概念之一。這是因為哈東的本質非常複雜，從基本原理直接了解哈東的本質本質上是非常困難的，而使用同源詞等現象學語言可以獲得很多有價值的資訊。這是現象學概念（如同源和子現象）廣泛使用的根本原因。從這個意義上說，上面提到的所謂還原理論，在進化論和進化論的争論中，意義不大。我們看到，同源語言的使用實際上類似于進化論形式的問題研究，即進化的語言而不是從研究問題的基本原理。研究現象和現象之間的關系需要人們對現象進行适當的概念描述，這實際上包括可以用進化語言描述的現象。粒子實體和核實體雖然渴望以還原理論的形式從最基本的層面建造實體建築，但在實踐中也需要許多這些概念。進化論在現象層面接近于用"現象運作模式"來描述和認識現象，而還原論則接近于用"現象背後的原因"來認識現象，這兩者都是科學研究所需要的思想，都是現象和現象研究的相關方面。當然，實體學完全放棄了将現象解釋為"現象背後的原因"的想法，例如前面提到的海森堡的量子散射理論。量子散射理論試圖完全放棄隐藏在現象背後的語言和相關理論，例如量子力學的波函數，并直接在現象水準上建立實體上顯着測量之間的關系。這是一種完全以"現象的運作模式"來了解自然現象的努力，到目前為止，這一理論已經産生了一些非常有用的結果，但距離成功還有很長的路要走。
如果我們不局限于實體學史，我們可以清楚地看到這兩種思想的重要作用以及它們在更廣泛背景下的互相關系。例如，門捷列夫發現了元素的周期排列性質，并制作了元素周期表。幾十年後，原子核、質子和中子的發現，以及原子理論的發明，使人們意識到元素的周期性起源于質子和中子形成原子核。例如，達爾文基于對生物現象的廣泛觀察，孟德爾發現了生物的遺傳特性，直到近一百年後人們才發現攜帶遺傳資訊的分子物質。這些重大發現遵循從發現"現象運作模式"到發現"現象背後的原因"的過程。"現象的運作方式"的發現設定了一個路标，給出了具體的線索，激發了未來人們朝着正确的方向思考，最終找到了"現象背後的原因"。
<h1類"pgc-h-right-arrow"data-track"48">的結論</h1>
發現"現象運作模式"是發現"現象背後的原因"的基礎，兩者都是不能放棄的。如果一個人不能認識到這兩種想法之間的差異，特别是在現象層面上發現"現象模式"的重要性，科學研究很可能會落空。古希臘哲學家們讨論了問題的本質和本質，集中讨論了"現象背後的原因"，不知道首先需要找到"現象的運作模式"，很難取得實質性的進展。一些現代學科受到實體學成功的啟發，并希望像牛頓那樣建立宏偉的理論，從一些原了解釋許多現象，但它們很難成功。這些研究在很大程度上跳過了發現"現象模式"的階段，而希望直接觸及"現象背後的原因"，基本上接近古希臘哲學家的想象。這種努力實際上是為了通過伽利略階段，直接到達牛頓階段。根據從實體學史上吸取的教訓，無論使用多麼先進的數學，無論原理看起來多麼合理或不言而喻，這樣的研究都很難成功。
現代科學成功的最根本原因就是放棄想象力，去研究現象與現象的關系，在這項研究中尋找現象的運作方式，發明和創造來描述現象的适當概念和語言，最後用幾個原則來解釋許多現象。發現"現象如何運作的模式"是科學可能性的基石。我們可以更進一步，說基于發現"現象運作模式"的探索是否從本質上解釋了一門學科是否是一門科學。
總之，"現象運作方式"和"現象背後的原因"是實體學現象學研究的兩個方面，一個代表實體研究的路徑和方法，一個代表實體研究的目标和動機，人們不應該反對這兩個方面。關于實體學現象學的更多讨論可以在作者的書《科學思維的價值：實體學、科學方法和現代社會的興起》中看到。
[1] P. W. 安德森， 科學 177： 393， 1972。
于偉，柏林，陳曉松，《相變與批判現象》，科學出版社，2005年。
[3] A. J. Leggett， Science Bulletin 63（2018）1019。
廖偉，《科學思維的價值——實體學的興起、科學方法與現代社會》，科學出版社，2021年。
伽利略，"談論兩門新科學"，高吉翻譯，北京大學出版社，2016年。
[6] J. Schwinger，1980年7月8日在法日之家（東京）作為西名紀念演講的演講，Lect. Notes Phys. 746， 27–42 （2008）。
本文摘自廖偉近代的科普著作《科學思維的價值：實體學、科學方法與現代社會的興起》，以伽利略、牛頓等人的主要科學發現為例，描述了科學思維和科學方法的特點及其對人類的價值。技術給現代社會帶來了挑戰和機遇，以及科學技術和藝術等諸多方面。通過一些具體的例子，這本書展示了科學思維的藝術，并表明科學思維雖然是一種深刻而豐富的思維方法，但也是非常簡單的思維。
這大學普書隻需要國中的實體基礎，跟随經典實體學大師思考問題，感覺科學思維。相信這本書會給你一些啟發！
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實體學對生命意味着什麼？|廖偉
背景：作者廖偉1996年畢業于武漢大學實體系，2001年獲中國科學院理論研究所博士學位;本文于2021年9月27日發表在《現代實體知識微信公衆報》（實體學現象學）上，授權轉載。
負責編輯：朱陽