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也许最早在19世纪后半期，人们才能谈到自然科学的一种至少在方法论上的统一性。维勒曾发现，用无机物质可以合成有机物质。这个发现也使化学家确信有机体中的化学过程是按照无生命物质也一样服从的规律进行的。从那时起，化学在方法论上也以牛顿力学作为它的先例。而原子假说的成功，为扩展这种学说，即物质的行为可以建立在最小构造物的力学基础之上的思想愿望，提供了又一个范例。在生物学中，达尔文进化论把活力论的考察方法排挤了出去，而代之以一种根据因果概念的分析。甚至在医学方面，也由于试图把有机体中的过程同复杂机器中的过程作比较的这种想法而获得了很大成功。
因而在那时候，在某种意义上就已拥有一个统一的自然科学世界图像，这就是，世界由存在于空间中的事物所组成，而这些事物则由于作用和反作用而在时间上发生规律性的变化。人们可以把这种世界图像称之为对实在的理想化。但是已有好些迹象表明，各种不同的科学正在其他新的观点下，开始密切地联结起来，而且毋庸置疑，19世纪末期的这种片面的自然科学世界图像，必将就此为其他思想形式所代替。
但是，这种把自然科学统一起来的新的过程，不是从方法论上而是从个别分支的内容上出发的。上世纪后半叶，在麦克斯韦的著名的电现象理论中，光的理论被归结到电磁过程上去。于是光被证明为是一种电磁波过程，光学就此完成了它作为物理学的一个独立部门的使命。
原子的假说在19世纪由于化学的发展而获得了牢固的基础。普朗克1900年提出了量子假说。普朗克在研究热的物体的辐射时，首先发现了原子的能量具有一种奇特的不连续性。后来卢瑟福从自己的实验中得出这样一个设想，原子可以和一个小的行星系相比。原子核几乎把整个原子的质量集中于一身，而一些带负电的电子则在其周围旋转。几年以后波尔用普朗克的量子假说解释了这种与行星系相似的原子结构的稳定性，而在普朗克的发现之后约25年，终于找到了支配原子结构的那些定律的准确数学形式。
但是为了满足这些愿望，就必须作一个非常重大的放弃，必须放弃19世纪的自然科学世界图像，或者更准确地说，必须放弃牛顿力学所依据的那种关于实在的想象。
这是因为量子导致了这样一个结果：原子不像我们日常经验中的对象一样是我们所能直观想象得到的一种结构。根据这个理论，一个原子，或者更正确地说，一个目前原子物理学中最小的构造物，即一个电子，它“本身”就不再具有哪怕是最简单的一些几何的和力学的特性，而所谓它的特性，只是在它受到外界作用之后我们所能观察到的那些。这时，在所能观察到的原子的这些特性之间，存在着一个互补性，它的意义是，知道了原子的一些特性，就排除了同时知道它的另一个特性。
从这一事实情况，我们一方面看到了经典理论显然不能为任何新经验所动摇的可靠性和完整性，凡是经典理论的概念体系所能及到的地方，这些经典理论就都适用；另一方面，我们又看到了自然界如何给完全不同的相互联系创造条件的方式。这就是它通过必然和每一个观察联系在一起的干扰，使我们摸不到原子的完整的直观图像。原子不能再被毫无保留地客观化，把它当作空间中的一个按给定方式在时间上变化的物体。所能予以客观化的，只是个别观察到的一些结果，然而它们决不会提供一幅完整的直观图像。由此可见，必须用另一种比较广阔的想象来代替。
现代科学背景下的太阳系
作者：汉南斯·阿尔文
汉南斯·阿尔文（1908——），瑞典物理学家。生于乌普萨拉。1934年获哲学博士学位。1940年起任电学教授、电子学教授、等离子体物理学教授。1970年至1975年任科学与世界事务帕格沃什会议主席。英国皇家学会会员，美国、瑞典、苏联等科学院院士。1970年以研究磁流体动力学理论方面的成果，与人共获诺贝尔物理学奖。著有《宇宙电动力学》等。
物理科学的重心总是转移着的。每一项新的发现都改变着它的兴趣和侧重点。同样重要的是，新的技术手段也为研究工作开辟着新的领域。从科学发展史来看，在很大程度上，科学研究的方法显然取决于新工具的制成。例如，经典力学和经典电磁学在19世纪发展后，本世纪初，高精度摄谱仪的制成就为物理学开创了一个新时代。这些摄谱仪在当时是一种非常复杂而昂贵的仪器，它使人们有可能探索原子外层。同样，30年代的复杂而又昂贵的工具回旋加速器对于人们探索原子核起了主要作用。最后，近10年来人们又亲眼目睹了更为复杂、更为昂贵的工具——宇宙飞船，发射这些飞船采用了高度发展的火箭技术，并装备了最尖端的电子设备。那么我们就可以问，如果说这些工具为科学研究开辟了新领域的话，究竟是哪些新领域？物理学的重心这一次是否也将随着重要的工具的制成而转移呢？
宇宙研究开始的10年，主要集中探索地球附近的空间，即磁层和行星间空间。这些区域以前都假定为虚空而无结构的，但现在我们知道这些区域中充满了等离子体，由鞘状层状的不连续面交截，并弥漫着样式复杂的电流和电磁场。这样获得的知识，对于我们一般地理解等离子体特别是宇宙等离子体是十分重要的，因而对于我们的热核研究、银河系结构和总星系结构的研究以及宇宙学问题都间接地起着重要作用。在关于宇宙电动力学方面的越来越多的知识将使我们有可能去研究这些领域而比以往更少些猜测。等离子体的知识对于我们理解太阳系的起源和演化也是很重要的，因为我们有充分的理由相信，现在构成天体的那些物质曾经是以等离子态漫布着的。
看来，空间探索的第二个10年，至少在某种程度上显示出一种不同的特点。由于磁层和行星际空间的一些基本问题尚未解决，这些领域当然仍将赢得人们很大的兴趣，但是，登月和对金星、火星等遥远空间的探测已给我们提供了许多新的事实，致使空间探索的重点正在转向对月球、行星和太阳系其他天体的勘探。
这种勘探的第一阶段必然有这样一种特点，正如对地球上极地和其他难以到达区域的探测那样，即详尽的测绘应结合有关地质、地震、磁性、重力的观测以及大气层的观测。不过如把这种研究方式运用到月球和其他行星上去的时候，人们将面临着另一个问题，即这些天体最初是怎样形成的。事实上近来许多有关空间探索的报告都以关于太阳系形成和演化的猜测作为结束。由此看来，在不久的将来，这必将成为空间探索要集中解决的问题。美国国家宇航局早就宣称，空间探索的主要科学目标是搞清楚太阳系究竟是怎样形成的，这的确是科学研究的基本问题。我们一直在力图作出一种关于地球和相邻星球如何“创造”出来的科学解释。可以说，从哲学观点来看，正像物质结构问题在本世纪前1/33时期引起了极大的兴趣那样，太阳系起源问题也将占据同等重要的地位。
太阳系如何形成的问题，已成了有着大量各执一词的假设的论题。其原因是在这个问题上我们还缺少足够的物理基本知识，这些基本知识对于理解自然现象、判断哪些过程可能发生来说，是必不可少的。
然而在详细讨论太阳系起源和演变理论之前，有必要确定一下，任何一种这样的理论应该有哪些一般的特征。过去人们把太多的注意力集中在太阳周围行星的形成上，这样做产生的不幸后果之一，就是许多有关太阳系起源的理论都是以太阳本身早期演化史为基础的，这个基础非常不可靠，因为对于太阳和其他恒星如何形成的看法一直是有激烈争议的。由于认识到木星、土星和天王星的卫星与太阳的行星很相似，至少是一样有规则，所以看来现在致力于研究中心天体周围伴星形成的一般理论，要更为恰当些，而把研究行星的形成只看作是这个一般理论的一种应用。
对太阳系先后顺序的研究常常被称为宇宙演化学，然而这个词还用在许多其他场合。由于太阳系起源的问题，本质上是主星周围形成伴星这样一种过程反复进行的问题，所以已建议采用“伴星演化学”这个词。
导致太阳系形成的过程看来可能是（差不多得到普遍的赞同）初始的等离子体密集在中心天体的某个区域中，凝聚成固态尘粒。尘粒逐渐吸积成星胚，再进一步吸积，形成较大的星体。如果中心天体是太阳，就成了行星，如中心天体是行星，就成了卫星。对小行星在伴星演化图中的地位人们是有争议的。这些小行星以前一般被认为是大行星爆炸后的碎块，但是现在为数越来越多的论据认为，它们就是、或者至少类似于行星形成过程中的中间态。
在作了这样一番时间和空间上的奥德赛式漫游之后，我们将回到问题的出发点——新的技术手段是怎样转移了物理科学的重心。本世纪初物理学所发生的重大革命，意味着经典力学和经典电动力学作为一个研究领域，被认为多少已经过时了。引起人们兴趣的新领域是相对论和量子力学，实验工作大部分集中在探索原子壳层方面。核物理的进展，标志着在这个方向又跨进了一步。
然而，随着等离子体物理学和空间研究的兴起而出现的新倾向，在某种程度上都是背道而驰的。在这些领域中，量子力学和相对论并不显得十分重要。相反，经典力学恢复了活力，它不但在计算宇宙飞船轨道方面，而且在研究自然界中天体在其演化史中