文理交融的“历史物理学”

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1、.文理交融的“历史物理学”林磊作者简介：林磊美国哥伦比亚大学博士、加州圣荷塞州立大学物理教授与中国科协客座教授。林磊教授发明了世界上3种液晶中的1种：碗形液晶(1982)、复杂系统研究中新的一种典范：活性行走(1992)和一门新的学科：历史物理学(2002)，发表了150多篇论文和10本专著。（美国加州圣何塞州立大学）内容摘要从蔡元培先生1918年提出“文理交融”，特别是用自然科学方法来研究社会科学的某些学科，成为许多学者近百年来的追求。本文作者近两年将物理的研究方法运用到人类的历史学中，提出建立一门新的学科，叫做“历史物理学”(his

2、tophysics)。历史研究的是由生物物质组成的多体系统，应该是可以用科学的方法来研究的。本文提出了物理学家在发展人类历史学方面所能扮演的独特的角色。文章详细论述了几个方面的问题：①历史学的研究方法；②世界观；③把历史作为一个复杂的动力学系统来模拟；④怎样预测未来和反推过去；⑤人工历史。我们将阐明活性行走可以用于建立新的世界观，能广泛应用于模拟历史，并分别用社会学、经济学和进化学历史3个例子来加以说明。历史学研究什么新的学科总是在不断地的产生，从历史上看，当物理学与其他自然科学相结合就会诞生新的学科，比如天体物理学、生物物理学、地球物

3、理学等。再比如最近的一个例子，物理学向经济学的渗透交叉产生了一门新的学科——经济物理学。本文将提出人类历史的研究也是可以从物理学的角度来考察的。历史学研究的对象是个多体系统，在这个系统中，单体是人，本文中我们称为“粒子”。每一个粒子都是经典的(非量子力学的)、可分辨的。由于尺寸、年龄和种族等方面的差异，这个多体系统也是个不同种类组成(heterogeneous)的系统。历史学家所关注的是过去已经发生的与这个系统有关的所有事情，而被历史学家所研究的这个系统正是由物体组成，那么就可以用科学的方法来研究。怎样来研究呢?我们以水为参考来进行比较

4、：(1)在水中，单体是水分子，历史学中，单体是生物体。(2)水分子是由两个氢原子和一个氧原子组成，而每个原子又由原子核和电子组成，每个原子核由中子和质子组成，中子和质子又由夸克组成。与此相对应，历史学中每个生物体由器官(如大脑、心脏、胃等)、血液和其他液体组成，而每个器官由细胞组成(人体中约有1012个细胞)，每个细胞由分子组成(如DNA分子)，而分子由原子组成，然后是原子核和电子，然后是中子和质子……与水分子情况一样。(3)在这两个系统中，结构上有很多层次，每个单体有很多形态，这也是类似的。(4)水和历史学系统中的原子自身的存在都具有

5、很长的历史，水分子的性质一直没有改变。那么人呢?人的演化历史很漫长，但人性基本上是没有改变的，正因为如此，历史学家才有可能去推测几千年前人类的思想。(5)水分子尺寸很小，约10﹣8cm，是量子力学的粒子，而人体尺寸大约为40—200cm；可视为经典粒子。动机...我们从物理学角度展开研究历史的工作是基于以下几个方面的考虑。1．人类系统是宇宙中最复杂的系统所谓复杂系统是由很多单体组成的系统，一般是不能用还原论(reduction)方法来研究的，比如经济体系、蚂蚁群、人的大脑、交通、人类等。对复杂系统感兴趣的人应该会对人类系统有兴趣。2．用

6、物理学的方法来研究历史时机已经成熟最近，在复杂系统与人类生物体的研究方面取得了很大进展，例如计算机运算能力增强，可以做海量数据的模拟；人们正在逐渐了解混沌现象；人类基因组破译；对人的大脑可以进行实时的扫描研究等。所以，现在从物理与生物的观点来研究历史正是时候。正如著名哈佛大学生物学家EdwardO．Wilson所说的：“人类境况的研究是目前自然科学最重要的前沿。”3．历史学家需要借助其他学科的力量来把历史学变成一门真正的科学历史学家从过去到现在所受到的科学训练是不充分的，例如在大学里，历史学本科生和研究生都没有在高等数学和计算机程序等方

7、面受到系统的教育。4．物理学家与历史学家合作能够把历史学变成一门真正的科学物理学家知道如何去解决多体问题。事实上，20世纪初物理学家就已经发明了用统计力学来研究多体问题，而且得到了相当成功的应用。物理学不仅仅是研究材料、动量等物质对象，用物理的方法去研究任何对象都属于物理学的范畴。事实表明，在交叉学科方面，物理学家已经有很多成功的经验，如在天体物理、生物物理等方面，物理学家与历史学家合作将提高历史学的科学性。历史学中的研究方法在任何学科中，科学方法都包括以下几个步骤：(1)根据原始数据或现有理论提出假设；(2)将由假设产生的推论用数据或

8、事实来检验；(3)如果事实和假设相符，则假设就成为新的定律，如果相悖，则又回到步骤(1)；(4)新的定律在有同行评议的科技期刊上发表以供交流；(5)有的时候，科学家本人或其他人会将新的发现写成科普书籍出版。