物理學(xué)悖論對(duì)科學(xué)思維的啟示

蔡鐵權(quán) 謝佳瑩

摘? ?要：悖論的形成是一種嚴(yán)密的推理過程，是一種復(fù)雜而深刻的思維過程，是一種富有創(chuàng)造性的過程。物理學(xué)發(fā)展史上產(chǎn)生過多次重要的悖論，而悖論的消解引起了物理學(xué)的重大突破，引發(fā)了物理學(xué)的真正革命。在新課改的背景下，從科學(xué)思維培養(yǎng)的角度出發(fā)，思考物理學(xué)悖論對(duì)中學(xué)物理教學(xué)的多方面啟示。科學(xué)思維的培養(yǎng)是科學(xué)教學(xué)的根本，是核心素養(yǎng)的中心內(nèi)容，是教學(xué)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，悖論學(xué)習(xí)是科學(xué)教學(xué)中思維培養(yǎng)的理想載體，尤其是對(duì)學(xué)生批判性思維和創(chuàng)造性思維的養(yǎng)成具備獨(dú)特的作用。

關(guān)鍵詞：悖論;物理教學(xué);科學(xué)思維;智能;創(chuàng)新人才

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2021）12-0013-5

恩格斯（Friedrich Von Engels）高度重視人類的理論思維，他認(rèn)為：“一個(gè)民族想要站在科學(xué)的最高峰，就一刻也不能沒有理論思維?！盵1]自然科學(xué)成果的表現(xiàn)形式是概念，概念是反映事物本質(zhì)屬性的思維結(jié)果，標(biāo)志著人們的認(rèn)識(shí)由感性到理性的飛躍。縱觀科學(xué)的發(fā)展歷史，悖論一直是促進(jìn)人們思維發(fā)展的動(dòng)力，隨著科學(xué)悖論的解決，科學(xué)實(shí)現(xiàn)了突破性的發(fā)展。這是因?yàn)榭茖W(xué)悖論的出現(xiàn)使人們看到了舊概念、舊理論與科學(xué)事實(shí)之間的格格不入，而解決這樣的尖銳對(duì)立的出路，只能是提出新的概念、新的范疇、新的理論，產(chǎn)生新的科學(xué)思想，運(yùn)用創(chuàng)造性的思維方式?jīng)_破原有的理論樊籬，使得科學(xué)又大踏步地向前邁進(jìn)。物理學(xué)的發(fā)展史尤其具有典范性。

在新課改的背景下，悖論對(duì)物理教育中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理、科學(xué)論證的能力及批判性思維、創(chuàng)新思維的能力，對(duì)促進(jìn)科學(xué)探究的實(shí)施，對(duì)發(fā)展學(xué)生的認(rèn)知，對(duì)學(xué)生科學(xué)精神與科學(xué)思想的形成，都具有無可替代的獨(dú)特作用。本文擬梳理物理學(xué)發(fā)展歷程中具有重大意義的典型悖論，從中揭示出對(duì)當(dāng)今物理教育改革和發(fā)展有益的借鑒和啟示，并選擇其中的一個(gè)側(cè)面作出闡釋，以一斑窺全豹。

1? ? 理解悖論

什么是悖論？可以從正反兩方面來論述，以使我們對(duì)悖論有一個(gè)比較清晰的理解而不致陷入迷惘。

弗蘭克爾（Abraham Fraenkel）對(duì)悖論的定義：“如果某一理論的公理和推理規(guī)則看上去是合理的，但是這個(gè)理論中卻推出了兩個(gè)互相矛盾的命題，或者證明了這樣一個(gè)復(fù)合命題，它表現(xiàn)為兩個(gè)矛盾命題的等價(jià)式，那么，我們就說這個(gè)理論包含了一個(gè)悖論?！盵2]

張建軍特別對(duì)邏輯悖論作出定義：“邏輯悖論指這樣一種理論事實(shí)或狀況，在某些公認(rèn)正確的背景知識(shí)之下，可以合乎邏輯地建立兩個(gè)矛盾語句相互推出的矛盾等價(jià)式?！盵3]

陳波對(duì)悖論作出了比較全面的闡釋，他認(rèn)為悖論一般有四種含義：（1）違反常識(shí)，有悖直觀，似非而是，但卻是真的命題。這種悖論叫“直觀悖論”或“經(jīng)驗(yàn)悖論”，還不屬于嚴(yán)格意義的“悖論”之列。（2）似是而非的假命題。命題雖與公認(rèn)的看法或觀點(diǎn)相矛盾，但其中潛藏著深刻的思想或哲理。（3）從一組看似合理的前提出發(fā)，通過有效的邏輯推導(dǎo)，得出了一對(duì)自相矛盾的命題。它們與當(dāng)時(shí)普遍接受的常識(shí)、直觀、理論相沖突，但又不容易弄清楚問題出在哪里，亦稱之為“悖論”。在這樣的情況下，推出矛盾的那些前提都得到很強(qiáng)的支持，否定任何一個(gè)前提都會(huì)導(dǎo)致很麻煩的后果，因而很難抉擇。因此可以說，悖論是很難解的矛盾。（4）從一組看似合理的前提出發(fā)，通過看似正確有效的邏輯推導(dǎo)，得出一個(gè)由互相矛盾的命題構(gòu)成的等價(jià)式，則稱導(dǎo)出了悖論。從這四點(diǎn)我們可以明顯地看出：悖論并不簡(jiǎn)單地等同于“前后矛盾”或“自相矛盾”，也不能把普通的“不一致”或“沖突”稱之為悖論。那樣會(huì)貶低悖論的地位，泛化悖論的概念，擾亂悖論的內(nèi)涵，扭曲悖論的本質(zhì)。陳波在嚴(yán)格的前提下對(duì)悖論下的定義是：“如果從看起來合理的前提出發(fā)，通過看起來有效的邏輯推導(dǎo)，得出了兩個(gè)自相矛盾的命題或這樣兩個(gè)命題的等價(jià)式，則稱導(dǎo)出了悖論。”[4]

在識(shí)別悖論時(shí)，還需劃清以下界限：（1）悖論不是謬誤。謬誤是指在推理和論證過程中所犯的邏輯錯(cuò)誤，謬誤大多是局部的、淺層的和表面的，很容易被識(shí)別、反駁和消除掉。（2）悖論不是詭辯。詭辯是有意識(shí)地運(yùn)用謬誤的推理形式去證明明顯錯(cuò)誤的觀點(diǎn)，故意違反邏輯規(guī)律和規(guī)則，詭辯者有意為錯(cuò)誤觀點(diǎn)辯護(hù)，有意使用虛假前提和不合邏輯的推理技巧，詭辯也具有局部性和淺層性，容易被發(fā)現(xiàn)和反駁。而悖論卻是源自于我們理智深處的，是全面的、深層的和本質(zhì)的。悖論的目的是追求真理，尋求智慧，其產(chǎn)生原因非常復(fù)雜，因此，悖論往往很難被發(fā)現(xiàn)，也很難被消解。

從教育上說，科學(xué)史上的悖論是重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的前奏，是科學(xué)革命的序曲。悖論絕不能混同于課堂上學(xué)生出現(xiàn)的認(rèn)知沖突，學(xué)生對(duì)概念理解模糊不清而產(chǎn)生的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)、對(duì)科學(xué)原理的片面理解而帶來的自相矛盾的結(jié)果也不能看作是悖論。至于學(xué)生由于解題方法不當(dāng)而得出違背科學(xué)原理的結(jié)論更與悖論相去甚遠(yuǎn)，可以說是風(fēng)馬牛不相及的。簡(jiǎn)單化、形式主義地將悖論運(yùn)用于教育教學(xué)之中，是糟蹋了悖論，將悖論庸俗化、低級(jí)趣味化了。這樣錯(cuò)誤的應(yīng)用，不僅無益于學(xué)生的培養(yǎng)，反而容易使學(xué)生誤解悖論，誤會(huì)科學(xué)本質(zhì)，是必須克服的。在本文中只就悖論在物理教學(xué)中對(duì)思維的作用談一些認(rèn)識(shí)。

2? ? 物理學(xué)發(fā)展史上的悖論

今天，人們認(rèn)為“物理學(xué)是最為基礎(chǔ)的科學(xué)”，有時(shí)甚至被稱為“一切的科學(xué)”[5]。因此，我們選擇了物理學(xué)中典型的悖論作為范例展開討論，以期能夠從這些經(jīng)典悖論的欣賞中領(lǐng)略無窮的魅力，領(lǐng)悟有益的啟示。

最早可以追溯到古希臘的芝諾悖論（Zeno's paradox），包括“阿基里斯追不上烏龜”“移動(dòng)行伍的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)”“飛矢不動(dòng)”等，芝諾悖論乍看之下完全符合邏輯，卻以出乎意料的形式挑戰(zhàn)邏輯，其深刻的洞察力和犀利的思想令人嘆服。

亞里士多德（Aristotle）以經(jīng)驗(yàn)與直覺為基礎(chǔ)，從四元素差別出發(fā)提出了“重物下落得快”的落體規(guī)律。伽利略（Galileo Galilei）首先從落體佯謬提出問題，接著從對(duì)落體運(yùn)動(dòng)的觀察、借助于簡(jiǎn)單性原則提出“落體運(yùn)動(dòng)是勻加速運(yùn)動(dòng)”，又運(yùn)用邏輯與數(shù)學(xué)手段得到落體運(yùn)動(dòng)可用實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的推論，最后用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，并對(duì)結(jié)果加以推廣以建立更完整的理論。伽利略的工作為新力學(xué)的創(chuàng)立開辟了廣闊的道路，他是近代實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的真正奠基人和開創(chuàng)者。

“麥克斯韋妖（Maxwell's demon）”的提出挑戰(zhàn)了熱力學(xué)第二定律。而最終麥克斯韋妖的降服，關(guān)鍵當(dāng)然在于他的運(yùn)作必然增加了系統(tǒng)的熵，這違背了熱力學(xué)第二定律，也就是違反了自然界最基本的法則，熱力學(xué)第二定律是永遠(yuǎn)無法被擊敗的。

黑體輻射的“紫外災(zāi)難”曾是籠罩在20世紀(jì)物理學(xué)天空的一朵烏云。普朗克（Max Karl Ernst Ludwig Planck）運(yùn)用能量量子化假設(shè)，成功地化解了這場(chǎng)“災(zāi)難”。但這一假設(shè)在當(dāng)時(shí)是根本違反整個(gè)經(jīng)典物理學(xué)的革命性概念，就連普朗克本人也因?yàn)檫@一假設(shè)而長(zhǎng)期感到惴惴不安。這也表明，一個(gè)佯謬的解決，是必須作出根本性的觀念變革才可能實(shí)現(xiàn)的。今天量子力學(xué)的發(fā)展已是如日中天，前途無限。

光和實(shí)物的“波粒二難現(xiàn)象”，表明微觀客體的粒子性和波動(dòng)性既互斥又互補(bǔ)，既對(duì)立又統(tǒng)一，不可分割地共存于同一客體之中，二者之間相互依存、相互制約，且相互轉(zhuǎn)換，但客體的波動(dòng)性和粒子性又總是不均衡的，哪一方面占主導(dǎo)也是不固定的，是隨不同的條件而變化的。當(dāng)前，在波粒二象性的微觀機(jī)制、如何正確全面地解釋波粒二象性、量子與波粒二象性的關(guān)系以及“物理實(shí)在”的確切定義是什么等方面，依然有待深入探索。

1935年5月15日出版的《物理學(xué)評(píng)論》雜志上，發(fā)表了愛因斯坦（Albert Einstein）和波多爾斯基（Boris Podolsky）、羅森（Nathan Rosen）合寫的《能認(rèn)為量子力學(xué)對(duì)物理實(shí)在的描述是完備的嗎？》的著名論文，文章質(zhì)疑量子力學(xué)描述的理論是完備的，是作者反對(duì)哥本哈根量子詮釋的綱領(lǐng)，即EPR佯謬（Einstein-Podolsky-Rosen paradox），在物理學(xué)家中引起了巨大的反響。上世紀(jì)90年代，量子糾纏態(tài)實(shí)驗(yàn)的成功，成為了科學(xué)中最奇特的現(xiàn)象，愛因斯坦認(rèn)為太神秘、太奇特、不可能成為真實(shí)的神話竟然變成了實(shí)驗(yàn)事實(shí)。如今，量子通信已成為全世界科學(xué)研究的前沿?zé)狳c(diǎn)[6]。

微觀物理過程遵循宇稱選擇定則，不能保持宇稱不變的過程不能發(fā)生。而τ介子和θ介子的重介子，一方面它們的衰變方程很不同，另一方面兩者又具有相同的性質(zhì)。這樣，如果堅(jiān)持宇稱守恒，就詮釋不了τ+和θ+的驚人相似;把τ+和θ+看作是同一粒子，就將違背宇稱守恒定律，這就是使科學(xué)家感到困惑的τ-θ之謎。年青的物理學(xué)家楊振寧、李政道提出“弱相互作用下宇稱不守恒”的論斷，吳健雄等的實(shí)驗(yàn)給出了確鑿的證據(jù)，τ-θ之謎被破解。

在經(jīng)典力學(xué)中，伽利略相對(duì)性原理是成立的，但在麥克斯韋方程組中，卻出現(xiàn)了一個(gè)常數(shù)c，表明電磁擾動(dòng)在真空中總以不變的速度c傳播，且各向同性，與波源運(yùn)動(dòng)的速度無關(guān)。這使力學(xué)和電磁學(xué)之間出現(xiàn)了明顯的不對(duì)稱性，這就是“光速佯謬”，同時(shí)，“橫桿佯謬”“時(shí)鐘佯謬”深刻地揭示了“同時(shí)性”的相對(duì)性。愛因斯坦以相對(duì)性原理和光速不變?cè)頌榛A(chǔ)，建立了狹義相對(duì)論理論，在新的水平上把力學(xué)、電磁學(xué)和光學(xué)統(tǒng)一起來，以上悖論瞬間一掃而空?！半p生子佯謬”產(chǎn)生的根源在于把地球和火箭兩個(gè)參照系看作是完全平權(quán)的了，即把它們都看作是同樣的慣性系了。廣義相對(duì)論成功地解釋了這個(gè)疑難。

“拉普拉斯妖（Laplace’s demon）”原則上能夠推算出整個(gè)宇宙隨著時(shí)間如何演變，并且預(yù)測(cè)其未來狀態(tài)。如果這樣，它便可以選擇操控這些信息，故意做出某些動(dòng)作讓未來與稍早的預(yù)測(cè)不同，導(dǎo)致預(yù)測(cè)錯(cuò)誤，從而使自己預(yù)測(cè)未來的能力失效，由此構(gòu)成悖論。到今天，我們之所以永遠(yuǎn)無法預(yù)知未來，并非因?yàn)殡S機(jī)性，而是因?yàn)椴豢深A(yù)測(cè)性，即便大自然遵循明確命定的尋常法則。這是混沌理論所明示的。

薛定諤的貓（Erwin Schr？觟dinger's Cat）是眾所周知的。如果將一只貓跟一部蓋革計(jì)數(shù)器以及少量的放射性物質(zhì)一起放在一個(gè)密閉箱子里一段時(shí)間。假如有一個(gè)原子發(fā)生衰變，放出一個(gè)粒子，觸發(fā)蓋革計(jì)數(shù)器，經(jīng)由繼電裝置啟動(dòng)錘子打破裝有氫氰酸的小燒瓶，立即毒死了貓。假如原子未發(fā)生衰變，貓就存活下來。如果原子同時(shí)處于這兩種狀態(tài)，貓也處于這兩種狀態(tài)。這意味著，貓既不是真正活著也不是真正死了，而是處于一種模糊的、非物理的、介于兩者之間的狀態(tài)，只有當(dāng)箱子打開，貓才會(huì)出現(xiàn)兩種狀態(tài)中的其中一種。這就是量子物理告訴我們的描述貓的狀態(tài)的方式。

“費(fèi)米悖論（Fermi paradox）”可以簡(jiǎn)單表述為：如果生命并不特別，那么其他外星生命究竟在哪里？如果生命非常特別，那么為什么宇宙微調(diào)得如此恰到好處，讓生命只出現(xiàn)在地球上？科學(xué)家一直以來并未放棄尋找外星文明的探索。2019年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者馬約爾（Michel Mayor）和奎洛茲（Didier Queloz）發(fā)現(xiàn)了飛馬座51b，這是人類發(fā)現(xiàn)的第一顆繞著類太陽恒星飛馬座51運(yùn)轉(zhuǎn)的系外行星。這就讓人質(zhì)疑地球在宇宙中是獨(dú)一無二的嗎？費(fèi)米悖論是否也有望被消解？

宇宙佯謬中的“光度佯謬”，即“夜晚的天空為什么是黑的？”“引力佯謬”即在空間的一點(diǎn)上，由宇宙物質(zhì)所產(chǎn)生的牛頓引力勢(shì)不具備確定的有限值，這與天文觀測(cè)事實(shí)不符?！盁崃W(xué)佯謬”即“宇宙熱寂論”。這些有關(guān)宇宙學(xué)提出的悖論，都是把在一般的宏觀條件下取得的科學(xué)結(jié)論推廣應(yīng)用到宇宙范圍時(shí)所出現(xiàn)的兩難困境。人類目前對(duì)各種運(yùn)動(dòng)形態(tài)所已取得的認(rèn)識(shí)，還是有很大的局限性和相對(duì)性的，用這種有限的認(rèn)識(shí)去說明宇宙的無限運(yùn)動(dòng)，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生諸多方面的悖論[7-9]。

中國(guó)先秦時(shí)期的名家也有一些著名的悖論命題，其詼詭奇譎是可與古希臘的賢哲相媲美的。鄧析、惠施的諸多命題，公孫龍的哲學(xué)論辯，莊子的“吊詭”之辭，《墨經(jīng)》中的邏輯論題，韓非的“矛盾之說”，等等，都是很有趣并且充滿智慧的，這里不作詳述[10]。

3? ? 悖論與物理教學(xué)中的科學(xué)思維培養(yǎng)

從思維的視角看悖論，研究悖論可以讓我們懂得思維的規(guī)律、方法和技巧，養(yǎng)成思維的邏輯嚴(yán)密性，使我們領(lǐng)悟科學(xué)模型、科學(xué)分析、科學(xué)推理、科學(xué)論證的重要和實(shí)施方法，可以讓我們避免盲從和獨(dú)斷，有一種質(zhì)疑的態(tài)度去揭示問題，激發(fā)我們創(chuàng)造新的理論去推動(dòng)科學(xué)的繁榮和進(jìn)步。在物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)中，觀念形成是中心，探究是途徑，態(tài)度是基礎(chǔ)，而思維是根本，思維是智能的核心，提升思維品質(zhì)、發(fā)展思維能力是最關(guān)鍵的。

3.1? ? 掌握思維的規(guī)律、方法和技巧

公認(rèn)正確的背景知識(shí)、嚴(yán)密無誤的邏輯推導(dǎo)、可以建立矛盾等價(jià)式，是構(gòu)成嚴(yán)格意義邏輯悖論必不可少的三要素。由此三要素所決定，任何嚴(yán)格意義上的邏輯悖論都是相對(duì)性、系統(tǒng)性存在物，任何解悖方案也必然是相對(duì)性、系統(tǒng)性方案。也就是說，不可能找到一種方案能一勞永逸地?cái)[脫悖論，但也沒有不可解決的“永恒”的悖論。任何一個(gè)悖論的形成或消解，都需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐蒲荩@對(duì)學(xué)習(xí)思維、形成思維的技能和把握思維的規(guī)律是必不可少的訓(xùn)練。盡管悖論作為邏輯矛盾看待有其特殊性，但在其現(xiàn)實(shí)形態(tài)上仍是一種邏輯矛盾，芝諾悖論、落體悖論等無不如此。學(xué)習(xí)悖論，研究悖論，就是一種嚴(yán)格的、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、?yán)密的思維過程。

3.2? ? 養(yǎng)成科學(xué)思維的深刻性，洞察科學(xué)本質(zhì)

悖論所提出的，往往是事關(guān)理論的基本觀念和基本原理的根本性問題，內(nèi)蘊(yùn)一般科學(xué)問題所不可企及的巨大能量。20世紀(jì)初的物理學(xué)革命，可以用嚴(yán)格意義的邏輯悖論的出現(xiàn)來把握。當(dāng)時(shí)的頂尖物理學(xué)大師認(rèn)為物理學(xué)已有了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，物理學(xué)的大廈已建成，一切都已完滿。而這時(shí)出現(xiàn)在晴朗天空中的兩朵烏云，物理學(xué)基礎(chǔ)理論中嚴(yán)格意義悖論的出現(xiàn)，表明已有理論中存在著嚴(yán)重的根本性的問題，甚至動(dòng)搖了物理學(xué)大廈的根基。20世紀(jì)初物理學(xué)的悖論導(dǎo)致了相對(duì)論和量子力學(xué)的誕生，徹底地改變了人們的時(shí)空觀和對(duì)自然圖景的認(rèn)識(shí)，人類從此進(jìn)入了現(xiàn)代科學(xué)的時(shí)代。悖論出現(xiàn)并不是科學(xué)的“災(zāi)難”，而是科學(xué)理論創(chuàng)新的契機(jī)，是科學(xué)發(fā)展的杠桿。作為一種極為特殊的反常問題，一個(gè)嚴(yán)格邏輯悖論的提出本身就是一項(xiàng)重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)。學(xué)習(xí)悖論就是養(yǎng)成科學(xué)思維的深刻性，由此切入，從本質(zhì)上認(rèn)識(shí)物理學(xué)，認(rèn)識(shí)科學(xué)。

3.3? ? 悖論的物理科學(xué)方法論價(jià)值

科學(xué)方法論在某種意義上可以理解為是一種科學(xué)研究的思維方式，一種解決問題的思路。在理論中分析內(nèi)在矛盾，發(fā)現(xiàn)悖論，由此抓住根本性的問題，是愛因斯坦解決“光電效應(yīng)悖論”和“光速悖論”及“引力悖論”“雙生子悖論”的基本方法。其次，就科學(xué)檢驗(yàn)而言，悖論作為一種特殊的邏輯矛盾，是一種重要的論證手段。“光速悖論”的出現(xiàn)，意味著常規(guī)科學(xué)出現(xiàn)危機(jī)，表征著理論根本變革的到來，因?yàn)檫@一悖論是從理論的根本原理推導(dǎo)而來的。再次，就科學(xué)發(fā)展觀而言，悖論的發(fā)現(xiàn)和解決成為一種科學(xué)發(fā)展的推動(dòng)力量。相對(duì)論和量子論的提出，無不具有這種劃時(shí)代的意義。此外，悖論是否定舊概念、建立新概念的重要媒介。正如愛因斯坦所言：“為了科學(xué)，就必須反反復(fù)復(fù)地批判這些基本概念，以免我們會(huì)不自覺地受它們支配。在傳統(tǒng)的基本概念的貫徹使用碰到難以解決的矛盾而引起了觀念發(fā)展的那些情況，這就變得特別明顯?！盵11]悖論正是這種“難以解決”的矛盾[12]。

3.4? ? 促進(jìn)模型構(gòu)建、科學(xué)推理和科學(xué)論證

模型構(gòu)建、科學(xué)推理和科學(xué)論證是物理核心素養(yǎng)中科學(xué)思維的重要內(nèi)容。物理學(xué)悖論中典型的如量子論的提出對(duì)黑體輻射紫外災(zāi)難的解決，波粒二象性對(duì)光電效應(yīng)悖論的消解、薛定諤的貓、EPR佯謬等都聚焦在模型的構(gòu)建上，合理模型的建立往往使疑難冰消雪化，當(dāng)然伴隨著新穎模型產(chǎn)生的還有全新的觀念、概念和理論。每一個(gè)悖論的形成都依賴于嚴(yán)密的推理，精巧的演繹，芝諾悖論、EPR佯謬、拉普拉斯妖等無不顯示了邏輯的魅力，而悖論的消解，也不僅僅在于理論的解說，最終有賴于論證，尤其是實(shí)驗(yàn)的論據(jù)，廣義相對(duì)論的提出，至今仍在接受實(shí)驗(yàn)的考驗(yàn)，從光線彎曲的天文觀測(cè)到引力波被探測(cè)，無不如此。物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的實(shí)證學(xué)科，在物理學(xué)悖論的消解過程中，也處處閃耀著科學(xué)論證的光芒。

3.5? ? 培養(yǎng)批判性思維的理想載體

著名的《德爾菲報(bào)告》對(duì)批判性思維定義為：是有目的的、自我調(diào)節(jié)的判斷，它導(dǎo)致的結(jié)果是詮釋、分析、評(píng)估和推論，以及對(duì)這種判斷所基于的論據(jù)、概念、方法、標(biāo)準(zhǔn)、語境等問題的說明。這個(gè)定義強(qiáng)調(diào)能力和傾向，質(zhì)疑、提問為什么以及勇敢且公正地去尋找每個(gè)可能問題的最佳答案，這種一貫的態(tài)度正是批判性思維的核心[13]。悖論的解決就有這方面正反的典型案例。20世紀(jì)20年代，對(duì)宇稱守恒原理的沖擊已成事實(shí)，但多數(shù)物理學(xué)家在不違反宇稱守恒信條的前提下企圖尋找出路。早在1929年，外爾（Hermann Weyl ）就提出一個(gè)粒子方程，由于這個(gè)方程不能保持左右對(duì)稱性，人們并不承認(rèn)而且排斥，直到50年代末人們才重新注意到它。1928年，考克斯（R.T.Cox）等人對(duì)電子的螺旋性進(jìn)行測(cè)量，觀察到了某種不對(duì)稱性，但考克斯及同伴篤信宇稱守恒，將原來的β衰變改成熱燈絲進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果螺旋性不為零的效應(yīng)消失了，大家都感到滿意。而這個(gè)結(jié)果是因?yàn)闊犭娮与s亂無章的運(yùn)動(dòng)方向掩蓋了電子螺旋性效應(yīng)[14]。由于對(duì)現(xiàn)有理論不敢質(zhì)疑，考克斯白白錯(cuò)過了這一取得重大新發(fā)現(xiàn)的良機(jī)。楊振寧、李政道經(jīng)過大量細(xì)致的分析和深入的研究后，大膽地提出“弱相互作用條件下宇稱不守恒”的論斷，由此榮獲1957年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。正如楊振寧說的：“（研究）要進(jìn)一步向前推進(jìn)，當(dāng)然需要才能和熟練的技術(shù)，但是更重要的是，首先要有獨(dú)立的見解和判斷力，這只能從對(duì)舊知識(shí)的信任和融會(huì)以及對(duì)新事物的堅(jiān)持和大膽的探索而來?！盵15]這對(duì)于批判性思維的重要性真是一語中的。

3.6? ? 發(fā)展創(chuàng)造性思維的杰出范例

物理學(xué)史上每一個(gè)悖論的消解，無不是由概念、理論、觀念和思想的創(chuàng)新而成功的，對(duì)悖論的研究，無疑將極大地促進(jìn)人們的認(rèn)識(shí)進(jìn)程，大大地提高人們對(duì)于科學(xué)和人類思維本性的認(rèn)識(shí)，極大地推進(jìn)人類創(chuàng)新意識(shí)的誕生，創(chuàng)新思維能力的提高。從紫外災(zāi)難、光速悖論到EPR佯謬，都充滿著對(duì)人類智力的挑戰(zhàn)，都是對(duì)人類創(chuàng)新思維的嚴(yán)峻考驗(yàn)。沒有創(chuàng)造性思維，物理學(xué)悖論無法消解，物理學(xué)的重大突破將成為夢(mèng)幻，今天物理學(xué)發(fā)展的輝煌都無法成為現(xiàn)實(shí)。物理學(xué)史上眾多悖論的消解都是物理教學(xué)中培養(yǎng)創(chuàng)新思維的最佳范例，值得我們永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)與仿效。

4? ? 結(jié)? 語

物理學(xué)悖論對(duì)物理教育的啟示是豐富的、多維度的。我們從科學(xué)思維的視角，尤其是在當(dāng)前基礎(chǔ)教育課程改革背景下，結(jié)合物理學(xué)科核心素養(yǎng)對(duì)科學(xué)思維確定的目標(biāo)來進(jìn)行思考。思維培養(yǎng)是科學(xué)教學(xué)的根本，或者可以說是科學(xué)教學(xué)的核心要素、關(guān)鍵目標(biāo)。教學(xué)中只有提升了學(xué)生的思維品質(zhì)，養(yǎng)成了學(xué)生的思維能力，造就了學(xué)生良好的思維習(xí)慣，使學(xué)生真正掌握了思維正確的方式和方法，這才是造就了有智慧、有能力的學(xué)生，有創(chuàng)新能力的學(xué)生，有批判質(zhì)疑能力的學(xué)生，能發(fā)現(xiàn)問題、提出問題并分析、解決問題的學(xué)生。這也是科學(xué)思維素養(yǎng)的內(nèi)涵，科學(xué)思維素養(yǎng)所要求達(dá)到的目標(biāo)，也是今天社會(huì)所需要的人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]中共中央馬克思恩格斯列寧斯大林著作編譯局.馬克思恩格斯選集（第三卷）[M].北京：人民出版社，1972：467.

[2]申先甲，林可濟(jì).科學(xué)悖論集[M].長(zhǎng)沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，1998：3-4.

[3]張建軍.邏輯悖論研究引論[M].北京：人民出版社，2014：7.

[4]陳波.思維魔方[M].北京：北京大學(xué)出版社，2014：9-22.

[5]丘成桐，史蒂夫·納迪斯.從萬里長(zhǎng)城到巨型對(duì)撞機(jī)：中國(guó)探索宇宙最深層奧秘的前景[M].鮮于中之，何紅建，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2016：3.

[6]布萊恩·克萊格.量子糾纏[M].劉先珍，譯.重慶：重慶出版社，2011：75-96.

[7]吉姆·艾爾-哈利利.悖論：破解科學(xué)史上最復(fù)雜的9大謎團(tuán)[M].戴凡惟，譯.北京：中國(guó)青年出版社，2014：46-248.

[8]瑪格麗特·庫(kù)恩佐.悖論[M].余渭深，王旭，譯.重慶：重慶大學(xué)出版社，2016：151-179.

[9]申先甲，林可濟(jì).科學(xué)悖論集[M].長(zhǎng)沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，1998：16-215.

[10]陳波.悖論研究[M].北京：北京大學(xué)出版社，2014：347-371.

[11]愛因斯坦.愛因斯坦文集（第一卷）[M].許良英，等譯.北京：商務(wù)印書館，1976：586.

[12]張建軍.科學(xué)的難題——悖論[M].杭州：浙江科學(xué)技術(shù)出版社，1990：283-298.

[13]武宏志，周建武.批判性思維——論證邏輯視角[M].北京：中國(guó)人民大學(xué)出版社，2013：3.

[14]漢斯·弗朗費(fèi)爾德，歐內(nèi)斯特·M.亨利.核物理和粒子物理（第一冊(cè)）[M].姚蜀平，夏康，譯.北京：原子能出版社，1981：245.

[15]楊振寧.基本粒子發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)史[M].上海：上?？萍汲霭嫔?，1962：41.

（欄目編輯? ? 趙保鋼）