[b]一．变化的世界[/b] 我们生活的世界是一个物质的世界，不论是日月星辰、河流山川，还是花草树木、飞禽走兽，它们都是客观存在的物质。物质的最根本的属性是存在。在我们面前有一只杯子，不论我们是通过眼睛观察还是通过手的触摸，我们都能感觉到它的存在。如果杯子里有水，把水倒掉，杯子并不空，实验可以证明里面还存在空气，把杯子中的空气也抽掉时，就得到了真空。但是现代科学表明真空不是真的空空如也，抽空的杯子里还可能存在场，比如电场或磁场等，科学实验可以向我们显示电场、磁场的物质性。可见，我们对物质的认识正是随着科学（尤其是物理科学）的发展而发展的。 同样，我们对物质的存在方式的认识也是随着科学的发展而发展的。桌子上放着的一个铜球，从机械运动的范围内，我们认为它是静止的，牛顿定律告诉我们，它将保持这个状态不变。从分子运动的观点看，铜球并不是静止不变的，它内部的分子在不停地运动，分子运动的剧烈程度与温度有关。常温下铜球是固体，如温度上升至高于1000℃，由于分子运动加剧，铜球就会从固体变成液体，温度更高还可以变成气体，甚至于等离子体。这里，铜球存在的物态方式是由温度决定的。 把铜球放在光滑的水平面上而处于平衡状态，这时它的状态是稳定的；如果把铜球放在凸面上，稍有微扰（这种微扰必定发生），平衡就被打破，产生加速运动，这时它的状态是不稳定的。这就是说，铜球的运动状态可以有多种情况：静止的和运动的、平动的和转动的等。铜球存在的运动方式是由它的受力情况决定的。 以上只是从物质的物态方式和运动方式上看，有关铜球的存在的情况已经是够复杂的了，更不用说铜球还有带电、感应、与周围物质的反应等其他的变化了。总之，存在不是孤立的存在，而是与周围的事物相关的存在，正是这种相关性使我们这个充满物质的世界变得丰富多彩、变化万端。 物体的振动、地球绕太阳的椭圆的运动等是周期性运动，而山上石头的滚动、自由落体运动等是非周期性运动。做周期性运动的系统是一个相对稳定的系统，它的存在是稳定的。一般地，我们把稳定的存在称为存在，而把不稳定的存在则称为变化。但是，稳定与不稳定是相对的，无论是周期性运动还是非周期性运动，它们都分别作为某一类运动形式而普遍存在，可见一切存在都是变化的存在。 我们再来看场的存在。一个静止电荷周围存在电场，这个电场的空间分布不随时间而发生变化，我们称之为静电场，静电场是稳定的存在。而LC振荡电路产生的电场是随时间发生变化的，但是这一变化具有周期性，并与磁场相互激发而形成电磁波，电磁波比起静电场来是更高层次的稳定的存在。这种周期性电磁波，当它加载了信号，性质又发生变化，不再具备原来那种稳定的周期性，更不用说还有干扰等高次谐波了。可见我们的世界是变化的世界，一成不变的、绝对稳定的事物是没有的，一切都在变化之中。 [b]二．量变和质变[/b] 古希腊哲学家赫拉克利特有一句名言：“一个人不能两次踏进同一条河流”，这就是说，变化是世界的特点，一切存在都是在变化的。从上面的论述中我们看到，一事物的存在是多方面的，当它发生变化时，也就有各种各样的变化。我们现在讨论事物变化的一般形式，描述这种变化就是物质存在的“量”和“质”。 所谓“质”就是一事物区别于其他事物的特殊的内在的规定性，世界上物质的存在之所以形形色色、千差万别，就是因为它们各有自己的不同的“质”。一个具体事物的“质”是多方面的，我们可以从不同的侧面把握“质”。比如对于铜球来说，它的“质”就是多方面的，物理学家研究它的“质”可以研究它的物态，也可以研究它的密度、比热、导电性等，这些“质”都是在铜球与别的物质进行比较时或相互作用的过程中表现出来的。 物质的存在还有“量”的规定性，所谓“量”是物质的存在处于相对稳定时的规模或指标，它可以用数量来表示。物质的“量”的规定性也是多方面的，就拿铜球来说，它的量有质量、体积、温度、密度、硬度等。 我们这里讲的“质”或者“量”也是相对的，当我们在同一种金属的范围内讲到密度和硬度时，密度和硬度是属于这种金属的“量”，当我们在比较不同金属的时候，密度和硬度就属于“质”了。 “质”和“量”都是物质不可缺少的规定性。但是“质”和“量”是有根本区别的，“质”的规定性是使某一物质成为这一物质而不是别的物质，如果某物质失掉它的质，则这物质便失其所以成为这物质的存在。而“量”的规定性则不同，同一个物质或状态可以具有不同的量，在一定的范围内“量”的增减不会影响“质”的规定性。比如在常温的条件下，铜球的温度的升高或者降低，并不会改变铜处于固体的状态。这就是说，物质取不同的量，可以保持相同的质。 物质世界的变化发展都采用量变和质变两种情况。 哲学上的量变是指事物在数量上的增减，是一种渐进的不显著的变化。我们从科学的观点进行考察，量变可以分为物质指标数量的改变和构成物质的结构方式的改变。 在桥上站立1个人，桥就有一个人的负荷，也可以站10个人，桥的负荷就增加了，这就是量变。我们在实验中观察水的温度从20℃上升到50℃，这就是水温的量变。卫星的发射速度从8km/s增大到9km/s，这就是发射卫星的速度的量变。客观物质的质是相对稳定的，而量却是不断改变的，因此，物质的发展变化总是先从量变开始。 在一定的范围内，数量的改变不会引起事物的性质的改变。桥上站1个人到10个人，桥没有坍塌；水的温度从20℃上升到50℃，水还是液态的水；发射卫星的速度从8km/s增大到9km/s，它还是绕地球飞行的卫星。当量变超出一定的限度，就引起质变，旧的质归于消灭，出现了新的质，这就是由量变到质变的转化。桥因为负荷过重而坍塌，水温上升到100℃就沸腾气化，发射卫星速度超过第二宇宙速度，卫星就脱离地球引力而成为绕太阳运动的“行星”了。 结构改变的量变也是常见的现象。在货车上装货，把重的货物装载在下面，轻的货物装载在上面，这是一种装载方式，如果倒过来把轻的货物装载在下面，重的货物装载在上面，这又是一种装载方式。货物的数量并没有改变，但是结构改变了。这种量变在一定的范围内，并不会影响运输的任务，但是我们知道它们的稳度是不一样的。物质的机械强度是与结构紧密相关的，我们大家都做过一个实验，一张纸卷起来竖着放，上面可以承受比较可观的重物，如果把纸展开来竖着放，它几乎连自身的重量也不能承受。这种没有发生数量上的改变，只是形状（各部分之间的相对位置）发生了变化，也是一种量变。结构性量变最显著的例子是石墨和金刚石，它们虽然都是碳原子构成，即使数量相同，但是由于它们的结构不同，它们的硬度就大相径庭了。水泥抗压而不抗拉，而钢筋就能承受很大的拉力，所以工程上制成了钢筋水泥。现代的斜拉桥充分利用水泥和钢筋的作用，这就告诉我们结构的重要性。 沉重的火车是需要铁轨来支撑的，铁轨承受相当大的压力。铁轨可以是用截面为长方形钢来做，但是经过研究发现，截面为“工”字形的工字钢比长方形节省材料，而达到相同的承受压力的目的。这里的量变既有数量的改变，也有结构的改变。 量变和质变及其转化的原因，在于事物内部的矛盾性。任何事物都存在着促使转化和阻碍转化的两方面的因素，这两方面的因素互相制约，互相消长。高中物理教科书在介绍共振的时候，有一个桥梁共振的例子，1831年，当一队骑兵通过曼彻斯特附近的一座便桥时，由于马蹄运动节奏比较一致，使桥发生共振而断裂。实际上，当共振一开始，桥不是马上就断裂的，这里有一个积累和消长的过程。桥的内部有两个因素，一方面共振要使桥的结构发生改变，使桥瓦解，另一方面桥的各部分之间的作用力阻碍桥的结构瓦解，维持稳定。随着振动的能量的积累，桥的结构从各个部分开始的变化，逐渐使得各个部分之间维持原状的作用力不能阻挡桥的瓦解，量变转化成质变，桥便轰然倒塌。 [b]三、度[/b] 当我们从总体上把握事物变化的时候，我们知道量变的积累会引起质变，这就是哲学的视角。我们进一步从量变引起质变的机制上把握事物变化，我们知道事物内部制约的双方变化要达到一定的界限，这就是“度”。度就是一定的事物保持自己的质的数量界限，体现了事物的质和量的统一，质总是具有一定量的质，量也总是具有一定质的量。度是事物变化发展中的各种关节点、转折点，是事物的数量的变化引起质变的界限。量变一般不引起质变，当量变超出了这个度，就会产生质变。 黑格尔曾经用一个农夫的故事来说明量变的限度：“据说有一个农夫，当他看见他的驴子驮着东西愉快地行走时，他继续一两一两地不断增加它的负担，直到后来，这驴子担负不起这重量而倒下了。”显然，最初在驴背上增加一两的负担，好象是完全无足轻重似的，但这种表面上的不相干的量的增减是有限度的，当量的增减最后达到极点时，则继续再增加一两的负担就会使驴子倒下。 科学是要研究具体事物的变化，所关注的是各种转化的具体机理以及实现的条件，这就是研究变化的科学的视角。质变的重要性是不言而喻的，而量变是质变的基础，我们研究量变与质变的具体关系时，发现存在着两类质变，即渐变型质变和突变型质变。 一滴水滴到石头上引起的石头的磨损是微不足道的，但是长时间地滴水，把微小的量变积累起来，最终可以使石头产生显著的改变，这就是“水滴石穿”。使用万用电表的欧姆挡进行电阻的测量，如果是新的电池，电动势比较大，内阻比较小，测量前调零没有什么问题。随着用的次数多了，电池的电动势逐渐变小，内阻逐渐变大，每次使用发生一些量变，最终导致电池不能再用了，量变转化成质变。其它还有永磁体的磁性的逐渐消退，刻度尺的逐渐磨损，弹簧的老化，非晶体在温度变化时的物态变化等，这些都是渐变型的质变。这些质变发生时，引起质变的临界点都是不显著的。 与前面的渐变型的质变相比，突变型的质变就比较令人关注。所谓突变型的质变，是指当量变发展到一个临界点，就会出现向质变转化的显著的现象。比如晶体随温度的变化引起物态的变化，这里的临界点就是熔点，它们是相当精确的。 物体经过凸透镜成像，可以成放大的虚像，也可以成放大或缩小的实像。这里物距的变化会引起像的大小和性质的变化，临界点是焦点和二倍焦距位置。光从玻璃射入空气，在界面上发生了反射和折射，我们可以看到光传播的规律符合反射定律和折射定律。从光的亮度上我们也可以看到，入射光的能量一部分分配给反射光，一部分分配给折射光。随着入射角的增大，折射光越来越弱，反射光越来越强，当入射角达到临界角的时候，折射光突然消失了，反射光变得很亮，这就是发生了全反射。入射角度变化的过程是量变逐渐积累的过程，但是当入射角达到临界角的时候，全反射现象就突然发生了。 光子照到金属上时，它的能量可能被金属中的某个电子吸收，电子吸收光子后，能量增加。如果能量足够大，电子就能克服金属内正电荷对它的引力，离开金属表面，逃逸出来，成为光电子。光子的能量是由光的频率决定的，不同金属内正电荷对电子的束缚程度不同，因此电子逃逸出来所做的功也不一样，也就是说各种金属都存在着极限频率。如果入射光的频率比极限频率低，无论光强多么强，照射时间多么长，都不会发生光电效应。当入射光的频率高于极限频率时，光电效应就突然发生了。 所有的金属导体都有电阻，随着温度的降低，金属导体的电阻越来越小，当温度降低到某一温度时，金属导体的电阻会突然消失，电阻变为零。每种金属都有各自的转变温度，达到了这个温度时导体就转变为超导体。 上述的质变都是突变型的，量变到质变的转折点非常明显。还有另一种突变型质变，它的转化过程中的度虽然是令人关注的，但并不能被十分精确地预测，其质变的过程却是相当明显，相当激烈。在自动控制的理论中，这是一个涉及系统的稳定性的问题。 一个系统受扰后，偏离原来的平衡状态，产生偏差，当扰动消失后，系统能够恢复原来的状态，这样的系统就是一个稳定系统。瓦特节速器系统、电子线路中防止啸叫的负反馈电路都是这样的系统。反之，如果一个系统受扰后产生了偏差，而这个偏差又使系统产生更加大的偏差，这样的系统是正反馈系统，是不稳定的。有些量变向质变的转化就具有正反馈的特点。 在研究液体压强的时候有一个帕斯卡桶的实验。我们用一个相当均匀、对称的圆木桶，在密封的桶盖的中心处开一个小孔，用一根竖直的、与大气相通的细管子通过小孔与木桶连通，然后向管子里灌水。由于水桶内部液体的压强跟液面高度有关，液面越高，桶内液体的压强也就越大，水对桶壁的压力也就越大。开始加水的时候，液面升高是缓慢的，大量的水灌进去并不会使桶壁裂开。而当桶内装满水后，只要再向细管加少量的水，就可以使液面升高很多，当液面足够高时，桶内的水的压强就变得非常大，即水对桶壁压力变得非常大，当液面上升到某个高度后，木桶就会承受不了太大的压力而裂开。问题是这个相当对称的木桶会从哪里先裂开呢？实际上再均匀的木桶也总有不均匀的地方，这微小的不对称性就相当于微扰的作用，水从最薄弱的地方压出一个很小的裂缝，一旦某一个地方出现裂缝，这个地方的结构更不牢了，结果出现裂缝的地方裂缝越来越大，这就是正反馈式的质变。在这里水桶是否裂开要看液面的高度。 雪山上积雪达到一定厚度的时候，稍有扰动，就会使得积雪开裂坍塌，从山上滑下来，巨大的重力使下面的积雪跟着坍塌，发生连锁反应，这就是雪崩。雪崩就是发生在大自然的量变引起的正反馈式的质变。雪崩是否会发生要看积雪的厚度。 半导体二极管是由PN结构成的，它在电子线路中的主要作用是单向导电性，工作电压有一个数值范围。当电压超过这个范围，半导体中的电场强度达到足够大，就可以把电子从共价键中拉出来，产生电子空穴对，这时候载流子突然增多，就出现击穿现象，这是半导体的齐纳击穿理论。如果PN结的空间电荷区较宽，当电场强度增加时，载流子获得的能量也就比较大，当载流子与晶体结构中外层电子碰撞时，能使其脱离原子的束缚，形成新的载流子，新的载流子在电场中运动又会获得能量，又可以去碰撞其它的外层电子，这种连锁反应造成载流子突然剧增的现象，这就是雪崩击穿理论。无论是齐纳击穿还是雪崩击穿都是量变引起的正反馈式质变，这里的度就是工作电压的范围。 铀核俘获中子会产生裂变，释放出大量的能量。裂变后还能放出中子，这些中子不一定能再次被俘获。当铀核的体积足够大，裂变反应后的中子能够继续被俘获，这样裂变反应就能不断地进行下去，这就是原子核裂变的链式反应，发生核爆炸。这也是雪崩式的正反馈式质变，这里链式反应是否发生要看铀核的体积。 当二极管用其单向导电性的时候，不需要击穿，当要把二极管用于稳压管的时候，又需要击穿，这里工作电压是关键。当原子核被和平利用于缓慢释放能量的时候，不需要链式反应，当原子弹爆炸的时候，就进行了链式反应，这里临界体积是关键。世界上的事情都是在变化的，当人们要操纵世界的变化时，重要的是控制这个度。 主要参考文献： 1．《马克思主义哲学基本原理》，上海人民出版社，1981年6月 2．黑格尔著，贺麟译《小逻辑》，商务印书馆，1996年。