曾纪晴
中国科学院华南植物园
相对论与量子力学被认为是现代物理学的两大支柱。由于它们通常与经典物理学存在许多矛盾与冲突之处，因此它们常常自认为比经典物理学优越，认为它们的理论超出了经典物理学的适用范围，并以此来回避它们与经典物理学之间的矛盾。比如，相对论认为经典物理学只适用于物体的低速运动，不适用于物体的高速运动，而相对论则是更高级的理论，不仅适用于物体的低速运动，也适用于物体的高速运动。量子力学认为，经典物理学适用于宏观物体运动，不适用于微观粒子的运动，而量子力学适用于微观粒子的运动。果真如此吗？科学理论的适用范围究竟是是什么，它如何划分的？
什么是科学理论的适用范围？
我们知道，依据科学研究的对象，科学的门类非常繁杂。一般认为，科学分为自然科学、社会科学与思维科学。我们通常认为的科学狭义地专门指自然科学。自然科学，顾名思义是对大自然运行规律的研究，它包括从天上到地下，从宏观到微观，从无生命的物体到有生命的体系，大自然所有的一切无所不包，分为天文学、地球科学、物理学、化学、生命科学等。而自然科学的每一个门类又可以分为许多个分支。比如，生命科学可以分为植物学、动物学、微生物学、人类学、形态学、解剖学、分类学、生理学、个体生物学、生态学、细胞生物学、分子生物学、遗传学、生物化学、生物物理学、胚胎学、病理学、免疫学、药理学、古生物学、时间生物学等等；物理学又可以分为力学、热学、光学、声学、电磁学、核物理学、原子物理学等。可见，自然科学门类繁多，在各自不同的诸多领域也发展出了许多不同的科学理论。显然，在不同的学科领域中发展出的不同科学理论有其适用范围，这个适用范围往往就是其研究对象。比如生态学的理论不适用于研究天体运动规律，原因就在于其研究的对象不同。对于研究对象相同的两个或多个科学理论，彼此不同，能否认为它们存在适用范围不同的问题呢？比如，关于生物从古到今，在形态结构与功能上的不同变化，存在不同的科学理论，比如达尔文的适者生存的进化论以及拉马克的用进废退学说，它们其实是观察角度不同，揭示了生物进化过程中的不同机制，这不能用适用范围来说明。那么，是否研究对象不同，科学理论就一定会有不同的适用范围呢？比如，微生物学、植物学、动物学，研究对象分别是微生物、植物和动物，是否它们的科学理论一定是彼此不适用的呢？其实也未必。尽管微生物学、植物和动物是不同的，但它们也具有共同的特点，它们都是生物。那么，如果将生物作为整个研究对象，得出关于生命的普遍规律的理论，它的适用范围就是整个生物界了。可见，研究对象是否相同，也不是绝对的。所以，如果要区分科学理论的适用范围，那么一定要小心，不要把科学理论的研究对象搞错了。
如何正确划分科学理论的适用范围？
那么，如何正确划分科学理论的适用范围呢？显然，科学理论的适用范围首要的是看其理论涵盖的研究对象或具体问题。比如，耗散结构理论，它研究的是远离平衡态的开放系统，因此，只要是远离平衡态的开放系统都适用于该理论，不论这个系统是一个化学系统还是生命系统。可见，科学理论的适用范围并非严格地依照科学门类来划分，不同学科门类之间并非截然区隔的，科学本质上来说实际上是统一的。现在许多科学理论如系统论、耗散结构轮、信息论等往往打破了传统科学门类的区隔，原因就在于不同学科门类尽管研究对象不同，但在更深刻的层次上是完全有统一的基础的。因此，科学理论的适用范围并非仅仅依据学科门类来划分，而是依据其具体的研究对象或问题来划分，科学理论研究的是什么具体对象或问题，其理论的适用范围就是什么。
科学理论的适用范围不等于科学理论成立的前提条件
许多人会混淆科学理论的适用范围与前提条件。比如，研究物体运动规律的理论，它研究的具体对象是物体，其具体问题是物体如何运动。所谓物体，通常认为是有大小、形状和质量的物质。但为了研究方便，通常将物体理想化为有质量的质点。那么关于物体如何运动的理论，其使用范围显然就是任何有质量的物体。但因为有理想化的技术处理，所以有时也会考虑到理想化处理对结果的影响，如果影响很小往往就不予考虑，如果影响很大就必须考虑。比如，动量守恒原理，其前提条件是理想化的有质量的质点（刚体）之间的弹性碰撞，假如物体本身离这个理想化的模型相差很远，比如是体积大而松散的非刚体、发生非弹性碰撞，当然就不适用。所以，我们通常说的科学理论的适用范围更多的是指这种情况。但实际上，这种说法并不太合适，只能说某个定理或原理存在某些前提条件，这些前提条件并非是该理论的“适用范围”。
科学理论首先是以科学概念为基础的，科学概念就是科学理论所研究的对象与问题的基石。因为，科学概念都有其特定的科学内涵与外延，科学概念之间以某种关系连接在一起就形成了科学理论体系。比如，你要研究有质量物体的运动规律，你就必须在时间、空间（距离）、速度、质量等概念的基础上进行研究，在此基础上建立起来的这些概念之间的关系才是科学理论，比如速度等于物体运动走过的空间距离与时间的比值，物体的受力等于物体的质量与其运动加速度之积等。人类经过几百年的探索实践，发现牛顿建立起来的科学理论是正确的。那么，牛顿建立起来的科学理论的适用范围就是在时间、空间（距离）、速度和质量等概念基础上的有质量物体的运动。当然，这个理论有一个前提条件，那就是物体的运动速度需要远远小于光速。原因在于，人们通常观测物体运动时依靠光来传递信息的，而光的速度并非无限大的，而是有限的。本人发现了观测者位置效应，完美解释了这个问题。物体运动速度的大小实际上并没有影响牛顿发现的物体运动规律的正确性，只不过是因为光速影响到了观测者对物体实际运动的观测。可见，物体运动速度的快慢并非牛顿科学理论的适用范围，只不过是影响观测者对物体运动观测准确性的因素。
许多人认为牛顿力学的适用范围是低速运动的物体，对于高速运动的物体不适用，这当然是错误的。高速运动的物体由于其运动速度接近光速，而人类观测物体的运动又必须借助于光，所以才会产生误差，但如果根据本人发现的观测者位置效应对物体的运动速度进行矫正，那么牛顿揭示的物体运动规律完全适用于高速运动的物体。牛顿时代的人们通常是把光速当作无限大，把人们观测到的物体的运动速度当作了物体实际运动速度，从而导致了一些速度误差，除此之外牛顿力学没有任何问题。相反，爱因斯坦的相对论问题百出。本人对爱因斯坦狭义相对论的错误有专门论述（参见https://www.toutiao.com/i67343 15983 08471 6558 /或https://www.zenodo.org/record/33752 16 #。XXUDitIzbcs），在此不赘述。
牛顿力学与相对论的适用范围不一样吗？
我们前文已经论述，什么是科学理论的适用范围以及如何正确划分适用范围。首先，我们来看看牛顿与爱因斯坦理论的研究对象与具体问题是什么。显然的，它们的研究对象都是有质量物体的运动，具体问题也完全相同，就是这些有质量物体的运动规律是什么。对于研究同一个研究对象与具体问题的理论，不存在适用范围是否相同的问题，只存在哪个理论正确与否的问题。研究同样的对象与问题，必须使用相同的科学概念，这是基本的科学逻辑常识。然而，爱因斯坦提出的相对论得出了与前人无数次检验正确的科学理论相矛盾的结论之后，却自创一套概念，以图自圆其说。比如，他自创了一套时间、空间与质量的概念，完全有悖于之前的科学概念。众所周知，科学理论必须是建立在科学概念基础之上的，爱因斯坦抛弃科学概念另搞一套，显然就不是科学理论。科学理论并非不可以有新的概念，但新的科学概念必须是新的研究对象或新的研究领域或新的研究问题。实际上，真是由于人类不断提出新的科学概念，建立新的科学理论，科学才得以不断进步发展的。但是，爱因斯坦的相对论完全不是先提出新的科学概念，然后建立新的科学理论，而是在前人的科学概念基础上，通过错误的假设性前提推导出了与前人的科学发现相矛盾的结论之后，再把前人业已建立的正确科学概念进行颠覆和歪曲，硬要用自己错误的概念取代之前业已公认正确的科学概念，以此达到所谓建立新的科学概念的目的。
研究同一个对象、同一个问题，两个相互矛盾的理论至少有一个是错误的，不可能都是正确的。人类科学之所以可以发展进步，就是因为人类坚守住了基本的逻辑。错误的理论妄图以科学理论适用范围不同而逃避逻辑的检验，是痴心妄想。
然而，相对论与量子力学试图打破科学的逻辑。它们妄图打破正常的科学逻辑的办法恰恰就是滥用“科学理论的适用范围不同”。前面已经分析了，相对论的适用范围完全跟牛顿力学一致，根本没有任何不同，它的错误绝不能再用所谓“科学理论适用范围不同”来掩盖了。
量子力学与经典物理学的适用范围不一样吗？
量子力学也经常号称跟经典物理学的“适用范围不同”，所谓量子力学适用于微观世界，而经典物理学适用于宏观世界。根据我们的科学理论的适用范围及其划分的分析，很容易判断这种说法也是完全错误的。首先，所谓微观与宏观根本不存在截然不同的分界线，因而也就不存在两个截然不同的微观世界与宏观世界的物理规律。因此，以微观与宏观来区分物理学理论的适用范围，是根本不合适的。所谓科学理论的适用范围，指的是其研究对象或具体研究问题。量子力学研究的对象通常是电子等微观粒子，但量子力学并不能规定经典物理学就不能研究微观粒子。实际上，是经典物理学的电磁学最早研究了电子等微粒的运动，并且得到了许多科学发现，建立了正确的科学概念与科学理论。热力学与统计力学也是研究分子等微观粒子运动的经典物理学，也都有成熟的科学概念与科学理论。量子力学凭什么可以把经典物理学排挤出微观世界？难道就是因为量子力学得出许多与经典物理学相矛盾的结论，就要与经典物理学划分“势力范围”，以此躲避经典物理学的检验？显然的，量子力学号称的经典物理学只适用于宏观世界，量子力学才适用于微观世界的说法是荒唐透顶与蛮不讲理的。不说其它，量子力学的核心内容薛定谔方程赖以建立的哈密顿原理就是经典物理学的基本原理。量子力学不是凭空蹦出来的，就像相对论一样，是在前人研究的基础上建立起来的。量子力学与相对论的无耻之处在于，开始以前人的研究为基础，却最后以否定前人的研究为结论。玻尔曾经提出所谓量子力学的对应原理，认为量子力学与经典物理学在其各自的“适用范围”内都是正确的，但量子力学所得出的结论如果要延伸到宏观物理世界还是要与经典物理学一致。看得出来，玻尔这是想调和量子力学与经典物理学之间的矛盾，同时为量子力学开辟一个独立于经典物理学的“势力范围”。不管怎么样，玻尔还是承认经过几百年来无数科学家研究与实践检验正确的经典物理学原理还是必须遵守的。不过，玻尔还是无法证明，量子力学与经典物理学存在这样一个“各自独立的适用范围”。因此，遵循经典物理学原理的结果是，跟经典物理学相矛盾的量子力学结论就必须抛弃。实际上，物理学原本就根本不存在所谓经典物理学与相对论和量子力学之间的分别，所谓的经典物理学实际上是相对论和量子力学支持者捏造出来的概念，目的就是要为它们自己的理论与前人的科学理论矛盾而找借口，试图营造这样一个错误认知，那就是经典物理学与相对论和量子力学（它们号称现代物理学）存在着“各自独立的适用范围”。
结论
通过以上分析可知，科学理论的适用范围主要指的是其研究对象与具体问题，只要研究对象或具体问题相同的不同理论，如果它们是相互矛盾的，则必然至少有一个理论是错误的，不可能都是正确的，不能够用所谓“科学理论的适用范围不同”来回避矛盾，为错误的理论划分得以容身的“势力范围”。相对论与量子力学的错误根本不是适用范围不同的问题，而是其科学概念错误、违背科学逻辑的问题。它们与经典物理学之间的矛盾，根本不是适用范围不同造成的，而是本身存在的科学概念与逻辑的矛盾。
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