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科学两个最大的幸运  

2010-09-14 06:10:14|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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科学两个最大的幸运
       科学的两个最大的幸运我认为是:1爱因斯坦给科学带来的等效原理思想;2量子力学给科学带来的波粒二象性认识思想。
      爱因斯坦认识到:从楼顶落下的人在下落的过程中不会感到引力的作用。他说:“这是他一生最大的幸运,并使它成为原理”。于是,爱因斯坦凭着这一“一生最大幸运”的物理学认识思想,经过十多年的艰苦努力,终于统一了加速度和引力,使其成为一个完整的科学理论体系,它统一了所有类型的运动。匀速运动与静止运动没有区别,加速度与静止运动也没有区别,于是,引力场出现了。爱因斯坦的“一生最大幸运”的物理学认识思想,我认为也是科学最大的幸运。加速度与引力的统一有着重要意义,尽管至今科学界没人能理解爱因斯坦“一生最大幸运”思想的物理实在和物理图像,它也有重大的实验和可观测意义。爱因斯坦用他的等效原理思想实现了三重统一:1考虑引力效应后,所有的运动都是等价的;2引力与加速度不可区分;3引力场与时空几何统一,这些统一最终形成广义相对论。相对论是现代科学的两大基础之一,相对论支撑着天文学,宇宙学,天体物理学,粒子物理学等前沿学科。如果没有相对论,天文学,宇宙学和天体物理学只能停留在对宇宙的观测阶段,与伽利略时代对宇宙的理解没有什么区别。广义相对论的功绩是丰硕的,虽然它有不完善的地方,或是一个暂时的科学理论也不应该将其否定。现代科学界分成对立的两个阵营,一个阵营将相对论看成是绝对真理,不容否定和质疑;另一个阵营是不加深入分析研究的全面否定相对论。这两个阵营的人不是科学的探讨和争论,而是变成了科学意识形态的对立。社会上的有关官科和民科,科学与伪科学也是这种科学意识形态的对立。科学是什么?科学的灵魂是什么?科学的指导思想是什么?在世界科学界几乎没人去想和考虑。在相对论和量子力学成功以后,数学几乎完全统治了科学基础理论,特别是自然科学的基础理论物理学。数学是一种逻辑结构的演绎过程,说白了,数学就是一种逻辑游戏。数理逻辑是客观存在的,还是主管形成的,不在此讨论。我认为,科学的灵魂和思想就是科学工作者对客观世界实实在在的认识,提炼和抽象;也就是说人们对世界实实在在的认识被科学工作者抽象,上升到理论的高度的那种认识思想。爱因斯坦“一生最大幸运”的物理学认识思想——等效原理是我们每个人都有有亲身体会的,它就是一种失重感觉。只有爱因斯坦将其上升到理论和原理高度,这是爱因斯坦伟大之处的表现。客观世界是由简单法则支配的运动,几乎所有的运动都是周期运动的,而周期运动用复数的三角函数能很好的描述,于是通过一个大胆的假设——德布罗意物质波假设,即用波粒二象性思想创立了量子力学。我认为波粒二象性思想是科学第二个最大的幸运。下面我就两个科学最大的幸运思想——广义相对论思想和量子力学思想展开讨论,探究它们所表达的真实的客观实在和真实的物理图像是什么。
       广义相对论利用加速度和引力等效这一等效原理思想,将布满宇宙空间的引力场转化为可运动变化的空间几何学进行研究所形成的理论。这种转化是将运动和空间(引力场)的相互作用几何化,是将物理学思想数学化。虽然这种转化还不能告诉我们宇宙空间真实的物理图像,只要这种转化达到合理的抽象,完全可以得到定量的计算结果。等效原理的实质是:量的方面等效,质的方面不等效。广义相对论的实验检测只是从量的大小方面进行了检测,还没有性质方面的实验检测。广义相对论讲的是几何世界,不是物理世界,虽然这样我们也不能否认它,抛弃它。在我们的科学还无法对宇宙更深刻的性质还没有认识之前,用数学的几何世界描述客观世界是一个必然的选择。欧几里得几何描述的客观世界的某些现象,但我们不可能认为世界就是欧几里德的几何世界,广义相对论也是这样。科学对世界的认识是一个渐进发展的过程,任何成功的科学理论也不可能马上完全的反映客观世界的,需要一个不断发展充实的过程,一个不断改进和扬弃的过程。爱因斯坦多次说过:“相对论只是一个暂时的理论,会被后来的理论所代替”。这表现出爱因斯坦不但是一个大科学家,也是一个大思想家。不可否认我们的世界就是现实的,大家感受的世界,不管人们用什么数学或理论来描述它,世界还是那个样,它不会因为人们的描述而改变,也不会因为人们理论变换而产生变换,更不会人们用一维,二维,三维或多维的数学描述而产生维度。客体的存在它就占有一定的空间大小,而不管你用什么维度来描写它;同样空间的大小要占有一定的体积,也不管你用什么维度来描写它。用维度来描写空间是数学抽象化的产物,是为了便于数学逻辑结构,便于演绎的结果。广义相对论的四维空间是为了空间几何(三维的)便于在以时间为变量维度上进行描述,即广义相对论是以三维的空间几何在时间维度上的变化,于是就出现了四维时空,这就是四维时空的真实含义。现今的科学对四维的数学时空看成是真实的物理空间,在这种数学指导下,将“时空为什么是四维的”列入最大的科学难题之一。一个数学时空迷惑了整个科学界,这是科学的悲哀!这是人类的悲哀!正确的世界观,正确的物理指导思想,正确的科学态度和方法比优美的科学理论重要得多,不管你的理论如何美丽,如何与实验相一致,但是,你的理论就是给不出实实在在的物理图像,或者你理论的物理图像经过繁杂的数学变换得来的,你的理论充其量也只是一个数值逼近理论。我不是反对这种理论,在科学的发展过程中,这样的理论不但是必然的,也是必需的,我所强调的是实实在在的对世界的认识思想比用数学变换得来的认识思想更实在,更实际,更有助于科学的发展。
      在欧几里得几何中,如果直线原先是平行的,则它们永远不相交,在广义相对论几何中原先平行的两条光线可能相交,因为平行的光线分别经过一颗恒星的两边时,会向对方弯曲,所以,爱因斯坦几何不是现实世界的几何。而且,这个几何在不停地变化,因为物质在不停的运动。这个空间几何不是平直的无限的平面。而是象海洋的表面那样——不息地动荡,起伏着大大小小的波涛。四维时空现在看来是很好理解的,它只不过是一个以时间为一维参照系变化的空间几何。在这种随时间变化的空间几何中,时空的弯曲也不是什么不好理解的概念了。鉴于此,我们如何看待广义相对论。我认为,广义相对论对空间高度的几何化,特别是将时间作为四维时空的一维,使很多物理概念无法理解,甚至使很多物理量有了数学功能,引力场可无穷大就是数学带来的。对待广义相对论,必须使之高度几何化的理论过渡到有实在的物理概念和清晰的物理图像的理论中来,同时,对待由复杂数学变换来的物理概念不要将其当成物理存在,也不能用它大造理论文章。不论如何,广义相对论还是率先为我们比较真实描绘宇宙空间的物理图像的。
       量子力学也是高度数学化的理论。量子力学在波粒二象性思想指导下,通过德布罗意物质波假设,将它与经典简谐波函数——复三角函数相结合,就形成了量子力学。量子力学很好的描述了微观世界,给科学带来了革命性的发展,因此可以认为:波粒二象性思想也是科学最大的幸运。然而,波粒二象性不是物理图像,它是量子力学的理论图像,量子力学的波函数是一种数学函数,其波是数学波。量子力学在描述微观运动时,不是探寻粒子的运动轨迹方程,而是将粒子的周期运动转化为复三角函数周期波动来描述的,这种转化是经过德布罗意波实现的,德布罗意波架起了科学从宏观向微观进军的桥梁。通过这种转化,粒子在量子力学理论中就有了波的性质。也就是说,粒子是客观存在,波动是理论存在,这是对波粒二象性和量子力学的真实解读。由于经典的简谐波理论是一个成熟的,完备的科学理论,由此使得量子力学也成为一个完备的科学理论。量子力学的不完备是将理论中的图像去对应客观的图像所造成的。在现实世界中,我们永远也找不到那种波浪式前进的波,水面波,麦浪波和沙浪波它只是呈现的一种画面,不是一种质点向前运动的波。经典波的理论和量子力学中所描述的波,都是直线前进的,看不出有什么频率和波长,频率和波长只是波强度变化的描写。例如,光波是直线传播的,那种认为光波是一种波动前进的光线,其物理图像就像波浪一样是完全错误的。单摆可以转化为波动函数来描写,其频率,波长和周期是摆锤受力强度和周期的变化,如果认为单摆是一条波动前进的波,那是极其可笑的,至今科学界还没有人将量子力学和简谐波函数联系起来解读量子力学。量子力学自诞生之日起,各种不同的思想和学派之间的争论一直未曾间断。今天,虽已公认量子力学确实反映了微观客体的运动规律,但是对量子力学的物理解释,除了作为主流和代表的哥本哈根学派的各种解释之外,还是诸子百家,众说纷纭,具有代表性的解释就有200种以上。这种对量子力学诠释的混乱现象足以说明,科学失去了务实求真的指导思想,理论自洽化和数学化是现今科学的指导思想,如今的科学就是在这种指导思想下艰难的发展的。近代有非常多的数学家,不务正业,转到量子场论,统一理论和弦理论中进行理论研究,在此他们大造理论文章,使科学基础理论高度的数学化,他们的理论通过数学变换产生一个个新奇的物理概念,使人无法理解,并且这些概念都有神奇的功能,有的具有创造世界和改造世界的功能。同时,他们发明了一套又一套新的数学。量子力学和相对论的成功是引发科学工作者们追求科学理论数理结构的导火索。量子力学和相对论的成功都是运用数学的成功,这种成功是建立在合理的抽象和转化上。一味的追求数学的理论功能,必然造成物理量神奇的功能。在人们无法认识微观世界之前,将粒子的周期运动转化为量子波函数来进行描写,是一种认识自然,利用自然的捷径,更是一种明智之举。量子力学的完备性还表现在一个所谓的冯.诺曼定理上。1932年,冯.诺曼从数学上证明了一个定理,这个定理说明:不存在一个所有观测量都有精确值的态,即不确定性原理总存在,任何一个探索新的隐函数的理论尝试,都是徒劳无功的,从而从理论上证明量子力学不可能有更基本的理论支配着。然而,量子力学是将物理问题转化成数学波函数的理论,没有支持数学波函数的理论的更基本的理论,不代表没有物理学上还有更基本的理论。
   http://blog.51xuewen.com/lix258/article_35913.htm
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