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相对论的使命已完成(1)

(2014-06-09 21:26:20)
标签:

相对论

时空论

爱因斯坦

分类: 创新思维

相对论的使命已完成(之一)


相对论外壳优美,内核丰富,是人类智慧和理性的象征。简洁的数学公式使它显得格外漂亮,准确的预测使它成为动体力学之王,至今已有百岁寿辰,虽然它那优美的外壳令人陶醉,它那多项预测令人信服,但自诞生至今,人们对它的质疑也一直没有停息过,包括爱因斯坦的前辈洛伦兹在内,许多头脑清醒的科学家对它公设的真理性一直不放心,但又无可奈何。

 

遗憾的碧玉瑕疵

狭义相对论在对质点运动学和经典电磁学应用中获得了惊人成功,洛仑兹变换不仅解除了麦克斯韦电磁方程组与牛顿力学速度矢量叠加的不协调问题,而且在对质点运动学应用时意外揭示了质能同一性,并给出了质能等价公式:E=MC2,加上20世纪中叶原子弹爆炸成功,大家也就认同了它的两个公设。


然而,当爱因斯坦将洛仑兹变换从“质点”推广到“刚体”时,就出现了刚体寿命、尺度、质量属性会随速度变化的“相对性”效应,这是一种没有物理机制,也说不清因果关系的“伪效应,由此,引发了广泛、持久的激烈争论。


广义相对论对动体在引力场的运动规律也把握得很成功,它对水星进动、光线弯曲、光子红移等几项预测,后来也都被实验证实。广义相对论为人类重新思考空间、时间和宇宙诞生机制建立了一个不朽的里程碑,没有爱因斯坦,人们可能还沉醉在依托于“上帝第一推动”建立的经典力学时代。


爱因斯坦一度曾想把牛顿万有引力定律纳入相对论框架,由于他在处理惯性参照系时没有读懂闵可夫斯基的时空方程,错误地将参照系本身的时空变异性当作刚体的相对性效应来认识,使狭义相对论无法容纳牛顿引力定律,于是,不得不对狭相公设进行扩充,又提出了两个哲学公设


公设扩充(1):普遍的自然规律是由那些对一切坐标都有效的方程来表示的,也就是说,它们对于无论那种变换都是协变的(广义协变)

公设扩充(2):在惯性系中光速不变,在非惯性系中光线会弯曲。


爱因斯坦大胆地将两个哲学公设当作数学演绎的前提来应用,这在科学史上也很罕见。然而,当他根据扩充公设得到场方程后,方程中出现了一个与天体质量相关的G函数,爱因斯坦立刻敏锐地指出,引力场的出现同G函数的时空变异性不可分割,认定G是描述引力场的。这样,相对论不仅把万有引力包容进来了,而且在科学史上首次揭示了引力场的时空变异性,同时,在时空与天体质量之间建立了关联关系,为创建新宇宙学奠定了基础,这是非常了不起的伟大成果。


场方程中G函数的内核取自于闵科夫斯基四维时空方程,由于西方科学家的思维中缺少数学伴侣“易学”指点,爱因斯坦为闵氏方程臆造了一个几何结构,按照光速不变原理建立时间与路程之间对应关系,绘制出一张闵科夫斯基时空图并用“世界线”来描述动体的运行轨迹。


刚开始推出广义相对论时,很少有人能看得懂,计算这种运行轨迹犹如在迷宫中做智力游戏,唯一依据是“狭相”给出的“相对性”效应,没有任何其它可供借鉴的物理机制来说清楚“线元”轨迹的形成过程,掌握这门新知识确实需要花一番脑筋。


好在“世界线”所表达的是引力场的时空弯曲,属于闵氏时空坐标中的内禀要素,即使没有物理机制支持,也不会影响对加速动体的计算结果。这种处理方法不仅很复杂麻烦,更要命的是它将引力场中时空主体(以太)开除了,这是广相的最大失误。注:爱因斯坦绘制的时空图并非是闵氏方程本义,真实的四维时空坐标图后面有介绍。

  

相对论的失误很难纠正,直到现在,“狭相”依然用违背因果律的数学计算来证明刚体的“时、空、质”有相对性效应,并将它视为真理,颠覆了人们的正常观念;“广相”依然身负物理定律没有主体的“黑锅”与大众见面,冲击了哲学必须坚持的本体论。


因此,相对论是一枚有瑕疵的碧玉,是一个有错误的创新理论,优美不完美,伟大有过失。这是科学发展过程中的必经阶段,没有相对论,就不会有今天我们对引力场“以太”元素的更深刻认识。目前为止,已时隔百年,现代人必须尽快修复它那遗憾的碧玉瑕疵,纠正理论中的低级错误。


相对论所描述的是动体在“非欧空间”的运行机制,“非欧空间”是一个形而上的“虚空”世界,数学单枪匹马闯入这个领域,非常力不从心。爱因斯坦用极其高深、复杂的数学,艰辛地得到了惊世骇俗的场方程,并将演绎结论定义为不可能存在的“相对性”效应,许多有名望的物理学家一直忧心忡忡,意识到在相对论惊人成功的背后,确实隐藏着一个可能要被推翻的危机,人们一直试图修复它的瑕疵、纠正它的错误,苦于没有找到可以取代的新理论。


聪慧的数学伴侣

动体在非欧几里得空间运行时,必定会受到空间“场元素”的制约,此类场元素是一种“形而上”的非实体元素,既不可测量,又不可观察,根本无法用实证手段来认知,这是修复相对论碧玉瑕疵,纠正其失误的难点所在。


然而,大自然安排得很巧妙,它给万物运行确定了两种秩序,一种是在作结构变动时的秩序,要求万物必须遵循平衡法则构建自己,另一种是在作位置移动时的秩序,要求万物必须遵循守衡法则参与运行,这两种秩序都是公理,前者称易学公理,后者称数学公理,公理不需要证明。


守衡秩序可用数学精确定量来处理,但对于平衡秩序的处理,数学就显得非常笨拙。耗散结构理论创始人普利高津,以及勇于探索“第一推动”,大胆将相对论与量子论结合起来思考宇宙创生的霍金、彭罗斯等世界级大师,尽管他们的理论还不完备甚至有错误,但都敏锐地发现了数学理性的不完备,霍金还坦率地放弃了M理论,并不断进行自我纠错,彭罗斯则更超前,甚至已感悟到新物理学中确实存在一个“幽灵”,提出了建立“精神物理学”的设想。


正如物理学家.霍夫曼所说:“随着实验的精密化,空间和时间开始呈现新的面貌。甚至早在1887年迈克尔逊和莫雷的相对来说比较粗浅的实验,最后也导致了相对论破坏我们关于空间和时间的一些概念。现今,靠现代物理学家的较精湛技术,人们发现,我们十分熟悉的空间和时空,甚至连相对论所认识的空间和时间,都不符合原子实验所揭露的更深奥的存在形式”。


近30年来,一批以普里高津、霍金、彭罗斯、柯文尼为代表的著名科学家,系统地提出了一种新的时空观,特别是对“时间方向”属性的关注,预示着物理学正在孕育着一场对传统理论的全新革命。


数理物理学目前所处的状态是:马虽良,用虽多,御者善,但至楚而北行,此数者愈善,则离楚愈远。从笔者与物理学界的朋友交谈中得知,有数量不少的理论物理研究者,正在这种“南辕北撤”状态中熬日子。


数学犹如男子汉,最适合帮助人类在开发自然资源方面的技术计算,而对于自然资源内部和外部的相关结构,应当交由它的贤内助来处理。思维系统的逻辑犹如一个智慧之家,身强力壮的丈夫负责需要体力的技术性的活计,聪明贤惠的主妇负责不需要很大体力的科学性活计。


数学的贤内助一直在东方人文社会中待着,她的称呼就是上面说的“易学”。她曾经给人类作过很大贡献,在没有丈夫协助的情况下,她单独演绎出了宇宙的结构模型,演绎出了人体的经络脉理,演绎出了中医药的配伍良方,演绎出了治国安邦的方针策略。


贤内助易学也有一套很完整的归纳演绎法则,就像家庭主妇,她知道构建万物的要素应当放在哪个位置,有什么属性,起什么作用。她的归纳演绎方法不是用数学来计算(实际数学也确实计算不了),她用“感悟”平衡关系的“直觉”来放置结构要素,通过观象演绎,就能对事物的属性、功能了如指掌。用这种方法来处理事物结构,一般来说,准确率非常高,很少有差错。


物理学如果先用易学对事物的结构和属性进行定性,然后再用数学进行具体计算,那就会简单得多,而且,能将物理概念表达得很清楚。


遗憾的是,在五四新文化运动中,她的丈夫——大力士数学,虽然来到了她身边,但互相都不认识,数学受到东方人的青睐,除了少数国学大师外,主流理论界把它的亲密伴侣冷落在一边,使她一下子从庙堂跌落到民间。


目前,这位数学贤内助正忙得不亦乐乎,人们正在用它来算命、占卜、看风水,没有人能想到将她送进科学殿堂尽快去与数学联姻。


随着现代物理学革命不断深入,人类科学已经进入到“虚空”世界,实证主义方法论遇到了重大挑战。自相对论、量子论、统计物理出现后,物理学家依然让数学孤军奋战,甚是艰苦,至今还没有人想到将这位天赐的数学贤内助引入科学殿堂,尽快帮她丈夫一把忙。


目前,理论物理学已进入死胡同,唯数主义者将理论物理学搞得越来越复杂难懂,越来越与现实世界脱节,让人们看不到它的发展方向。


唯数主义的危害

现代的科学界有一个不成文的规定,那就是所有理论都必须有数学模型,没有数学模型的理论就会被排斥在科学殿堂之外。八卦、太极图、阴阳五行更不用说,在唯数主义者眼里,那是用于算命、占卜的下三滥,根本上不了大雅之堂。这是一种新形势下的数学迷信,它对科学进步的制约力甚至超过宗教裁判所,极大地阻碍着科学进步和社会稳定。


用数学演绎事物结构的方法不仅很笨,而且,也耗费了众多学子的宝贵青春。觉悟者一看到理论物理教授用复杂数学向学子推销这套不完备理论时,就感到很惋惜。群论看上去好像在做数学运算,其实那只是一种形式化演算,根本计算不出一个事物的结构关系。数学的这种越俎代庖行为,不仅很笨,搞不好还会南辕北撤。物理学中的大爆炸理论、超弦理论、玻印亭能流矢量理论,经济学中的非合作博弈论,就陷入了越来越脱离现实的尴尬境地。


可以说,科学理论中凡是牵涉到事物结构的数学方程,都留有未能解开的因果律。这些方程看上去很优美,人们可随便拿出一个与结构相关的方程,只要较真稍加追问,理论家就会瞠目结舌。唯数主义思潮的危害性不仅反映在科学领域,目前,甚至已浸及到人们的日常生活领域。


我们所处的时代是科学文献指数式增长的时代,虽然科学家们执着而又至诚地追求着真理,但正如柯文尼(Peter Coveney)和海菲尔德Roger Highfield)敏锐感觉到的那样,“理解逐渐被牺牲在计算的圣坛上”,“圣坛”上的数学孤军奋战,已力不从心,他们用法国数学家汤姆的呼吁提醒大家:“在这个世界上如此多的学者忙于计算的时候,是不是也应该让能做梦的人做做梦?”


随着人类改造自然的能力不断增强,基础科学对应用技术的指导,人文科学对应用技术的约束,已越来越显得迫在眉睫。科学工作者必须以一种更高层次的理性,去理解与认识客观世界的演化规律。这个有深度的理性工具在中国古老的易学中存在着,它能处理和把握事物的结构法则和属性变化,人类可以用它来平衡并解除“数学帝国主义”在应用技术中盲目横行,在基础科学中孤寡独裁的地位。


阅:霍金的抉择——论科学逻辑革新

网址:http://blog.sina.com.cn/s/blog_4bc7d2a7010007f6.html


参考书:《H自组织理论》,姜祖桐著,2001年4月,上海科学技术文献出版社出版。

              《易学人格学》,姜祖桐著,2013年8月,上海三联书店出版。



续读:相对论的使命已完成(2)



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