加载中…
个人资料
周吉善
周吉善
  • 博客等级:
  • 博客积分:0
  • 博客访问:76,320
  • 关注人气:138
  • 获赠金笔:0支
  • 赠出金笔:0支
  • 荣誉徽章:
相关博文
推荐博文
谁看过这篇博文
加载中…
正文 字体大小:

量 子 论 的 实 质(上)

(2012-04-01 05:31:06)
标签:

文化

物理学创新

杂谈

 

简介:S·霍金说:大部分科学家太忙于描述宇宙为何物,没工夫过问为什么。而以寻根究底为己任的哲学家却跟不上科学的进步;原因就在于19和20世纪,科学“过于技术性和数学化”。这样说虽然很有道理,却没有指出问题的根源之所在。

这篇文章给出的回答是:古希腊本来就有第一哲学和第二哲学之分,而第二哲学却一直依赖于第一哲学的自然观,不能说不是一个旷古至今的最大失误;爱因斯坦虽说已经发现了这个问题、并提出一种正确的自然观,却又因为没有认识到时间T和空间的不对等性,最终不得不功亏一篑。爱因斯坦虽说早就发现了“光和实体粒子的不对等性”是正确理解量子论的最大障碍,却没有发现制约着正确解读四大超级理论的根源则在于“时间T和空间的不对等性”。

沿着爱因斯坦的思路只向前跨出了半步,就已经可以对宇宙、物质、空间、质量、长度和时间6个最基本、最重要的概念给出明确的定义。

在此基础之上,可以认定量子和粒子分别是空间和物质两大系统最小的单元个体,并且指出了量子和粒子的5点本质差异;同时还从3个方面论证了粒子和量子的密切关系:二者可以“互生”,电荷属于其间的过渡态,由量子决定的能量环境为大千世界的纷纭万象提供变化的第一因

进一步探讨还可以发现,自然界的能量只有3种,物理学理论也只有跟这三种能量相关的三大理论体系;从而勾勒出了一个两系统、三态模式的物理宇宙图象。最后在肯定物理学的四大超级理论均为用L、T描述的关于空间的理论基础上,回答了推动天体运行和自然界万千变化的“第一推动”究竟由何而来的问题,彻底清除了400年来一直徘徊在科学殿堂上的“上帝”的阴影,还原了自然界自主演化的真面目。同时还对广义相对论和量子论的哲学意义及物理学意义,给出了明确的答复。

 

 

                                量 子 论 的 实 质(上)

 

内容提要:S·霍金说:大部分科学家太忙于描述宇宙为何物,没工夫过问为什么。而以寻根究底为己任的哲学家却跟不上科学的进步;原因就在于19和20世纪,科学“过于技术性和数学化”。这样说虽然很有道理,却没有指出问题的根源之所在。

这篇文章给出的回答是:古希腊本来就有第一哲学和第二哲学之分,而第二哲学却一直依赖于第一哲学的自然观,不能说不是一个旷古至今的最大失误;爱因斯坦虽说已经发现了这个问题、并提出一种正确的自然观,却又因为没有认识到时间T和空间的不对等性,最终不得不功亏一篑。爱因斯坦虽说早就发现了“光和实体粒子的不对等性”是正确理解量子论的最大障碍,却没有发现制约着正确解读四大超级理论的根源则在于“时间T和空间的不对等性”。

沿着爱因斯坦的思路只向前跨出了半步,就已经可以对宇宙、物质、空间、质量、长度和时间6个最基本、最重要的概念给出明确的定义。

在此基础之上,可以认定量子和粒子分别是空间和物质两大系统最小的单元个体,并且指出了量子和粒子的5点本质差异;同时还从3个方面论证了粒子和量子的密切关系:二者可以“互生”,电荷属于其间的过渡态,由量子决定的能量环境为大千世界的纷纭万象提供变化的第一因

进一步探讨还可以发现,自然界的能量只有3种,物理学理论也只有跟这三种能量相关的三大理论体系;从而勾勒出了一个两系统、三态模式的物理宇宙图象。最后在肯定物理学的四大超级理论均为用L、T描述的关于空间的理论基础上,回答了推动天体运行和自然界万千变化的“第一推动”究竟由何而来的问题,彻底清除了400年来一直徘徊在科学殿堂上的“上帝”的阴影,还原了自然界自主演化的真面目。同时还对广义相对论和量子论的哲学意义及物理学意义,给出了明确的答复。

关键词:物质~空间系统论 概念的不对等性 常识性空白 类概念 物理量 能量环境 物理宇宙图象                                                                   

 

狭义相对论、广义相对论、量子力学和量子场论,被称为20世纪物理学的四大超级理论;这些理论虽说带来了科学技术突飞猛进的发展,已经是有目共睹的不争事实,而在理论界引起的广泛争议,迄今都没有能够得以平息。

S·霍金把原因归之于哲学:“大部分科学家太忙于发展描述宇宙为何物的理论,以至于没工夫过问为什么的问题。另一方面,以寻根究底为己任的哲学家不能跟得上科学理论的进步”;并且进一步将“哲学家如此地缩小他们的质疑的范围”的原因,归之于“在19和20世纪,科学变得对哲学家,或除了少数专家以外的任何人而言,过于技术性和数学化了”(1-P156)。

这种说法虽说很有道理,却没有能够道破更深一层的原因;实际上关于哲学的问题,爱因斯坦在谢世前3年已经给出了答案,就因为他没有认识到空间和时间T的不对等性,才使得他不得不功亏一篑地没有能够站到本应该属于他的历史高度。

本文先讲哲学的迷误,再讨论概念的不对等性,进而阐述粒子和量子的本质差异及其二者的关系,最后勾勒出一个物理宇宙图象。

 

1. 哲学的迷误

亚里士多德是古希腊文明的集大成代表者,他认为任何学问都是研究“存在”,而存在又可以分为“个别存在”和“一般存在”。

以个别存在为研究对象的学问是特殊学科,如数学、逻辑学和伦理学等。而研究一般存在的是哲学,又可以区分为两类:研究“不变的存在”的叫第一哲学,研究“变化的存在”的叫第二哲学。

进而他还把“理论学术又分为形而上学、数学和物理学。他把形而上学叫第一哲学,把物理学叫第二哲学,即自然哲学”(2-P3)。

很显然,研究“不变的存在”的第一哲学关注的是“一”、即共性问题,通过高度抽象去寻找本原即是最终的追求;而研究“变化的存在”的第二哲学,关注的却是“多”、即个性问题——共性个性本来就是同一事物的两个不同侧面,以此作为对理论学术进行分科的依据,很明显是不恰当的。

“希腊自然哲学的出发点是丰富多彩的现象能藉以得到解释的本原问题”。随后发展为对世界本质的回答,最基本的要求是:“必须寻求这样一个统一的本原”,而且“物质方面必须起决定性的作用”(3-P69)——“必须寻求这样一个统一的本原”,被说成是“希腊自然哲学的出发点”,很显然就是将第一哲学和第二哲学混为一谈的结果。

经典物理学的哲学基础,错就错在寻找“统一的本原”。

亚里士多德将研究不变存在、寻求本原的形而上学称为第一哲学,把研究变化存在、描述规律的物理学称为第二哲学;从认知的逻辑起点考察,前者应该是一元的,而后者则必须是二元的,因为“变化”只能用M→N或N→M表示,而绝不能记为M→M。

综上所述,物理学或曰自然哲学的自然观,不应该是物质一元论,而应该是存在二元论,即将自然界的物理实在分为截然不同的两大系统

“人们曾设想,不依赖于主观认识的‘物理实在’是由空时(为一方)以及与空时作相对运动的永远存在的质点(为另一方)所构成(至少在原则上是这样)。这个关于空时独立存在的观点,可以用这种断然的说法来表达:如果物质消失了,空时本身(作为表演物理事件的一种舞台)仍将依然存在”(4-P114)。

只需要将其中的“空时”改为“空间”,这种说法作为自然哲学家对“基本实在”的抽象概括,就完全是正确的。

物理实在千真万确分用M计量的物质、用T、L计量的空间两大类。

物理学必须持物质~空间系统论的自然观!

爱因斯坦创立相对论之后,为相对论带来的关于时间、空间观念之变化一直苦苦思索了30多年,直到他谢世前3年,才并不十分自信地写出了自己寻找到的答案。

实际上这个问题在18世纪中叶已经暴露出来——

“1755年出现了康德的《自然通史和天体论》。关于第一次推动的问题被取消了;地球和整个太阳系表现为某种在时间的进程中逐渐生成的东西”;证明了“自然界不是存在着,而是生成着消逝着”,“然而,这个时代(指康德之前的很长一段历史时期——笔者)的特征是一个特殊的总观点的形成,这个总观点的中心是自然界绝对不变这样一种见解”(5-P448)。

希腊哲学中所缺少的就是这种“生成”的观念,早在四、五百年之前弗兰西斯·培根就指出了这个问题,迄今都没有引起学术界的应有关注。

“我们主要从希腊人那里得来的那种智慧,只不过是知识的童年,具有着儿童的特性;它能够谈论,但是不能生育;因为它充满着争辩,却没有实效……我们熟悉的那些科学也是这样,虽有一些冠冕堂皇的、讨人喜欢的一般论点,可是一碰到特殊事物,即生育的部分,需要结出果实、产生成果时,就引起争执,吵吵闹闹,辩论不休了”(3-P189)。

因为“生育”属于变化的范畴,其自然观就必须是二元的

而第一哲学对“本原”的追求,却建立在“自然界绝对不变”的基础之上,其自然观就只能是物质一元论。

依据爱因斯坦首倡提出的物质~空间系统论,宇宙即是由物质和空间两类物理客体构成的巨系统;物理学理论中用L、T的函数表述的物理量,所指的即是空间中的一种特殊结构。这种特殊结构在历史上被柏拉图称为“容器”,卢克莱修称为“虚空”,亚里士多德谓之无形的“包容体”,牛顿谓之“神性自然的感觉中枢”,莱布尼兹名之为参与单子交流的“上帝”,海森堡名之为“数学图像”,爱因斯坦说它是“既定的实在”,怀特海说它“是不能通过直接交流认识的”、在隐蔽处存在的“神秘的实在”(3)——  实际上西方人所有这一切说法,都没有能够超出2000多年前老子那个“”的范畴。

总之一句话:从古希腊的以太到被实验检测到的3k微波,西方文化中始终都存在着跟物质同在的另一类“实存之物”,传统的哲学理论中以“物质”一个范畴予以抽象概括,很显然是不恰当的。

综上所述,物理学必须持物质~空间系统论的自然观!物质用量纲式中的质量M予以度量,空间用量纲式中的时间T和长度L予以度量。

依据中华传统文化中的(即指隐性存在)、(即指显性存在)两系统结构论的自然观,结合西方科学400年来的实证成果,笔者勾勒出了一个两系统、三态模式的整体宇宙形象,取名为《中华科学物理宇宙图像》。这篇文章的讨论,就围绕该图像而展开。

 

2. 概念的不对等性

海德格尔在他的“存在哲学”里指出:

当代哲学面前有一个无法回避的语义逻辑问题,即那些最基本概念的词项,存在着明显的指称对象的不明确性和指谓涵义的欠确定性。

他把这种词义学缺陷称为中西方人们共有的“常识性空白”,认为这种缺陷对所有哲学立论的更深层次,存在着严重的负面影响,并称消除这种常识性空白为哲学的“亟切之事”(6-P64)。这种见解不能说是没有道理的。

“科学从科学发展前的思想中将空间、时间和物质客体(其中重要的特例是‘固体’)的概念接收过来,加以修正,使之更加确切”(4-P113)。

爱因斯坦指出的空间、时间、物质这三个概念,无论是在口头交流或哲学、科学领域都是使用频率极高、甚至觉得勿需解释都可以自明其意的最基本概念,其实现代物理学理论中的不少错误观念,就出在对它们之间指称、指谓之关系的混淆上。

“亚里士多德关于称谓和关于基本实体的学说,就发展而为实体的诸属性相互联系而基本实体之间却相互分离的学说了。所有的现代认识论和现代宇宙论都为此问题而大伤脑筋”(3-P298)。

怀特海指出的这种“诸属性”和“基本实体”之间的关系,是物理学理论中没有处理好的一个最严重问题,“所有的现代认识论和现代宇宙论都为此问题而大伤脑筋”的根源,即由此而产生。

当我们对爱因斯坦这几句话进一步考察时发现,而今理论界的诸多困惑和悖论,大部分都源自于对物质、空间、质量、时间、长度这五个最基本概念之间的关系逻辑定位不恰当;尤其是对空间时间T这两个分别属于第一哲学和第二哲学的概念的混同。恰当而合理地处理好空间和时间T的逻辑关系,就将会成为走出理论困境的最佳起点。

物质、空间、质量、时间和长度五个概念,是哲学和科学理论中交叉使用频率最高的最重要范畴,它们的关系可以表示如下:

 

实体概念:  物质     空间 (属哲学范畴表述共性的抽象的类概念)

             ↓     ↙  

基本物理量:质量 时间      长度 (属科学范畴计量个性的属性概念)

               

表述共性的类概念只有指称作用,除了指代实际存在的东西之外,不再表示任何意义,都“不能通过直接交流”予以认识。

试想:你能回答“水果是什么滋味吗”?

表示个性的物理量,属于可以由任何人反复测定的、且具有确定计量单位的属性概念,而不指代任何实际存在的东西。

物理学量纲式中的质量M、时间T、长度L,均不指代客观存在本身,仅用于表述客观存在的一种特性而已。

从上表中一眼就可以看出,空间物质是两个对等的概念,二者所指是两类最基本的存在。据此不难得出第二哲学(即物理学)必须持物质~空间系统论的自然观。

时间T和空间不具有对等性——  时间T是一个指谓属性的概念,而空间则是指称实体的概念,物理学理论中一直将二者并列使用、视为等同,即通常所谓的“空时”、“时空”之说法,即是使“所有的现代认识论和现代宇宙论都为此问题而大伤脑筋”的总根源。

时间T、长度L和质量M是对等的概念——  时至今日总算是弄清楚了量纲式中的M、L、T,为什么应用于物理学那么的实用而有效,就因为M是度量物质、L、T是度量空间两大系统最基本特性的物理量。

 

据此可以得出如下六个适用于第二哲学的最基本概念的定义:

宇宙(指universe而不是cosmos)是由物质和空间构成的巨系统

边界条件是:宇宙之外再也没有任何基本存在。

物质:指用量纲式中M计量的、可以被分隔成独立个体的基本存在;

空间:指宇宙中除物质之外,用量纲式中L、T计量的所有空域。

质量M是用于计量物质的量的多少的基本物理量;

时间T是用于计量空间中任意一点弯曲程度的基本物理量;

长度L是用于计量空间中任意两点之间间隔的基本物理量。

在经典物理学中L用于度量欧氏几何的直线距离,在相对论和量子论中L用于度量非欧几何的弧线长度

物理学量纲式中的T、L、M,都是用于计量客观存在最基本特性的属性概念。实际上根本就不应该使用“是什么”予以设问。

物理学理论中用L、T的函数表述的物理量(比如g、gR、gμν等),均为空间中的一种“实体”结构;而只用L、T描绘的“数学图像”(海森堡语),均为存在于空间中的一种自然规律。

为了避免物理学概念和哲学概念的混淆可能带来的歧义,在未来的物理学理论中应该完全采用符号表示法,使用Z系统、N系统、M、T、L替代物质、空间、质量、时间、长度五个最基本的概念。

 

围绕着“量子困惑”这个世纪难题,爱因斯坦曾指出:

“我们离开拥有一种合理并符合事实的关于光和实物的理论还远得很!我觉得,只有大胆的思辩而不是经验的堆积,才能使我们进步”(7-P496)。

要害就在于“(即ε)和实体粒子的不对等性”是正确理解量子论的最大障碍,但是爱因斯坦却没有发现不能正确解读“时间T和空间的不对等性”,却是制约着构建合理自足的宇宙论的最大困难。

笔者集20余年研究的结果,最终发现:

粒子和作用量子h是对等的,分别用于指称物质系统和空间系统的最小单元个体;质量M和能量ε是对等的,分别指谓粒子和作用量子h最基本的特性。“光和实体粒子的不对等性”,就产生于ε错误地当成了实体概念作用量子h——实际上所谓的光,只不过是由h传递的一种能量而已。

 

3. 粒子和量子的本质差异

伴随着量子力学、量子场论的逐渐完善,在实践中的应用也越来越广泛;但是诸如波粒佯谬、不确定关系、不相容原理等一系列用传统观念无法解释的问题,迄今依旧困扰着理论界的诸多专家、学者。

笔者认为在确立了物质~空间系统论的自然观,又进一步弄清了几个最基本概念的对等或不对等关系之后,就有希望对这些问题有一个透辟的理解。最根本的是必须弄清楚粒子和作用量子h的本质差异是什么。

首先、必须承认宇宙是由用M度量的物质和用L、T度量的空间构成的巨系统;进而确立起粒子和作用量子h(下文简称为量子)分别是物质(Z)系统和空间(N)系统中最小单元个体的观念;还必须彻底放弃传统将能量ε误称为量子的错误理念。

粒子和量子的本质差异有以下5点:

1、粒子是Z系统的最小单元个体,统一用量纲式中的M予以度量,计量的单位是Kg(即千克);量子h是N系统的最小单元个体,不能用M而是用其内禀的时间T(即振动周期)予以度量,计量的单位却是eV(即能量单位电子伏特)。

2、粒子均为爱因斯坦所说的“物质客体的特例、即固体”,可以从系统中隔离出来研究;而量子h却不能被隔离出来研究,因为空间属于流体似的连续态。

3、粒子属于爱因斯坦所谓的“能被看到和摸到的感官知觉的对象”;而量子h却属于只能通过由“物质”做成的仪器才能被感官知觉的对象。

4、粒子主要是通过碰撞传递能量,量子h却以振动方式传递能量。

5、粒子在传递能量时通常都存在传播方向上的位移,而量子h却只有垂直于传播方向的振动而不存在传播方向上的位移。

最难被理解的是,量子h作为N系统的最小单元个体,既无法从系统中被隔离出来,又不具备“能被感官知觉”的特性,属于一种只能用思维去把握的观念形态的东西。唯有对爱因斯坦所说的“我认为,像古人所梦想的,纯粹思维能够把握实在,这种看法是正确的”(3-P341)有一种透辟的领悟,才有可能对此有所理解。

作用量子h是一种只有用“纯粹思维(才)能够把握(的)实在”,但是却具备可以精确测定的特性,只要测出它的内禀时间T,就不难算出它的能量值ε。h也只有在这种情况下才可以被认知,而传统却将表示其属性的ε当成了h本身,于是就产生了“光和实体粒子的不对等性”之困惑。

在对物质和空间的对等性,时间T、长度L和质量M的对等性;时间T和空间的不对等性,量子h和ε的不对等性——  两组对等、两组不对等的概念有了明确认识之后,不仅是对量子论,甚至是对物理宇宙图象的构建,都将会有一种质的飞跃。

 

 

0

阅读 评论 收藏 转载 喜欢 打印举报/Report
  • 评论加载中,请稍候...
发评论

    发评论

    以上网友发言只代表其个人观点,不代表新浪网的观点或立场。

      

    新浪BLOG意见反馈留言板 电话:4000520066 提示音后按1键(按当地市话标准计费) 欢迎批评指正

    新浪简介 | About Sina | 广告服务 | 联系我们 | 招聘信息 | 网站律师 | SINA English | 会员注册 | 产品答疑

    新浪公司 版权所有