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创造新的中国的体系-必 须 做 好 五 个 区 分(下)

(2012-04-29 05:05:24)
标签:

文化

观念变革

物理学创新

物理宇宙图像

杂谈

简介:这篇文章主要讨论两个区分:一是区分牛顿范式与非牛范式,也就是《中华科学物理宇宙图像》中那个封闭的三角形和左边那条斜线所囊括的内容,必须严格区分开对待—— 传统一直认为牛顿范式为物理学的主流,所有的物理学理论在有意无意之间,都总是依据牛顿范式为典范。

从而使得对非牛范式研究的“振动能”,缺乏必要而详尽的条分缕析,围绕多普勒效应和相对论存在的诸多困惑和争议,就都产生于这一失误。

本文只简单地添加了三、两点内容,当代物理学理论带来的诸多争议,顷刻间就都可以得以烟消云散—— 牛顿范式都是粗略近似的,非牛范式已经精密到非常接近于客观真理;前者充其量只能算是直观真理

二是严格区分量子h和辐射能ε、质点W和量子h,狄拉克说“量子论的哲学基础还没有建立起来”,这话就很有见地。依据《中华科学物理宇宙图像》中间那一点辐射出的三条虚线,让我们有理由说:

自然界存在的微观单元有且只有粒子、电荷、量子h三种(这是哲学概念),分别使用M、Q、ε予以计量(这是物理量);20世纪科学的诸多实证结果显示出,宇宙的自组织演化就是ε→M、M→ε双向可逆的、非人力所能为的自主演化过程。

仅仅区分了ε和M的本质差异,粒子物理学分类法中存在的严重失误就暴露无遗;可以肯定的是,那些科学狂人企望兴建越来越大的对撞机,去寻找最基本粒子的“奇想”,完全错了—— 在目前世界上许多人都还挣扎在饥饿贫困死亡线上的时候,毫无意义地耗费巨资去干那种没有任何意义的事,简直可以说就是一种严重的犯罪行为!

 

 

创造新的中国的体系

(下)

 

2.2. 牛顿范式 非牛顿范式

笔者在“梳理‘错误’的来龙去脉”一文中,开篇名义就指出:

要“创造一个新的中国的体系”,就必须反其道而行之—— 一是坚持从18世纪就开始的“以能量取代力的概念体系”;二是在理论领域放弃“大统一”观念,对400年的物理学成果,进行细分精析。

在这里重点讨论“以能量取代力的概念体系”势在必行!

笔者仅仅区分了牛顿范式描述的是物体自身的机械能,非牛范式研究的是粒子放出的振动能,就不仅轻而易举地阐明了多普勒效应的物理机制,还对《论动体的电动力学》带来的横向多普勒频移的物理学机制,给出了明确而合理的答案。

笔者认为:振动能涉及的物理知识范围很广,比机械能重要得多。但是,传统的高中《物理》教材中,却只有如下极其简单的几点知识——

跟振动相关的重要物理量有3个:

振幅A:振动物体离开平衡位置的最大距离叫做振幅。

简谐振动的能量跟振幅A的平方成正比。写成公式即为:

创造新的中国的体系-必 <wbr>须 <wbr>做 <wbr>好 <wbr>五 <wbr>个 <wbr>区 <wbr>分(下)

频率f:在1秒钟内完成的全振动次数。

周期T:完成一次全振动所经过的时间。

倔强系数k 是表示“振动系统本身特性” 的一个物理量,“固有周期”、“固有频率”都是由k所决定的。

我们禁不住想问:空气分子的振动有没有倔强系数k呢?

答案就只能是:介质中的自由粒子根本就不存在“固有频率”,所以我们才能听到多种音色的美妙乐曲;如果有k,恐怕就只能听到唯一一种频率的非常单调的声音了。

所以,单从振动形式的角度讲,就必须分清楚有k的受制振动和没有k的自由振动。“受制振动”的能量跟振幅A2相关,而“自由振动”的能量却只跟频率f相关;声音从振源传给介质时,传递的是“能量”而不是“力”。

进一步考察还会发现:在振源将能量传给介质粒子时,振源有“动、静”之别。依据上述振动能公式,当振源静止时,传给介质的只有“静能”;而当振源运动时,传给介质粒子的就是“动、静”能量之和。

实际上只需要补充讲清楚这两点,后代子孙不是就再也不会为多普勒效应的物理机制、相对论性频移何以产生感到困惑了吗?

高中《物理》教材中讲到的第二种振动是单摆

“在一定的地点,g的值一定。一定摆长的单摆就有恒定的周期,摆的这个性质被用在摆钟上计量时间” 。教科书上这样写着。

“相对论前一个根深蒂固的观念是:有了一只标准钟,不管动、静到处用”(倪光炯:《近代物理》);“物理学理论必须以理想钟为时间度量的依据”(时永澄:《用一个字改正爱因斯坦相对论》)—— 这两种“根深蒂固”的错误观念,就因为上述这一段教材内容的“片面性”而产生。

如果在讲过上述内容后,即刻再添加这样一点知识——

“广州、北京和北极的g之比为9.788/9.801/9.832,要想让这三个地方的‘钟读数一致’,依据单摆公式T= 创造新的中国的体系-必 <wbr>须 <wbr>做 <wbr>好 <wbr>五 <wbr>个 <wbr>区 <wbr>分(下),就必须满足三个钟的摆长L之比同样是9.788/9.801/9.832—— 即全国各地的钟之所以能够‘读数一致’,就因为它们的“结构”(指摆长L)都不尽相同。

接受过如此教育的学子们,有谁还会执迷于相信存在着“标准钟”呢?

进一步考察并不难发现:伽利略变换的t=t’,前提是钟的“摆长L”不同;洛伦兹变换的“同样的钟读数不必要一致”(霍金语),前提则是使用“同样的钟” ——  其实质完全相同,只不过是着眼点不同罢了:前者选择“读数一致”,忽略了“结构不同”;后者选择“结构相同”,允许“读数不同”。

百余年来关于伽利略变换和洛伦兹变换究竟孰对孰错的争议,不是根本就没有意义了吗?前者粗略近似地适用于牛顿范式描述的非自然运动,而后者则适用于相对论描述的离开地球在空间中所做的自然运动—— 各自有各自适用的对象和范围,二者并不存在可比性;百年的争议,皆源自于高中《物理》教科书中存在的片面性。

另一个争议最多的问题是:同时性究竟是相对的还是绝对的。

由于钟都没有“恒定的周期”(突出讲明这一点非常必要),故而在不同参考系或空间中的不同位置,同时性就永远是“相对的”、即必须相对于某一台特定的钟,才可以谈“同时性”问题。比如,我国各地所用钟的同时性,就都是“相对于”北京时基准钟而言的。

但是,为了协调社会群体活动及科学研究的需求,同时性却必须是绝对的。比如国庆节看阅兵式,全中国的钟都必须“步调一致”;到底应该怎么办?按照电视显示的时间信息去“校钟”就成为必不可少的—— 请不要忘记,全国各地的钟能够“步调一致”的前提,就是“结构”都不相同。

综上所述,实际上只需要把牛顿范式和非牛范式区分开对待,讲清楚振动不一定都有“固有频率”,时钟根本就没有“固有周期”;围绕多普勒效应和《论动体的电动力学》存在的诸多困惑和悖论,基本上都可以完全冰释。

为此,笔者不得不撰写了“为子孙后代谋”,大声疾呼“救救孩子们”;要创造“新的中国的体系”,首先就必须从修正西方的基础物理教材切入,严格区分牛顿范式和非牛范式,特别是要把“振动能”部分完善起来。

2.3. 有无相生

《中华科学物理宇宙图像》中间那由一点发出的三条辐射线,揭示出宇宙自组织演化的基本机制是:由ε可以创生出M,M也可以湮灭为ε;其间还存在一个带电量q的第三态-电荷。

经典物理学研究的质点用M度量,可以记写为W,宏观上叫物体,微观上叫粒子;量子论研究的最小单元量子h用量纲主单位T(ε=h/T)度量,计量却用能量单位eV。我们把二者分别叫做Z系统和N系统,Z、N两个符号就分别取自质、能二字拼音的第一个字母。

由于用M计量的粒子系统都要占据三维空间的一定位置,可以称其为有形,简称为“”;而用ε计量的量子h系统却呈连续态的波,可以称其为无形,简称为“”。并不难认定:宇宙间的自组织演化就是“有无相生”。

Z系统的最小单元是质子和电子,二者都可以从宇宙背景中创生,还可以湮灭为ε。即此可知,质点从N系统中创生,首先是由ε创生出质量m和电量q,进而由质子和电子的电作用构成原子、分子、万物乃至其大无比的天体;反过来质点又会向N系统发射ε,这就是“有无相生”的基本途径。

另外,恒星也可以大量地创生质子和电子,比如,太阳每秒可以喷射出百万吨由p+和e-构成的等离子体。也许还有更大规模地创生质子和电子的机制,当属于未来科学探索的目标之一。

反过来,Z系统也会向宇宙背景发射当量极大的ε,比如1987年2月有一天,类星体3C273的亮度忽然增加了一倍,说明宇宙间还存在远远超过核能的发能方式;类星体的亮度相当于一百亿万个太阳,宇宙间至少也有106个类星体,充分说明由M转化为ε的自然变化同样非常剧烈。

质点W和量子h还存在另外一种关系。

当质子和电子构成质点时,在原子和分子的相空间储备着一种跟电量相关的能量Eq=qner-1(传统理论称为电势能或内能)——  当辐射能ε=h/T进入质点后,就有可能使得电荷之间的r发生变化,由ε变为Eq被储备起来;反之电结构的变化也会将Eq转化为ε向外发射。

质点的物性乃至物种的变化,皆由N系统提供动因,由质点展示现象

依据粒子W属于“有”,而作用量子h属于“无”的区分 ,很显然二者存在本质差异,传统将二者混为一谈,即是一种严重的失误。

量子h这个概念的提出和19世纪末关于X射线、电子和核的放射性三大发现,导致了粒子物理学的诞生。在20世纪30年代之前,人们曾经认为电子、质子和光子是构成世界万物的“基本粒子”;早期所谓其它的基本粒子,都是在对核现象和宇宙线的研究中发现的。

30年代~50年代期间,由于稳向加速器问世和对撞机的使用,一系列新的“粒子”被发现,使科学家们大开眼界,粒子的家族迅速膨胀,如何对粒子进行分类的任务,就摆在了物理学家的面前。

于是就出现了光子、轻子、介子、重子之类以质量大小为据的分类方法,并且以MeV(兆电子伏特)作为质量的单位——就是这种将粒子W和量子h混为一谈,视质量M和能量ε为等价的分类法,带来了粒子物理学的诸多迷失。

60年代之后,随着对撞机功率的不断增大,所谓的“共振态”粒子被发现,粒子的数目猛增到二百余种,寻找“最基本粒子”也就被提上了议事日程。“共振态粒子实验的积累,一方面证明了复合模型关于基本粒子有结构这一思想的正确性,另一方面又要求对模型作出修正”,于是就出现了所谓的“夸克”模型(1964年)、“层子”模型(1966年),甚至还提出了“比夸克更深层的亚粒子也按照理论的需要被猜测”(董光璧:《世界物理学史》)。

依据《中华物理宇宙图像》中Z、N两系统可以互生的关系,质量M由N系统中的ε创生,而属于Z系统的M又可以湮灭为ε;M的创生首先是生成质子和电子,而后再由质子和电子凭借电作用构成原子、分子乃至于万物,P和e就应该被视为Z系统中的特殊态——自然界的微观单元个体只有用M计量的粒子、用q计量的电荷、用内禀时间T计量的作用量子三类。

前者属Z系统,后者属N系统,电荷为两者互生的过渡态

W属于Z系统的基本存在,构成W的基本粒子就是P和e,由之构成了人类生活其间的现实世界;h属于N系统的基本存在,其中能够保持稳定态的只有光子和中微子两个家族,其余所谓的介子、超子、共振态等等,皆属于N系统分裂-组合-再分裂-再组合的动态过程。

这样讲的理由是:“荷电超子的平均寿命τ~10-10秒,如果它们以接近光速C的速度(V≤C=3×1010厘米/秒)运动,从产生到衰变之间可以跑一段路程Cτ~1010×10-10=1厘米”(《近代物理》)。试想,对人类生活其间的现实世界而言,寿命不超过τ~10-10秒的微观存在,究竟会产生什么样的作用呢?

所以我们认为,根本就不应该将这种“瞬息亿变的过程”列入跟现实世界直接相关的物理客体的范畴;如果硬要追问这种动态过程和现实世界的关系,现在能够清楚回答的是:

它们都可以“衰变”成构成现实世界万物的基本粒子P和e,从而成为Z系统的基本存在,而它们自身却不应该被视为跟现实世界直接相关的W。

可以毫不含糊地说:自然界的微观单元个体只有被分为粒子电荷作用量子三类,才能反映客观世界的真实存在;既然它们需要用不同的物理量予以计量,足以说明它们之间存在着本质差异,粒子物理学传统的分类方法,依据的不是本质差异,很显然就是导致观念混乱的主要原因。

玻姆曾经说过:“整个宇宙的不可分割的量子性相互关联是基本的实在,而有相对独立行为的部分仅仅是这个整体中特定的偶然的形式”,我们应该“把通常的经典的观念颠倒过来”。

这里的第一句话指N系统分裂-组合-再分裂-再组合的动态过程,而第二句话则指Z系统中由质子、电子到原子、分子乃至万物的“独立”状况;关于应该把“通常的经典的观念颠倒过来”的说法是对的,而在“颠倒过来”之前应该首先澄清的是,绝不能再将Z、N两系统中截然不同的单元个体粒子W量子h混为一谈。

 

近400年的物理学理论,确实是在“一个挨一个地和一个跟一个地从事这种无限的认识”过程中,“堆积”起来的知识,现在千真万确到了应该“把所有这一切弄到一起”的时候。笔者认为能够引领未来科学的,必定是5000年一脉传承地坚持整体有机、和谐互补观念的中国传统文化。

 

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