物理学的发展现状与困惑

司今（jiewaimuyu@126.com）

1.物理学的发展现状

物理学是研究物质与运动基本规律的科学，其内容包括物质结构、物质间的各种基本相互作用和物质的一些基本运动形态等。

物理学是人类认识自然和改造自然的智慧结晶。

http://p3.pstatp.com/large/19ee0002b87f95e29ef2

从伽利略开始，人类才算真正进入物理学研究的大门，他一生中先后提出了相对性、惯性和运动叠加原理等和匀速运动、瞬时速度、加速度等概念，这些原理和概念让人们知道了什么是物质的运动和运动的可知性。

将人类带入物理学庭院的是开普勒，他继承了第谷的观测结果，从遥远的天空开始探究行星运动与其时空的变化关系，得出开普勒三定律。这是经典物理学的第一层次，在这个层次中，物质的时空变化决定着其运动轨迹，但它没有力的概念，也没有探究物质为什么会运动问题？它只是一种唯现象的几何物理学，还不能算是真正的理论物理学。

带领人类登上物理学殿堂的是胡克、牛顿等，他们继承了伽利略的惯性、匀速运动、加速度等概念，从物质运动动量变化率给出力的概念，并阐述了物质为什么会运动这一物理机制；后来，牛顿又将惠更斯的圆周运动公式与开普勒第三定律相结合得出物质间的万有引力定律。以后，欧拉补充了刚体运动和定点转动及陀螺运动等，至此经典宏观物理学的大夏已基本确立，它基本可以说明宏观物体运动的普遍现象，这是物理学的第二阶段。

将人类带入微观物体运动的是库伦，库仑定律的确立激励着安培、法拉第等一批实验物理学家，建立了唯现象的电磁学学，接着洛伦兹、麦克斯韦等一批理论物理学家通过深入思考确立了带电粒子的洛伦兹运动和麦克斯韦的电磁波理论，它们为后来的电磁波运用和光学的深入研究奠定了理论基础，这是物理学的第三阶段。

进入20世纪，随着应用科学和实验科学的进步，人们觉察到了物理学天空还存在“二朵乌云”，于是诞生了二门同源却又不同系的物理学，即相对论力学和量子力学。至于为什么会出现这种状况，直到现在还没有答案。相对论力学以其独特的思维、利用洛伦兹坐标变换和光速不变二个原理阐述了力是时空弯曲效应，在这个体系中，时间、空间、质量都是可以变换的，从而丧失了伽利略、牛顿建立物理学的初衷，即物体运动的可知性，让固守经典物理学的人们陷入一片迷茫之中。量子力学更是让人爱恨交加，一方面它固守经典，继承了电磁理论和电磁波理论，另一方面它又背离经典，引入了四个量子和几率波概念，更是让人迷茫，这是物理学的第四阶段。

现在已进入了第五阶段，涌现出了夸克理论、弦理论、圈量子理论、胶子理论、介子理论等。

物理学正在进入象牙塔，只有几个“发明”理论的人在孤芳自赏，人们只能听其然却不知其所依然。面对目前困惑的物理学，也有很多有志之士在反思：是在迷茫中找回经典还是继续更大的迷茫呢？

2.物理学困惑的根源

http://p1.pstatp.com/large/19ed0002baadea6b63c8

事物任何现象的出现都有其根源性，当前物理学的迷茫也不例外，就像20世纪的二团迷雾，其根源在于牛顿力学体系是建立在同一个惯性系之上的，对于不同的惯性系牛顿力学就有其迷茫性，爱因斯坦的相对论找出了其产生迷茫的根源；电磁理论和电磁波理论都没有考虑粒子的自旋性，是量子力学找出了它产生迷茫的根源。面对人们对相对论和量子力学以及现在“被发明”的其他理论的迷茫，我们是否能找出产生这种大迷茫的根源呢？

http://p3.pstatp.com/large/19f0000111ed5779e598

牛顿力学体系分2个部分：前半部分是阐述力产生运动，可惜他没有反过来推理，运动也可以产生力；牛顿力学后半部分即万有引力部分则抛弃了“运动也可以产生力”的应有推论，却从苹果落地的启示中认为质量是产生力的根源；总之牛顿力学只研究了力F与m、v的关系，没有研究力F与m、ω的关系，这是他力学体系中的最大缺失。依附牛顿力学而建立起的刚体力学，也只研究了总动能E与m、v、ω的关系，没有研究力F与m、ω的关系，如平面平行运动的刚体总动能是E=mv²/2+Iω²/2，自旋刚体与外界产生的力效应就没有再涉及，其实对自旋物体而言，其m、ω变化才是力产生运动和运动产生力的根源。

我们的物理学都是建立在牛顿力学理论体系之上的，正是他忽略了物体的m、ω变化才是产生力和力作用的根源这一物质运动的基本规律才导致今天的物理学走进了 “让人困惑”的境地。

我们可以从各力学体系中物体存在的惯性系、必要因素及适用范围来考察它们的局限性：

物理学的提高和发展是螺旋式的，每一个新理论都是对原有理论缺失部分的补充和完善，以使原有理论有更广的普适性；牛顿力学找出了伽利略、开普勒运动理论的缺失，补充了力的概念；相对论力学找出了牛顿力学的缺失，补充了不同惯性系下物体运动的概念；量子力学找出了电磁理论和电磁波理论的缺失，补充了自旋磁矩和公旋磁矩的概念，那么我想对目前的物理学补充什么呢？

从上表中我们可以看出：

1、牛顿力学、电磁学、电磁波理论、相对论都是没有自旋存在的物理学，牛顿力学给出的引力场是质量场，电磁学、电磁波理论给出的引力场是电磁场，相对论给出的引力场是时空弯曲（它是开普勒运动几何学思想的延续，即没有用力的概念来描述运动），刚体力学虽研究自旋但没有看到自旋磁场的存在；只有量子力学包含了自旋和自旋磁场，但量子力学对自旋磁场的描述是不完备的，因为它借用经典电磁学的磁矩概念来间接地描述自旋磁场的大小，而没有直接从物体的自旋角速度和其惯性质量的关系上来定性和定量描述自旋磁场的大小。

2、从宏观天体到微观粒子、直至光子都存在自旋和自旋磁场性，即使是在地球上与我们保持相对静止的宏观物体，其内部组成的微观粒子也是在不停自旋着的，可见自旋才是任何物体赖以存在的最基本的属性。自旋会产生自旋磁场，因此自旋磁场也是任何物体赖以存在的最基本属性之一。

3、关于物体运动的任何物理理论都必须遵守能量守恒，这是万物运动、变化所必须遵循的最高法则，但在用引力场描述的绕物系运动（如地—太系）中，因地球在远、近日点的运动速度不同（即v远﹤v近，ω远﹥ω近），因此它们的动能就不存在守恒，为此，物理学引入了势能概念，那么地球在远、近日点的总能量就是：

E远=mv远²/2＋mg远R远，E近=mv近²/2＋mg近R近；这样，地球在远、近日点的总能量守恒了吗？

仔细分析一下可以看出，地球在远、近日点的总动能并不相等：

按牛顿万有引力公式F=GMm/R²得出势能mgr= GMm/R，

因GMm/R远 ﹤GMm/R近，mv远²/2﹤ mv近²/2,这样就有

GMm/R远＋mv远²/2﹤GMm/R近＋mv近²/2

http://p3.pstatp.com/large/19ec00012eaa9a575b6d

由此看见，目前的物理理论在解决象“地—太系”这样的物理模型时存在错误，这说明牛顿力学理论不仅存在局限问题，而且它本身就有一定的缺失。

http://p3.pstatp.com/large/192600011e20e87f4190

按照上述思路，如果能找出一种对牛顿力学体系作以补充的理论，既遵守总能量守恒定律，又能在不破坏牛顿力学整体架构下去合理解决“地—太系”总能量守恒问题，既适用于不同惯性系又可以描述物体的线性运动和自旋运动，那么这个理论就有可能找出目前物理学让人们产生困惑的根源和答案。

http://p3.pstatp.com/large/19ee0002b9e24e3501e1

                                            像梵高一样，仰望星空，或许能够找到物理学的未来！