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涡的世界22:“自大而小”的研究方法 物理学陷入困境的根源
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如果我们将人类认识自然界的方式,放在微观、宏观、宇观的尺度轴上进行观察,不难发现,人类认识自然界,既不是从微观粒子开始的,也不是从宇观的天体、星系开始的,而是从宏观的身边事物开始的,然后再向更小尺度的微观和更大尺度的宇观延伸。 在宏观领域,人们根据万有引力和库仑力的作用力性质不同,对物质的表述分别用质量、电荷两个概念。然而,我们的宏观世界是以“地球场函数”为观测背景的,我们所观测到的宏观世界里的所有事物都带有“地球场函数”的烙印。因此,质量和电荷的基本性是令人怀疑的。 或者说,质量和电荷的本性可以根据物质的微观性质推导出来,它是物质的微观性质在宏观上的一种表现形式。然而,在物理实践中,人们却将微观性质在宏观上的这种表现形式作为物质的本质,来推导物质的微观性质,显然这是本末倒置了,我们在方法和方向上出了问题。可见,将质量和电荷概念引入微观和宇观领域需要特别慎重,否则会将我们引入歧途。 实际上,宏观环境的物质模型,是我们动用所有的感官才建立起来的。然而到了微观和宇观环境,我们只能靠视觉观察,其它所有感官都派不上用场。显然对于试图了解微观和宇观的探索者而言,在这种没有任何经验且只能靠视觉观察的陌生环境中,到处都布满了陷阱。在这种环境中,探索者唯一倚重的知识只有宏观经验,而问题恰恰就出在这里。 在广义相对论的框架下,我们目前得到了被大多数人所接受的宇宙大爆炸模型,然而发生宇宙大爆炸的奇点,却不适用于所有物理定律,显然我们从已知的定律,推导出了一个不满足这个已知定律的事物,单从逻辑上讲就已经不自洽了。同样,在量子理论体系内,符合不确定性原理的标准模型,几乎无法准确预言实验结果,而只能根据实验给出的结果,通过调节那些可自由调节的若干参数,才能保证与实验相符合,显然量子理论也将我们带入了不可知的误区。 我们知道,质量和电荷概念是经典物理学的两大支柱,牛顿力学和电磁理论在宏观应用上的巨大成功,使人们不加思索地将它们直接引入到微观和宇观领域,导致更多概念的提出,如暗物质、暗能量、弱力、强力等。可见,随着人们的视野从宏观拓展到宇观和微观,物理概念进一步多元化了。显然,这是物理学误入歧途后,必然导致的结果。 如果说,宏观体验与宏观观察相结合就可以得到一个有效的宏观理论的话(牛顿力学和麦克斯韦电磁理论在宏观领域的成功已经证明了这一点),那么,我们已经建立的宇观和微观领域的理论就值得商榷了。这是因为,微观领域的理论,并非微观体验与微观观察相结合的产物,而是宏观体验与微观观察相结合的一个“怪胎”。宇观领域亦如此。因此,我们已经建立起来的宇观或微观领域的理论,逐渐陷入更加艰难的困境之中,也就不足为奇了。 令人遗憾的是,为了摆脱困境,许多科学家还在不遗余力地对这些宇观或微观领域的理论,进行一些“枝叶”上的修正。由于问题的根源在于宏观概念的直接引入(即理论的根基——基本概念——存在问题),虽然对这些理论修正的努力可以解决一些燃眉之急的问题,但不可避免地会引发一些新的问题和矛盾,故不可能从根本上解决问题。 综上所述,导致物理学陷入困境的根源,是人们将宏观体验直接推广到宇观和微观而引起的。宏观个体的我们无法获得微观和宇观的体验。于是,人们就想当然地将宏观体验直接嫁接到微观和宇观的观测中,从此物理学就偏离了它的正确道路。在后来的物理学的发展中,物理学偏离正确的道路越来越远。 正如科普作家曹天元在《量子物理史话——上帝掷骰子吗》一书中所说:“以往人们喜欢先用经典手段确定理论的大框架,然后再从细节上做量子论的修正,这可以称为‘自大而小’的方法。…… 现在人们开始认识到,也许‘自小而大’才是根本的解释宇宙的方法。” 也许是机缘巧合,技术出身的刘泰祥,历时20余年所独创的一元二态物理,就是从物质最基本粒子——连续态的“爽子”假设出发,先从涡运动理论导出刚体态的“cn粒子”这个宇宙之砖,再一步一步建构起各种粒子模型,直至整个宇宙出来。 毫无疑问,爱因斯坦相对论和量子理论是对经典物理学发起的一场大革命。然而,这两套理论互不相容、各管一方,如同整个宇宙这枚硬币的正面和反面。统一宇宙的观念使人们逐渐认识到,这两套理论也许只是一种过渡性的理论。在物理学面临各种课题与挑战的当下,我们需要重新审视物理学研究的基本途径和方法,理清问题根源,并去纠正它,只有这样我们才可以建立起一套普适的万物理论,进而为历时一个多世纪的物理学革命,画上一个完美的句号。
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