惊论:也许我们完全错误的理解了宇宙

2024-04-02 20:58

本文主要是介绍惊论:也许我们完全错误的理解了宇宙,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

  摘自《宇宙之光》——赵薪墉

 

  解 放

 

  卡尔.波普尔认为,科学的目的是对于我们以为需要说明的任何事物,找出令人满意的说明。根据这个“令人满意”的标准,所有的物理学家、尤其是那些从事基础理论研究的物理学家们都应该停下手头的工作,来认真地思考物理学的现状,回顾其发展的历史,着手解决那些物理学过去已经回避、现在准备回避的不“令人满意”的说明。只有这样,21世纪的物理学才会有新的发展起点。一些不正确的物理学观念和物理学方法已经长期束缚着物理学的发展,一层一层的像迷雾,一串一串的像枷锁。于是,新世纪的物理学呐喊着:解放!

 

  解放物理学!物理学家首先要解放自己!

 

  来吧!一起来解放我们自己。

 

  物理学还没有终结

 

  在这个时代,有一个被人们夸张地把他同牛顿、爱因斯坦尤其是伽利略相提并论的人,他就是《时间简史》的作者——史蒂芬.霍金。他曾经让我们相信万有理论的存在,即时间、空间和宇宙最神秘的 问题可以用一个简单的方程式来解释,他甚至宣布能让我们“看到上帝的精神”。这,难道物理学即将终结了吗?不久,霍金又宣布他对万有理论的探索是徒劳无功 的,万有理论根本不存在,他说:“只要有无法证明的数学结论,就有无法预知的物理问题。我们不是能从宇宙之外观察宇宙的天使。相反,我们和我们的模型都是 我们所要描述的宇宙的一部分。因此,物理学都是描述自我的,正如哥德尔定理一样:一个物理学理论或者自相矛盾,或者无法完成。”原来,物理学还不会终结。

 

  史蒂芬.霍金是一个勇敢的奔跑着、掉进陷阱而又能很快跳出来的探索者,他给我们敲响了警钟:物理学正处于危险之中!表面上有着华丽的、复杂、繁琐的数学形式,其根本内容缺乏哲学思想;绝大多数物理理论对物质世界作 出了精彩的描述,但其自身却根本无法被理解——这就是现代物理学的基本特征。其实,物理学的真正基本问题总是可以用简单的术语来解释的,并不需要借助复杂 的方程和数学论证。物理学对宇宙的一些基本问题还不甚了解!在不完全理解宇宙的情况下,试图用猜测的方式去完整的描述宇宙,这本身就一种是冒险。史蒂芬. 霍金的万有终极理论,并没有带来物理学的终结,相反,它带给了物理学一个新的开始,它带给人们这样的深刻的反思:

 

  也许,我们完全错误的理解了宇宙!

 

  存在——认识的基础

 

  我们之所以能够感知物质世界的存在,是因为物质世界有着两种存在——虚空和物质。由于虚空的存在,我们才得以感知到物质的存在;由于物质的存在,我们 才得以感知了虚空的存在。正是虚空和物质这两种存在相比较而存在,我们才得以认识上物质世界的存在。怎用才能进一步认识物质世界?我们是以虚空为背景来认 识物质,还是以物质为背景来认识虚空呢?值得庆幸的是,我们以虚空为背景发现了物质的结构现象、物质的运动现象和物质间的相互作用现象,正是这三种现象构成了我们物理学认识物质世界的基础。

 

  对于存在的原因,物理学家确实不能说三道四,那是上帝的事。现在流行的关于宇宙起源于大爆炸的学说告诉我们:宇宙的时间、空间以及所有的物质都起源一个什么都没有的点的大爆炸。上帝是这样创造了宇宙吗? 唉!科学和神话都让人着迷。

 

  物理学的基本内容

 

  从古希腊哲学到现代物理学的整个科学史中,人们力图把表面上极其复杂的自然现象归结为一些简单的基本观念和关系,正是这些基本的观念和关系表明了我们 对物质世界根本的认识,同时构成了每个不同时代的物理学的基本的内容。古希腊的哲学家很早就把复杂的自然现象归纳概括为物质的结构现象、物质的运动现象和 物质间力的现象,并力图寻找到它们之间合乎规律的关系。德谟克利特的“原子论”就是比较典型的关于物质结构、组成的观念;亚里斯多德的“物质的原始状态是 静止的,力是物质运动根本原因。”反映了他的基本运动观念,以及力与运动之间的关系。物理学的发展过程,实际上就是我们关于物质(的结构)的观念,关于物 质运动的观念,关于物质间力的观念的进化以及它们三者之间的关系统一了解的过程。物理学能否统一的理解物质世界,就取决我们能否正确看待物质,物质运动和 物质间的力,能否找到这三者之间协调一致的关系。

 

  我们怎样才能正确看待物质、运动和力,怎样才能找到它们之间协调一致的关系呢?抛开旧的观念,尽可能更加广泛的归纳概括自然想象,重新看待物质、物质的运动以及物质间的相互作用。

 

  启示与疑问

 

  100年前,阿尔伯特.爱因斯坦创立了(狭义)相对论;100年后,一部分人试图在相对论的基础上一劳永逸的理解物质世界,另有一部分人还在对相对论 本身的逻辑问题上喋喋不休。物理学的目的是最终理解物质世界,尽可能准确地描述它!那么,我们为什么要将自己的思想沉迷于相对论,而我们又为什么不可以从 更为广泛角度来看待相对论呢?也许!它能带给我们许多超出相对论本身的东西,而这些东西正是物理学渴望得到的。正如爱因斯坦所倡导的科学思考的方法:提出 新的问题、新的可能新,从新的角度去思考老的问题,需要创造性地想象力,并标志着科学的实际进步。

 

  (一)两个物质世界

 

  100年前的狭义相对论就带给了我们这样的启示,构成物质世界的物质有两类:一类是没有静止质量(静止质量为零),以恒定的光速运动着的物质;另一类 是有静止质量(静止质量不为零),以低于光速的任何速度运动着的物质。因为没有静止质量的物质以恒定的光速运动着,那么加速度a对这类物质来说根本没有意 义,所以这类物质的运动并不服从经相对论修正后的牛顿第二定律;另一类是静止质量不为零的物质,其运动规律遵从经相对论修正后的牛顿第二定律,但是这类物 质在力的作用或能量的作用下永远也不会达到光速的运动状态。由此,根据物质的质量属性和物质的运动属性可以判别出构成物质世界有两种物质的存在:一种是没 有静止质量、以光速运动着的物质;另一种是有静止质量、以低于光速的速度运动着的物质。

 

  是重新思考我们物质观的时候了!——为什么有的物质有静止质量而有的物质却没有静止质量?为什么有的物质以恒定的光速运动着,而有的物质却只能在低于光速的速度范围内运动呢?这两种物质自身到底有什么本质的不同,它们之间是否存在着什么本质上的联系呢?

 

  是重新思考我们运动观的时候了!——物质有无静止质量决定着物质是否处于光速运动状态,还是处于亚光速运动状态,物质运动的本质到底是什么?为什么没 有静止质量的物质就必须以恒定的光速运动、光速运动的根本原因是什么?有静止质量的以亚光速运动的物质为什么不能在力或能量的有限作用下达到光速运动的状 态呢?——简单地说,物质运动的根本原因究竟是什么?

 

  是重新思考我们力的观念的时候了!——光速运动的物质的光速运动不再遵从牛顿第二定律、光速不可逾越、在力的作用下有静止质量的亚光速运动着物质永远 也不能达到光速运动状态,力是物质运动改变的原因的观念实际上已经受到了挑战,那么力的作用本质究竟是什么?力的原因是什么?力和运动的关系究竟是怎样一 回事?

 

  (二)光量子

 

  同样是100年前,阿尔伯特.爱因斯坦提出了著名的光量子理论。他认为一束光是一束以光速C运动的粒子流,这些粒子被称为光量子,即光子。每个光子都 有一定的能量,对于频率为γ的光子,其能量为E=hγ,h为普朗克恒量。这种观点让我们可以用粒子的观念来看待光这种特殊的物质,这样,我们就可以把光和 通常所认识的物质粒子归结在一起来思考那个古老而又基本的问题:宇宙物质最终是由什么最小的物质单元所构成的?最小的物质单元应该具有何种属性呢?最小的 质量属性?最小的能量的属性?无论是质量属性还是能量属性,光量子都给我们提供了可以想象的最小的物质单元的可能实体的存在——频率为1的光量子。各种不 同大小能量的光子是否是由这种最小的基本的光量子所构成的?这种基本的光量子可不可能还构成电子、质子、中子等这些通常的物质粒子呢?

 

  (三)光速恒定、光速极限

 

  爱因斯坦提出了光速不变原理:真空中光的传播速度在各个方向上都是相同的,与光源的运动无关。根据这个原理,我们知道光物质或者说光子在真空中总是以 恒定的速度C运动着,这样一来,光物质或者说光子运动就不再服从牛顿第二定律,加速度对光物质来说毫无意义,于是我们似乎发现了宇宙间有着活的、不朽的客 体的存在!难道说,当光物质或者说光子被别的物质吸收以后就停止运动了吗?为什么不继续以光速运动着呢?光速运动的哲学原因是什么呢?

 

  爱因斯坦又提出了的光速极限论:一切质点的运动、一切场的传播速度以及一切真实物 质的相互作用的传播速度,都不能大于真空中的光速c。根据这个观点,光速c这个特定的速度就成为一切宇宙运动的上限,那么力是物体运动改变的原因这一命 题,或者说使物体的运动发生改变的力的功效就受到了挑战。也许!物理学到了不得不去重新思考力和运动的关系的时候了,这又迫使我们回到那个古老的话题—— 物体运动的原因是什么?尽管这个问题早已被“物体运动改变的原因是什么?”所取代,并由伽利略和牛顿做出了回答。爱因斯坦关于光速运动的观点已经暗示我 们:如果我们要将光物质的运动(光速运动)现象和通常物质的力学运动现象归总在一起,并力图归纳出宇宙的运动本质的话,我们就不得不抛开力的因素,转而从 物质自身的因素来哲学的考虑物质的运动本质,从物质的结构状态方面来物理学的考虑物质运动以及运动改变的真正原因。

 

  (四)万有引力与光线的弯曲

 

  牛顿发现了万有引力定律,并在1704年提出大质量物体可能会像弯曲其它有质量粒子的轨迹一样,使光线发生弯曲。爱因斯坦广义相对论作出了星光经过日全蚀太阳时将发生偏转的预言。1919年,英国物理学家爱丁顿组织了一支英国日 蚀观测队,结果,他们确实发现了光线在引力的作用下弯曲的事实。光能够感受万有引力的作用而发生运动方向的改变这个事实能给我们怎样的启示呢?当光物质 (光子)被通常的物体所吸收后,光物质会不会在足够强的引力的吸引下被束缚在物体内,继续以光速运动着呢!这进而启发我们,大量的光物质在足够小的空间范 围内,便有足够大的引力将它们束缚在有限的空间范围内以恒定的光速运动着,就构成了我们通常的基本的物质粒子呢!

 

  (五)E=mc2

 

  这个著的名质能关系式与爱因斯坦这个名字一样,为大家所熟悉!这个质能关系式告诉我们:一定质量的物质本身蕴含着与它质量成正比的能量,这个能量值的大小等于它的质量与光速平方的乘积。质能关系深刻地揭示了一定质量的物体在它的内部可能蕴含着大量的能量,然而能量这个概念表征着物质各种形式的运动的普遍量度,那么质能关系式也就揭示了物质的内部可能存在着某些激烈的复杂的运动,恰好正是这些运动维持着物质自身的结构。质能关系式将质量和能量这两个物理概念通 过光速c联系起来,那么也就将物质和物质的运动通过光速联系起来。假如我们坚持用质量来表征物体所含物质的多少,能量表征物体自身的运动的量度的话,那 么,E=mc2又能给我们怎样的启示呢?不管物体的质量是多大,物体所含物质是多少,总之有多少物质就有多少运动量度,也就是说,一定量的物质总有恒定的 运动量度!我们是否可以这样问----物质恒定地运动着吗?再考虑到质量与能量之间的光速联系、物质与运动之间的光速联系,我们可以这样大胆地猜测 ----构成物体的基本物质以恒定的光速运动着!换句话说,物体都是由以恒定的光速运动着的基本物质所构成的。光不是以恒定的光速运动着的吗?那么,是否 正是光构成了我们的宇宙物质呢?

 

  根据质能关系式,质量守恒就意味着能量守恒,反之亦然。这,进一步深刻地揭示了物质不灭,运动不灭的关于宇宙的哲学图景。宇宙物质永恒的存在着,永恒 的运动着!有了这样的观念,我们也许就不会再去追寻物体运动的外部原因,不会再去探讨光物质光速运动的原因了,至少我们在沿着“力的原因”这个方向上已经 走到了尽头。我们应该明白:光物质以恒定的光速永恒的运动着,以恒定的光速永恒的运动着的光物质就是我们宇宙的物质本质,光物质永恒的光速运动就是我们宇 宙的运动本质。光物质、光速运动这两个概念,无论是在哲学上还是对物理学而言都该是终极的概念,我们不可能也不应该妄图对其做出物理学的还是哲学上的解 释,它们就是存在。

 

  (六)相对论因子(1-v2/c2)1/2

 

  狭义相对论中,(1-v2/c2)1/2这个因子广泛的存在,更为重要的是许许多多的实验事实证明了自然界本身在物质和运动的关系上包含着这个因子的 存在。难道说,这个因子的存在仅仅是物理定律必须遵从相对性原理的洛伦兹变换的不变性的要求,或者是它真的就反映了所谓的相对论时-空特性吗?这个因子, 为什么包含着光速C?这个因子的存在是终极的吗?是否需要我们做出更深刻地物理学说明、更广泛的哲学说明呢?(1-v2/c2)1/2这个因子到底暗含着 怎样的宇宙秘密呢?这个因子的存在不正是明确地、定量地揭示了物质运动与物质结构的关系吗?不正是揭示了物质的外部运动、内部运动与物质整体运动的关系 吗?

 

  (七)正、反粒子的湮灭

 

  英国物理学家狄拉克把量子力学与高速运动所必须的相对论力学相结合导致产生了反物质的概念。1932年,由美国物 理学家安德逊在宇宙射线中发现了正电子,从而证实了狄拉克的理论。今天的粒子物理学告诉我们,任何粒子都有会和他相湮灭的反粒子。一对正、反粒子相遇时, 会同时消失而转化为别种粒子,这种现象叫做湮灭(湮没)。正电子的质量和电子相等,它的电量的数值和电子相等而符号相反,即带正电。一个电子和一个正电子 相遇会发生湮没而转化为一对光子,一对正负电子,常称为正负电子对(电子偶)。能量超过1.02MeV(兆电子伏特)的光子穿过铅板时,会产生电子一正电 子对。无论是在理论上还是在实验发现中,我们都确认了反物质的存在以及正、反物质相遇可以湮灭成光子或者别的粒子的事实,并且清楚地知道光可以变成物质、 物质可以变成光。光变成物质、物质变成光!那么,光和物质相互转化的过程中不变的基础物质又是什么呢?光和通常的物质粒子是否由相同的基本物质构成,如果 有,又是什么呢?不正是最小的光量子吗?

 

  宇宙之光——爱因斯坦之门

 

  (一)光量子

 

  早在古希腊的德谟克利特就提出了“原子”这一概念,并把它当作物质的最小单元。他相信宇宙万物都是由原子构成的,原子在物理上——而不是在几何上—— 是不可分的。最小的不可分的物质单元!在追求宇宙万物的简单性和统一性的思想方面,爱因斯坦的光量子概念给我们提供了寻找最小物质单元的可能性,何况新的 实验事实已经告诉我们通常的物质粒子可以转化为光物质,光物质也可以转化成通常的物质粒子。

 

  (二)光速运动

 

  物体运动的原因是什么?物体运动改变的原因是什么?早在古希腊的亚里斯多德就认为力是物体运动的原因,力越大,物体也就运动得越快。当然,这是一个错 误的观点!但是它让我们在统一思考物质世界的时候,把力和运动联系起来。后来,是伽利略通过实验发现了物体的运动改变和力的关系,确立力是物体运动改变的 原因——这就导致了伽利略-牛顿力学。尽管如此,物体运动的原因是什么?这个古老的问题却给保留下来,一直到……

 

  爱因斯坦的“追光悖论”——能以光速追光吗 ?据爱因斯坦本人回忆,他曾作过这样的思考:“如果我以速度c(真空中的光速)追随一条光线运动,那么我们就应当看到,这样一条光线就好像一个在空间里振 荡着而停滞不前的电磁场。可是,无论是依据经验,还是按照麦克斯韦方程,看来都不会有这样的事情。从一开始,在我直觉地看来就很清楚,从这样一个观察者的 观点来判断,一切都应当像一个相对于地球是 静止的观察者所看到的那样按照同样的一些定律进行。因为,第一个观察者怎么会知道或者能够判明他是处在均匀的快速运动状态中呢?”,正是这个悖论启发了他 的狭义相对论思想。狭义相对论具有决定意义的起点是关于相对运动的本体性观念,认为运动只能作为相对运动才能被观察到,从根本上否定了物质自身运动的自然 存在。简单地说,狭义相对论从根本上否定了物质的运动。从另一种角度来看,狭义相对论成功之处在于它的创立者爱因斯坦把光的传播问题放在了首要的位置,正 是这个特定的光速运动导致许多惊人的 结果。当我们渴望能跑得像光速那么快的时候,我们不禁要问:我们能以光速追光吗?答案是清楚的,任何有静止质量的物体在力或能量的作用下都不可能跑得像光 那样快!除非你没有静止质量或者说你就是光,当然,这个答案来自于狭义相对论。特定的没有静止质量的物质才能以特定的光速运动,有静止质量的物体在能量和 力的有限作用下永远也不可能达到以光速运动的运动状态。正是这样,我们才得以丢开“力是物体运动改变的原因”这一线索,重新去思考“物体运动的原因是什 么?”这个被遗留的问题,而且我们已经感觉到物质的运动状态似乎跟物质本身有关。当我们问:光物质为什么以光速运动着,或者光物质光速运动的原因是什么? 如果沿着力的线索寻找原因的想法遭到破灭的时候,我们只能归结于物质自身了。换句话说,我们不得不承认物质自身的运动!

 

  人类对物质世界的认识经历了 从古希腊哲学到伽利略-牛顿力学、从伽利略-牛顿力学到爱因斯坦相对论的漫长历程。今天,相对论似乎又把我们带回到了古希腊哲学那两个古老的问题:构成宇 宙万物不可再分的最小物质单元是什么?物质运动的根本原因是什么?在这里,我可以毫不夸张的说:最终,我找到了答案!因为,在爱因斯坦的启示下发我现了宇 宙中存在着物质的最小单元、不被推动的永动者——光。

 

  当世界的物质本质、运动本质这两个基本问题纠缠着物理学时候,正是爱因斯坦把我们的思想引向了宇宙最深秘的地方,也是最光亮的地方——光物质及其光速 运动。在这里,我们追求物质和运动的简单性和统一性的目标可能就会实现。如果真是这样,爱因斯坦带给我们的启示已经远远超过了他所创立的相对论本身,当然 我们必须放弃那些许许多多被认为是必然正确的东西,恰好正是这些东西使得爱因斯坦之门异常沉重!解放我们自己,才能开启爱因斯坦之门。

 

  只有打开爱因斯坦之门,我们才能发现宇宙之光!

这篇关于惊论:也许我们完全错误的理解了宇宙的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



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