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读完沈建其《现今物理学发展方向？》一文之后，心情复杂，感慨颇多。一方面感慨沈先生的才华，另一方面感慨沈先生的武断，等等。 此时，我想起了19世纪末期的物理学情况。当时，以经典力学、经典电磁场理论和经典统计力学为三大支柱的经典物理大厦已经建成，而且基础牢固，宏伟壮观！在这种形势下，难怪物理学家会感到陶醉，会感到物理学已大功告成，因而断言往后难有作为了。这种思想当时在物理界不但普遍存在，而且由来已久。19世纪的最后一天，英国著名物理学家W．汤姆孙在新年祝词中说；物理大厦已经落成，所剩只是一些修饰工作。然而，不到二十年的时间，物理学发生了生产翻天覆地的变化。问题恰恰出在是被当时物理学者认为最为可靠的牛顿绝对时空观上。 科学发今于，人们看到“从对称性出发到方程再到实验”这个反向连锁方法建立起来的相对论（广相加入了等效原理），有着惊人的数学美而让人信服，远比其它可能的方案更为简单，而且奇迹般地被无数事实所证实。正是这个原因，许多物理学者认为相对论相当完美。一切物理现象似乎都能够从相应的理论中得到满意的回答。因而断言往后难有作为了。沈建其在文中也急切地断言：新物理必然还将出现，但绝对不会在现今物理学已经触及到的能量范围和尺度范围。 有心人不难看到，现在物理学者言论与19世纪末期物理学者言论何其相似。然而，历史往往喜欢重演惊人相似的一幕。也许过不了多年，出现了这样的新物理，现在被人们奉为圣物的“对称性”将被“压缩”成一个影子。若出现了这种情况，沈先生又有何话说？ 认识论上有这样一个根本性的先决条件：概念和判断只有当它们同观察到的事实相比较而无分歧时才是可接受的。如果出现了这样的情况，即，“从非对称性出发到方程再到实验”这种反向连锁方法建立起来的封闭性理论也与已有的实验相一致，就说明“相对性猜想”这个概念和判断与观察到的事实相比较有分歧。此时此刻，我们应该重新审视相对性，而且还要像对待狄拉克的磁单极子理论那样，允许非对称理论并存于目前物理学中，以便尔后科学实践分辨出谁的正确性。 从运动力学角度讲，一个质点会因运动而具有能量增量（动能）EA，EA的定义除了能量守恒律外，还联系于这样一个猜想：自然界中是否存在着绝对运动状态（物理学的相对性问题）。失去了这种联系，它就成了一个不可观察量了。倘若用能量的形式来表述力学规律（如拉格朗日方程组、哈密顿方程组等），那么力学相对性原理也可以作如下表述：当运动质点的能量增量（动能）作为一个客观物理量引入后，力学规律必须认为其他物理量与它之间的关系，此种规律在各参考系具有相同的形式，而且这份能量没有为绝对参考系存在留下判据。在这里，我们可以把前部分内容接受下来，对于后部分内容则采用反向的猜想，构成非对称性假说。非对称性假说（第一公设）： 当能量增量作为一个物理量引入后，力学规律必须认为是其它物理量与EA之间的关系，该规律在一切坐标系中具有相同的形式，但是EA为绝对参考系的存在留下了判据。回路光速不变假设（第二公设）：在任何惯性参考系中，沿真空中任一闭合路径传播的光信号的回路平均光速都等于常数c，与光源的运动和空间的方位无关。 第一公设要求运动质点的总能量不再是参考系空间坐标的函数，而是改定义为绝对参考系空间坐标的函数，它的能量场梯度等于外力。这样一来，EA将是质点相对参考系速度v和参考系绝对运动速度v0的函数，记作：EA = EA（v0，v）。结合第二公设足以得到一个逻辑自洽的、涵盖着经典物理学和相对论（在特定条件下，它又退化为经典物理学或相对论）的新动体的电动力学，而且奇迹般地与已有的实验相容。新理论同样具有简单性，可操性（新的对钟方法）。在新理论中，尺缩、时滞和质增是“能量增量”这个动力学原因所导致的现象，即尺缩和时滞因子是能量增量的函数，因此，运动车厢中观察者可以通过观察尺缩或时滞效应来确定运动质点的能量增量及场梯度方向，以便确定车厢的绝对运动。 此时，沈先生自然要问（正如文中讲到的李和杨的一个重要的点睛之笔是问相似）：为何几百年来相对性原理在物理学中用得好好的，没有出现过什么矛盾？这是因为几百年来的实验中用不用第一公设的后部分内容都无所谓，也就是这部分内容在已有的实验中变得不重要了，因此也就没有出现过麻烦。比如，在牛顿“质点碰撞”力学和场外力学中，我们能直接测量的是等于一对作用力与反作用力作功之和的那份能量，至于施力体（或受力体）贡献了多少，纯粹是假设的东西，更确切说，是用什么假设更合适的问题。纵是我们随意指定某一星系为“优越”参考系，而运动质点总能量定义为该系的空间坐标函数，且能量场梯义等于外力，也不会破坏能量守恒律和牛顿定律。又如，在相对论同地对钟实验（如原子钟环球航行实验）中，时滞效应环路积分v0的影响项为零，两种理论的计算结果相同；在异地对钟实验（如运动体横向红移实验）中，回路光速不变原理允许实验室单向光速可变，单向光速可变必然会带来了一级多普勒效应，这个效应在实验误差内总是掩盖了v0的影响项，虽然两种理论计算结果（二级量）稍有差别，但在与实验误差范围近似相等。只有尔后更为精确实验才能分辨谁是正确的。这就表明这种探索是有意义的。等等。 |