时空者,工具也:转贴陈绍光 汪 斌 陈其良《物理学的时空是描述物质运动的工具》
最近吴水清会长的博客公布了此文,我再转贴,意在平息‘绝对时空’与‘相对时空’长期无聊的争论,更希望人们不要把等效于动量能量变化的‘时空收缩’、‘时空弯曲’等虚幻的人为概念当作真实的物理事件来讨论。总之一句话:物理学的时空者,只是人为的工具也! 物理学的时空是描述物质运动的工具 陈绍光(江西省科学院副研究员)汪 斌(深圳大学 客座教授)陈其良(深圳联思公司 高级工程師) 古代流传下来的朴素的观点,空间是指盛装万物的容器,时间是指物质运动变化的顺序。哲学的时空和数学空间正是这种朴素的、抽象的、不需要操作定义和计量单位的定性时空。物理学是定量的实验科学,物理量和动力学方程可用具有计量单位的质量m、时间坐标t和空间坐标r完备地描述,t和r必需有可操作的定义。物理学的时空是定义了时间单位和长度单位的可用于计量的各种坐标系,是用来测量物理量並通过研究各种物理量之间的关系来发现物质运动规律的,其显著的特征是可操作性和定义性。从定义的人为性和多样性可见:光速无限大的伽利略绝对时空t|r|m和光速有限恒定的闵可夫斯基平直时空(t r)|m以及爱因斯坦的弯曲时空(t r m )等都只是一种工具。但是,人们在运用具体的物理学时空研究物质的运动规律时,头脑中同时还保留着抽象的数学和哲学的时空,并往往把物理学时空与数学和哲学时空混同起来。而数学空间和哲学的时间、空间是无须计量的,从而不需要可操作的定义和计量单位。人类过去很长时间一直以为在不连续的可见物体之间是什么也没有的空间。当发现空间中有空气后又认为抽掉空气后的真空是什么也没有的空间。当发现宇宙背景辐射知道真空並不是空无一物之后,又认为微观粒子的电子与原子核之间总应该是空的。经典场论和量子场论的发展,特别是真空涨落效应也被观测到了之后,才知道粒子之间填有並充满着各种连续的场。但习惯上还是认为连续的场也是在空间中运动的。一个令人深思的问题是,既然分离的实物之间充满着各种连续的场,实物与场的存在和运动是物质的本性,它並不需要物质之外的腔体(作为容器的客观时空)来装载它,或者说,没有客观时空这个容器,物质照样在运动着。实物与场的运动用坐标系(物理学的时空)描述就行了,对物理学来说,物质之外的容器(客观的时空)是否还有独立存在的必要呢? 无客观的时空隔在时空定义与动力学方程之间,时空定义与方程直接地融合成一体后,才能与客观世界建立联系而被实验检验。例如光行差观测法只有结合牛顿动力学求出的地球运动轨道,才能间接地证伪单程光速无限大的假定。动力学方程与时空定义相融合的自洽的体系是唯一的,对方程进行任何的修改都会使该体系不自洽。物质的运动是实物与场的混合运动以及力学与电磁学的综合运动,而且光速内含在时空定义中,使得可被实验检验的力学与电磁学的动力学方程必需用同一个时空定义的坐标系。对理论体系的起码要求是内部自洽。实验检验是理论体系与外部世界的关系,是指理论与客观规律之间的符合程度。自洽的理论体系不一定完全经得起实验检验,在被实验证实、尤其是证伪的过程中,理论体系不断地改进和发展,从牛顿力学发展到相对论力学和量子力学。理论体系的重大发展总是伴随着物理学时空定义的改进,我们拭目以待新的时空定义出现在中国。 |