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注：－－－－－－后为笔者感想． 文章主旨是：想从宏观电磁场理论的发展来谈谈与电磁场理论有密切关系的相对论和量子理论以及理论物理发展中的一些问题的浅见 １：引言部分： Ａ：一个科学上奇特的现象出现了:一方面电磁场在人类社会中得到了最广泛的应用,它成为科学技术上一个新时代的标志,在那里电磁波像其它任何物质一样,按自己的规律运动,在一定条件下,可以改变传输的速度,频率,强度,同样也可以沿曲线传播.人们正在用越来越精确的办法来设计和控制电磁波的运动形式以满足各种信息工程实际的要求;而另一方面,在相对论中光的直线传播和光速的不变性已经成为的一个不可改变的“公理”,即使光线“弯曲”了,光速“改变”了,在相对论观点看来改变的依然不是光速的大小和方向,而是时间和空间的尺度. Ｂ：我们已经有足够的能力来相当精确地描述电磁波的波束、波速和传播规律,所以确实到了应该搞清楚电磁波的传播规律与相对论中光的传播方向与速度不变的“公理”的关系的时候了. ２：经典电磁场理论与现代电磁场理论 Ａ：我们从70代末开始首先对麦克斯韦方程组的数学问题进行研究.研究了方程组在数学上的自洽性问题,从经典数学的角度来看,麦克斯韦方程是不自洽的.因而经典场论中除了简单的规则形状外无法给出麦克斯韦方程组的精确的或完备的解.为了证明经典场论的不严格性和寻求麦克斯韦方程组的严格而完备的求解方法,从90年代起落续发表了三部学术著作 Ｂ：也就是说现在我们对宏观的电磁场问题的认识,已经不再是爱因斯坦时代的那种抽象的概念性的认识,不再只是一维平面波的认识,而是有了精确解决电磁波的各种传播特性的条件. Ｃ：关于现代场论与经典场论. 尽管我们把这一理论称为现代电磁场理论,但是它并没有改变麦克斯韦电磁场理论的基本内容,麦克斯韦方程组并没有任何改变.所改变的主要只是求解麦克斯韦方程组的数学方法.麦克斯韦方程组本来就是不能直接求解的,只有通过一定的变换才能得到可以解析或计算的形式.这种变换依赖的是一种“尺度”,不同的尺度对变换的等价性有不同的定义.经典理论用的是欧氏空间的尺度,现代场论用的是矢量偏微分算子空间的尺度,特别是它的旋量场子空间的尺度.这与其说是一种改变,不如说是把原来没有找到的合适的尺度找出来了.这一旋量场空间上的尺度的发现,在物理上搞清楚了两件事:一是原来电磁波与电磁场不是一回事,电磁波是电磁场中的一个子空间,它不是欧氏空间中的任意的矢量函数,它能够用两个独立的标量函数而不是欧氏空间中的三个射影来精确的表示.二是根据矢量函数的广义函数理论,麦克斯韦方程中的电流J也不再是经典函数形式的电流,其本身就成了电流与电磁波相互作用所产生的激励电磁波. ３： Ａ：所以这里产生了两个问题:一是哲学逻辑也变成了一种数学,反过来说,数学变成了一种研究世界观的科学.二是数学上出现了两类分析内容:在确定的数学范畴,如元素,尺度和运算规则下,进行的是纯数学逻辑的演绎,即在不多的几个“公理”所确定的运算规则下的严格的数学运算;而在两类数学范畴间的基本物理量之间的逻辑变换关系是不可能用已有规则下的数学运算来解决的,而是用逻辑的演绎来解决的,这一逻辑演绎也有数学的形式.这些就是带有哲学逻辑的数学.它的合理性,只能靠长期的大量的科学实验的认可.这一点从现代电磁场理论的研究工作中也可以看出来,在矢量偏微分算子空间或在欧氏空间范畴内的数学运算相对来说,都只是确定的数学逻辑上的演绎;而当我们必须建立两类空间上的物理量之间的逻辑变换关系时,这种变换的逻辑与其说是数学上的逻辑,不如说是哲学上的逻辑,它的合理性是靠人类实践经验来认可的.这也是现代电磁场理论研究中最困难的也是最容易引起非议的部分,但是我们相信这也是理论物理特别是量子理论中也必须迈出的最重要的一步. Ｂ：现在超光速的实验已经做得很多了.但是争论并没有因为实验而解决.因为光速(实际上不仅是光速机械波的波速也是一样),与人们直接经验所得到的物体速度是两种并不相同的概念.物体速度是与物体能量相联系的,而波的速度与波的能量无关;物体的速度与源和接受体的相对速度有相加性,而波的速度与源和接受体的相对速度没有相加性,但是源与接受体的相对运动会使光产生频率的改变. Ｃ：现在所做过的正常光速测量的实验中,也有可分两大类[9],一类为经典的测量,即速度等于距离除以时间,这类测量一般精度较低,而另一类则是电磁波尺度下的测量,认为速度等于频率乘波长.人们认可了这两类测量的等价性,实际上是有条件的.这就是所测定的波长是正常传播下的波长.但是什么是正常传播呢?正常传播一般是指无色散的传播,但是实际上也并非完全这样,所以实际上只能说光的正常传播就是传播光速等于爱因斯坦所给的那个c的传播.实际上大多数情况下电磁波的传播都是非正常传播.我们只要把导波系统从同轴系统变为传播H01模的园波导,根据电磁波的尺度,即频率乘波长的光速就超过了同轴线中的光速.电磁场理论以及信号理论都可以证明均匀传输线中的相速度就是信号的传播速度,因为信号是可以通过对相位的扰动来表达和传播的.所以论园波导上的信号比同轴线上传播得快,也已有实验报道了这样的结果.各种异常传播中电磁波的速度就更复杂了.那种以不变的速度直线传播的电磁波只是一种理想的情况,实际上并不存在.因为在实际系统中总是存在环境的影响,即使在真空中,电磁波也是扩散的,只有主轴的方向上才以理想的光速传播.现代电磁场理论应该可以计算各种异常传播下的相位传播速度.所以现在到了把爱因斯坦的“光速”与实际的电磁波波速加以区别的时候了 Ｄ：这种区分丝毫也不会影响爱因斯坦理论中那些已经被大量实践证明为正确的东西:．．．．．．所以光速与超光速的研究不会造成物理学的困难,而且一定会促进相关理论的发展 －－－－－－可见宋文淼老师并没有时间和精力去仔细研究相对论的本质，自然也没能看清楚相对论的本质． ４：从经典物理学到量子理论和相对论 Ａ：牛顿,玻耳和爱因斯坦都是人类科学史上划时代的巨人． Ｂ：是牛顿第一个揭开了自然界的谜团．．． －－－－－－－持宋文淼老师这样观点的科学精英为数不少，其实宋老师错了，这样的错误观点在教育＂战线＂一直占据着主导地位，而这正是自然科学中全球性的严重的错误（右倾）倾向（见笔者＜物理学基本概念的哲学大纲＞）在教育＂战线＂的反映，这样的观点一会误导学生，二会严重束缚科学的发展步伐，应该是清算这种错误观点的时候了！ Ｃ：在牛顿的自然哲学中,绝对时间和绝对空间是它的力学体系的根基 Ｄ：爱因斯坦的工作证明了牛顿第二定律的局限性.只有在一定的范围内物体运动的加速度与加在物体上的力成正比;在极高速度时,外力与加速度就不再成正比了.如果这时仍用“质量”来表示外力与加速度之比,就有:
－－－－－－－－－－可见宋文淼老师是认真地研究过相对论的，但不系统不全面，好象缺乏具体（！）的研究，他看来是认真地支持相对论的，而不是人云亦云地支持，也不是固执地支持－－－有了科学精神和理性的力量，相信他会转变看法． Ｅ：量子力学和相对论的出现无疑是科学史上划时代的成就,它使得人们的认识突破了牛顿力学的框架.我们或许可以这样来说明它们的科学意义:牛顿的自然哲学体系或许是与人类直观感觉能力联系在一起的,而量子理论和相对论所描述的物质运动规律已经超出了人们的直观感觉能力.这些理论与获取理论的那些实验事实之间往往有那么大的距离,这个距离是无法用人们迄今为止所直观感觉的得到的那些经验来克服的.量子理论和相对论使得人类的思维能力有了一个飞跃,开始发展了一种抽象思维的能力.这与同一时期所发展起来的以希尔伯特为代表的数学上对抽象空间的现代分析理论,具有相同的特征.而且最后汇聚一起,形成了人类科学的一个新时代.需要说明的是,这种抽象思维的方法是人类在远古时代就具有的,但那时这种抽象思维,既没有数学形式,其物理内容也大都是和幻想纠缠在一起.它的精华发展成思维哲学,而更大部分是与信仰联系在一起. －－－－－－－－－－宋老师如何评价伽利略呢？？？ Ｅ＇：而从爱因斯坦,玻耳和希尔伯特起哲学逻辑开始与数学与物理学联系在一起.没有数学形式的纯哲学对于科学的发展是不容易起到确定性的作用的.这就是发生在上一世纪初以爱因斯坦,玻耳为代表的科学家们对于科学哲学的所进行的人类历史上最激动人心的辩论与古希腊和中国战国时代的哲学论战之间的性质上的区别． －－－－－－－－－好象没有谁不承认数学的重要性，但如若过分地强调它而忽略哲学的重要性并在现实科学研究生活中发生作用，那就不能不说是一种错误倾向了，而现实是这种错误倾向的恶劣影响非常之严重！或许宋老师的本意并非过分强调数学？是的，哲学的确堕落了，很多人搞不清到底什么是哲学（在上海＂榕树下＂网站的辩论中就有人混乱地论证而且自以为是运用着哲学），搞不清作为个体的自己应该如何研究哲学，搞不清哲学应该研究和回答些什么样的问题，认识不到哲学的重要性．．．．．．哲学是该发展了，是该恢复它本来面目的时候了． Ｆ：从总体来说,不论量子力学,还是相对论都没有形成牛顿的自然哲学体系那样完整的科学哲学体系 Ｇ：牛顿力学的应用范围确实有一定的限度,超过了这个限度就不完全适用或甚至完全不适用,但是在适用的限度之内它是完美的！而量子力学和相对论在任何意义上都还谈不上建立了完善的哲学的数理逻辑体系. －－－－－－我从前面所有的论述中已经可以隐约看出宋老师也困惑着，您感觉到了吗？ Ｈ：电磁波本质上是一种能量,它的“质量”只是与有质物质的质量在逻辑上有某种等价性的“物理量”,而没有任何数理逻辑上的等价关系. Ｉ：也许确实如康德和牛顿所说,时间和空间是先验的,它是人类长期经验所认可的,这里所谓的长期经验是现代科学发展的短短的历史所无法比拟的那种长期.在哲学或科学逻辑下都无法用任何实验来证明某种时空观的正确性,因为描述任何实验结果的前提就必须先有一个时间和空间的概念. －－－－－－－－极其精要的论述！我之所以为＂烦爱因斯坦＂先生（在www.hongbin.bbs.xilu.com时间是什么（时间的本质问题今天终于解决了）＞ 如此地欢呼也是基于同一认知． Ｊ：爱因斯坦关于空间弯曲的著名的实验,从实验的基本事实来看,只是在日食过去以后,感光底片上所出现的最前面的暴光点的位置,这个位置也许差了个或零点几毫米.爱因斯坦就证明了太阳周围的空间是弯曲的;当然从电磁场理论也可以从计算电磁波经过物质边缘产生的绕射来说明为什么暴光点位置会产生这样的改变.所以要证明空间的弯曲,先要有空间弯曲的理论模型.要证明光,即电磁波是可以弯曲的则要首先有空间不弯曲的模型.这个问题讨论起来实在太复杂了 －－－－－－－－－－－可惜宋老师没有接着再往前跨上一步．他的思维受到如下所谓＂事实＂的严重的干扰（宋老师没有足够的哲学思想的准备－－－－我的＜论宇宙的性质＞＼＜新物理学宣言＞中有相关的论述） Ｊ＇：但是能量质量之间的互换公式是可以而且已经为实验所证明的,我们认为外力与加速度之间的非线性关系可能也只是能量质量变换关系的另一种等价的表达方式.是爱因斯坦首先让人们接受了这个理论,这一贡献就已经足够了 Ｋ：即使它所提出的而且因此得到了人们对理论认可的解释,以后被证明“并不是真东西”,也丝毫不影响他的伟大贡献.科学发展的历史就像攀登被迷雾和覆盖物笼罩的山峰一样,首先攀登上去的人一般都不是沿着以后人们所发现的山体的“最平坦的真实道路”上去的,而是凭着一根悬挂的绳索或藤萝上去的,他的脚下是不是真正的路,这又有什么关系呢？就像麦克斯韦的感应电流,玻耳的几率波,都可能“并不是真东西”一样.如果后人发现了新的路,那也是因为他跟着这条并不是“真正的路”的路攀缘了不知多少次以后才发现更真实的路的. －－－－－－－－－丝毫不影响他的＂伟大贡献＂恐怕很难说，我们还得好好再研究研究历史，研究研究是不是有自欺欺人的嫌疑再说，科学家也是有血有肉的人，是美是丑或者甚至是＂真恶＂（已经自觉但为了自身现实小利而利用人类的蒙昧状态去伤害甚至欺骗全世界）或许还有待评说．但是可以毫不夸张地说，＂伟大贡献＂是人类仍然在相当程度上处于蒙昧状态的明证，是整个人类应该汲取的教训，是对人类理性及哲学堕落的莫大讽刺．当然，如果爱因斯坦是＂美＂的，那么有谁会不同意您的这个观点呢？至少，不会去反对． ５： Ａ：常常让我想起大学时代不断受到唯物主义者批判的培根的一句名言:“物质就是感觉的总和”.现在我们说科学实验是检验真理的唯一标准,但是有哪个科学实验能够离开人类的感觉呢？ Ｂ：．．．这些结论又大大超越人们现有的经验,即使它的结论是正确的,也是非常难以为人们所接受的 －－－－－－－－还在为相对论作哲学辩护 Ｃ：也应该开辟理论物理学的更广阔的道路:与工程科学技术结合的道路 －－－－－－－－科学主认知，技术主应用实践，由于科学认知需要技术手段，现在他们在很多人头脑中变得有些混淆不清了．从现实和经济角度考虑，科学研究应该是为了技术应用，在这个角度上结合或许才是正确的方向．－－－我是讲或许，但我很倾向于现在的观点．在西工大会议上（星期六晚上）我讲到自己转向技术应用方向，也是为了吃饭． Ｄ：千万不能小看工程和技术科学中所蕴含的理论物理的丰富性和它们在发展理论科学中的极端的重要性.千万不能认为宏观的理论就只是唯象的近似的理论. －－－－－－武汉空军雷达学院的一位教授说：麦克斯维方程组在工程应用中已经可以发现存在严重错误，这次会前半年我就与他联系，无论手机还是家里＼办公室的电话都联系不上．．．．．他是反相对论的，主张彻底抛弃相对论． Ｅ：现在世界已经形成了支撑全球经济的三大工程技术系统:实体物质的输运系统,能量的传输系统和信息的传播系统. Ｆ：我们能否把理论物理的思路放宽一些,除了传统的量子力学和相对论外,把当今对人类生产和生活影响最大的三大工程技术系统中的物理问题:这三大工程技术中的不同对象,实体物质,能量和信息的物理学特性以及相互作用也作为一种基本物理理论探索的对象. －－－－－－－肯定是探索对象，那应该是技术性质的吧？思路放宽些，作为物理理论探索也罢？能作为一种基本物理理论探索的对象吗？或者我们不妨持开明的观点来得更好些吧，不开明也不行，历史是不以（某些）人的意志为转移的，或许能杀出一条路来，但愿如此！谁不希望科学取得进步呢？关于这个问题光靠先前历史经验获得的哲学是不好回答的，应该进入并结合具体的研究，再用哲学头脑把把脉才有发言权－－－－－－研究方向很重要，没有广泛而深刻的涉猎，没有哲学眼光的远见，吃苦头的可能性是很大的． Ｇ：许多存在于极端环境下的物理现象和问题,实际上在工程技术环境中同样存在.只是在那里这些问题大都隐藏在各种不同类型物质的复杂的相互作用过程中,不能像在某些特殊环境中那样突出某个特殊的物理现象.所以很多基本粒子和抽象的理论常常需要先在那样的环境中被发现和得到部分的检验.而最后的检验恐怕还是在与人类生产和生活相联系的工程技术中 －－－－－－－－！！！！！！！！ Ｈ：人类依靠感觉和思维使科学技术不断地向前发展,所谓思维能力就是发现,创立和接受自然哲学数理逻辑的能力.在上面对爱因斯坦的空间弯曲的实验的例子中,就说明了任何一种理论都有两头:它的一头是很简单的人类所能直接感觉到的事实;另一头却是极其抽象的理论.这两者之间需要一个为人们所能接受的自然哲学逻辑通道.不必埋怨,也不必担心芸芸众生的接受新理论的逻辑思维能力,这种逻辑思维的能力也正是随着科学技术在生产和生活实践中应用范围的扩展而逐步扩展的.在实验事实与理论之间的逻辑思维通道还没有真正打通时,没有任何伟大的人物能够强迫人们去长期接受一种新的理论.这就是研究和发展工程技术科学领域中基本理论研究的重要性,或者说理论科学与应用科学联系的重要性. －－－－－－－－－－－－＂这两者之间需要一个为人们所能接受的自然哲学逻辑通道.＂！！！！＂不必埋怨,也不必担心芸芸众生的接受新理论的逻辑思维能力＂（科学的平民意识）！！！！＂在实验事实与理论之间的逻辑思维通道还没有真正打通时,没有任何伟大的人物能够强迫人们去长期接受一种新的理论.＂（看来是指相对论喽）！！！！＂这就是研究和发展工程技术科学领域中基本理论研究的重要性,或者说理论科学与应用科学联系的重要性.＂－－－－－宋老师好象有否定相对论的思想准备？宋老师显然找不到相对论的．．．．＂逻辑思维通道＂，想用这个方法进行判决？．．．．．． Ｉ：任何复杂的抽象的自然和社会的问题最后都可以通过数字的运算并表达出来 －－－－－－－－－这个论断怕是不能成立吧． 转自 物理 [ysg.xilubbs.com] |