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从求真哲学到求象科学
[楼主] 作者:youngler  发表时间:2005/10/05 15:12
点击:423次

 

  从求真哲学到求象科学

  一个天涯工程师,有兴趣于思考基础科学的问题,在一个缺少科迷的时代也许值得鼓励,不过这种思考更多的是孤独的探索。也许所有的思想探索,伟大的思索还是平凡的思索,最初的时候总是一种孤独的思索。感谢网络时代,能够把天涯海角的学者思想相连,多少减少了思考的孤独感觉。不过,探索性的思考本质上是孤独的,科技的进步不能从根本上改变人类思维的基本性质。比如,过去处于学术中心的科学家,即使没有网络的时代也不存在学术交流不方便的问题,那么他们就没有思考孤独的感觉吗?不是的,即便是主流的思考有时也不免孤独,因为还在思考的问题,总不是完全主流的问题和流行着的问题。如果确实要说有不感孤独的学者,我想唯独讲台上宣传科学的老师总不是孤独的学者,因为台下有听他讲课的学生 ……
  尽管时代走到了科技通讯时代,但是很多职业人群也许天生不是很善于向社会介绍他们的思想。一群人如果不愿意介绍他们自己的工作想法或者无暇向大家介绍他们的工作想法,那么光纤网络时代也无法帮助他们和他们的想法被公众了解。职业科学家也许就是这样一群人,他们也许能够研究科学,却可能不知道如何向公众介绍他们的工作。我总觉得这个缺陷在二十世纪的科学职业化时代表现得更为严重。介绍现代物理学理论的科普书很少很少,偶尔有个人坐在轮椅上写了一本介绍时间问题的书,也显得非常珍贵,也非常值得庆幸。我总觉得这个事情是一个悲剧事件,世界上那么多的好手好脚走路的专业科学家,为什么不腾点时间出来写一些更好的科普书籍和科学哲学书籍呢?

  1、求真的哲学,实用的科学?
  一直来,我沿着自己的思路理解物象世界,不过有一点我倒也能够同时接受现代科学的现实,也许想信某种哲学或者是某种直觉意识,现实的东西总有它存在的理由,虽然未必都是因为正确而存在。也许我们也是忙于思考自己思路上的问题,也无暇去思考职业科学家社会的问题,为他们的不正确理论的合理存在做个完整的诠释。虽然职业科学家天生不是很善于向社会介绍他们的思想,但是他们论证存在的理论就是正确理论的文字却总是浩如烟海。虽然可能连他们自己也知道,历史上此类论证总是经不起历史的检验,但是似乎总是有人乐此不疲于此类的工作。也许做这方面工作的人不是实验室中的那些职业科学家,而是一些科学记者,科普作家,理科博士,其中可能也有哲学教授、评论家和科学史工作者,各色各样的人。科学由于片面的宣传,科学的操作真相被无形之中埋没,留在人们头脑中的科学形象某种程度上只是科学的面具。
  我当然很早就知道,科学更多的是作为一种实用理论走上科学的舞台,只不过这个问题在相对性理论事件上也许显得更加淋漓尽致而已。当然这是我们的部分学者的看法,很多职业物理学家可能不同意我们的看法。不过一直来本书作者无暇顾及去做一些文字工作,去说明现代科学众多的格局理论中哪些理论只是一种实用性的理论,它们如何以其理论的实用魅力赢得科学家们的欣赏。
  当然我也非常清楚,古希腊时代的科学以求真的哲学为风格特色。古代的哲学家们纯粹是出于对于思辩的爱好,在没有走出地球的时候讨论地球是一个圆球,在没有看到原子的时候讨论原子,在没有物质变化科学的时候,相信万物源于水。那个时候实际上只有哲学没有科学。但是自 Copernicus 、Galileo 他们开始,近代科学的诸多深层事理的发现,科学开始表现为具有实用功能。Copernicus 的理论能够更容易地编制出行星图表,Galileo 的惯性理论能够更好的预测物体的运动位置。但是有历史学者吴国盛先生指出,由于理论的实用性发现滞后,Copernicus 的理论在他的时代是一个非常倒霉的理论,一方面受到宗教的反对,同时也受到科学社会内部的理性反对,很多天文学家考虑运动的地球会导致很多无法解释的事情,不相信地球运动的说法。现在我们都知道是地球绕太阳转,其实在大家都说‘太阳绕地球转’的年代,‘太阳绕地球转’才是更加符合常识更具正确感觉的说法。同样,那个年代人们听 Galileo 说‘物体能够自己保持运动的性质’,可能会觉得是 Galileo 先生在给朴素的物体添加魔术法力。Galileo 遭到审判和幽禁,Kepler 作为皇家天文学家却在生活贫困中离世,Descartes 的思想在法国祖国响应寂寞,它的书出走荷兰,他的人远走瑞典。科学伟大思想在它的问世初期,总是更像是错误的思想而被冷落。后来这些思想拓荒者们的思想在英国结出理论硕果,但是欧洲大陆的学者们并不欣赏 Newton 捡到的那个美丽的贝壳。Newton 的书 1687 年在英国出版,47 年后的 1734 年,欧洲大陆才有介绍 Newton 理论的书出版。所以人们接受近代科学,决不是因为人们听懂了近代科学的观点,而是基于这些思想的普遍引力理论,能够讨论地球有更长的赤道周长问题引起了人们的兴趣,引起人们对于近代科学的关注。人们可能不喜欢这样的说法,但是很多历史学家喜欢这样的说法,比如有一本书《科学的历程》就是这样说的:1735 年的地球周长测量表明 Newton 的理论是正确的,这此活动使 Newton 理论在法国及欧洲其它国家获得承认,法国因此出现了一批卓越的分析力学家。
  也就是说,即是正确的科学,如果没有实用的价值,也会被当作错误的理论而埋没。朴素力学在二十世纪失去前沿探索的地位,也许就是这个思想的一种印证。

  2、科学理论越来越正确吗?
  也许有人觉得科学的发展,越来越是更加正确的理论。但是也有学者指出,面对困惑的问题,科学解决困难问题的最好办法是创造一个错误的理论,因为创造正确的理论必定更加困难。这个说法最早见于李可先生的《拯救时空》一文。面对行星轨迹问题,想个圆圈加圆圈的办法不是困难,剩下的更加只不过是一种数学技巧。但是发现力学理论,却走过了 Copernicus 发现正确的坐标系,Tycho 积累丰富的星象资料,Kepler 找到正确的轨道形状,Galileo 的惯性思想帮助 Newton 做出综合的分析一系列曲折的工作历程,才捡到一个美丽的贝壳。科学历史学家不难发现,科学的历史上充满着在问题的前期提出的种种错误理论,比如 Ptolemy 圆圈加圆圈的行星轨道理论,Aristotle 的力是运动的原因解释,物质的重性和轻性,Stahl 燃烧是因为有一种燃素物质。现在我们知道,这些符合常识的自然而然的理论是基于错误思想的有用理论,但是这些理论在那些问题的初期时代,不可否认确实是那个时代科学能够解决困难问题的最好知识体系。所以困难问题的初期,科学解决困难问题的最好办法是创造一个错误的理论。
  不过,好像有一个人例外,那个人是 Descartes 先生,Descartes 先生是谁?就是发明解析几何直角坐标系的那个科学家。他以严格追求理论的可靠前提而著称,但是此人除了留下解析几何数学和机械论哲学,没有具体的物理工作留下来。科学的严格和实用也许是鱼和熊掌,在困难问题的初期不可能两者都得到。也许有人会说,Newton 的理论,既严格又实用,但是仔细想来,Newton 这个理论并不严格,很多后来的科学家指出引力的超距作用性质。这个问题是,为了解释行星能够在天空永恒运转,Newton 假设天空是没有物分布质的真空空间,而后为了解释行星为什么能够围绕着太阳运动,又假设真空中的行星受到太阳的引力作用。真空是一个没有物质的区域,其中的物体没有受到任何的物质碰撞作用,应该是一个没有受到任何力作用的物体。所以朴素力学这两个假设是不够严格的,而且是相互矛盾的假设。
  关于相对性理论的问题,我们知道,声音是追不上超音速的飞机的,那么如果我们高速运动,我们会测量到光信号追赶我们将更加困难吗?Einstein 认为没有这种困难,他举例说,星光在宇宙空间奔向地球的速度,与太阳系在银河系中的运动以及地球在太阳系中的运动无关。那么我们相信相对性理论的光波运动模型正确吗?过去的科学理论以书籍出版,以论文形式理解。二十世纪的物理理论以论文形式发表出来,却以浩如烟海的专著来解读。对于相对性这样的理论,也许有多少学者就会有多少种理解。如何理解一个时代的科学理论,是这个时代很多人的问题。不过这个问题在过去的时代里,可能是一个科学传播问题和教育问题,在今天这个问题可能成了一个复杂的哲学问题。

  3、科学探索的各种因素更好了吗?
  也许有人会说,人类的智力在不断进化,教育规模的扩大,学者数量的增多,科学智慧的积累,科学是用越来越好的思想解决问题,不会出现过去用错误的思想创造只是实用的理论这种情况。当然大家都希望科学美好无邪,我们也一样。但是万事有有利的一面,也有不利的一面。人类的智力水平更进化了吗?请不要低估过去哲学家的智力和智慧,在没有见过原子的情况下搞出原子理论,在没有飞出地球的日子里,提出地球是一个圆球的学说。现代人的智力当然不会退化,但是生物进化也不可能很快,两千年时间作为生命进化历程只是微不足道的瞬间,人类的智力水平会有一个明显的提高,肯定不符合进化论思想。很多人指出,事情可能相反,现代人的工业社会可能并不有利于智力活动,知识型教育对于科学探索或许也是一种扼杀,学者数量的众多也可能是迷信有了更大的市场,科学智慧的积累总是好事,可是忙碌的现代学人,有几个有闲心坐下来回忆科学过去的故事!
  那么在刚过去的科学时代里,今天以至将来的科学时代,科学面对新的困难问题,科学家会创造一个错误的理论作为解决问题的最好办法吗?关于这个问题,让我们从科学的困难问题、理论创造和理论选择三个角度来分别考察。那么,以后科学的问题,由于前人解决了大的问题,是一些小问题吗?光速的问题是简单的问题吗?即使和大地形状问题相比,光速问题也不是一个小问题。我们不是没有可能在光速问题上走进了错误。也听到有位 Horgan 先生更为悲观的观点,他说,科学总是先是解决容易解决的问题,而总是留下更难解决的问题。也就是说,现代科学的问题更加困难,比古代哲学更容易走错了路。
  再说理论的创造,科学家有创造理论的原则吗?翻开科学的历史书,可以发现科学有过的形形色色的科学思想,0 不是数,根号 2 没有道理,大地是一个平面,天上的星星不会增多不会减少,等等。今天的科学思想照样自由开放,速度 1 + 1 = 1.8 ,猫是死的又是活的,宇宙是在一次大爆炸中产生,时间有起点,空间 26 根坐标轴,等等。也许科学家有一个原则,即科学的理论是数学化的,同时是为了解释物象,除了这两个原则,应该就没有别的原则。
  再说科学家对于理论的选择。当然科学家可能也是本着良好的出发点希望在众多的理论中选择更加正确的理论,可是什么样的思想是错误的思想,什么样的理论是正确的理论呢?
  也许有人会说,科学是用实验来检验一个理论的正确性。不过,Kuhn 先生之前,就有 Locators 先生指出,科学家对待理论和实验的不一致,科学家本来就有很多处理办法,首先是检查实验,然后是调整二级理论,一级理论通常情况下不允许被实验推翻。比如,你可能发现能量不守恒的例子,但是你能推翻能量守恒定律吗?一个世纪前,放射性的发现,能量变得不守恒,但是科学家马上发明核能的概念,能量又马上守恒了。据说中国的物理大学经常收到能量不守恒的演示实验装置,那么能量守恒被实验否定了没有呢?你发现一个能量不守恒实验,真是踏破铁鞋无觅处,可是数学家在不等式上加一个数,让它变成等式,却实在是轻而易举的事情。现在你说说,你是否还认为理论能够用实验来纠正吗?
  扯远了话题,回到思考主题的问题。从科学的困难问题、理论创造和理论选择三个角度来分别考察,科学可能面对越来越困难的问题,学者们可能提供形形色色的理论,我们的实用性选择,会不会把思想错误而实用魅力迷人的理论推上科学的舞台?2000 年前,古代哲学家们面对 Aristachus 的地球绕太阳转的理论和 Ptolemy 的太阳绕地球转的理论,选择了模型错误而理论完善的后者。箭离开弓,还能继续飞行很远的距离,可是 Aristotle 错误地选择了力是运动的原因。我们也曾经跟着 Newton 相信光是一种粒子流。这些都是错误的选择,我们是否还会有类似错误的选择?被告原告会有各种各样的主张,法院的判决取决于法官对于法律、原告被告主张的理解,其中法官的理解又是最关键的一环,他是案件是否成为冤案的关键守门员。那么科学有理想的守门员吗?

  4、相对性理论也是错误而有用的理论吗?
  相对性理论是解决力学现象和电磁现象之间的那些边界物象。比如太空是真空还是物质?光相对于什么参考系运动?光是力学问题还是电磁学问题?力学现象和电磁现象哪个是更本质的现象?物体在以太中高速运动会怎么样?大家想一想,这些问题简单吗?会是一步可以到位解决的问题吗?是不是比地球绕太阳转更困难的问题?还有相对性理论满意地解决了这些问题没有?这些问题如果是很难解决的问题,更不可能是一步可以解决的问题,那么我们可以毫不夸张地说,一个世纪以前的科学有产生‘错误而实用的理论’的课题条件。这些问题肯定不是简单的问题和一步到位能够解决的问题,至于领悟地球绕太阳转更困难,还是领悟太空是真空还是物质更困难,这个问题还需要等以后的历史学家来做出结论。从相对性理论一直来受到的批评来看,理论在前沿问题上受到欢迎,但是总是不能让大多数的学者感到满意。
  那个年代科学需要以太理论,或者用现代的名词来讲,是需要场论处理光波速度问题。那个时代以太运动模型五花八门,但是数学化的理论不多。1892 年最先产生的是动力学性质的 Lorentz 的电子论,后来是运动学性质的相对性理论。相对性理论和电子论在数学形式上是相似的,区别主要在思想上。可以说很长的时间里,相对性理论没有多少竞争优势。很多著名科学家成功阻止相对性理论摘取 Nobel 奖说明,Einstein 的相对性理论和引力理论在 1920 年前后还没有取得领导地位。但是,Einstein 是一个善于发现科学的理论问题和善于创造数学模型的学者,他还有他的引力理论,基于这个引力理论,1919 年 Eddington 发现了太阳附近星光的超常偏折轰动了科学界,Einstein 发现自己一夜成名。科学就是这么地戏剧故事,不过,历史学家相信科学有其历史规律,通常不相信戏剧性的理论会是科学历史的插曲,也不相信戏剧性的实验对于理论的判决作用。应该说科学中,科学理论的计算结果与观测结果存在细微偏差的地方很多,水星轨道曲度的细微偏大不是一个很有趣的问题,不应该导致一个理论的产生,但是细心的 Einstein 意识到这是一个理论问题,于是用水星轨道曲度的细微偏大推出引力中光波的双倍曲度。Einstein 的系列理论具有更大的理论力量。
  科学哲学家说,科学是一个进步的阶梯,本来就可能工作错误的思想上。但是科学的戏剧是,一个走上科学舞台的流行理论,总会被那个时代的人们当作完美正确的理论。一种科学理论不管是对是错,走上科学的领导地位以后,总能够征服几乎所有的专业学者和赢得整个地球人类社会的信仰,想来也是很正常的事情。不管这是历史的局限还是信仰的不应该,这是历史的规律事实。不过,这种现象好像有个例外,这个例外就是相对性理论。相对性理论在很多机械论者的协力抵制中走上科学的舞台,但是走上科学舞台以后的相对性思想,又总是受到部分专业学者以及其它领域学者的不断批评和抵制。所以从某种角度而言,相对性理论在走上科学舞台的大理论中,是最没有获得普遍认可的理论。
  相对性理论肯定是一个有用的理论,相对性理论是不是错误的理论,这是一个跨越历史时空的但是还没有争论结束的问题。不过也许最能为大家接受的关于相对性理论的评论是这一理论的学生 Hawking 先生做出的,科学理论都是一种数学模型。

  5、科学社会如何选择理论?
  相对性理论是正确的理论还是错误的理论,从实用科学角度也许是一个无意义的问题,但是求真风格的学者感兴趣的人们,当然还是可以继续迷恋于争论相对性理论是对还是错的问题。诚然一个天涯工程师也许没有资格断言一个有用理论的错误。我是兴趣于这样的科学社会学问题,如果一个科学社会有长期无法解决的许多困惑问题,此时发现一个理论能够某种程度解决这些困惑问题,科学社会会如何选择?一个错误的有实用价值的理论是如何获得职业科学家们的欢心,并成为他们心中心怡的理论?是因为理论的有趣吗,是因为理论解释了实验吗?如果不是,那又是因为什么?
  也许,有人会说,美国人 Kuhn 先生的‘科学革命理论’早已回答了这个问题。Kuhn 先生认为,科学家是因为知道后来的理论解决了过去理论不能解决的问题,投了后来理论的选票。本书作者比较欣赏 Kuhn 先生的范式转换理论,但也觉得这个范式转换理论并没有满意地解释了相对性理论现象。相对性理论是属于那种解决一个问题生出更多问题的理论。它似乎解决了以太乌云,却生出数不清的理论佯谬,科学家是因为相对性理论解决了科学的问题投相对性理论的票吗?这种说法未免太滑稽了。另外 Kuhn 先生认为,后来范式总是优于过去的范式,但是从相对性理论受到广泛的批评来看,说这个范式优于机械论范式,这个说法未必能够经得起历史的检验。如果说 Kuhn 先生的观点并不细致,那么科学又是怎样一种操作方式?
  一个理论的魅力,决不是仅仅因为理论解决了过去科学家碰到的困难问题,也不是理论内部结构的完美,而是理论本身的可发展性。过去的困难问题,总会有很多‘马后炮’理论,别人做过论证的问题,你的再次论证,好也罢差也罢不会有人关注。理论内部结构的完美不过是一个理论门面,理论的实质毕竟是一个理论的思想。那么,一个理论的真正力量在什么地方?吾人认为,其它理论家可以接着延展这个理论,物象学家可以把这个理论做为寻找新颖物象的工具,这样的理论才是一个充满生命力的理论。比如 Newton 的理论,后来的理论家以此发展出分子运动论,地理学家以此发现地球赤道有更长的周长,天文学家根据该理论的计算,发现新的行星海王星。Lorentz 的理论很难发展,力学模型就是这样,行星在确定了恒星系统中的初始位置和初始速度以后,只允许存在唯一的轨道让你运行。可是用数学方法数学模型来解决物理问题,一旦获得话语权利,一张白纸,可以做任何数学作业。数学模型的问题在数学,因为数学方法毕竟不是物理方法,但是数学方法解决物理问题的长处也在于不是方法的方法的无限自由。继时空弯曲引力理论之后,Hawking 先生自由构造了黑洞的数学模型,又为科学的纯数学风格增加了一个盟友理论。据说还有一个更美丽的数学模型,弦理论。不会带学生的老师,他的理论却有很多的儿子理论和孙子理论。
  科学如官场,不是讲对错,不过成也官场,败也官场。一个人如果在官场,他有很多官场规则需要遵守,一个人如果在江湖,他可以耍其它更多的手段,所以很多时候,当官的斗不过江湖的,就是这个道理。总而言之,科学也许不是科学如何选择理论的问题,而是理论之间如何竞争的问题。

  6、理论只是寻找物象的工具
  也许,Eddington 先生确实是为了寻找广义相对性理论的证据,去观测太阳附近星光的偏移。但是,英国政府支持这一次行动是抱着 Eddington 先生一样的目的吗?证明广义相对性理论的正确,英国分享不到广义相对性理论的荣誉,反而可能会使本国的 Newton 理论减少光辉。所以我可以断言,英国政府完全是出于支持天文观测的角度支持这一次远洋航行,广义相对性理论在 Eddington 先生以外的其它人看来,这只是一个可能找到新的天文现象的奇怪理论。物象学家,phenocian,也就是实验物理学家,需要找一些物象成果以获得科学职业地位,能够找到一些新颖的物象是他们的光辉业绩和神圣使命。所以我可以说,科学理论在他们的眼里不过是一种寻找物象的工具。所以,现代科学理论首先是被作为寻找物象的工具而被物象学家采用。这方面的实用性是科学对于理论的首要要求,理论的实用性首先是指理论寻找新的物象的能力,理论的这一实用性是实现其它技术应方面的实用性的先决条件。否则,一个理论走不上科学的舞台,一切的潜在实用价值等于零。所以,一个理论是对是错,也许并不重要,因为更重要的东西是,一个理论是否能够给出时代性的实用价值,哪怕这种实用价值耗费很多的思想代价。
  正确的理论,比如地球绕太阳转动,力是运动改变的原因,开始的时候也被当作错误的理论,而充满逻辑理解疙瘩的相对性理论理论会给人一个正确理论的感觉吗?理论没有留给人们一个正确理论的感觉,那么剩下的只有寻找物象的工具功能。当然现在很多人在相对性理论世界里领略到了幸福的科学思想,这可能只是主流的力量,这很大程度上可能类似乎过去的天文学家们欣赏‘万星绕地球运行的美丽星象’。不过从科学不在乎正确与错误角度,我们没有必要去计较这个理论的正确或错误。但是即便如此,我们还是不能不关心,这一理论在今后的日子里是否还拥有作为寻找物象工具的价值。
  关于理论是寻找物象的工具这个问题,作者在‘天之文论坛’与一位天文爱好者有过如下谈话:
  不管白猫黑猫,能捉老鼠就是好猫,我也认为广义相对性理论是只好猫,问题是,它能再给我们捉来更多的老鼠吗?!老鼠就是新的物象。Youngler
  任何一个理论都有它的适用范围,你不可能要求一个理论能解释所有的问题。这也正是理论(包括相对性理论)在不断发展的原因。Shea
  我认为,纯数学的思路上的工作已经发展到了极点,没有正确的物象模型的帮助,这一思路上已经很难做出进一步的发展成果!科学需要形象和抽象两条腿走路,这个时代抽象太多,形象太少。Youngler
  你当然可以有你的想法,但是人类认识自然的进程早已超越了用“常识解释常识”的地步。目前科学研究的情况正好与你说的相反!Shea
  这个我当然知道,主流具有强大的惯性。不认可这个方向的人,你读了物理专业,你也不能继续读研究生、博士生的物理专业。你即使读了物理博士,如果不认可主流方向,你还是不能走进物理的职业。你即使走进了物理的职业,如果你不认可主流方向,你还是混不好你的物理职业。这个方向也许早已无为,只是职业的强大惯性推动它继续向着原有的方向走下去,即使没有发现统一理论的蛛丝马迹,即使几十年来,很多人忙忙碌碌,毫无建树 …… Youngler
  真正能留下来的工作绝对是少数,因此对于绝大多数人来说“毫无建树”是肯定的。如果你选择做科研,那么就不要太功利,就要做好“毫无建树”的准备。Shea
  上大学的时候,没有一个志愿与物理有关,想来无意之中走上工程的职业,也是幸事。工程,虽然是一个远离哲学的职业,但是画一张图纸,就是一张图纸的工作成绩,相对而言,多少会有一点工作成就感。很多原因会导致工程师有空余时间和精力,玩玩物理思维,球迷论球。都是由于职业思维定势,机械工程师以机械论思想作为思考宇宙问题的起点。也许其它职业的学者思考物理问题有综合知识面和思想自由方面的优势。你说呢?!Youngler
  应该说这位天文爱好者的第一次回答是答非所问,我问的是,相对性理论以后还能不能捉来老鼠,他回答的是相对性理论过去捉老鼠也有让老鼠跑了的时候。相对性理论当然有让老鼠跑掉的时候啦,越跑越短的猫怎么会捉住越跑似乎越大的老鼠!我说的是加速器中质子束对撞,质子束速度越接近光速,碰撞散射的粒子比率越多,这个现象相对性理论无法解释。我是在努力说明,希望大家明白相对性理论的实用性已经是过去的事情,它已经捉完了它能够捉到的老鼠,要捉到更隐蔽的老鼠,需要更伟大的哲学和数学。
  请大家不要误解,误解我是在反对科学的求真风格。我的看法科学既需要实用也需要求真,但是实用是科学职业化时代科学的主要矛盾,求真是服务于实用这个目的。

  7、科学的标准和游戏规则是不懂科学的人制定的
  很多学者认为科学的标准和游戏规则是职业科学家共同体无形约定的。很多人对于相对性理论的不满迁怒于科学共同体的科学标准和游戏规则有问题,于是选择了错误的科学。后来我觉得事情并不是这么一回事情,职业科学家也有它们的苦衷和委屈。如果一个职业科学家,凭什么说他做出了科学成绩?凭太阳绕地球转地球绕太阳转的争论吗?当然中国科学界以国际级论文数量作为衡量科学家工作成绩的标准,这是一个误区。这个社会由不懂物理的人组成,他们考核物理学家的成绩,不是看他发表了多少篇论文,因为常人看不懂专业的论文,而是看他找到什么新的物理现象没有。理论是说不清楚的东西,新的实验成果的发现,大家都认可。由于这方面的原因,政府和社会考核职业物理学家,不是看他发现什么理论,而是看他发现了什么新的物象,或者在他的理论下发现了什么新的物象。从来没有一个国家的政府拨款支持理论的争论,却有美国国会拨款几亿几亿的美元支持各种物理实验。社会用实验成果考核物理学家,这是物理学的基本游戏规则,这也是物理学被称为实验科学的原因。Nobel 奖也基本遵守这一游戏规则,多是给物象学家发奖和能够帮助物象学家找到新颖物象的理论家发奖。这个规则不是职业科学家自己制定的,是社会为职业科学家们制定的。
  对于一个职业物理学家而言,他可能怀疑相对性理论的思想正确性,但是,他不得不考虑,现有的理论中,哪个理论能够帮助他找到一点新颖的物象出来?这是关键的问题!是过去那个朴素力学?是相对性理论,是量子力学,是量子引力理论?科学的戏剧是,一个思想正确的理论,对于一个职业物理学家做点物理事业可能没有任何帮助,一个思想错误的理论很可能帮助他发现某种新颖的物象。作为职业物理学家,他的务实态度,我先利用相对性理论做点物理实验业绩,然后再说理论的对错,科学的职业逻辑就是这样。
 



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[楼主]  [2楼]  作者:youngler  发表时间: 2005/10/06 15:44 

现代科学的理论问题(有改动)
  现代科学的理论问题 Youngler 2005.10.6
 
  一直来,我认为科学的关键问题是创造更好的理论,与此相比在我看来相对性理论本身的问题总是个枝节性问题,所以我一直来不愿意纠缠于关于相对论各种问题的争论,而致力于构建一个更为完整的新版机械论。今天,似乎也想说说关于相对论的外围话题,不过肯定不能企望做一篇外围论述性质的文章就能够把相对论的问题说清楚。只是随便谈谈一般读者感兴趣的相对性理论外围话题,以让更多的兴趣于相对论问题的读者对于相对论的问题有一个更好的了解,或许对于人们认识科学会有点帮助。
 
  1、越来越迷惑的世界
  人类领悟一点东西并不容易。很多人可能觉得领悟‘大地是球形’是一件容易领悟的事情!其实,领悟大地是球形不要说过去,就是今天的人们也许也并不是一件容易的事情。很多人可能还在问这样的问题,地球是圆的,地球另一边的人怎么不掉下去?!所以我觉得我们可能不是完全理解了大地是球形的说法,而是相信了周围人们关于大地形状的流行意见。因此古代哲学家大地是球形的发现,才是一个惊人的伟大发现。
  物象的世界令人迷惑,人类自身发明的理论世界可能同样令人迷惑。人,本来就容易犯错误,面对迷惑的世界也许也就更加容易误入错误,这并不奇怪。物理学中最容易学习掌握的可能是Newton 那个朴素的力学,那么学习容易学习的东西是不是就很少犯错误了呢?经过了那么多年的教育训练,我们还是发现工程师们经常犯力学计算错误的许多例子。你也许会说,个人思考问题难免会有疏忽,科学经过集体纠正肯定没有错误。真的吗?我好像发现,物理科学自身也存在着违反力学思想的错误,比如科学家们经常忽略电磁场引力场的质量和惯性,导致力学计算和天文观测的不一致。滑稽的是学生们却总是反过来指责老师的力学存在问题。老师已经死了,该怎么评价老师是学生们的权利。当然每个时代难免有好学生和坏学生,好学生为他的老师感到骄傲,坏学生总是在老师的鸡蛋里挑骨头。
  有人善于从广度时空总结科学,说科学研究了容易研究的问题,留下的则是各种难以解决的问题。是啊,看得见摸得着的问题被过去的科学家解决了,留给现代科学家们的课题更多的是涉及那些看不见摸不着的物象,以及一些远离我们的直观世界难以讨论清楚的话题。比如小到原子核内部的图像,大到讨论整个宇宙的图像,还有电场磁场到底是什么样的气体组织?说光速 299792458 达,具体是相对于什么参考系运动?也就是说科学越是走得更远,科学也许越是走向更加广阔的迷茫海洋!
  面对更加广阔的迷茫海洋,我们是否有时想起了曾经教育过我们的老师?无论如何过去那些老师们的工作是我们今后工作的基础。好的学生应该是不局限于老师的知识发展老师的知识。当然这个事情处理起来可能不是很容易,Einstein 作为 Newton 的学生可能也做得不是很好,他的思考也许只是将数学世界和实验室里的世界进行直接的联系。不知大家是否读过 Newton 的著作或者 Einstein 的著作?Newton 的著作本书作者也不曾读,可能由于风格的偏差 Einstein 的著作我更加不想读下去。92 年前后有幸在北京中关村科学书店发现了印数 500 本的《Einstein 文集》。看了看几行字,吾人为伟大的科学家感到遗憾,他的书没有打动我的心。相对论不管伟大与否,这一理论在思想整体性方面可能是令人遗憾的。哦,本身就是文集,一生的论文凑成,本来就够不上思想整体性的问题。再说,对于一个欲图另外构筑实体体系的人而言,一切抽象风格的思想体系总不是那么必要。多少年来,很想看看牛顿的著作,一次在杭州的书店有幸碰到了,觉得更像是一本数学书,所以也没有买下。物理学不乏许多值得骄傲的科学家,遗憾的是好像没有留下一些优美的哲学诗篇。
  也许因为科学缺少来自于生活的优美哲学诗篇,科学有点像刻板的字符,同时科学也陷于一个新的迷蒙时代。也许我们依恋一个思考的科学时代,我们不要庐山真面目,只要身在此山中,我们习惯了在科学的时代问题中纠缠。当然也不是走出庐山就是海滩,当然也可以在海滩上玩耍,不过能不能捡到美丽的贝壳,需要偶然的幸运,也需要上帝给予慧眼。
  一百年来,我们对于科学的认识总会有所进步,同时也应该感谢一个少年带给我们一个思考的时代。有人说相对论意味着科学中的形象思维和数学思维之争,真是这样的话,那么相对论的问题不仅仅是一个格局科学问题了,而是人类整个科学思想的大反思。那么在这样一个科学思想大分歧的时代里,谁能够真正读懂这个时代的科学?如果说是 Copernicus 真正读懂了地心说理论,也只有 Darwin 真正第一个听懂了上帝造人的故事,也许大概只有那个能够把相对论推翻掉的人才是真正能够读懂了这个时代的理论。
 
  2、运动的问题并不简单
  我们是否有过乘船的经历,坐在安静的船里,我们是否有过‘船不在运动’的感觉?今天的社会,也许乘车的经历已经显得平常,坐在飞驰的汽车里,我们主要的感觉当然是‘汽车在向前飞驰’,不过偶尔也会有另一种感觉‘路边的树木在向后运动’。大人见多了可能习以为常,小孩子头一次坐车,窗外面的树木在向后面运动的风景可能会吸引小孩子的关注。是啊,我是在说平凡的事理,不过平凡的事理中也许联系着深刻的物理。一个佛师问另一个佛师,是云在动,还是山在动?另一个佛师说,既不是云在动,也不是山在动,是你的心在动。如果用物理语言来说这段话就是,以云为参考系,可以说山在动,以山为参考系,可以说云在动,至于选择参考系,这是我们的主观行为。
  过去的科学家们也讨论‘太阳运动、地球运动’这类常识问题,但是直观的运动图像只是一种表象。450 年前有个 Copernicus 先生从太阳角度上考虑问题,认为是‘地球绕着太阳转动’。接着更有思想奇怪的Bruno 先生更是从无限的宇宙空间视角来考虑恒星的运动,他说,万物处于运动之中,没有一个东西是宇宙的真正中心和真正静止的物体,太阳不过是天空万千恒星中的一颗。但是看清了星象运动世界,并不等于事情有了了结。作为一种分析问题的方法,我们需要静止的基点,但是遗憾的是科学一直来没有关于参考系的理论,于是有人考虑,我们是否可以把任何运动物体当作的一个静止的基点?
  纯粹的运动问题似乎是一个简单的数学问题,但是光波的运动问题却可能是一个困难问题。声音的运动相对于空气,光波的运动相对于什么?也相对于某种看不见的气体吗?这种气体能够检测吗?一个世纪以前的很多科学家们,想尽各种办法试图检测某种光波媒质效应的存在,不幸的事情是诸多的实验几乎以失败而告终。光波的运动问题今天依然是很多学者喜欢争论的问题中的一个。
  光波的运动问题,对于纯理论学者看来还需要一段时间才能争论清楚,不过工程师们可能关注其它的问题,相对运动世界是纯粹的位置变化世界吗?我们的意思是很多相邻物体的相对运动,有运动意义以外的效果。可能有工程师更喜欢把相邻物体之间的相对运动称为‘间接摩擦’,比如发电机的转子和定子就是一类间接摩擦。在学院派视角里,一个物体可以相对于其它万千事物运动,但是工程师可能有他看问题的另外角度。他可能会说,物体是可以相对于其它万千事物运动,但是这些运动的效果一样吗?我们是否已经发现一个规律,较近的相对运动有更多的影响意义,较远的相对运动更多地接近于纯粹的运动意义?飞机相对于空气的直接摩擦和飞机相对于地球的间接摩擦,似乎与其它的纯粹运动问题有所不同。
  运动问题更有一个实质的问题也许是科学需要建立关于参考系的理论问题。Einstein 说,参考系的问题,过去的科学关注的不多,过去地球的问题采用地球参考系,太阳系的问题采用太阳系做参考系,这么使用着,就这么使用着,没有人做更多的物理思考。Einstein 先生有他自己对于参考系问题的看法,认为原则上任何参考系都可以使用,参考系的选择原则只是出于解决问题的方便。Copernicus 的伟大只是将坐标系从地球搬到了太阳上。这种说法显然是片面的,比如我们知道,在地球参考系中,太阳一年四季在南北回归线之间的漂移就很难解释,其它行星的漫游现象也无法解释。同样,我们解决很多地面上的力学问题把地面作为参考系,但是以地面作为参考系,如何产生水面漩涡就不能很好解释。问题只是,过去的科学对于‘解决问题需要在合适的参考系里进行’这一问题没有做出理论说明。
 
  3、迷惑的理论世界其思想起点在哪里
  我们是不是比较感兴趣于一个世纪以前科学家们关心的问题,太阳光来到太阳和地球中间,光速 299792458 达是相对于太阳还是相对与地球?太阳系空间的光速应该是相对于太阳,否则多个行星中我们说不清楚哪个行星更加可爱的理由。科学家们想到了实验手段,但是实验表明地球附近的光波速度数值是相对于地球。
  那个时代有个少年有他思考那个时代问题的方式,他说一个人以电磁波的速度追逐一个电磁波,会看到什么?这个问题应该说已经比较形象,不过理解起来还是有点摸不着头脑。这样吧,我把问题换成水波的问题,我们以水波的速度跟着水波,会看到什么?也许有人想到了,我们会看到道道静止不动的水砍!我们看到了用水砌的墙,应该也是一件用科学道理无法解释的事情。再说追光的问题,跟着光波看到什么?看到一片‘无源之水’!一片没有电荷的静电场和没有磁体的静磁场!也许有人能够点破了这个问题的机关,看到的东西可能是一种表象!是啊,看到的东西未必是真象,有些道理需要站在别人的角度才能解释。我们能够站在地球的角度描述行星的运动,但是我们只能站在太阳的角度才能解释行星为什么这样运动的问题。说起来科学的道理并不难,不过有些事情要说清真象假象可不是一件容易的事情。
  我们知道运动电荷即是电流,运动电荷周围有磁场,但是如果跟着运动电荷考察电荷,我们则看不到这个磁场,在这里,有磁场和没有磁场,哪个是真象哪个是假象?也许你感到惊愕,我们念完了大学,学了不少的物理课程,怎么都没有考虑过这样的简单问题?!其实,物理学中简单又思考不清楚的问题又岂止一个磁场问题?也许你对于物理学的问题已经有所了解,或者已经见多不怪或者已经相信人类认知的有限能力。至于很多学院学者感兴趣的电磁方程通过坐标变换应该保持确定的数学形式这个问题,本书作者一直来觉得这可能是一个理论误区,后面会有就这个问题的专题讲解。
 
  4、什么是相对性原理?
  相对性原理这个术语是 Poincare 1904 年 9 月在圣路易斯国际技术和科学会议的讲演中首次使用的。1895 年,Poincare 在研究拉电磁理论的论文中首次出现了相对性原理的提法。在那里他说,从各种经验事实得出的结论能够概括为述断言:“要检测地球的绝对运动,或者更确切地讲,要检测地球相对于以太的运动是不可能的”。1899 年,他在巴黎大学讲演时说:“我认为很可能,光速的参考系可以是任何物体”。第二年,在巴黎举行的物理学会议上,他再次重申了同样的观点:“我不相信……地球内部的物象,更严密的观察将会发现与地球在宇宙背景中的运动有关”。“物象的定律对一个静止的观察者和另一个运动的观察者必定是相同的。这样一来,我们没有,也不可能有任何识别我们是否做这一运动的手段”。
  以上关于相对性原理的解释摘自李醒民先生的文章,为了意思更加明确,有改动。这是作者能够找到的关于相对性原理的实验语言解说。Poincare 先生从各个角度为我们解说他的相对性原理,那么大家是否已经听懂了什么是相对性原理?后来有人想到 Galileo 有‘坐在船里不知船动’的说法,是伟大的领悟。其实这是后人一个很滑稽的理解,Galileo 当初的出发点是试图以此来说明,我们认为不运动的东西实际上可能是运动的,原意是否定地球静止的观点。后来人们将这个意思反过来,认为运动的东西在方法意义上也可以认为是不运动的,可以当作完全静止的参照系来应用,可能是完全搞错了的 Galileo 的本来意图。
  我们可能不太理解科学抽象的陈述,比如物象的定律对于一个静止的观察者和另一个运动的观察者必定是相同的这一叙述中,什么是物象的定律?所以相对性原理同时也保留有一个实验语言的说法,即不能根据地球上的实验来发现地球的运动。不过这个陈述却存在一些明显的疑问,因为不管怎么样,我们注意到 Copernicus 先生 400 年前站在地球上发现了地球的运动这样一个事实!那么我们认为不能根据地球上的实验来发现地球的运动这种说法到底是什么意思呢?现代科学的意思大概是古人的眼睛观察不算地球上的实验行为,如果这就是真实的意思,事情也是真有意思,那么什么样的检测才叫检测呢?
  我们后来注意到坐在船里不知道船动以及船在何处,但是并不等于人封闭在船舱中一无所知,比如我们坐在封闭的船舱中,我们还是知道上下方向,借助于指南针还可以知道东南西北的方向,借助于水漩知道船动(地动)。我们坐在船里可以知道东南西北,也可以知道上和下,为什么不能知道船的运动?事实上如果拥有现代陀螺仪,坐在船里还是能够知道船在何处以及船的运行速度。作者一直来力图对于相对性原理作了一些比较通俗的解说,但是我还发现很多学者对于我的说法有一个误解,他们的理解是船是因为做圆弧运动陀螺仪能够在船里测得船的运动,其实我说的是即使船能够做惯性系运动陀螺仪也能够观测到船相对于引力场的运动速度,因为对于引力船壳的封闭性是不存在的,能够感知引力漂移的仪器总是可以观测到船相对于引力的运动,而不管船是不是在一根理想的直线上做匀速运动,这是我的真实意思。
  后来我认为相对性原理真实的意思是,地球内部的物象行为与地球绕太阳的运动无关,也与太阳在更大宇宙空间的运动无关。一般地人们认为地球在更大空间范围的运动不影响地球内部的物象行为。所以有一个方法上的做法,人们把地球内部的物象作为一个孤立的问题,地球内部空间的物象问题可以不考虑地球在更大空间范围的运动,比如分析地球上物体的重力可以只考虑地球造成的重力。这种理解也许有点本质意义,也有一个通俗的解说可以帮助我们会理解这方面的道理,地球的公转和自转是两个独立的运动,地球的公转不会影响地球的自转行为,地球的自转也不会影响地球的公转。你也许觉得地球的自转与公转的确是各自独立互不影响的两个运动层次。但是物质运动世界一个层次的物质运动不会影响及于另一层次的物质运动,这又是怎样一种物理学思想啊!其实当我们坐在飞驰的汽车里,我们的汽车所做的工作是把汽油分子运动层次的化学运动转化为汽车整体层次的机械运动 !!
  科学的难点问题,也许不是理论家纯粹的理论思考能够完全解决,那么我们是否也有兴趣于考察一下实验方面的问题。
 
  5、实验证明了以太不存在?
  相对论与以太问题有关。很多相对论者认为 Michelson 实验的否定结果说明以太的不存在。诚然这一实验也可以用‘地球附近的以太跟着地球运动’来解释。当然各个学派总是为自己的学派理论寻找理由也在情理之中。很多人喜欢说,地球附近的以太跟着地球运动不能解释光行差现象。那么以太部分随动是否就不能解释光行差现象呢?不是的,我举一个例子,下雨天我们坐在运动的汽车里,我们人身边的空气是跟着我们一起运动的,但是我们依然能够观察到车子外面雨的后飘现象。那么钢盘实验又怎么解释呢?实际上引力场就是以太,光是在引力场中传播。那么我们知道,就钢盘附近而言,你可以计算,是地球的引力场为主,还是钢盘的引力场为主?显然对于强大的地球引力场而言,钢盘的引力场影响实在是过于微弱。那么,水为什么又可以拖动光波呢。这是水分子内部的电场磁场拖动的结果。光的传播媒介既是电磁场,也是引力场,也许引力场就是电磁场,一种紊动的电磁场。光作为电磁波是电磁场中的波,正好啊没错啊。说实验证明了以太的不存在,这句话是不对的,实际上这些实验只是否定了过去简单化的以太运动模型。对于一个善于想象的学者,为现有的实验现象体系构造合理的以太运动模型是可以做到的。诚然,基于以太模型完整解释今天所知的光波运动现象,需要一个好的想象力。
  光的运动与物体运动之间的关系和叶波先生曾经做过进一步的讨论。我说,先生搞错了。光可能不能被地面带动,更不能被火车带动,但是光应该能够被地球带动。Michelson 实验表明,光能够被地球带动。光纤陀螺实验结果表明,光可能不能被地面带动。火车飞机上的 Michelson 实验做不出来,卫星上的 Michelson 实验没有做过。但是根据光纤陀螺实验结果,地面如果带不动引力场的旋转,火车飞机更没有这个力量。大家在这里可能有一个问题,同是地球,既然地球公转能够带动光波,而自转又为什么又不能呢?一个理想光滑的乒乓球,放在水面上,乒乓球的平动能够影响水的流动,乒乓球的旋转则不能影响水的旋转。你也许认为,地球并不理想光滑,但是在这里引力场可以理解为是理想光滑的。你也许觉得引力场既然理想光滑,那么地球应该不能带动地球的引力场,但是万有引力定律不允许我们这样理解,地球的引力场和地球应该是一个整体。地球的引力场跟着地球跑,不随地面转,所以地球作为物体有一个相对性问题,地球的公转质量大于自转质量。我认为 Michelson 做他的实验的目的用来监测引力风的。但是正像树里的猴子躲在树里,没有受到风的袭击,由于地球可能也是这样一棵大树,那个实验也没有检测到太阳的引力风。
 
  6、相对论是测量理论?
  相对论的问题整整争论了一百年,关于相对论,学者们有各种各样的认识。有一种比较普遍的观点,认为相对论是一种基于测量的理论。当然百年难题,我们也不可能在一篇简短的文章里说清这个问题。但是如果相对论的确只是一种测量理论,那么本质上说这种理论依然还只是一种表象理论,因为我们并不期望科学会有那么幸运,我们直接观测到的就已经是这个世界的本质。同时我们也不会相信地球人类的科学总会是这么无奈,无法领悟这个世界的本质,从而只有在技术上把观测到的当作世界的本质。关于相对性理论是一个测量理论,本书作者曾经欣赏美国大学物理教科书编者 R.Resnick 先生给出的如下评述:
  在经典力学中,运动影响测量也不是一个奇怪的概念。例如,由测量得到的声音或者光波的频率与声源或者光源相对于观测者的相对运动有关。这一现象称为 Doppler 效应,他是每一个人都熟悉的现象(比如汽车从身边驶过那个机声声调的变化)。虽然,所有的物理学都认为地面上的观测者和行驶中的火车上的观测者所测得的同一运动物体的运动速度,动量和动能数值是不同的,但是在经典物理学中人们相信理解一个物象系统可以基于一个统一的时间标准和统一的各种尺度标准。而在相对性理论中,( 除了光速的测量是绝对的,与观测者是否在运动无关 ) 包括空间与时间的测量都是相对于观测者的。但是,不仅实验事实推断起来与经典物理相矛盾,而且只有考虑了时间与空间的相对性以后,才能使依据物象来完美构造的物理定律对于所有的观测者来说是不变的,即物理定律的绝对性。的确,如果像时间和长度的经典概念所要求的那样,放弃 Maxwell 电磁场方程的确定形式,那么留给我们的将是一个任意而又复杂的方法系统。比较起来,相对性理论那个方法才是确定的和简单的。所以,相对性理论应当称作绝对论。这个理论的主要之点不在于测量数值的相对效应,而在于把物理定律的相对性移去了,反倒强调了物理定律的绝对性,即所谓事物运动规律不依赖于观察者的立场。
  有人说相对论是一种测量理论,也有人说相对论是一个时空理论。最后我觉得 Hawking 的总结也许最为恰当,物理理论都是一种数学模型。
 
  7、运动物体内部到底发生了什么事情?
  不管 Einstein 先生当年考虑的问题有理还是无理,他的理论走上了科学今天的主导地位。不过从这一理论自身的很多问题以及这一理论应用上的一些问题来看,人们怀疑这一理论的正确性也不是无端的指责。由于问题比较专业,我不想展开讨论,只想说明一点,正确的态度是我们不可能永远回避而是应该搞清真实的物象世界到底是怎样一副图像。那么运动物体内部到底发生了什么事情?E = mcc 到底是什么神奇算式?以及行星轨迹异常的真实原因又是什么? 在这里只说一个简单的问题,运动物体内部到底发生了什么事情?
  运动物体内部到底发生了什么事情呢?粒子的寿命延长与运动时钟的走慢也许是一回事情,那么时钟的走慢又到底说的是什么?我的理解所谓时钟的走慢就是时钟指针的转动角速度减少。如果转动的地球依然可以看作一个时钟,那么所谓时钟走慢了大概就是地球转慢了。问题是如果我们认为时钟走慢是一种真像,时钟走慢应该不是一个单独的行为,但是运动物体内部同时发生的还有哪些事情我们似乎一无所知。根据相对论运动的物体会缩短,但是这个结论就是很多相对论学者也觉得这只是一种理论推论。不过还有一个公认的事实,运动物体的质量的确是增加了,那么运动物体内部过程的变慢是不是质量增加机构笨重的一种表现效果?但是这样有一个不是令我们感到很满意的推论,也就是内部运动世界的无限静止。所以我有一个比较奇怪的想法,比如有一天地球的确转慢了,这是地球膨胀的结果。
  我一直来认为运动物体显示的实际迹象是运动的物体有膨胀效果,比如越是高速运动的粒子越容易发生碰撞和更高比率的散射效果,这种实验结果现在每天可以在加速器中重复演示。无奈的事情只是一方面运动粒子的膨胀效果与相对论结论有矛盾,另一方面大概是科学社会也没有发现有其它理论提供运动膨胀的理论解释,所以这种‘膨胀效果’总是被职业学界称为‘碰撞界面增加’,人们有意或无意地回避了粒子真实的尺度有没有膨胀的问题。我最先是从 Heisenberg 先生的文章中了解了‘碰撞界面增加’这个事情。至于人们为什么一直来回避这个关键的问题,我是估计人们是在理论和实验矛盾的时候,由于没有可以供选择的另外理论图像,在相信实验还是相信理论之间很难做出明确的选择。但是长度类实验一直来与相对论有矛盾很难彻底回避,比如在原子核物理学和粒子物理学中,由于很多实验结果用基于相对论的理论处理起来非常繁杂,现在这种矛盾经常被提起。也许一直来我们都忽略了这个现象细节,在引力中游泳的物体内部发生的真实事情是那些物体确实地膨胀了 !
 
  8、相对论产生和发展的背景问题
  面对颇具欺骗性的物象世界和科学家们的智慧缺陷,科学难免会有时候走向错误的方向。我们总结相对论产生和发展的背景问题。一、理论背景:1、绝对静止系没有找到,2、Maxwell 方程希望上升为物理定律,3、设想物理定律的坐标变换不变性思想来论证物理问题可以选择任意的坐标系。实际上这三个理论问题均为理论误区。其实恒星背景就是一个绝对静止参考系,只不过是运动学考察的结果,不是动力学检测的结果而已。再说 Maxwell 方程,它可能本来就是一种类似于空气中的声波的波动方程,在引力局域坐标系中成立,没有必要夸大它的应用条件。坐标系本来就不是任意选择的,比如 Newton 定律体系应于处理行星的问题,也必须选择合适的太阳坐标系。二、实验背景:很多在地球地面实验室里进行的实验支持相对性原理。另一方面当时学院派物理学家的以太运动模型太刻板,解决不了一些新的实验问题也给数理学家的自由想象留下了空间。三、发迹背景:新的数学原理 Lorentz 变换需要哲学解释,爱氏给出了相对性操作上的解释。另外广义相对论利用水星超常进动预言太阳光线的超常弯曲得到了证实,相对性理论形成一个强大的理论军团。四、存在背景:相对论的数学能够得出很多有用的结果;实用方面保持了一个世纪的领先地位也是事实;结合其它理论产生了很庞大的次级理论群体;利用主流地位巩固了舆论阵地;营造了物理学中的数学风格氛围。当然关键的事情是超越相对论的集大成著作毕竟没有问世。
  科学是科学家聪明才智的积累,但是面对深邃的宇宙世界科学有时也会显得困惑。无奈的时候科学也经常会走错了路。我们知道一个人如果面临死亡的威胁,那么能够抓住一根稻草也是好的,事实上科学也是这样,科学社会面临难以解决的困难问题,科学社会也会接受任何观念。相对论如果不是正确的理论,也许有点味道是这样一根稻草,因为与其它理论相比,连根稻草也可能不是整根的,比如 Lorentz 理论。那么科学自然选择了整根的稻草-相对论。人类意识有一个天性的缺陷,面对困惑的问题总是容易走向唯心主义,不求甚解。这个思想意识的天性缺陷并不因为现代科技进步而消失。科技的发展,只是丰富了人们的知识数量,但是并不就因此提高了人类的思维能力和智慧水平。现代科学书籍远没有古希腊哲学书籍蕴含的哲学智慧令人激动,对大众而言,现代科学最伟大的发现也许没有过去的时代‘大地是一个圆球’这一发现激动人心。这说明什么,也许说明现代人繁忙的生活对于智慧思维也许是一种扼杀。现代科学的职业社会甚至连自己走远了物质的原因世界也毫无察觉。这也许能够说明这一点,即现代科学除了凑合形式数学,缺乏真正的科学智慧。
 
  9、相对论的理论特点
  有人喜欢从哲学上考虑相对论的问题,现在我把相对论的物理观点与 Marx 的哲学观点进行比较。Marx 先生认为,磁场是不依赖于人的意识的客观存在,物理规律是人对于磁场的认识,即磁场是绝对的,磁场的规律是相对的。Einstein 作为 Marx 先生的犹太兄弟,他的认识恰好与他的犹太兄弟 Marx 先生相反,他认为磁场是相对的,磁场的规律是绝对的。认为‘物质’和‘物质的作用’都是相对的,物质作用的规律是绝对的。Einstein 恰好把 Marx 先生的哲学相对绝对观点给颠倒了过来。科学家与哲学家的思想基点恰好相反,是令人寻味的事情。当然什么事情,如果很有用,即使是对的错的好的差的,都会找到很多辩护的理由。比如牺牲环境发展经济,应该不对,但是能说这种思想没有一套辩护理论呢?!这方面的道理大家都懂,我也就不说了。所以我想对于理智的学者,很多东西即使很有理由也需要再做认真的思考,这绝不是把我们引向极端的怀疑论。
  也有艾力江尔肯先生给相对论总结了几个特点:“难以置信的相对论之四种特色。特色一:让人很难理解。特别是光速度以任何物体为参照物都不变!特色二:对事实的过程不适用,对结果却是适用的。特色三:把简单的东西变复杂。特色四:没有根据的进行纯数学的计算。我赞成物理和数学统一不离的研究”。
 
  10、相对论的应用缺陷和可能结局
  很多迷糊的人们喜欢讨论相对论的逻辑思路方面的问题。明白了事理的学者知道相对论是以其结果的实用性走上科学的舞台。Einstein 本人也很清楚这一点,所以他把他狭义相对论的两个前提叫做假设。相对性理论在实验方面拥有很多的成功,但是这一理论今天却面对很多应用上的不如意问题,这也许是真正的问题和遭到批评的真正理由。比如比较公认的几个相对论困难有微波背景辐射各向异性,双星进动难题,Sagnac 实验,GPS 技术,热核反应器中的中子产额计算、引力波观测困难、量子色动力学中的夸克胶子等离子体观测困难等等。微波背景辐射对于动体各向异性,这个问题比较简单我不想多说。后面的问题比较专业,因为比较专业我只介绍一些问题的一些结论。双星实际的进动程度是广义相对论理论计算值的 4 倍, DI . Herculis 双星进动 84 年累计进动角度为 0.64 度。广义相对论的理论计算数据 2.4 度。关于 GPS ,这样的技术我可以说绝对不是相对论学者提出的,各个卫星如果有各自不能统一的时间怎么搞动体定位动体的系统,这种技术肯定是基于时钟可以快慢,时间可以统一的思想基础,一定是那些飞机工程师们、雷达工程们、航天工程师们想出的技术灵感。
  什么事情都有人反对有人喜欢。不过我想提醒相对论者们,我觉得他们之中很多人忽略了一件事情,这一理论近年来受到的很多反对,其很多理由大多来自于与相对论有关的专业人士,比如专业的相对论实验室-中国科学院的高能物理所,某些国家的科学院-如俄罗斯科学院,也有工程应用领域- 热核反应器的实际应用问题、GPS 技术。当然也有业余研究和网络传媒的推波助澜。很多相对论迷信者也不是不知道相对论遭到了很多批评以及实际应用方面的很多问题,但是他们相信一个理论总有合理的地方。很多相对论学者觉得相对论即使有一天会得到修正,也不会被完全否定。但是我总为相对论这样的理论而担心。比如那个辉煌了上千年的 Ptolemy 理论,现在又有几个人知道?当然相对论的结局不会像 Ptolemy 理论那么悲惨,但是所有的纯数学理论也许同样悲惨。相对论也许会留下几个算式,但是狭义相对论的很多算式是否会回归于 Lorentz 或者 Poincare 的功绩?因为有时想来 Einstein 不过是给 Lorentz 的相对论数学工作提供了一根完整的思想主线而已。广义相对论的算式应该属于 Einstein ,但是是否会被说成一种数学凑合,即使是一种数学技巧,但是由于退出了基本思想的地位,这一领域自然滑入冷门。
 
  11、科学是否回到过去的绝对论?
  伟大的相对论思想 100 年了,好像没有赢得地球人大众学者的情感。我不想说,科学如果评选最不得人心的物理思想,相对论无疑是首选,因为即使是太阳绕地球转动的错误思想也曾经深入人心过。科学困难有旧科学形成的思想意识障碍,迷恋旧科学的人只知道旧科学的力量,却没有发现新科学的力量。相对论的问题我想大家比以前有了更多的了解,但是如果相对论错了,科学是否回到过去的绝对论?当然科学即使会走一些回头的路,绝对不是简单的重复,因为过去的绝对的绝对论肯定也是有一些问题的。科学的历史说明绝对地绝对和绝对地相对都是不满意的。科学需要我们重新思考,现有的种种实际问题的处理方法似乎显示着一种更好的坐标系理论-分级质心系理论。地球只在月下天范围,可以作为一个局部行政区域的绝对参考系。超出这个范围,但不超出太阳系的彗星远点,太阳可以作为一个绝对的参考系。即科学不是绝对地绝对,也不是绝对地相对,而是相对地绝对。
  如果今后会有一个科学思想的伟大发现,上帝会把科学的灵感降落何方?我觉得网络时代大大缩小了业余物理研究在实验资料方面的弱势处境。业余研究绝对不会仅是朋友茶座,古有孔子周游列国,今有学子周游学院。而今网络时代,足不出户,手巧键盘,云游天下。科学需要的灵感光顾和闲暇的时间。这两点物理职业和合资公司的职员一般都不具备。抑或是公司萧条时期能够给公司职员提供一段闲暇的时间。政府的一些技术部门有可能为其技术人员留下大量的个人精力和时间。比如水利、林业、气象这些传统技术职业,技术更新换代很慢,技术人员适应几年技术工作以后,技术业务上就进入养兵千日、用力一时的状态。这方面的事情说不清楚,或许很多人不能想象,即使会有新的 Newton ,怎么可能会在科学的角落国度-中国产生!认识过去已经不易,预测未来当然更难。
 


※※※※※※
‘形象的世界’讨论些什么东西?这是一个讨论自然哲学、基础物理的地方。 http://thales.bbs.xilu.com/ 。
 [3楼]  作者:wxlxa  发表时间: 2005/10/08 10:37 

相对性原理也是经验定律
只说相对性原理。
相对性原理也是经验定律,它的成立是有条件的、近似的,例如,若仪器精度足够高是能够判定船是否相对地球参考系运动的。
关于相对性原理的具体表述,应以最原始的为准,即不能通过任何物理实验发现自已所在的惯性系是否相对另一惯性系运动。至于其他表述都有一定的缺点。

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