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(个人观点,仅供参考) 如果我说“物理学理论有时并不能用对错来判定，只能用是否合理来衡量”，你也许会吓一跳。因为在一般人的观念中，自然科学理论要么对、要么错，没有第三种评价分类。这种“非对既错”的判定方式，尤其符合我们中国人的“二元思维法”。其实对物理学理论“非对既错”的思维方式，并不符合现代物理学思想，而用衡量“合理性程度”的思维方式，才真正符合现代物理学思想。 在现代物理学思想中，衡量一个理论“合理性程度”的标准就是：简单性和普适性（也就是我们评价的物理学理论美的标准）。这个标准很重要，它关系到物理学理论所选择的发展方向，和理论物理学家的思维取向。 为什么在现代物理学思想中，抛弃了经典物理学中毫不含糊的“对与错”标准，而代之以“含糊其词”的“合理性程度”标准呢？这是因为： 物理学的目的在经典物理学中，是揭示客观宇宙本质的科学，既然是揭示“本质”的科学，当然就是“非对既错”了，因为本质只有一个。但是随着科学的发展，人类对“宇宙本质”一词的具体内涵越来越模糊：“本质”到底是什么？假如它来到我们面前的时候，我们能够判定它就是本质吗？这个问题显然无法回答，也不可能有答案。 因此，我们就把现代物理学的目的定性为：描述客观物质存在和运动规律的科学。“物质存在和运动”是客观的，但描述出来的“规律”是主观的。也就是说：不管你如何描述“物质存在和运动”，只要用你的描述能够预测“物质存在和运动”，你的描述就是“客观规律”，就符合传统意义上“对”的标准。但一个“对”的理论，不一定被现代物理学所接受，我们还要用“简单性和普适性”，来衡量它的“合理性程度”，只有它是当前最合理的理论时，才能被物理学所接受。因此，现代物理学只接受当前最合理的理论。 这种对物理学目的小小的“改变”，所带来的是物理学思想翻天覆地的变化。为了更好地说明这种“翻天覆地的变化”，我们不妨举个简单但有些极端的例子： 在这种物理学思想下，“地心说”不是一个错误的理论，而是一个不如“日心说”合理的理论。为什么可以这样说呢？ 我们知道“地心说”用八十多个本轮和经轮，是可以描述太阳系天体运动的。即使随着我们观测精度的提高，和观测范围的扩大，从数学上我们也仍然可以对每一个天体，都建立一个单独的运动学和运动力学“理论”，这些“理论”照样可以准确预测天体的运动“规律”。就因为“日心说”具有很好的“普适性”和“简单性”的优势，所以我们才抛弃“地心说”，转而接受“日心说”。假如太阳系中只有地球和太阳两个天体，那么“日心说”也就没有优势而言，只要我们修改引力定律，照样可以让太阳绕着地球转。 要在这里说请相对论的物理学思想，确实不太容易。我可以以狭义相对论为例，尽量谈谈我对它的物理学思想的理解。以下叙述绝对不是爱因斯坦创建狭义相对论时的思维顺序，也不可能在任何书籍中看到如此的理解。但是，不管爱因斯坦当时是怎么想的，我认为下面的叙述是可以反映狭义相对论的物理学思想的。 经典物理学在时空计量中存在的问题： 统一时空进行计量是物理学不可缺少的基础，没有统一的时空计量方法，就没有物理学描述的共同语言。在经典物理学中，我们选定某个具有稳定运动周期，并具有可重复性的客观物质运动作为时间的“尺子”，对要测量物质存在和运动的持续性（既我们所说的“时间”），进行“一尺接一尺”地量，得到该物质存在和运动持续性的长短（即时间间隔）；我们选定某个具有稳定形状的客观物质运动，作为空间的尺子，对要测量物质存在的延展性（既我们所说的“空间”），进行“一尺接一尺”地量，得到该物质存在延展性的长短（即空间间隔）。注意：这里所说的既有“稳定周期”和“稳定形状”，是一种经验性假定，不具有严格的科学意义。 经典物理学的时空计量方法，无法对运动物体进行时空计量，只能先验性地假定时空与物质的运动状态无关——即绝对时空观。这是因为我们无法对运动的物体，进行“一尺接一尺”地量。如果追着物体“一尺接一尺”地量，所得到的时空计量结果仍然是（相对测量者）静止物体的，而不是你所需要的（相对你）运动物体存在的时空数据。很显然，经典物理学的时空计量方法，在理论和逻辑上都不可能对“时空不变”，给出何科学的证明。因此，经典物理学，是建立在“时空不变假设”下的物理学体系。 狭义相对论关于时空计量方法的约定： 狭义相对论首先撇开了经典物理学“时空不变假设”，对时空计量方法进行了“改革”，使其即适合对静止进行时空计量，也可以对运动物体进行时空计量。具体方法是： 选定一直稳定性好的物质运动（实际是电磁波传播），作为时间计量“基准运动”。当然，“稳定性好”同样是一种经验性假定。用该“基准运动”在垂直运动方向上的确定位移（此位移与运动无关，可以在逻辑上给出证明），作为标准计时“尺子”，用以计量所有状态的物质存在和运动；用运动物体同一时刻的两断位置之间的空间间隔，作为该运动物体的长度。显然，这里又引出了一个“同一时刻”（即狭义相对论中常说的“同时性”），它仍将物体两端的“同时”，规定为光信号连接。这就是我们平常所说的“爱因斯坦时空计量约定”（具体请见“爱因斯坦延缓”和“斐兹杰惹——洛伦兹收缩”） 时空计量方法的改革带来的时空观变化 从上面的叙述中我们可以看出，“爱因斯坦时空计量约定”并没有什么不可理解之处，这个约定完全符合我们的“传统习俗”，只是经典时空计量方法的“改进型”。但是，因为“光速不变”的缘故（不管你信不信，“光速不变”是经过无数次实验验证所得到的结论），使本来合情合理的“爱因斯坦时空计量约定”，却带来了“不可理喻”的计量结果（时慢、尺缩、质增）。但是，只要接受合情合理的“爱因斯坦时空计量约定”，和经过检验的“光速不变”，即使不符合我们的经验常识，我们也必须接受这种计量结果，物理学就必须抛弃传统的绝对时空观体系下的物理学理论，代之以相对时空观体系下的物理学理论。 狭义相对论关于物理学描述的约定： 很显然，“爱因斯坦时空计量约定”也和经典时空计量方法一样，不具有严格意义上的科学性。因为虽然“光速不变”是经过实践检验的，但这是来自经典时空计量下的实践结果。因此，否定其他经典时空计量结果，而保留“光速不变”是不具有严格意义的科学性的（这正是为什么我们把经过实践检验的“光速不变”，仍然叫“假定”的原因）。从上面的叙述我们可以得出： 1、任何时空计量方法，都存在一个或多个经验性假定，没有严格意义上的科学计量方法。 2、在“爱因斯坦时空计量约定”和“光速不变”下，绝对时空观无论如何也不复存在了。 那么，我们是否可以在相对时空观下，保留时空相对不变呢？当然可以！比如，我们可以把狭义相对论，数学式中的时空变化因子(1-vv/cc)^1/2，当成运动状态修正系数，这样就可以使时空与运动状态无关。但是，这样我们显然必须抛弃“相对性原理”，而“相对性原理”是物理学理论，普适性和简单性最基本的反映。因运动状态不同而适用的物理学定律不同，我们是不可想象的。 基于以上原因，更是为了进一步突出相对性原理，狭义相对论对物理学描述做出这样的约定：各自描述、殊图同归。也就是按照自己惯性系来描述客观物质的运动，而无须考虑在别的惯性系是怎样的。 总而言之，在狭义相对论的“两个基本假设”中，“光速不变”是不争的事实，也是否定经典时空观的根本；而“相对性原理”，带有明显的“人为”的倾向性，是物理学思想的“杰作”。 |