发展现代物理的合理选择
2009-09-05 09:02:10
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——现代物理全新逻辑前提专题介绍之十

作者 苟文俭

现代物理理论本文也简称现代物理,它需要发展,这对任何物理学家都决无异议。但怎样发展,现实存在以下两种完全不同的观念:

1、以现有理论观念为基础,只用数学手段在形式化表述方面对现有理论做进一步探讨,表现为用修补的方式来发展现代物理理论,对此就简称是现代物理发展的修补方式。

2、离开现有理论观念,另起炉灶去寻求新的逻辑前提,通过创建现代物理理论全新的逻辑体系来发展,表现为物理的革命性突破,对此也简称是现代物理发展的革命方式。

本文所说的物理理论逻辑前提,是指构建理论的描述依据及形式化表述的逻辑起点。如量子力学,构建它的描述依据就是粒子个体的运动,其形式化表述的逻辑起点,则是德布罗意的物质波。

(一)现代物理发展的实际需要

现代物理主要由量子力学、相对论、规范物理的标准模型、超弦理论、大爆炸的宇宙标准模型组成,它们发展的实际需要可简要总结如下。

1、现代物理不同理论逻辑前提各不相同:如量子场理论只描述没有大小的点粒子,时空具有不准确测量的量子性,其表述是建立在随机不确定性基础之上的;狭义相对论中时空具有随物质运动情形不同的相对性,广义相对论时空则又是随物质质量多少的不同而具有形变的相对性,它们的表述都建立在因果决定性基础之上。因此,要发展现代物理,首先就需要找到具有内在逻辑一致性的逻辑前提;即现代物理的发展,需要有逻辑前提的革命性突破。

2、理论中使用的那些与描述依据相关的概念,作者就称是基础概念。分析现代物理使用的基础概念:如描述依据的夸克或超弦,它们都是在对粒子对称性存在的数学分析中得到的,是否真实存在却不可证实;又如在理论表述中使用的同位旋、弱荷、内禀轨道、奇异教、色荷等等,它们与描述依据的粒子实际组成之间到底是什么关系,我们却是一无所知;再如现代宇宙学中与描述依据的宇宙大爆炸奇点,我们也并不知道它到底是怎么一回事。这种基础概念的不确定性,就直导致了使用这些概念构建的理论的逻辑前提不确定性,从而使理论本身或进一步的发展就变得毫无意义了。因此,我们要发展现代物理,也就要使描述依据具有可验证的确定性,使基础概念都有明确的物理内函,即我们必须对基础概念的认知要有革命性突破。

3、考察现代物理不同理论的数学演绎:如量子场理论需要使用微扰方法计算,而且其结果总有无穷大量生成,虽然可以用重整化消除无穷大,但这一方法并不是对量子场理论的所有计算都有效;虽然超弦理论可能解决准标模型在形式化表述中某些不能解决的问题,但它的大量结果在实验中根本却又根本不存在;在大爆炸为背景的宇宙标准模型中,以广义相对论为基础的形式化表述并不能给出宇宙的演化机制,不能理解类星体这样的观测事实等等;如果把量子场理论用于宇宙学研究,当把演绎与观测事实对照,就发现竟有上百个数量级的差异。这些事实充分说明,现代物理不同理论的数学演绎都存在严重缺陷,完全不能最终解决它们各自领域的实际问题,要发展现代物理,也要在数学演绎的形式化表述方面有革命性突破。

综上所述:要实现现代物理发展,不论是需要的逻辑前提,还是基础概念的认知、及数学的形式化表述都需要有革命性突破。由此可以断定:只有用革命方式发展现代物理,才符合现代物理发展的实际需要。

即从理论发展的实际需要来看,用革命方式是发展现代物理的合理选择

(二)用革命方式发展物理首先要做的工作

只有先有理论的描述依据,才有可能归纳总结出有明确物理内函的基础概念、并形成理论形式化表述的逻辑起点。因此用革命方式发展现代物理,首当其冲的就要是要有可验证的描述依据,通过实现逻辑前提的革命性突破来实现现代物理的革命性突破。这也正是二十世纪初用革命方式发展经典物理所证明的成功经验。

二十世纪来临之前,为了解决那个时期经典物理学面临的困难,在那个时代,以最著名的维恩、瑞利、洛伦兹等一些经典物理学的权威为代表,他们仍然坚持经典物理理论逻辑前提,试图在经典物理的逻辑体系内,采取修补理论的方式来解决问题,其结果是:经典物理理论面临的困难并没有真正被消除,物理理论也并没有因为他们的天才工作有什么新的较大发展,因此历史也并没有承认他们用修补方式对经典物理的发展。

进入二十世纪后,以爱因斯坦、普朗克、玻尔、德布罗意等那个时代物理学后生为代表,他们离开经典物理理论框架,首先找到了在经验领域可验证的粒子运动、及静质量客体相对性运动等描述依据,并归纳总结了有明确物理内函的“同时性”、“量子态”、“物质波”等基础概念后,用全新的逻辑前提构建了与经典物理完全不同的现代物理基础理论,不仅彻底解决了经典学面临的困难,也为实现经典物理的革命性突破提供了非常成功的经验。

现代物理理论成功的历史证明:革命方式发展物理理论,首先要做的,就是在经验领域找到可验证的理论描述依据、及归纳总结出有明确物理内函的基础概念,以此来要保证理论逻辑前提的确定性。

(三)发展现代物理首要的工作不是构建数学模型

由上述(二)可知,用革命方式发展现代物理首先要做的工作应当是:

1、在经验领域找到可验证的、对不同现代物理理论都有效的全新的理论描述依据;

2、从这种全新理论描述依据归纳总结理论的基础概念,并进一步弄清楚现代物理不同理论中已有相关概念物理内函;

3、现代物理不同理论描述的是物质世界的不同方面。从全新理论描述依据中找出基本规律,找出物质世界不同方面的可描述要素及形式化表述的逻辑起点,实现现代物理不同理论逻辑前提的内在一致性。

首先要做的上述工作表明:用革命方式发展现代物理,并非是要先建立数学模型。但对任何有意义的物理理论,它在与描述对象保持一致性方面,必须要有数量上的严格符合。因此,又只有通过数学,有意义的物理理论才能最终建立起来。

革命方式发展现代物理的另一个关键,就是在有了逻辑前提的革命性突破后,如何把我们得到的可描述要素,使用最恰当的数学工具构建起可演绎的数学模型。

物理学有经验陈述与数学演绎这两个部分。只有数学演绎并不等是在讨论物理学,但没有数学演绎,却仍然可以讨论物理学。当物理理论需要以革命方式发展时,经验陈述就上升到了第一位,数学演绎只能在理论逻辑前提确定下来以后才有可能进行下去。

完成于2009-9-5

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