物理理论“公理”及相关问题
2009-12-31 22:21:46
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作者 苟文俭

今天,作者与网友讨论交流了有关物理理论相关的问题,为了有利于自己的学习与提高,特别根据作者的邮件写成了如后的文字,欢迎感兴趣的网友批评指正。

(一)

关于物理理论的“公理”或“公设”的论证推导问题。

一个物理理论,实际就是一个推理论证的完整的逻辑体系,都有着特定的逻辑前提,它又由如下两个部分组成:

1、构建物理理论的描述依据,这也就是描述对象中最基本的物质存在;如牛顿力学的质点、量子色动力学中的夸克、胶子等,它是否与真实相符,是理论是否有效的关键。

2、对描述对象规律性做形化表述的逻辑起点,这也就是我们常说的物理理论的“公理”或“公设”,它必须满足如下两个基本要求:

(1)与描述对象的规律性要具有逻辑相容性,而且是对描述对象规律性做形化表述所必需的;

(2)是被充分验证的经验真理或经验命题,而且要具有尽可能的逻辑简洁性,具有可使用数学表述的特征性。

对描述对象规律性做形化表述 “公理”或“公设”的形成,必须注意如下三个问题:

1、不能是属于数学规则或哲学原理之类的抽象,只能是与描述对象规律性相关的确定的事实构成的经验真理或经验命题。

2、因此,它不是由伟人“直觉”、“顿悟”得出的,而是从与描述对象规律性相关的事实中归纳、总结、分析获得的。

3、它是第一性的,满足戈德尔不完全定理的规定,在以此为依据构建的理论逻辑体系中是不可论证的。

由此也就可以认为,现代物理理论量子方程与相对论方程,并不是理论逻辑体系中的“公理”或“公设”,它们都是各自描述对象特定规律的数学形式,都首先有一个获取规律的分析归纳的逻辑过程,其次还有一个数学化处理的分析逻辑过程,也还有一个这种数学化处理是否合理的论证逻辑过程。

总之,任何物理理论描述对象规律的数学形式,都只能是正确逻辑的产物,当然这也不是由伟人“直觉”、“顿悟”出来的,也都经历了必不可少的逻辑论证。

对此还要说明一点,你在留言中提及的形式主义、直觉主义及逻辑主义等等,从它们的哲学认识念与思维方法那里,我们也决不可能获取任何物理理论的逻辑起点或描述依据;因为这些都只能唯一来自物理理论描述对象。

好的哲学只能帮助我们对描述对象做正确的归纳总结,但绝对不可能代替我们对描述对象所做的归纳总结。

(二)

关于物理理论是什么的问题。

首先我们应当明白,物理理论描述的都是物质世界某个方面的理想化的特定物质对象,对此一般也称是物理描述对象物理理论只能是对这种特定物质对象的规律性做恰当表述,它既不等于抽象的数学表述,也决不等于一般化的哲学论述;物理规律也既不是用数学这种形式化语言表述的某种抽象的逻辑关系,也决不是哲学原理,即不是解决某种类普遍问题的一般性方法。

任何一个物理理论,对描述对象的规律性用数学做形式化表述时,数学只能是一个方便的语言,只是我们对描述对象规律性做形式化表述的工具,它自身并不能给出描述对象是什么或有什么。在物理理论中,我们之所以使用数学,是因为它简洁,能够为我们提供严密的演绎逻辑。但数学这种演绎逻辑必须与描述对象自身存在保持一致,必须有描述对象自身存在构成的边界条件的输入,才能成为对描述对象规律性的真实表述。否则,对物理学的描述对象而言,数学的逻辑性及演绎推理将没有任何意义。

因此,所有物理理论探索,就应当而只能以所表述的描述对象的存在为基本依据,始终以这种物理自身存在构成的边界条件来选择数学演绎方式、以及数学演绎的结论。离开描述对象自身的存在、及其身存在构成的边界条件的所有讨论,对描述对象而言就都具有了不确定性。

由上述陈述就可以认为,你提出把分维引入物理学理论构建分维空间观,因为这来自纯粹数学而不是任何物理描述对象的抽象,也无法实现对已有物理理论的继承,因此对物理理论的自身发展,将不会有任何实际意义。

(三)

另外,就你讨论涉及的如下三个具体问题,也简要谈谈个人的看法。

1、关于分形几何知识的应用问题。

分形几何学(fractalgeometry)是1975年由曼德布罗特创立的,在此基础上形成的分形理论、主要是以自相似原则和迭代生成原则为基础,如数学表述中迭代生成的无限精细的结构,即科契(Koch)雪花曲线、谢尔宾斯基(Sierpinski)地毯曲线等等。

自相似原则表征的分形、在通常的几何变换下具有标度无关性的不变性,而自相似性则是从不同尺度的对称出发,这也就意味着递归。如连绵的山川、飘浮的云朵、雪花、布朗粒子运动轨迹、树冠、大脑皮层等等,这种具有自相似性的形态广泛存在于自然界中,但绝大部分都只具有统计意义上的相似。

作者认为,自然界广泛存在的自相似揭示了这样的事实:自然界的一切都是由相同基元以同样的方式构成的;但对自然界的这种构成根源,分形理论揭示的只是不同事物有相同形态的这种表象,并不是不同事物的构成方式的本质。因此,分形理论也只是对自然界的自相似做恰当描述的有用理论,仅此而已,与物理学要揭示物质世界统一性本质无关。

2、关于雪花给科学带来深刻革命的问题。

现代科学还不能解决雪花成形问题,这是事实。由于雪花成形实际上也就是水分子在高空低有气流条件下的结晶,作者就称它是条件结晶学的问题。由于水分子内的化学键及分子间的分子键人们都已经认识的较为清楚了,因此完全可以借用计算机,模拟出水分子在高空低有气流条件下的结晶过程,从而使用计算机语言找出生成雪花的过程,这不是太难的事。

因此作者认为,科学上空的那片雪花是可能生出一些博士学位和某个大奖,但它不会至少生出千个博士学位和十个大奖,也不会用到量子、相对论、超弦理论,勿需数学、物理、化学等多学科联合攻关。

3、关于宇宙学的理论探索问题。

宇宙学领域物质存在的规律性,最关键的是宇宙的生成与演化规律。根据物理理论只能是对描述对象规律性做恰当表述的认识,因此宇宙学理论探索中我们最需要的:

(1)不是量子论、相对论这些已有的物理理论;因为已有的任何物理理论,它的逻辑前提都不自动包含宇宙的生成与演化。

(2)也不是现代宇宙学观察中了解到的某些事实;因为相对于宇宙的生成与演化,这些观察事实都可以有不同的理解,对宇宙的生成与演化都不具有直接相关性。

(3)更不是从哲学论证或数学分析中获得的某种观念或概念;因为任何哲学论证或数学分析,都绝对不能取代宇宙物质的自身存在。

(4)只能是找到构成宇宙的生成与演化机制的物质实在性存在是什么,然后以这种具有实在性存在的物质为描述依据,归纳、总结、分析出对宇宙生成与演化机制规律性做形式化表述的“公理”或“公设”,并以此为基础构建出宇宙学理论。

完成于2009-12-31

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