现代物理探索为什么要重新认识基元
2010-03-19 22:08:07
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作者 苟文俭

【提示】:本文的要点,是在揭示物理学统一性规律的探索中,现代物理探索为什么应当离开现代物理学主流探索另寻出路

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把有质量或能量、以某中形式占有确定空间位置的客观存在之物,就统称是客体。粒子就是一种微观客体。粒子及由粒子组成的所有客体之集合,就称是物质世界。构成物质世界的最基本单位,也即是组成粒子的基本单位,一般就称是基元,我们用“V”表示。

物质世界客体存在构成的一切现象、及所有客体存在实现的表现,也包括客体的力作用在内,就统称是物质世界行为。如客体可动性、物质现象、客体存在广延性表现等等,物质世界行为可以有不同的方面。描述物质世界不同方面行为统一性的物理规律,也包括力作用统一性规律在内,就简称是物理学统一规律。表述物理学统一规律的形式化体系,就称是物理学统一理论

物理学统一理论的描述依据形式化表述的逻辑起点,就称是该理论的逻辑前提。

(一)

揭示物理学统一性规律,构建物理学统一理论,是物理学追求的最终目标。现代物理学中揭示物理学统一性规律的主流探索,本文就简称是“现代物理主流探索”。

现代物理学的研究表明,包括力作用的物质世界行为统一性,最终都根源于(即终极统一于)组成物质世界的基元。在现代物理主流探索中,量子场标准模型依据的基元,有轻子、夸克及各种载力玻色子,达62种之多,也称是标准基元。在解决量子场标准模型无法涉及引力问题的探索中,一些理论家又设计出了10维超弦,并创建了多种与量子场自洽的超弦理论,认为组成物质世界的基元也就是10维超弦。对标准基元与超弦,都统称是主流基元。

现代物理主流探索主要集中在如下两个方向:

1、微观方向,已深入到了粒子内部;其中类比量子力学(QM)与狭义相对论(SR)相结合的量子电动力学(QED),在量子场规范对称理论框架下,构建的描述弱电统一及强作用的量子场标准模型,代表了在这个方向探索的最高成就,其描述依据,也就是如上所述的62种标准基元,其形式化表述的逻辑起点,则主要是QM的测不准、及对表征体系能量的拉氏函数的规范不变性。

2、宏观方向,已涉及到了全宇宙;其中在宇宙大爆炸框架下使用广义相对论(GR)、核理论、热力学理论等已有理论构建的宇宙标准模型,是在这个方向探索的最高成就,但如果把量子场论观念用于宇宙学研究,与观测事实相比竞有上百个数量级的差异。宇宙标准模型的已完全离开了标准基元,其形式化表述的逻辑起点主要是广义相对论的等效原理。

(二)

熟悉现代物理理论的人都容易理解,现代物理主流探索存在如下两个典型问题:

1、主流基元对回答与物质世界行为终极统一相关的基本问题毫无帮助,实际探索主要还是依赖于满足数学分析需要的猜测和想像。

(1)深入到了粒子内部的微观方向,主流基元对所有与粒子存在相关的基本问题,如决定粒子质量大小的因素是什么,粒子运动为什么具有波动性,量子化电荷是怎么生成的,粒子为什么有左右手性、有正反两类等等,均不能给出任何有确定意义的答案。

(2)涉及全宇宙的宏观方向,主流基元对所有宇宙学的基本问题,如宇宙为什么有奇点大爆炸,演化机制是什么,不同类型的星系从何而来,为什么只有正物质星系,等等所有这些同样问题也是一无所知。虽然,10维超弦可以与宇宙学的某些基本问题联系起来,但都还只是一种可能性,而且超弦理论预言的所有标志性粒子,现实中一个也找不着。

由于主流基元不能回答与物质世界行为终极统一相关的基本问题,我们当然也就决不可能从它们那里发现物理学统一性规律到底根源于什么了。

2、依据的QM及相对论,都不能对理论自身所描述的物质世界行为做完全有效的统一表述,因此它们对所描述的物质世界行为,自身就并不是普适的。对此有以下事例为证:

(1)粒子自旋反映的是粒子内部空间的转动,但它既不满足SR规律,也无法用QM的测不准原理理解。即粒子内部存在的可动性,就并不能用QM与SR做有效表述。

(2)量子场理论描述的相互作用只能是没有大小的点粒子,对真实的有大小的粒子则完全无效;SR描述的是有静止质量客体的运动,但它对热运动系统及极限运动也就完全没有意义了;GR描述的是引力场及引力作用,但它并不能理解引力作用起决定作用的宇宙的大结构、大爆炸及暴胀、正物质星系是怎样形成的。

这些事实都充分说明:现代物理主流探索依据的不同基础理论,它们对所描述的物质世界行为自身并不是普适的;这也就说明,从它们的逻辑前提就并不能演绎出物质世界行为的统一性,我们当然也就决不可能从它们那里获取物理学统一性规律的任何线索了。

(三)

由于有上述两个典型问题,现代物理主流探索就已构成了如下灾难性后果。

1、人为制造了-系列悖论与逻辑灾难,形成了当代物理理论观念的极大混乱,以致于从QM及相对论问世整整-个世纪以来,物理学不仅再没有出现过类式的革命性突破,而且还走向了未知因素增多、表述不确定性增大、可直接验证的程度降低、理论自身制造的疑难也越来越多的死胡同

2、许多理论家把对物质世界行为统一性的探索,扭曲成为了一般的哲学陈述或抽象的数学演绎,他们完全不顾及所使用的基本概念的物理内函,而是把这些基本概念完全放到了虚无缥缈的先验的顶峰,用抽象的思辨代替具体的物理存在,猎奇心理泛滥;甚至有些学者还试图用宗教神学来阐述物质世界的统一。

更可怕的是,上述这些灾难性后果已成为主流或时尚,并大行其道,从而构成了现代物理学及整个自然科学的深刻危机。

(四)

其实,对我们要找的最终统一物质世界行为的基元,现代物物理已经给我们提供了再清楚也不过的事实了,这就是:实验观测中的粒子,都产生于受激发真空,显然,组成粒子的基元就一定来自真空;即真空有能够形成基元的量子化基本单元。

对能够形成基元的真空量子化基本单元,其固有存在就称是真空元素,就用“V0”表示;对由V0转变成的基元也就用 “V”表示,它有真空态及离开真空态组成粒子的非真空态两类,也分别依次用“Vn”和“Vm”表示。V0和Vn也统称是真空元单位

真空态基元Vn也就是可以构成现实真空一切的唯一根源,当然它也就确定了物理场的真空“点”位置,并构成了物理场真空“点”位置受激发的所有现象事实。

由此可以确定:对真空元单位到底有什么,我们就应当从物理场真空“点”位置受激发的现象事实中去归纳总结、去发现。而不是象现代物理主流探索获取的主流基元那样,是根据理论抽象演绎的需要来定义或认定。

(五)

特别说明以下两点:

1、《物理学统一理论研究》项目的出发点,不是要推翻现代物理某个基础理论,而是认为现代物理基础理论对所描述的物质世界行为自身并不是普适的,我们要揭示物理学统一性规律,构建物理学统一理论,必须寻找新的描述依据及形式化表述的逻辑起点。

QM、相对论,以及以它们为基础发展起来的QED,都经历了一代又一代理论家们的逻辑证实与实验验证,在各自的描述范围都是成功的。任何探索试图否定或推翻已取得成功的理论,都无疑缺乏理智。

2、我们知道,经典物理在它的描述范围是成功的,但在20世纪来临之前却面临了危机,为了消除这种危机,历史给出了两种选择:

(1)以那个时代经典物理学泰斗洛仑兹为代表,凭籍自身天才的头脑,在经典力学理论框架内先后建立了一阶和二阶变换的复杂理论,但并没有消除经典物理面临的危机,历史也并没有承认他们用修补方式对经典物理的发展

(2)进入20世纪后,以爱因斯坦、普朗克、玻尔、德布罗意等那个时代的物理学后生为代表,他们离开经典物理理论框架内演绎法的主流和时尚,以经验事实为依据找到现代物理基础理论新的描述依据,并以此为依据构建了与经典物理完全不同的革命性新理论,对彻底解决经典物理面临的危机做出了成功选择。

事实表明,在21世纪之初主流的物理学统一理论探索面临的危机,比20之前经典物理更具根本性。从遵循物理学历史规则行事的角度考虑,我们也应该效仿爱因斯坦他们在历史关头所做的成功选择:不要再走20之前洛仑兹为代表的老路,而是离开现代物理理论框架内演绎法的主流和时尚,以经验事实为依据,找出物理学统一理论描述依据的基元后,再并以此为依据构建出革命性的物理学统一理论。

完成于2010-3-16

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