关于物理和哲学的(三)

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      后分化出的物理学，理所当然继承了哲学的思维架构，即在便于人类认知的基础上通过一套完整的体系统一地描述世界，它专注于对自然界物质实体发问。通俗来讲，人们持不同的哲学观点看待问题就如同用不同的物理定律描述客观事物。但我们从来不相信哲学上的概念能够对自然科学产生任何确定性的影响，所以哲学更多是提供我们思考的方法，而物理让我们解决具体问题。
      物理学最早开始于人类对宇宙的兴趣，从地球到太阳系、从运动到力、从时间到空间、从光到热等等…随着得深入、广泛，物理学到如今得到了长远发展。在经历了哲学上的物质与运动的观念，物理学度过了开普勒、伽利略时代，并步入了第一个辉煌时代——十七世纪的牛顿物质运动理论。下面的表格就经典物理所探讨的基本元素进行了简单归纳：

物质 力     在人类对自然界的认识过程中，最主要的对象自然是物质世界本身，如中华古文明中所说的“火”、希腊古文明中所说的“轻物”、十七世纪提出的“热质”以及十九世纪以后的“光(或波)”都反映了人类在不同时期对于物质复杂性的一种看法。      而数字、时间、空间则是人类思维的工具，这些逻辑基元作为人类认识物质运动的前提，只能抽象地描述物质世界的运动形式，而不能描述任何一个具体的运动形式。      直到牛顿把物理学扩大到了物质和力，由这一逻辑体系所推理出来的理论与人们对太阳系的星体运动的观察之间建立起正确的关系。牛顿理论的最大进步就是对于物质概念的界定，基于这个界定，才有可能真正去描述物质运动的规律。这样，牛顿把人类对于自然界的观察和描述的能力推进了一大步！      然而正是这些深入人心的“真理”也让后人为打破这一逻辑框架付出艰辛的努力。     牛顿对力下的定义为：力等于物体的质量与速度的乘积，很明显这是一个互咬尾巴的定义，因为质量本身就是一个基于引力定义的逻辑量。      牛顿力学里提到的作用于物体的“力”往往依赖于物体的直接接触产生。虽然牛顿也提出了著名的万有引力定律，但他对于万有引力的超距作用形式一直是抱着怀疑和否定态度的。他说：“认为可以通过虚空把一个物体的力作用于另一个物体上是一切具有正常思维能力的人所无法接受的”。      而目前物理学已知的自然界存在的作用力一共有四种：引力、电磁力、强力、弱力。这也正解释了爱因斯坦在建立相对论之后花费了后半生近40年的精力去寻求建立一个“终极理论”以统一当时公知的两种相互作用——万有引力和电磁力，而没有成功。回头再看历史，这种失败并不奇怪。

时间 空间 质量

时间、空间和质量本身都不是一种物理实体，它们只是人们方便在思维能力中用来描述物理实体的三个基本的逻辑量，所以它们的定义依赖于人们对物质和力的认识角度。

时间是人们对物质运动的一种反映，通常以一种周期性的物质运动作基准来描述其它物质运动。在牛顿运动理论里，时间是绝对的、线性的。     牛顿在经典力学中引入绝对静止系（绝对空间），将物理学大大简化为可知论。但这种简化的模型往往会推出与已知矛盾的结果，最终成为一种阻碍。     对质量的逻辑界定是牛顿的质点动力学体系的核心，作为与力相联系的逻辑量，用来描述物质的一种属性。如果把力看成是表示物质间相互作用的表达形式，质量则与其中的一种力相联系。而自然界不只一种力，所以说自然界不止牛顿的以质量和质心位置表达的一种“物质存在形式”。例如：由牛顿第二定律定义的质量称惯性质量；由根据万有引力定义的质量称引力质量。

      十七世纪以来直到十九世纪末，物理学家引入了使能量和动量守恒的人为的假定，通过不断地假定新的粒子和能量来保持整个封闭系统的能量和动量的守恒，用这种方法不断扩大牛顿理论框架的应用范围。直到无论怎样假定也无法与这个理论框架相协调的实验事实的出现，人们开始认识到冲破牛顿数理逻辑框架(只适用于宏观低速的经典力学)的必要性。
      上个世纪物理学的两次大的革命即是打破这一框架所作的努力：一次是狭义相对论和广义相对论，它几乎是爱因斯坦一人完成的；另一次是量子理论的建立。在人们的努力下，量子理论与狭义相对论成功地结合成量子场论，成为迄今为止最为成功的理论。广义相对论也有长足的发展，在小至太阳系，大至整个宇宙范围里，实验观测与理论很好地符合。但广义相对论是用物质影响空间的几何性质来解释引力的，人们用其解释电磁力的方法来解释引力，将物质交换的“量子”称为引力子，但这一尝试遭遇失败，因为量子场论和广义相对论是相互不自洽的。于是人们又在考虑一个更大的理论框架。
      当人们又致力于打破相对论和量子力学所造成的障碍时，超弦理论成了物理学家追求统一理论的最自然的结果。超弦理论是人们抛弃了基本粒子是点粒子的假设而代之以基本粒子是一维弦的假设而建立起来的自洽的理论，其最吸引人的特点之一是将引力和其他由规范场引起的相互作用力自然地统一起来。在人们的深入研究发现：在十维空间中实际存在5种自洽的超弦理论，对一个统一理论来说，5种可能性还是稍嫌多了一些。
      因此，过去的时间里 人们又尝试从更一般的理论导出这些超弦理论，得到一个比较完美的关于这5种超弦理论统一的图像，姑且称其为M理论。但同是也向人们提出了更大的挑战，因为M理论在提出时并没有一个严格的数学表述。极短距离下的引力相互作用实际上是规范理论的量子效应，新的物理学家又提出了用零维D－膜（也称点D－膜）作为基本自由度的M理论的一种基本表述－－矩阵理论。然而，在 矩阵理论并不是是M理论的一个完美的表述。
      现在人们又将M理论和超弦理论与规范理论（用来描叙强相互作用）联系起来，从某种意义上来说，我们又回到了强相互作用的这一点，但是我们仍没有完全解决强相互作用的问题，也没有解决四种相互作用力的统一问题，因此对M理论、超弦理论和规范理论的研究仍是一个长期和非常困难的问题。

      可以看到物理学发展到现在已经包含了多元的思想，同时也面临着更艰难的进步。所以在动荡中的物理学世界里，并不应该推行绝对的偶像崇拜。新的理论在人们的争执下站了出来，又在更新的理论面前被推翻或者革新。说到这里，想起了一位提出可变光速理论的作者讲的一番话，“尽管科学家之间纷纷争争，但科学本身还是这个不太纯净的世纪所能提供的最纯洁的东西”。其实就是这样。

      每次在阅读一些著作的时候，都会做这样的思考：记载了先人经验、思想的文字，被后人研究、吸取。虽然那些人们已经离开这个世界久远了，但活着的人们仍然尊重他们的思想，保留着他们席位，并对他们的观点进行肯定、继承或否定、修正。通过这种知识的遗传，引发了各个领域跨越时间与空间的讨论。那么宏观上讲，人类目前所取得的任何成就都不是依赖于绝对个体产生的，而是属于人类的集体的智慧、属于发展进程中的阶段性产物。

整理中，待续>>.....

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