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宇宙之光 愛因斯坦之門

 昵稱517035 2010-05-27

宇宙之光 愛因斯坦之門

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2008-09-05 |
 

 
     卡爾.波普爾認(rèn)為,科學(xué)的目的是對(duì)于我們以為需要說明的任何事物,找出令人滿意的說明。根據(jù)這個(gè)“令人滿意”的標(biāo)準(zhǔn),所有的物理學(xué)家、尤其是那些從事基礎(chǔ)理論研究的物理學(xué)家們都應(yīng)該停下手頭的工作,來認(rèn)真地思考物理學(xué)的現(xiàn)狀,回顧其發(fā)展的歷史,著手解決那些物理學(xué)過去已經(jīng)回避、現(xiàn)在準(zhǔn)備回避的不“令人滿意”的說明。只有這樣,21世紀(jì)的物理學(xué)才會(huì)有新的發(fā)展起點(diǎn)。一些不正確的物理學(xué)觀念和物理學(xué)方法已經(jīng)長期束縛著物理學(xué)的發(fā)展,一層一層的像迷霧,一串一串的像枷鎖。于是,新世紀(jì)的物理學(xué)吶喊著:解放! 
解放物理學(xué)!物理學(xué)家首先要解放自己! 
來吧!一起來解放我們自己。 

物理學(xué)還沒有終結(jié) 
      在這個(gè)時(shí)代,有一個(gè)被人們夸張地把他同牛頓、愛因斯坦尤其是伽利略相提并論的人,他就是《時(shí)間簡史》的作者——史蒂芬.霍金。他曾經(jīng)讓我們相信萬有理論的存在,即時(shí)間、空間和宇宙最神秘的問題可以用一個(gè)簡單的方程式來解釋,他甚至宣布能讓我們“看到上帝的精神”。這,難道物理學(xué)即將終結(jié)了嗎?不久,霍金又宣布他對(duì)萬有理論的探索是徒勞無功的,萬有理論根本不存在,他說:“只要有無法證明的數(shù)學(xué)結(jié)論,就有無法預(yù)知的物理問題。我們不是能從宇宙之外觀察宇宙的天使。相反,我們和我們的模型都是我們所要描述的宇宙的一部分。因此,物理學(xué)都是描述自我的,正如哥德爾定理一樣:一個(gè)物理學(xué)理論或者自相矛盾,或者無法完成。”原來,物理學(xué)還不會(huì)終結(jié)。 
史蒂芬.霍金是一個(gè)勇敢的奔跑著、掉進(jìn)陷阱而又能很快跳出來的探索者,他給我們敲響了警鐘:物理學(xué)正處于危險(xiǎn)之中!表面上有著華麗的、復(fù)雜、繁瑣的數(shù)學(xué)形式,其根本內(nèi)容缺乏哲學(xué)思想;絕大多數(shù)物理理論對(duì)物質(zhì)世界作出了精彩的描述,但其自身卻根本無法被理解——這就是現(xiàn)代物理學(xué)的基本特征。其實(shí),物理學(xué)的真正基本問題總是可以用簡單的術(shù)語來解釋的,并不需要借助復(fù)雜的方程和數(shù)學(xué)論證。物理學(xué)對(duì)宇宙的一些基本問題還不甚了解!在不完全理解宇宙的情況下,試圖用猜測的方式去完整的描述宇宙,這本身就一種是冒險(xiǎn)。史蒂芬.霍金的萬有終極理論,并沒有帶來物理學(xué)的終結(jié),相反,它帶給了物理學(xué)一個(gè)新的開始,它帶給人們這樣的深刻的反思: 
也許,我們完全錯(cuò)誤的理解了宇宙! 

存在——認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ) 
      我們之所以能夠感知物質(zhì)世界的存在,是因?yàn)槲镔|(zhì)世界有著兩種存在——虛空和物質(zhì)。由于虛空的存在,我們才得以感知到物質(zhì)的存在;由于物質(zhì)的存在,我們才得以感知了虛空的存在。正是虛空和物質(zhì)這兩種存在相比較而存在,我們才得以認(rèn)識(shí)上物質(zhì)世界的存在。怎用才能進(jìn)一步認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界?我們是以虛空為背景來認(rèn)識(shí)物質(zhì),還是以物質(zhì)為背景來認(rèn)識(shí)虛空呢?值得慶幸的是,我們以虛空為背景發(fā)現(xiàn)了物質(zhì)的結(jié)構(gòu)現(xiàn)象、物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象和物質(zhì)間的相互作用現(xiàn)象,正是這三種現(xiàn)象構(gòu)成了我們物理學(xué)認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的基礎(chǔ)。 
對(duì)于存在的原因,物理學(xué)家確實(shí)不能說三道四,那是上帝的事?,F(xiàn)在流行的關(guān)于宇宙起源于大爆炸的學(xué)說告訴我們:宇宙的時(shí)間、空間以及所有的物質(zhì)都起源一個(gè)什么都沒有的點(diǎn)的大爆炸。上帝是這樣創(chuàng)造了宇宙嗎? 唉!科學(xué)和神話都讓人著迷。 

物理學(xué)的基本內(nèi)容 
      從古希臘哲學(xué)到現(xiàn)代物理學(xué)的整個(gè)科學(xué)史中,人們力圖把表面上極其復(fù)雜的自然現(xiàn)象歸結(jié)為一些簡單的基本觀念和關(guān)系,正是這些基本的觀念和關(guān)系表明了我們對(duì)物質(zhì)世界根本的認(rèn)識(shí),同時(shí)構(gòu)成了每個(gè)不同時(shí)代的物理學(xué)的基本的內(nèi)容。古希臘的哲學(xué)家很早就把復(fù)雜的自然現(xiàn)象歸納概括為物質(zhì)的結(jié)構(gòu)現(xiàn)象、物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象和物質(zhì)間力的現(xiàn)象,并力圖尋找到它們之間合乎規(guī)律的關(guān)系。德謨克利特的“原子論”就是比較典型的關(guān)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)、組成的觀念;亞里斯多德的“物質(zhì)的原始狀態(tài)是靜止的,力是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)根本原因。”反映了他的基本運(yùn)動(dòng)觀念,以及力與運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系。物理學(xué)的發(fā)展過程,實(shí)際上就是我們關(guān)于物質(zhì)(的結(jié)構(gòu))的觀念,關(guān)于物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的觀念,關(guān)于物質(zhì)間力的觀念的進(jìn)化以及它們?nèi)咧g的關(guān)系統(tǒng)一了解的過程。物理學(xué)能否統(tǒng)一的理解物質(zhì)世界,就取決我們能否正確看待物質(zhì),物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和物質(zhì)間的力,能否找到這三者之間協(xié)調(diào)一致的關(guān)系。 
     我們?cè)鯓硬拍苷_看待物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)和力,怎樣才能找到它們之間協(xié)調(diào)一致的關(guān)系呢?拋開舊的觀念,盡可能更加廣泛的歸納概括自然想象,重新看待物質(zhì)、物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)以及物質(zhì)間的相互作用。 

啟示與疑問 
     100年前,阿爾伯特.愛因斯坦創(chuàng)立了(狹義)相對(duì)論;100年后,一部分人試圖在相對(duì)論的基礎(chǔ)上一勞永逸的理解物質(zhì)世界,另有一部分人還在對(duì)相對(duì)論本身的邏輯問題上喋喋不休。物理學(xué)的目的是最終理解物質(zhì)世界,盡可能準(zhǔn)確地描述它!那么,我們?yōu)槭裁匆獙⒆约旱乃枷氤撩杂谙鄬?duì)論,而我們又為什么不可以從更為廣泛角度來看待相對(duì)論呢?也許!它能帶給我們?cè)S多超出相對(duì)論本身的東西,而這些東西正是物理學(xué)渴望得到的。正如愛因斯坦所倡導(dǎo)的科學(xué)思考的方法:提出新的問題、新的可能新,從新的角度去思考老的問題,需要?jiǎng)?chuàng)造性地想象力,并標(biāo)志著科學(xué)的實(shí)際進(jìn)步。 

(一)兩個(gè)物質(zhì)世界 
      100年前的狹義相對(duì)論就帶給了我們這樣的啟示,構(gòu)成物質(zhì)世界的物質(zhì)有兩類:一類是沒有靜止質(zhì)量(靜止質(zhì)量為零),以恒定的光速運(yùn)動(dòng)著的物質(zhì);另一類是有靜止質(zhì)量(靜止質(zhì)量不為零),以低于光速的任何速度運(yùn)動(dòng)著的物質(zhì)。因?yàn)闆]有靜止質(zhì)量的物質(zhì)以恒定的光速運(yùn)動(dòng)著,那么加速度a對(duì)這類物質(zhì)來說根本沒有意義,所以這類物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)并不服從經(jīng)相對(duì)論修正后的牛頓第二定律;另一類是靜止質(zhì)量不為零的物質(zhì),其運(yùn)動(dòng)規(guī)律遵從經(jīng)相對(duì)論修正后的牛頓第二定律,但是這類物質(zhì)在力的作用或能量的作用下永遠(yuǎn)也不會(huì)達(dá)到光速的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。由此,根據(jù)物質(zhì)的質(zhì)量屬性和物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)屬性可以判別出構(gòu)成物質(zhì)世界有兩種物質(zhì)的存在:一種是沒有靜止質(zhì)量、以光速運(yùn)動(dòng)著的物質(zhì);另一種是有靜止質(zhì)量、以低于光速的速度運(yùn)動(dòng)著的物質(zhì)。 
     是重新思考我們物質(zhì)觀的時(shí)候了!——為什么有的物質(zhì)有靜止質(zhì)量而有的物質(zhì)卻沒有靜止質(zhì)量?為什么有的物質(zhì)以恒定的光速運(yùn)動(dòng)著,而有的物質(zhì)卻只能在低于光速的速度范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)呢?這兩種物質(zhì)自身到底有什么本質(zhì)的不同,它們之間是否存在著什么本質(zhì)上的聯(lián)系呢? 
是重新思考我們運(yùn)動(dòng)觀的時(shí)候了!——物質(zhì)有無靜止質(zhì)量決定著物質(zhì)是否處于光速運(yùn)動(dòng)狀態(tài),還是處于亞光速運(yùn)動(dòng)狀態(tài),物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)到底是什么?為什么沒有靜止質(zhì)量的物質(zhì)就必須以恒定的光速運(yùn)動(dòng)、光速運(yùn)動(dòng)的根本原因是什么?有靜止質(zhì)量的以亞光速運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)為什么不能在力或能量的有限作用下達(dá)到光速運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)呢?——簡單地說,物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的根本原因究竟是什么? 
     是重新思考我們力的觀念的時(shí)候了!——光速運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)的光速運(yùn)動(dòng)不再遵從牛頓第二定律、光速不可逾越、在力的作用下有靜止質(zhì)量的亞光速運(yùn)動(dòng)著物質(zhì)永遠(yuǎn)也不能達(dá)到光速運(yùn)動(dòng)狀態(tài),力是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)改變的原因的觀念實(shí)際上已經(jīng)受到了挑戰(zhàn),那么力的作用本質(zhì)究竟是什么?力的原因是什么?力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系究竟是怎樣一回事?

 
(二)光量子 
      同樣是100年前,阿爾伯特.愛因斯坦提出了著名的光量子理論。他認(rèn)為一束光是一束以光速C運(yùn)動(dòng)的粒子流,這些粒子被稱為光量子,即光子。每個(gè)光子都有一定的能量,對(duì)于頻率為γ的光子,其能量為E=hγ,h為普朗克恒量。這種觀點(diǎn)讓我們可以用粒子的觀念來看待光這種特殊的物質(zhì),這樣,我們就可以把光和通常所認(rèn)識(shí)的物質(zhì)粒子歸結(jié)在一起來思考那個(gè)古老而又基本的問題:宇宙物質(zhì)最終是由什么最小的物質(zhì)單元所構(gòu)成的?最小的物質(zhì)單元應(yīng)該具有何種屬性呢?最小的質(zhì)量屬性?最小的能量的屬性?無論是質(zhì)量屬性還是能量屬性,光量子都給我們提供了可以想象的最小的物質(zhì)單元的可能實(shí)體的存在——頻率為1的光量子。各種不同大小能量的光子是否是由這種最小的基本的光量子所構(gòu)成的?這種基本的光量子可不可能還構(gòu)成電子、質(zhì)子、中子等這些通常的物質(zhì)粒子呢? 

(三)光速恒定、光速極限 
      愛因斯坦提出了光速不變?cè)恚赫婵罩泄獾膫鞑ニ俣仍诟鱾€(gè)方向上都是相同的,與光源的運(yùn)動(dòng)無關(guān)。根據(jù)這個(gè)原理,我們知道光物質(zhì)或者說光子在真空中總是以恒定的速度C運(yùn)動(dòng)著,這樣一來,光物質(zhì)或者說光子運(yùn)動(dòng)就不再服從牛頓第二定律,加速度對(duì)光物質(zhì)來說毫無意義,于是我們似乎發(fā)現(xiàn)了宇宙間有著活的、不朽的客體的存在!難道說,當(dāng)光物質(zhì)或者說光子被別的物質(zhì)吸收以后就停止運(yùn)動(dòng)了嗎?為什么不繼續(xù)以光速運(yùn)動(dòng)著呢?光速運(yùn)動(dòng)的哲學(xué)原因是什么呢? 
愛因斯坦又提出了的光速極限論:一切質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)、一切場的傳播速度以及一切真實(shí)物質(zhì)的相互作用的傳播速度,都不能大于真空中的光速c。根據(jù)這個(gè)觀點(diǎn),光速c這個(gè)特定的速度就成為一切宇宙運(yùn)動(dòng)的上限,那么力是物體運(yùn)動(dòng)改變的原因這一命題,或者說使物體的運(yùn)動(dòng)發(fā)生改變的力的功效就受到了挑戰(zhàn)。也許!物理學(xué)到了不得不去重新思考力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系的時(shí)候了,這又迫使我們回到那個(gè)古老的話題——物體運(yùn)動(dòng)的原因是什么?盡管這個(gè)問題早已被“物體運(yùn)動(dòng)改變的原因是什么?”所取代,并由伽利略和牛頓做出了回答。愛因斯坦關(guān)于光速運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)已經(jīng)暗示我們:如果我們要將光物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)(光速運(yùn)動(dòng))現(xiàn)象和通常物質(zhì)的力學(xué)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象歸總在一起,并力圖歸納出宇宙的運(yùn)動(dòng)本質(zhì)的話,我們就不得不拋開力的因素,轉(zhuǎn)而從物質(zhì)自身的因素來哲學(xué)的考慮物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)本質(zhì),從物質(zhì)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)方面來物理學(xué)的考慮物質(zhì)運(yùn)動(dòng)以及運(yùn)動(dòng)改變的真正原因。 

(四)萬有引力與光線的彎曲 
      牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律,并在1704年提出大質(zhì)量物體可能會(huì)像彎曲其它有質(zhì)量粒子的軌跡一樣,使光線發(fā)生彎曲。愛因斯坦廣義相對(duì)論作出了星光經(jīng)過日全蝕太陽時(shí)將發(fā)生偏轉(zhuǎn)的預(yù)言。1919年,英國物理學(xué)家愛丁頓組織了一支英國日蝕觀測隊(duì),結(jié)果,他們確實(shí)發(fā)現(xiàn)了光線在引力的作用下彎曲的事實(shí)。光能夠感受萬有引力的作用而發(fā)生運(yùn)動(dòng)方向的改變這個(gè)事實(shí)能給我們?cè)鯓拥膯⑹灸???dāng)光物質(zhì)(光子)被通常的物體所吸收后,光物質(zhì)會(huì)不會(huì)在足夠強(qiáng)的引力的吸引下被束縛在物體內(nèi),繼續(xù)以光速運(yùn)動(dòng)著呢!這進(jìn)而啟發(fā)我們,大量的光物質(zhì)在足夠小的空間范圍內(nèi),便有足夠大的引力將它們束縛在有限的空間范圍內(nèi)以恒定的光速運(yùn)動(dòng)著,就構(gòu)成了我們通常的基本的物質(zhì)粒子呢! 

(五)E=mc2 
      這個(gè)著的名質(zhì)能關(guān)系式與愛因斯坦這個(gè)名字一樣,為大家所熟悉!這個(gè)質(zhì)能關(guān)系式告訴我們:一定質(zhì)量的物質(zhì)本身蘊(yùn)含著與它質(zhì)量成正比的能量,這個(gè)能量值的大小等于它的質(zhì)量與光速平方的乘積。質(zhì)能關(guān)系深刻地揭示了一定質(zhì)量的物體在它的內(nèi)部可能蘊(yùn)含著大量的能量,然而能量這個(gè)概念表征著物質(zhì)各種形式的運(yùn)動(dòng)的普遍量度,那么質(zhì)能關(guān)系式也就揭示了物質(zhì)的內(nèi)部可能存在著某些激烈的復(fù)雜的運(yùn)動(dòng),恰好正是這些運(yùn)動(dòng)維持著物質(zhì)自身的結(jié)構(gòu)。質(zhì)能關(guān)系式將質(zhì)量和能量這兩個(gè)物理概念通過光速c聯(lián)系起來,那么也就將物質(zhì)和物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)通過光速聯(lián)系起來。假如我們堅(jiān)持用質(zhì)量來表征物體所含物質(zhì)的多少,能量表征物體自身的運(yùn)動(dòng)的量度的話,那么,E=mc2又能給我們?cè)鯓拥膯⑹灸??不管物體的質(zhì)量是多大,物體所含物質(zhì)是多少,總之有多少物質(zhì)就有多少運(yùn)動(dòng)量度,也就是說,一定量的物質(zhì)總有恒定的運(yùn)動(dòng)量度!我們是否可以這樣問----物質(zhì)恒定地運(yùn)動(dòng)著嗎?再考慮到質(zhì)量與能量之間的光速聯(lián)系、物質(zhì)與運(yùn)動(dòng)之間的光速聯(lián)系,我們可以這樣大膽地猜測----構(gòu)成物體的基本物質(zhì)以恒定的光速運(yùn)動(dòng)著!換句話說,物體都是由以恒定的光速運(yùn)動(dòng)著的基本物質(zhì)所構(gòu)成的。光不是以恒定的光速運(yùn)動(dòng)著的嗎?那么,是否正是光構(gòu)成了我們的宇宙物質(zhì)呢? 
      根據(jù)質(zhì)能關(guān)系式,質(zhì)量守恒就意味著能量守恒,反之亦然。這,進(jìn)一步深刻地揭示了物質(zhì)不滅,運(yùn)動(dòng)不滅的關(guān)于宇宙的哲學(xué)圖景。宇宙物質(zhì)永恒的存在著,永恒的運(yùn)動(dòng)著!有了這樣的觀念,我們也許就不會(huì)再去追尋物體運(yùn)動(dòng)的外部原因,不會(huì)再去探討光物質(zhì)光速運(yùn)動(dòng)的原因了,至少我們?cè)谘刂?#8220;力的原因”這個(gè)方向上已經(jīng)走到了盡頭。我們應(yīng)該明白:光物質(zhì)以恒定的光速永恒的運(yùn)動(dòng)著,以恒定的光速永恒的運(yùn)動(dòng)著的光物質(zhì)就是我們宇宙的物質(zhì)本質(zhì),光物質(zhì)永恒的光速運(yùn)動(dòng)就是我們宇宙的運(yùn)動(dòng)本質(zhì)。光物質(zhì)、光速運(yùn)動(dòng)這兩個(gè)概念,無論是在哲學(xué)上還是對(duì)物理學(xué)而言都該是終極的概念,我們不可能也不應(yīng)該妄圖對(duì)其做出物理學(xué)的還是哲學(xué)上的解釋,它們就是存在。 

(六)相對(duì)論因子(1-v2/c2)1/2 
      狹義相對(duì)論中,(1-v2/c2)1/2這個(gè)因子廣泛的存在,更為重要的是許許多多的實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明了自然界本身在物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系上包含著這個(gè)因子的存在。難道說,這個(gè)因子的存在僅僅是物理定律必須遵從相對(duì)性原理的洛倫茲變換的不變性的要求,或者是它真的就反映了所謂的相對(duì)論時(shí)-空特性嗎?這個(gè)因子,為什么包含著光速C?這個(gè)因子的存在是終極的嗎?是否需要我們做出更深刻地物理學(xué)說明、更廣泛的哲學(xué)說明呢?(1-v2/c2)1/2這個(gè)因子到底暗含著怎樣的宇宙秘密呢?這個(gè)因子的存在不正是明確地、定量地揭示了物質(zhì)運(yùn)動(dòng)與物質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)系嗎?不正是揭示了物質(zhì)的外部運(yùn)動(dòng)、內(nèi)部運(yùn)動(dòng)與物質(zhì)整體運(yùn)動(dòng)的關(guān)系嗎? 

(七)正、反粒子的湮滅 
      英國物理學(xué)家狄拉克把量子力學(xué)與高速運(yùn)動(dòng)所必須的相對(duì)論力學(xué)相結(jié)合導(dǎo)致產(chǎn)生了反物質(zhì)的概念。1932年,由美國物理學(xué)家安德遜在宇宙射線中發(fā)現(xiàn)了正電子,從而證實(shí)了狄拉克的理論。今天的粒子物理學(xué)告訴我們,任何粒子都有會(huì)和他相湮滅的反粒子。一對(duì)正、反粒子相遇時(shí),會(huì)同時(shí)消失而轉(zhuǎn)化為別種粒子,這種現(xiàn)象叫做湮滅(湮沒)。正電子的質(zhì)量和電子相等,它的電量的數(shù)值和電子相等而符號(hào)相反,即帶正電。一個(gè)電子和一個(gè)正電子相遇會(huì)發(fā)生湮沒而轉(zhuǎn)化為一對(duì)光子,一對(duì)正負(fù)電子,常稱為正負(fù)電子對(duì)(電子偶)。能量超過1.02MeV(兆電子伏特)的光子穿過鉛板時(shí),會(huì)產(chǎn)生電子一正電子對(duì)。無論是在理論上還是在實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)中,我們都確認(rèn)了反物質(zhì)的存在以及正、反物質(zhì)相遇可以湮滅成光子或者別的粒子的事實(shí),并且清楚地知道光可以變成物質(zhì)、物質(zhì)可以變成光。光變成物質(zhì)、物質(zhì)變成光!那么,光和物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化的過程中不變的基礎(chǔ)物質(zhì)又是什么呢?光和通常的物質(zhì)粒子是否由相同的基本物質(zhì)構(gòu)成,如果有,又是什么呢?不正是最小的光量子嗎? 

宇宙之光——愛因斯坦之門 

(一)光量子 
      早在古希臘的德謨克利特就提出了“原子”這一概念,并把它當(dāng)作物質(zhì)的最小單元。他相信宇宙萬物都是由原子構(gòu)成的,原子在物理上——而不是在幾何上——是不可分的。最小的不可分的物質(zhì)單元!在追求宇宙萬物的簡單性和統(tǒng)一性的思想方面,愛因斯坦的光量子概念給我們提供了尋找最小物質(zhì)單元的可能性,何況新的實(shí)驗(yàn)事實(shí)已經(jīng)告訴我們通常的物質(zhì)粒子可以轉(zhuǎn)化為光物質(zhì),光物質(zhì)也可以轉(zhuǎn)化成通常的物質(zhì)粒子。 
(二)光速運(yùn)動(dòng) 
      物體運(yùn)動(dòng)的原因是什么?物體運(yùn)動(dòng)改變的原因是什么?早在古希臘的亞里斯多德就認(rèn)為力是物體運(yùn)動(dòng)的原因,力越大,物體也就運(yùn)動(dòng)得越快。當(dāng)然,這是一個(gè)錯(cuò)誤的觀點(diǎn)!但是它讓我們?cè)诮y(tǒng)一思考物質(zhì)世界的時(shí)候,把力和運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來。后來,是伽利略通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了物體的運(yùn)動(dòng)改變和力的關(guān)系,確立力是物體運(yùn)動(dòng)改變的原因——這就導(dǎo)致了伽利略-牛頓力學(xué)。盡管如此,物體運(yùn)動(dòng)的原因是什么?這個(gè)古老的問題卻給保留下來,一直到…… 
愛因斯坦的“追光悖論”——能以光速追光嗎 ?據(jù)愛因斯坦本人回憶,他曾作過這樣的思考:“如果我以速度c(真空中的光速)追隨一條光線運(yùn)動(dòng),那么我們就應(yīng)當(dāng)看到,這樣一條光線就好像一個(gè)在空間里振蕩著而停滯不前的電磁場??墒?,無論是依據(jù)經(jīng)驗(yàn),還是按照麥克斯韋方程,看來都不會(huì)有這樣的事情。從一開始,在我直覺地看來就很清楚,從這樣一個(gè)觀察者的觀點(diǎn)來判斷,一切都應(yīng)當(dāng)像一個(gè)相對(duì)于地球是靜止的觀察者所看到的那樣按照同樣的一些定律進(jìn)行。因?yàn)?,第一個(gè)觀察者怎么會(huì)知道或者能夠判明他是處在均勻的快速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中呢?”,正是這個(gè)悖論啟發(fā)了他的狹義相對(duì)論思想。狹義相對(duì)論具有決定意義的起點(diǎn)是關(guān)于相對(duì)運(yùn)動(dòng)的本體性觀念,認(rèn)為運(yùn)動(dòng)只能作為相對(duì)運(yùn)動(dòng)才能被觀察到,從根本上否定了物質(zhì)自身運(yùn)動(dòng)的自然存在。簡單地說,狹義相對(duì)論從根本上否定了物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)。從另一種角度來看,狹義相對(duì)論成功之處在于它的創(chuàng)立者愛因斯坦把光的傳播問題放在了首要的位置,正是這個(gè)特定的光速運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致許多驚人的結(jié)果。當(dāng)我們渴望能跑得像光速那么快的時(shí)候,我們不禁要問:我們能以光速追光嗎?答案是清楚的,任何有靜止質(zhì)量的物體在力或能量的作用下都不可能跑得像光那樣快!除非你沒有靜止質(zhì)量或者說你就是光,當(dāng)然,這個(gè)答案來自于狹義相對(duì)論。特定的沒有靜止質(zhì)量的物質(zhì)才能以特定的光速運(yùn)動(dòng),有靜止質(zhì)量的物體在能量和力的有限作用下永遠(yuǎn)也不可能達(dá)到以光速運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。正是這樣,我們才得以丟開“力是物體運(yùn)動(dòng)改變的原因”這一線索,重新去思考“物體運(yùn)動(dòng)的原因是什么?”這個(gè)被遺留的問題,而且我們已經(jīng)感覺到物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)似乎跟物質(zhì)本身有關(guān)。當(dāng)我們問:光物質(zhì)為什么以光速運(yùn)動(dòng)著,或者光物質(zhì)光速運(yùn)動(dòng)的原因是什么?如果沿著力的線索尋找原因的想法遭到破滅的時(shí)候,我們只能歸結(jié)于物質(zhì)自身了。換句話說,我們不得不承認(rèn)物質(zhì)自身的運(yùn)動(dòng)! 
        人類對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了從古希臘哲學(xué)到伽利略-牛頓力學(xué)、從伽利略-牛頓力學(xué)到愛因斯坦相對(duì)論的漫長歷程。今天,相對(duì)論似乎又把我們帶回到了古希臘哲學(xué)那兩個(gè)古老的問題:構(gòu)成宇宙萬物不可再分的最小物質(zhì)單元是什么?物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的根本原因是什么?在這里,我可以毫不夸張的說:最終,我找到了答案!因?yàn)?,在愛因斯坦的啟示下發(fā)我現(xiàn)了宇宙中存在著物質(zhì)的最小單元、不被推動(dòng)的永動(dòng)者——光。 
當(dāng)世界的物質(zhì)本質(zhì)、運(yùn)動(dòng)本質(zhì)這兩個(gè)基本問題糾纏著物理學(xué)時(shí)候,正是愛因斯坦把我們的思想引向了宇宙最深秘的地方,也是最光亮的地方——光物質(zhì)及其光速運(yùn)動(dòng)。在這里,我們追求物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)的簡單性和統(tǒng)一性的目標(biāo)可能就會(huì)實(shí)現(xiàn)。如果真是這樣,愛因斯坦帶給我們的啟示已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了他所創(chuàng)立的相對(duì)論本身,當(dāng)然我們必須放棄那些許許多多被認(rèn)為是必然正確的東西,恰好正是這些東西使得愛因斯坦之門異常沉重!解放我們自己,才能開啟愛因斯坦之門。 
只有打開愛因斯坦之門,我們才能發(fā)現(xiàn)宇宙之光!這,正 

宇宙的基本內(nèi)容 
        早在古希臘的亞里斯多德就相信宇宙中所有物質(zhì)都是由四種基本元素即土、空氣、火和水組成的。有兩種力作用在這些元素上:引力,這是指土和水往下沉的趨勢;浮力這是指空氣和火往上升的傾向。正是這種將宇宙的內(nèi)容分割成物質(zhì)和力的基本的認(rèn)識(shí)方法一直沿襲至今,才有了現(xiàn)在流行的關(guān)于基本粒子和自然力的各種關(guān)于宇宙的統(tǒng)一理論。 
在這里,我坦率地說:目前所有的關(guān)于宇宙統(tǒng)一的理論無論其形式上多么完美,但都不可能是真實(shí)的!因?yàn)?,物理學(xué)始終將物質(zhì)自身的運(yùn)動(dòng)這一基本的宇宙內(nèi)容排斥在物理學(xué)認(rèn)識(shí)之外?;镜奈镔|(zhì),即其永恒的運(yùn)動(dòng)和它們之間普遍的超距聯(lián)系這三大基本要素構(gòu)成了宇宙的全部內(nèi)容。 
在關(guān)于宇宙認(rèn)識(shí)的思想上,我們應(yīng)該有這樣清晰的認(rèn)識(shí):構(gòu)成宇宙的基本物質(zhì)以恒定的光速永恒的運(yùn)動(dòng)著,這種永恒的運(yùn)動(dòng)并不會(huì)因?yàn)榱Φ淖饔枚L。當(dāng)我們將物質(zhì)的這種永恒運(yùn)動(dòng)納入宇宙的內(nèi)容的時(shí)候,在認(rèn)識(shí)上就會(huì)得到這樣一幅宇宙圖景:宇宙就是一架由光物質(zhì)彼此超距聯(lián)系而構(gòu)成的永動(dòng)機(jī)! 
該如何來精細(xì)的描述我們的宇宙呢?這也許就是未來物理學(xué)的任務(wù)! 

物理學(xué)思想道路的轉(zhuǎn)變與結(jié)合 
        早在古希臘的自然哲學(xué)家們就開始了對(duì)物質(zhì)世界的沉思,對(duì)物理學(xué)思想影響最深的有兩位:一位是“力是物體運(yùn)動(dòng)的原因”這個(gè)觀點(diǎn)持有者亞里斯多德;另一位是“原子論”的創(chuàng)立者的德謨克利特。正是他們的哲學(xué)思想給后來的物理學(xué)的發(fā)展開辟了兩條獨(dú)立的科學(xué)思想道路。 
亞里斯多德認(rèn)為,物質(zhì)的原始狀態(tài)是靜止的,力是物體運(yùn)動(dòng)的原因。盡管這個(gè)觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的,但是它反映了人們認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的基本思想——追求宇宙物質(zhì)運(yùn)動(dòng)(原因)的統(tǒng)一性!他試圖把物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的原因統(tǒng)一歸結(jié)于力,才確立了力和運(yùn)動(dòng)之間存在著某種聯(lián)系這個(gè)基本的思想。正是這種力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系給后來的物理學(xué)開辟了一條認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的科學(xué)思想道路。

 

     德謨克利特提出了“原子”這一概念,并把它當(dāng)作物質(zhì)的最小單元。他相信萬物都是由原子構(gòu)成的,原子在物理上——而不是在幾何上——是不可分的;原子之間存在著虛空;原子是不可毀滅的;原子曾經(jīng)永遠(yuǎn)是,而且將永遠(yuǎn)是在運(yùn)動(dòng)著的。由于原子間的聯(lián)合就產(chǎn)生了物質(zhì)的生、成,由于原子間的分離就產(chǎn)生了物質(zhì)的毀滅。這,反映了人們認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的另一基本思想——追求宇宙萬物的簡單性和統(tǒng)一性!正是這個(gè)基本的哲學(xué)思想,給后來的物理學(xué)對(duì)宇宙物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)奠定了科學(xué)的道路。宇宙萬物最終是由什么樣的最小的物質(zhì)單元構(gòu)成的,這個(gè)問題仍然困擾著物理學(xué),現(xiàn)今粒子物理學(xué)認(rèn)定的基本粒子是真正意義上的基本粒子嗎? 
         恰好!正是這兩個(gè)基本的自然哲學(xué)思想確立了當(dāng)今物理學(xué)關(guān)于宇宙的內(nèi)容——基本粒子和力。物理學(xué)的發(fā)展也正是沿著物質(zhì)的結(jié)構(gòu)組成和力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系這兩條道路獨(dú)立的認(rèn)識(shí)著物質(zhì)世界。如今,無論是宇宙學(xué)、粒子物理學(xué)自身,還是宇宙學(xué)和粒子物理學(xué)結(jié)合來統(tǒng)一認(rèn)識(shí)宇宙,越來越多的情形已經(jīng)表明:要么宇宙本身就缺少什么東西,要么物理學(xué)的認(rèn)識(shí)還欠缺許多! 
我們嘗試著將這兩條獨(dú)立的道路結(jié)合起來,看能否找到未來物理學(xué)發(fā)展道路的新起點(diǎn)呢! 

(一)第一條道路的發(fā)展 
         從亞里斯多德“力是物體運(yùn)動(dòng)的原因”的錯(cuò)誤臆想到伽利略“力是物體運(yùn)動(dòng)改變的原因”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的轉(zhuǎn)變,這就成了自然科學(xué)正確認(rèn)識(shí)運(yùn)動(dòng)和力及其關(guān)系得真正起點(diǎn)。牛頓正是在這個(gè)基礎(chǔ)上建立了他的力學(xué)原理并且發(fā)現(xiàn)了自然力——萬有引力的存在。在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》的序言中,牛頓明確地提出了他的科學(xué)綱領(lǐng):“我把這部著作叫做自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理,因?yàn)檎軐W(xué)的全部任務(wù)看來就在于從各種運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象來研究各種自然之力,而后用這些力去論證其它現(xiàn)象……,我希望能用同樣的推理方法,從力學(xué)中推導(dǎo)出自然界的其它現(xiàn)象。” 由此可以看出,力成了牛頓自然哲學(xué)的核心概念,運(yùn)動(dòng)僅僅是復(fù)雜的自然界現(xiàn)象,正是力和他的力學(xué)法則支配著自然界的一切運(yùn)動(dòng)——這就導(dǎo)致了物理學(xué)的力學(xué)自然觀。 
    在對(duì)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象認(rèn)識(shí)過程中,我們的運(yùn)動(dòng)觀念在不斷地發(fā)生著深刻的變革。如何和描述物體的運(yùn)動(dòng)呢?速率表征物體運(yùn)動(dòng)的快慢程度,將速率還原成物體通過的距離和所花的時(shí)間,那么我們關(guān)于運(yùn)動(dòng)的觀念就不可避免的導(dǎo)致了空間和時(shí)間的觀念。力的真正功效在于總是改變物體的運(yùn)動(dòng),而不是使物體發(fā)生運(yùn)動(dòng),牛頓力學(xué)關(guān)注的焦點(diǎn)是物體運(yùn)動(dòng)的改變而不是運(yùn)動(dòng)本身,這樣一來,亞里斯多德和伽利略-牛頓的運(yùn)動(dòng)觀念存在著巨大的差別:亞里斯多德相信物體存在著一個(gè)優(yōu)越的靜止?fàn)顟B(tài),在不受外力和其它沖擊的情況下都保持這種狀態(tài)。但是從牛頓定律引出,并不存在一個(gè)靜止的唯一標(biāo)準(zhǔn),也就是說,絕對(duì)位置或者絕對(duì)空間的概念在牛頓力學(xué)中沒有實(shí)在的意義。不過,亞里斯多德和牛頓都相信絕對(duì)時(shí)間,也就是說,他們都相信時(shí)間均勻的流逝著,兩個(gè)事件之間的時(shí)間間隔,只要用相同標(biāo)準(zhǔn)的鐘,無論誰去測量,都是相同的。隨著電磁學(xué)的發(fā)展,麥克斯韋預(yù)言了電磁波以某一固定的速度運(yùn)動(dòng)著。但是,牛頓力學(xué)已經(jīng)擺脫了絕對(duì)靜止的觀念,如果要說光以固定的速度傳播,那么就必須說明這個(gè)固定的速度是相對(duì)于何物來測量的。當(dāng)然,人們提出了一種新的物質(zhì)“以太”來作為電磁波的傳播載體,電磁波的固定速度就是相對(duì)于“以太”而言的。根據(jù)通常的相對(duì)性原理,相對(duì)于以太運(yùn)動(dòng)的不同觀察者,應(yīng)該看到光以不同的速度沖他們而來。正是基于這個(gè)思想,阿爾伯特•邁克爾遜和愛德華•莫雷利用了地球和以太的相對(duì)運(yùn)動(dòng),將地球運(yùn)動(dòng)方向和垂直于這個(gè)方向的光速進(jìn)行了比較,結(jié)果這兩個(gè)方向的光速完全一樣!難道相對(duì)性原理不再適合電磁現(xiàn)象了?正是阿爾伯特.愛因斯坦提出,只要人們?cè)敢鈷仐壗^對(duì)時(shí)間的概念,整個(gè)以太的概念則是多余的。邁克爾遜-莫雷的實(shí)驗(yàn)結(jié)果被看成是相對(duì)性原理同樣適應(yīng)于電磁現(xiàn)象的有力證明,是對(duì)“以太”的一個(gè)根本否定,也就徹底否定了絕對(duì)空間的存在。愛因斯坦的相對(duì)論把兩個(gè)基本的原理——相對(duì)性原理和光速不變?cè)恚约肮馑贅O限論結(jié)合在一起,改造了我們的時(shí)、空觀念,修正了牛頓力學(xué)。相對(duì)論迫使人們從根本上改變了對(duì)時(shí)間和空間的根本看法,必須接受這樣的觀念:時(shí)間不能完全獨(dú)立于空間,而必須和空間結(jié)合在一起形成所謂的空-時(shí)客體。 
         在亞里斯多德運(yùn)動(dòng)觀念里,他相信絕對(duì)空間的存在,同時(shí)他相信絕對(duì)時(shí)間的存在,因而他承認(rèn)物體的絕對(duì)靜止和絕對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的存在;牛頓力學(xué)否定了絕對(duì)空間的存在,保留著絕對(duì)時(shí)間的觀念,所以他否認(rèn)絕對(duì)靜止的觀念,但不否定絕對(duì)運(yùn)動(dòng)的存在;愛因斯坦的相對(duì)論則徹底拋棄了絕對(duì)時(shí)間的觀念,他認(rèn)為時(shí)間和空間都是相對(duì)性的,因而否定了絕對(duì)運(yùn)動(dòng)的存在,并把物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)提高到了本體的位置。從亞里斯多德到牛頓,再從牛頓到愛因斯坦的運(yùn)動(dòng)觀念以及時(shí)、空觀念的轉(zhuǎn)變過程中,我們不難看出運(yùn)動(dòng)觀念發(fā)生轉(zhuǎn)變的實(shí)質(zhì)就在于:圍繞力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系這個(gè)核心,對(duì)力的功效的認(rèn)識(shí)不斷改變, 不斷深入 。在亞里斯多德看來,力的功效在于使物體發(fā)生運(yùn)動(dòng);在伽利略-牛頓看來,力的功效在于使物體的運(yùn)動(dòng)發(fā)生改變;在愛因斯坦看來,對(duì)于光以某一固定速度運(yùn)動(dòng)著這一事實(shí)來說,力實(shí)際上就不再有任何功效。 
我們的運(yùn)動(dòng)觀念與對(duì)“力的功效”的認(rèn)識(shí)息息相關(guān),那么力的真正功效是什么呢?亞里斯多德應(yīng)該這樣問自己:既然物體運(yùn)動(dòng)的原因不是力,那么物體運(yùn)動(dòng)的原因是什么呢?伽利略-牛頓應(yīng)該這樣問自己:光以固定的速度運(yùn)動(dòng)著,這怎么可能!難道力不能支配光的運(yùn)動(dòng),固定的光速運(yùn)動(dòng)的原因究竟又是什么呢?各種物體對(duì)于光是否有超距作用,而且是否在其作用下使光線發(fā)生了彎曲?愛因斯坦則應(yīng)該這樣問自己:為什么有的物質(zhì)必須以固定的光速運(yùn)動(dòng)著,而有的物質(zhì)又必須在低于光速的速度范圍運(yùn)動(dòng)著呢?為什么在光速運(yùn)動(dòng)和亞光速運(yùn)動(dòng)著兩個(gè)物質(zhì)領(lǐng)域的運(yùn)動(dòng)界限處,力就喪失了功效呢?離開力的線索,物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的真正原因究竟是什么? 
       在對(duì)力現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)過程中,我們堅(jiān)持了力是運(yùn)動(dòng)改變的原因,但并不清楚物質(zhì)間相互作用的真正本質(zhì)是什么?日常的推、拉、壓以及碰撞等這些力現(xiàn)象都是物體之間的直接相互作用,萬有引力和電、磁力則是空間上遠(yuǎn)離物體之間彼此發(fā)生的相互作用。在牛頓力學(xué)看來,無論是物體之間的直接相互作用還是空間遠(yuǎn)離物體間的相互作用,它們的功效都是改變物體的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)牛頓第二定律f=ma,雖然能夠知道力與物體運(yùn)動(dòng)改變程度的數(shù)學(xué)關(guān)系,我們可以在知道力的大小以及物體質(zhì)量的情形下,就能夠知道物體可能發(fā)生的速度改變,但是我們并不知道物體如何感受力而發(fā)生運(yùn)動(dòng)改變的,我們不竟要問:物體之間相互作用的真正機(jī)制是什么? 
       對(duì)于空間上遠(yuǎn)離的物體之間的相互作用來說情況更為復(fù)雜,除了物體如何感受力的作用而發(fā)生運(yùn)動(dòng)改變之外,還存在著作用的傳播問題以及力的物理原因是什么的問題。牛頓發(fā)現(xiàn)了自然力——萬有引力的存在,他指出“物質(zhì)的所有粒子相互吸引,這種作用與質(zhì)量成正比,而與它們彼此的距離的平方成反比”。盡管牛頓給出了兩個(gè)一定質(zhì)量的物體之間相互吸引力大小的數(shù)學(xué)關(guān)系式,但是他對(duì)引力存在的原因以及引力是怎樣發(fā)生作用的這樣的問題“不會(huì)杜撰假說”。為此,牛頓作出過這樣的困惑:“不可思議的是,在沒有另外一些非物質(zhì)的東西作媒介的情況下,無生命的、呆鈍的物質(zhì)能夠不相互接觸而施加作用于其它物質(zhì)并影響其它物質(zhì);如果引力在伊壁鳩魯?shù)暮x上在物質(zhì)中是本質(zhì)的和固有的話,那么它必然如此作用和影響,這是我要求你不要把天生的引力歸于我的一個(gè)理由。至于引力對(duì)物質(zhì)而言應(yīng)該是天生的、固有的和本質(zhì)的,以致一個(gè)物體可以通過真空超距地作用于另一個(gè)物體,而沒有任何其它事物作媒介——憑借并通過該媒介可能把作用和力從一個(gè)物體傳遞給另一個(gè)物體,這一切在我看來是荒謬透頂?shù)模蚁嘈旁谡軐W(xué)問題上具有足夠思考能力的人,永遠(yuǎn)也不會(huì)陷入其中。引力必定是按某一規(guī)律不斷作用的動(dòng)因,但是這個(gè)動(dòng)因是物質(zhì)的還是非物質(zhì)的,我把它留給我的讀者去考慮。” 
       對(duì)于另一種自然力——電、磁力來說,這樣的問題同樣存在。后來,為了描述電、磁相互作用,法拉第提出了“力線”的概念,導(dǎo)致了“場”這種現(xiàn)實(shí)存在的中介物質(zhì)來傳遞相互作用的觀點(diǎn)。隨著對(duì)場物質(zhì)的量子化認(rèn)識(shí),便有了現(xiàn)在粒子物理學(xué)的相互作用機(jī)制:物質(zhì)粒子——譬如電子或夸克——發(fā)出攜帶力的粒子,由于發(fā)射粒子所引起的反彈,改變了物質(zhì)粒子的速度,攜帶力的粒子又和另一物質(zhì)粒子碰撞從而被吸收。這碰撞改變了第二個(gè)粒子的速度,正如同兩個(gè)物質(zhì)粒子之間存在過一個(gè)力。四種相互作用都有各自得力的傳播粒子:萬有引力可以歸結(jié)為兩個(gè)物體之間引力子的交換;電磁相互作用可以歸結(jié)兩個(gè)物體之間光子的交換;弱相互作用被歸結(jié)為w+、w-、z0三種粒子的交換;強(qiáng)相互作用是通過交換八種被稱為膠子的粒子而實(shí)現(xiàn)的。到此,我們應(yīng)該清楚地認(rèn)識(shí)到:盡管我們把空間遠(yuǎn)離的物質(zhì)之間的相互作用機(jī)制解釋為通過中介物質(zhì)的發(fā)射,中介物質(zhì)的空間傳播以及中介物質(zhì)被另一個(gè)物體吸收三個(gè)過程來實(shí)現(xiàn),但是中介物質(zhì)的發(fā)射和吸收機(jī)制我們根本不清楚,何況我們并不知道物體自身是如何感受力的作用而發(fā)生運(yùn)動(dòng)改變的。最后,這些問題還是集中到了物質(zhì)自身那里! 
沿著力和運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系這條道路,物理學(xué)的發(fā)展導(dǎo)致了我們關(guān)于運(yùn)動(dòng)和力的觀念的進(jìn)化,最終物理學(xué)還是逃脫不了“運(yùn)動(dòng)和力的真正本質(zhì)是什么?”這樣的疑難,并最終追尋到物質(zhì)自身! 

(二)第二條道路的發(fā)展 
        從德謨克利特的“原子”這一個(gè)抽象的哲學(xué)術(shù)語到道爾頓的化學(xué)原子這一實(shí)在客體的轉(zhuǎn)變,這就成了自然科學(xué)認(rèn)識(shí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)組成的真正起點(diǎn)。1803年,道爾頓給了原子的這樣定義:物體的終極原子就是氣體狀態(tài)時(shí)被熱氛圍繞著的質(zhì)點(diǎn)或核心。他認(rèn)為:元素的最終組分就是簡單的原子,它們是既不能創(chuàng)造,也不能毀滅,而且是不可能再分割的……。1897年,英國物理學(xué)家湯姆遜發(fā)現(xiàn)了電子,于是人們不再認(rèn)為原子是不可分的。1911年,英國人盧瑟福提出了原子核和電子的行星模型的原子結(jié)構(gòu)。1917年,盧瑟福又通過人工核分裂方法發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子。1932年,查德威克又發(fā)現(xiàn)了中子,從而將中子和質(zhì)子視為原子核的組分。同年,由美國物理學(xué)家安德遜在宇宙射線中發(fā)現(xiàn)了正電子,從而證實(shí)了狄拉克關(guān)于反物質(zhì)存在預(yù)言。 1964年美國物理學(xué)家蓋爾曼和茨韋提出了夸克模型,認(rèn)為重子和介子都是由夸克組成的?,F(xiàn)在,根據(jù)大家普遍接受的標(biāo)準(zhǔn)模型來看,把夸克和輕子放在同一物質(zhì)層次,不可再分的物質(zhì)基本組元是夸克和輕子。它們又通過交換光子,三種弱力粒子,八種膠子來實(shí)現(xiàn)強(qiáng)、弱、電磁三種相互作用力.根據(jù)作用力的特點(diǎn),粒子分為強(qiáng)子、輕子和傳播子三大類.強(qiáng)子是所有參與強(qiáng)力作用的粒子的總稱,質(zhì)子、中子、π介子等都屬于強(qiáng)子,它們由夸克組成??淇擞辛?#8220;味”,分別是上、下、奇異、魅、底、頂六味夸克,而每味夸克都帶有三種“色”,既紅、綠、藍(lán)。那么夸克的種類是多少呢?六“味”三“色”就是十八種夸克,加上各自的反粒子十八種反夸克,夸克的種類應(yīng)該是三十六種。輕子只參與弱力電磁力和引力,而不參與強(qiáng)相互作用.輕子共有六種,即電子、電子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子.加上各自的反粒子,輕子的種類應(yīng)該有十二種.傳播子也屬于基本粒子.傳遞強(qiáng)相互作用的膠子共有八種,傳遞弱作用的是W+、W-、和Z0中間玻色子三種,還有傳遞電磁作用的光子,那么傳播子的種類應(yīng)該有十二種.在未涉及引力作用的標(biāo)準(zhǔn)模型中,把夸克、輕子以及傳播子都放在同一的基本粒子的層次來看,那么構(gòu)成世界物質(zhì)的基本粒子至少有六十種以上。 
       這些粒子是真正意義上的基本粒子嗎?電子在電磁作用過程中能夠發(fā)射出光子,夸克在強(qiáng)相互作用過程中能夠發(fā)射出膠子,那么把輕子、夸克和力的傳播粒子放在同一層次妥當(dāng)嗎!光子為什不是電子的組成部分,膠子為什么不是夸克的組成部分呢?正、負(fù)電子可以湮滅成光子,光子可以轉(zhuǎn)化成正、負(fù)電子,那么,光子為什么不可以構(gòu)成了電子呢?正、負(fù)電子還可以湮滅成其它的基本粒子,其它的基本粒子與它的反粒子可以湮滅成另外的物質(zhì)粒子,那么光子為什么不可能構(gòu)成所有的物質(zhì)粒子呢! 
       到此,德謨克利特應(yīng)該這樣感嘆:難道不正是最小的不可再分的基本光量子構(gòu)成了宇宙萬物嗎! 

(三)最終的道路 
       我們對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)總是刨根問底,追尋物理學(xué)的或者哲學(xué)的終極解釋。對(duì)運(yùn)動(dòng)和力的認(rèn)識(shí),我們最終追尋到物質(zhì)自身;對(duì)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、組成的認(rèn)識(shí),我們力圖找到構(gòu)成宇宙萬物的不可再分的基本“原子”。 
我們很難乞求一個(gè)新現(xiàn)象的猛然發(fā)現(xiàn)能帶給物理學(xué)光明的前景,因?yàn)闊o論是對(duì)宏觀宇宙的觀測,還是微觀粒子物理學(xué)實(shí)驗(yàn)都要我們付出昂貴的代價(jià);更何況實(shí)驗(yàn)原理本身又是由舊的、龐雜的物理學(xué)理論為基礎(chǔ),實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的新發(fā)現(xiàn)只能是間接的又間接的,帶給我們的認(rèn)識(shí)只能是推測的,甚至是猜測的結(jié)果。今天,我們盡可能廣泛地概括自然現(xiàn)象以及認(rèn)識(shí)上的種種疑問,歷史的分析不同時(shí)期物理思想的轉(zhuǎn)變過程及其原因,也許我們能夠得到某種新的啟示,恰好正是這些啟示帶給我們了驚人的發(fā)現(xiàn)! 
       德謨克利特以為,原子是最小的、不可分割的物質(zhì)粒子,原子之間存在著虛空,無數(shù)原子從古以來就存在于虛空之中,既不能創(chuàng)生,也不能毀滅,它們?cè)跓o限的虛空中運(yùn)動(dòng)著構(gòu)成萬物。今天,我們似乎發(fā)現(xiàn)了這種“原子”的存在——頻率為1的、質(zhì)量最小、能量最小的光量子的存在,它以固定的光速在虛空中永恒地運(yùn)動(dòng)著,正是這種基本的光量子構(gòu)成了其它不同大小的光子,構(gòu)成了電子、質(zhì)子、中子等一切物質(zhì)粒子。 
亞里斯多德以為,物體的初始狀態(tài)是靜止的,力是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的原因。今天在我們看來,一切物質(zhì)自身都處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài),一定質(zhì)量m(物體所含基本物質(zhì)的多少)的物體永遠(yuǎn)保持不變的運(yùn)動(dòng)量mc2;力的功效在于改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)——物體的內(nèi)、外運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化(mc2=mv2+mu2)及其方向的改變。亞里斯多德的“不被任何別的事物推動(dòng)的第一推動(dòng)者”不再有哲學(xué)或物理學(xué)上存在的原因,因?yàn)槲覀儼l(fā)現(xiàn)宇宙物質(zhì)都是不被推動(dòng)的永動(dòng)者。亞里斯多德相信絕對(duì)的空間和時(shí)間的存在,他以“一張平整的白紙”為固定的背景來描述物質(zhì)世界。現(xiàn)在看來,無論是物理學(xué)還是哲學(xué)上來說,要想看清物質(zhì)的結(jié)構(gòu)組成、物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)以及力的本質(zhì),我們還真的離不開這張平整的的白紙——固定的背景——絕對(duì)的時(shí)、空觀念。 
牛頓以為,任何物體在不受外力作用的情況下,都保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài),并稱物體的這種保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的屬性為慣性,用慣性質(zhì)量來表征這種屬性的大??;力是物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的原因,用數(shù)學(xué)式f=ma來表達(dá)力和物體運(yùn)動(dòng)改變的關(guān)系。在牛頓力學(xué)中,根本無須對(duì)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行廣泛的自然哲學(xué)的思考,任何物體都被抽象成一種理想化的模型——?jiǎng)傮w,在不考慮物體的大小、形狀并把質(zhì)量看作集中在一點(diǎn)的物體,最終物體被抽象成質(zhì)點(diǎn),于是牛頓力學(xué)中的物體只是一種被動(dòng)感受力的,僵死的物質(zhì)。牛頓力學(xué)最為關(guān)注的是物體的運(yùn)動(dòng)改變和它受到的力,并不在乎物體自身的結(jié)構(gòu)組成、自身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及物質(zhì)自身如何感受力的作用而發(fā)生運(yùn)動(dòng)的改變。盡管牛頓相信絕對(duì)運(yùn)動(dòng)的存在,但是描述絕對(duì)運(yùn)動(dòng)的固定背景已經(jīng)動(dòng)搖。今天,在我們看來,物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及運(yùn)動(dòng)的改變都與物體的自身的結(jié)構(gòu)相關(guān),正如正、負(fù)電子不同的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)才決定了它們的差別;力對(duì)物質(zhì)的作用是通過改變物質(zhì)的結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)——內(nèi)、外運(yùn)動(dòng)的相互轉(zhuǎn)化來實(shí)現(xiàn)的。如果不承認(rèn)物質(zhì)自身的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu),我們根本就無法真正認(rèn)識(shí)物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)和力的本質(zhì)。牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力的的存在,但他并不真正理解引力的本質(zhì)!今天,我們把引力歸結(jié)為物質(zhì)之間的本質(zhì)聯(lián)系,是物質(zhì)天生的,固有的屬性,因?yàn)槲覀兦宄肆Φ淖饔帽举|(zhì)——相互改變運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)——物質(zhì)內(nèi)、外運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化,根本不存在物質(zhì)或能量由此及彼的傳遞。 
         愛因斯坦未能擺脫力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系的限制,和牛頓一樣忽視物質(zhì)的自身結(jié)構(gòu)和物質(zhì)自身的運(yùn)動(dòng),他把相對(duì)運(yùn)動(dòng)放在了物質(zhì)本體的位置,從根本上否定了物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)。電、磁現(xiàn)象的新發(fā)現(xiàn)越來越明顯的揭示了物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)與物質(zhì)自身的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)相關(guān)性,物質(zhì)的力與物質(zhì)自身的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)相關(guān)性,但是愛因斯坦則把電磁現(xiàn)象所揭示的物質(zhì)自身的結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)(v 、u=(c2-v2)1/2)和物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)的這種相關(guān)性((1-v2/c2)1/2)看作是一種新的時(shí)、空結(jié)構(gòu)和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的相關(guān)性。總之,無論是在牛頓還是愛因斯坦的物理學(xué)觀念中,最大的缺憾就是對(duì)物質(zhì)自身的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的忽視!今天我們已經(jīng)看到,物理學(xué)沿著力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系這條道路的已經(jīng)走到了盡頭,越來越多的疑問都集中到了物質(zhì)自身!物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)怎樣相關(guān)?物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)的力了又是怎樣的相關(guān)呢?物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相關(guān),物質(zhì)的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)和外部運(yùn)動(dòng)同時(shí)決定了物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)狀態(tài)(v2+u2=c2);物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)又決定物質(zhì)力的屬性,正如正、負(fù)電荷的力的方向以及大小都與帶電粒子的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)相關(guān);另一方面,力的作用可以改變物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu),從而改變物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 
        阿爾伯特.愛因斯坦的相對(duì)論帶給物理學(xué)的關(guān)于時(shí)空觀念的變革,只不過是把亞里斯多德的那“一張平整的白紙”折皺后又涂抹上了其它的顏色。這,對(duì)我們理解宇宙本身并沒有太多的用處,因?yàn)椋还芪覀円院畏N方式去描述宇宙,首先我們必須真正理解宇宙;之所以要去臆想時(shí)、空的種種屬性,那是因?yàn)槲锢韺W(xué)對(duì)物質(zhì)本身還不夠了解。 
今天,盡管有不少的人還在繼續(xù)玩弄著那“一張平整的白紙”,但是在此,我要奉勸兩句: 
要想真正認(rèn)識(shí)運(yùn)動(dòng)和力,不要忽視物質(zhì)自身! 
      要想真正理解宇宙,不要忽視物質(zhì)自身的、固有的屬性——運(yùn)動(dòng)和力

 

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