现实物理学是基于弹性粒子模型和客观性原理的公理化理论体系。现实物理学的内容包括弹性粒子场论、运动状态理论和热力学理论。《现实物理学纲要》（Outline of Real Physics，简称纲要）一文简要介绍了现实物理学的核心概念、基本原理、主要内容和重要成就，作者在论文中明确宣称现实物理学是一个统一的物理理论。纲要中文版在科学网博客发表后还没有引起反响，这是预料之中的事。一是因为科学网没有吸粉赚流量的喷子，二是因为正统学者不屑与离经叛道的民科理论。多数人则是未能理解作者的思想，不愿意相信与主流观念相悖的结论。毕竟，经典物理与现代物理的恩怨情仇已经纠缠了一个多世纪。

地球在人类诞生之前就存在，月亮围绕地球按既定的轨道运行，不会因人类的注视与否而存亡。这些经典物理的常识几乎被现代物理学观念所颠覆。现代物理学的两大支柱是相对论和量子论，它们不仅给人类的科技发展带来天翻的变化，而且对人类的传统观念造成地覆的震撼。在现代物理学中，宏观世界和微观世界遵循完全不同的规律。宏观世界是决定论的，微观世界是随机性的。当下，意识不能被排除在微观世界之外的观念已被学术界普遍接受，月亮存亡取决于观察的悖论因量子论正统学派的坚持还在困扰着人类。在现代物理学中，存在与意识的界限模糊了、客观与主观的差别消失了。在现代物理正统学者眼里，客观性和真实性成了伪问题，怀疑量子论和相对论原理的研究都是伪科学。在这种语境中，质疑之声消隐，科学神话盛行，以致严肃的物理学者忧心忡忡，不知路在何方。

那么，存在与意识、客观与主观的关系究竟如何？纲要把这个问题从哲学范畴落实于科学领域。常识告诉我们：宇宙存在于人类诞生之前，自然（上帝）独立于人类意识。坚持这一信仰的人有理由怀疑，我们的物理理论必定掺混了人类的主观因素。对当前的物理学体系和物理定律进行彻底审视，找出其中的人为因素，并建立一个独立于主观因素的新物理理论，这是一个现实而重大的科学任务。

那么，我们的物理理论究竟在哪些方面包含了人为因素呢？

一、数学模型的抽象性

首先，物理理论是以数学形式表示，并借助数学进行逻辑推理的。什么是数学？从不同的角度可以给出不同的定义。简单地说，数学是研究数量、结构和关系的一门学科。数学的特点在于它的抽象性和演绎性，因而成为物理学的表达形式和推理工具。数学研究的是抽象对象，数学理论是由定义（概念）、公理（规则）、定理和命题集合而成的形式逻辑体系，它本身是人类思维的产物。数学理论不必以真实性为前提，概念和规则具有很大的选择余地。不同的概念是不同理论的基础，即使相同的概念集也会因规则的差异导致不同的理论。例如，以点、线、角为基本元素的欧氏几何学，仅因平行公理的变化就衍生出了非欧几何。因此，物理学需要数学，但是数学不是物理学。

物理理论需要将概念和规则抽象为定义和公理，即建立数学模型。与数学理论不同，物理理论的数学建模不能随心所欲，必须以客观真实性为依据。物理学的核心概念包括物质、粒子、空间、时间和相互作用，数学抽象与物理现实的任何偏差都将导致失真。例如，现实的物理空间是三维的，空间独立于时间。爱因斯坦依据相对性原理修改了经典的空间和时间定义，引入了四维时空的概念。但是，相对性原理来源于参考系概念，是个主观标准。因此，四维时空的概念缺乏客观性基础。再以粒子模型为例，经典物理学是点状粒子（质点和点电荷），现代物理学是波状粒子（场的激发态），在弦论中则是线状和面状粒子。其中点、线、面粒子都是抽象的几何体，波粒子也是高度抽象的数学概念（波粒子的物理本质众说纷纭，莫衷一是）。对这些抽象粒子需要指定相互作用规则，于是，质量和电荷（点粒子）、色荷和味荷（波粒子）概念应运而生。这些高度抽象的数学概念都是人类思维的产物，是否真实反映了客观现实，还要靠实验和观察去验证。而实验方案总是依据理论设计的，观察本身也不免涉及主观。因此，理论与实验的循环论证并不能保证结论的客观和真实。

现代物理学过于迷信数学的逻辑演绎能力，它希冀从点线面这些数学对象和适当的规则推演出整个物理世界，以致忽视了物理世界的客观性和真实性。现代物理学者们宁愿相信荒谬的逻辑推论，也不愿正视前提条件中隐含的问题。就粒子模型而言，点线面和波粒子都是理想化的数学对象，不是物理实体，据此建立的理论所映射的只是一个扭曲和失真的世界。常识中的粒子是肉眼可见的离散颗粒，有质量、有体积、有弹性。宏观粒子如此，微观粒子也应如此，这就是现实物理学弹性粒子模型的思想根源。弹性粒子是既有质量又有体积，既能自旋又能形变的三维物体，电子、质子和原子都是弹性粒子。从物理角度考虑，弹性粒子比几何粒子模型更接近客观现实。有人误以为弹性粒子太复杂，难以建模和计算。其实不然，如果弹性粒子是客观真实的，必定能找到相应的数学模型。事实表明，从常识抽象出来的弹性粒子模型比理想化的点线面模型更加简单、更加有效。

二、物理单位的主观性

中学生在初级物理课程中就被告知：物理量包括数值和用来测量它的单位，只有数值没有单位的量是纯数学量，没有物理意义。在国际单位制（SI制）中有七个基本物理量，它们是长度、时间、质量、热力学温度、电流强度、物质的量和发光强度。由这七个基本量可以导出其它所有的物理量。这些基本量的单位分别是米（m）、秒（s）、千克（kg）、开尔文（K）、安培（A）、摩尔（mol）和坎德拉（cd）。现代物理学认为这七个基本量和单位是相互独立的完备集。

国际单位制是地球人制定的统一标准，用以方便科技、生产和商业的交流。这个标准的严密性和强制性很容易引起误解，以为物理单位是客观的东西。例如，最新的一米定义是光在真空中行进1/299792458秒的距离（1983年国际计量大会）。最新的一秒定义是按照铯-133原子基态的两个超精细能级之间的跃迁频率来确定的（1967年国际计量大会）。其实，最初定义的基本量单位比较定性，完全是人为的规定。例如，最早的一米规定为通过巴黎的子午线上从地球赤道到北极点距离的一千万分之一。最初的时间单位定义是将一昼夜划分为24小时，一小时为60分钟，一分钟为60秒。新的规定只是在最初规定的基础上使得标准更加稳定和精确。

不仅国际单位制的最初定义是人为规定的，人们还可以规定不同的单位制，例如英制单位和自然单位。如果中国古代的科学技术发达，中制单位或许也能被其它国家所采用。如果外星球存在智慧生物，它们的物理单位必定不同于地球人的国际单位。因此，我们必须接受这样的观点：物理单位完全是个主观的东西。从这个观点出发，我们将物理量的单位视为变量，称为标度。进而，物理量（实数量 x）可以表示为标度因子（单位 x_s）和数字因子（数值）的乘积形式（），其中物理量是客观量和绝对量，标度（scale）是主观因子，数字(digit)是相对因子。例如，实空间(real-space)位矢的表达式是  ，其中 r_s 是空间标度， 是三维矢量。实时间(real-time)的表达式是  ，其中 t_s  是时间标度， 是自然数序列。

有人认为，将单位视为变量是不必要的麻烦。其实不然。引入了标度和实数量概念以后，就可以制定规则（客观性原理），将物理单位这个主观因素从物理方程中排除出去。同时，作为可变化的测量单位，标度就是物理量的量子，从而解开了量子本质这个谜团。现实物理学研究表明，在三维实空间中，独立的标度只有三个。作为新的物理维度，标度维为物理学带来了新的革命。

三、选择坐标系的任意性

物体的运动计算和测量需要借助空间坐标系。坐标系包括坐标框架和坐标原点（参考点）。坐标框架用于参数和单位选择，坐标原点用于运动的定位参考。坐标框架和原点的选择都有任意性。

选择坐标系的主观效应在涉及相对运动时尤为明显。在经典力学中，力是与坐标系运动状态密切相关的概念。根据相对运动状态的不同，坐标系分为惯性系、非惯性系和绝对参考系。力学定律在不同参考系的适用性研究导致了相对性原理，而绝对参考系的意义则上升为哲学问题。归根到底，相对性原理来源于参考系概念，是个主观标准。在爱因斯坦理论中，狭义相对论适用于惯性系，代价是引入了四维时空。广义相对论适用于非惯性系，代价是引入了弯曲时空。相对论时空需要张量数学，相对性原理要求物理方程具有张量变换不变性（坐标变换不变性和度规变换协变性）。张量数学是为了拆除坐标系而搭建的脚手架，相对性原理强行消解了坐标系，脚手架却遗留在物理学的建筑工地。爱因斯坦相对论是以统一客观规律（力学、电磁和引力）为目标的，但因坐标系的影响始终蒙着一层相对性和主观性的面纱。如何彻底摆脱坐标系的束缚，是现实物理学必须解决的问题。

四、客观性原理的应用

客观性原理(objectivity principle)综合了相对论和量子论的基本思想，是现实物理学的根本原理。客观性原理的内容是：物质运动规律是客观的，不依赖于观察者的主观意识，必须在物理公式中排除一切人为主观因素。客观性原理的内容简单明了，但是作为一条基本的物理原理提出来，却受到普遍的质疑。人们总认为这是空泛的哲学论调，没有实际意义和应用可能。幸运的是，仁慈的上帝（自然）为人类保留了到达彼岸的机会。

客观性原理的现实意义在于否认意识不能被排除在客观世界之外的观点，以消除量子论所造成的巨大的认识论障碍。其目标在于引导人们关注物理理论中的主观因素并寻求解决方案。正如本文的分析表明，物理理论中包含的人为因素有数学模型的抽象性、物理单位的主观性和坐标系选择的任意性。客观性原理的第一条规则要求物理理论的建模必须从客观现实出发，第二条规则要求物理方程与标度无关，第三条规则要求物理方程与原点无关。

现实物理学根据第一条规则为粒子、物质、空间、时间和相互作用概念建立理论模型。弹性粒子是从常识提炼出来并推广到微观世界的粒子模型，其特征元素是质量、体积、形状、弹性和运动。弹性粒子的运动状态包括平动、转动和振动。弹性粒子的相互作用包括质量吸引和运动排斥。以弹性粒子作为物质的唯一形态，场（field）是大量弹性粒子随机运动的统计平均现象。电磁场所在空间的粒子密度不可能为零，构成电磁场的弹性粒子只能是电子，由此导入暗物质（dark matter）和实空间（real-space）概念。实空间是三维的、均匀的、各向同性和充满粒子的。各向同性要求物理量的单位是标量，从而引入标度(scale)和实数量（real-quantity）概念。通过实数量定义的实时间（real-time）则明确包含了时间的均匀性和不可逆性。

为了摆脱坐标系的束缚，现实物理学严格限制坐标系的使用。在弹性粒子场论中，不采用坐标方程，而采用矢量方程和矢量微积分。在运动状态理论中，采用弹性粒子的质心坐标系（随动坐标系）。在粒子质心坐标系中，每个粒子都有平动、转动和振动三种独立的运动模式。粒子的运动能量可以分别统计，不需要考虑粒子的相对运动。在热力学理论中，通过空胞和团簇系综进行统计，完全不需要借助空间坐标系。

物理量是以实数量表示的，实数量是客观量，标度是主观因子。因此客观性原理的第二条规则是物理方程的标度无关性，或曰物理量的标度变换不变性。标度无关性的数学形式是

可见方程的物理量关系和数字关系是相同的。根据标度无关性可以确定物理量的运算规则。

客观性原理的第三条规则是物理方程的原点无关性。原点无关性包括时间起点无关性和空间原点无关性。时间起点无关性要求物理量定义在任意时刻。空间原点无关性要求不单独使用位置矢量，而采用与原点无关的位移和间隔矢量。

标度无关性表明物理规律适用于物理量的任意尺度范围。无论经典世界还是量子世界、高速运动还是低速运动、低能粒子还是高能粒子，都遵循相同的运动方程。原点无关性表明物理规律适用于任意时间和任意地点，与参考系的选择无关。由此可见，客观性原理包含了普适性和统一性要求。因此，符合客观性原理要求的现实物理学是统一的物理学。

本文的结论是：意识是可以被排除在客观世界之外的，物理理论中的主观和客观因素是可以分离的。现实物理学的客观性原理是实用的、可实现的统一性原理。套用一个著名的句式作为本文的标题和结尾：上帝的归上帝，人类的归人类。

论文下载：（英文）Outline of Real Physics. Global J. Sci. Front. Res. A. 2020,20(3):9-27

  (中文）现实物理学纲要.pdf

转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自梁忠诚科学网博客。
链接地址：https://wap.sciencenet.cn/blog-3379195-1230395.html

上一篇：现实物理学纲要（5）
下一篇：无情的奥卡姆剃刀，神奇的上帝创世法则 — 论客观世界的简单性与复杂性