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相对论对话录27

已有 2430 次阅读 2016-2-9 00:00 |系统分类:科普集锦

1.相对论来自麦克斯韦场论的深化,希腊原子论哲学是否能够用来支持相对论,或者否定相对论?


答:我认为希腊原子论有3种基本形式:(1)留基伯、德莫克里特的原子论,原子有无限种类与不同大小形态,原子在虚空中以任意速度按照自身的必然性直线运动,直到碰撞改变运动方向。它的具体科学形式就是牛顿力学,特别是分子运动论。(2)柏拉图的几何原子论,土、水、气、火等地球元素和以太(天体元素)分别对应于5种正多面体,特别是地球元素的4种正多面体都是由2种直角三角形构成,分别是正方形与正三角形的一半。几何原子论的数学模型就是笛卡尔直角坐标系的微分单子,是现代物理理论的先验几何形式,包括弯曲时空也是由微分的笛卡尔坐标系积分而成,从而在一定尺度发生对毕达哥拉斯定理的偏离,以度规系数的变化体现弯曲空间。最接近几何原子论的物理理论是圈量子,引入了类似多边形与多面体的面积量子与体积量子,在微观水平与高能高温态偏离了广义相对论,甚至偏离狭义相对论的可能性也存在。圈偏离原子论的是可能没有给虚空留下余地,这也是场论兴起后最与原子论哲学冲突的地方。原子论认为,无论是物质密度的不同,还是场的强度不同,都是因为原子微粒之间留有虚空空隙造成的,否则就没有运动,没有物质形态与场相互作用的变化。弦论是真正毕达哥拉斯主义的,万物就是弦振动的数学结构,与原子论无关。(3)伊壁鸠鲁、卢克莱修的原子论,原子作为真正的数学点在虚空中以不变的速度,偶然偏离直线运动,形成不同大小形态的次级原子而构成万物。这是光速不变原理与测不准关系的天才猜测,我们应当承认相对论、量子力学特别是量子场论的伊壁鸠鲁原子论的科学变种,尽管体现了《物性论》整体的不同片段的原则。而问题的核心就是何谓真空?真空能量如何?


2.通过实验观察得到的光速不变原理,能不能依据伊壁鸠鲁的原子论哲学,上升为未来物理理论建构的先验原则?


答:我们在欧几里得几何学中,把线段无限延长为直线时,就是把光直线传播的经验原理上升为先验原则的一个案例。光的直线传播可以通过光穿越灰尘进行观察检验,还可以通过沿直线移动眼睛,前方物体的视角方位没有变化来检验。但是,光在遥远空间的直线传播的确是先验的理论约定,我们看见遥远的星星,一般认为星星就在我们的眼球沿着星光进行直线延伸,似乎触及“天球”的位置。

 天球既是有限宇宙的空间边界,它的旋转也是时间的原型(柏拉图)。斯多葛派设想封闭天球以为是无限的虚空,牛顿就把“天球”彻底抽象后,成为“绝对空间”,这样任何物理参照系共同具有的遥远星空背景就被抽象为各种坐标系所在的绝对空间。

 其实,无论是静止还是匀速直线运动,都是相对于某个物理参照系局部近似定义的。惯性运动是类似于线段延伸为直线的先验理论约定,根据贝克莱在《论运动》的说法,真正的惯性运动只能相对于遥远的恒星背景来定义。但是,我们可以向柏拉图及其追随者,包括贝克莱提出一个康德式的问题:永恒静谧的星空背景究竟是如何成为可能的?

 假如物体运动速度没有上限,那么无论星星多么遥远,它们只要达到足够大的本动速度,它们的视差变化总是存在的,一个永恒静谧的星空背景几乎是不可能形成的。但是,如果物体运动速度有上限,那么足够遥远的星星无论如何运动,只要距离变大,恒星或星系本动形成的“视差”变化一定不断缩小为0,这样柏拉图所说的永恒星空,作为牛顿绝对空间的原型就一定会形成。因此,相对论中的光速不变原理,是牛顿力学与欧几里得几何成为可能的先验物理依据。

 虚空中充满介质,包括存在引力场,都会改变光速。光速不变原理的物理条件非常严格,在广义相对论中,我们只好让它在局部惯性系的微分时空区域完全有效。因此,目前的相对论不允许我们把光速不变原理上升为先验原则。光速在弱场与强场中是否变化,都是我们检查量子场论能否与相对论协调的经验依据。

 光速不变作为经验原理,无非是我们分别约定空间尺度单位与时间单位造成的。空间比时间基本,是柏拉图在《第迈欧篇》中提出的,虚空是混沌的物质材料的既定先存容器,时间是原子形成物质,导致宇宙创设而进入世界的。但是,按照康德哲学,时间是一切现象都分有的先验内直观形式,而空间只存在于外部现象的直观形式中,时间比空间基本。如果我们先约定时间单位(比如原子钟),那么按照光速不变原理在一定物理条件下成立,我们可以先验地约定空间单位,在光速不变原理在更多的未知物理条件下先验成立。因为宇宙空间的距离测量方式多样而缺少合理的空间尺度约定,在天文学中通过光速不变原理来先验规定距离标准,也许是可行的。



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