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思想观念促进科学创新一例

已有 112 次阅读 2024-7-22 00:51 |个人分类:科普|系统分类:科普集锦

        从物理学史可见,法国物理学家布里渊当时的头脑里有很深的以太观念,他提出玻尔原子中电子在轨道上能够形成波,这种波是电子运动激发以太造成的。德布罗意年轻学历史半路转学物理,受以太观念影响不深,加上崇敬爱因斯坦,看到狭义相对论那时根本不理会甚至否定以太存在,就把布里渊所说的电子在原子轨道运动激发以太产生的波动直接赋予电子本身,指出电子本身具有波动性,并进行了论证和指出检验途径,从而把爱因斯坦光的波粒二象性推广到实物粒子也具有波粒二象性,深刻认识到物质粒子的波粒二象性是大自然最为核心的本质,后来又为解释物质粒子为何具有波粒二象性而耗尽后半生心血和时光。德布罗意很不在意自己的贵族公爵头衔,他一生未婚,单身一辈子,全部精力都给了物理学;他生活简朴,将其贵族豪宅卖掉,住在简易的小屋里,冬季自己烧火取暖;他深居简出,虽为公爵,但在大学任教上下班都是搭乘公共汽车和地铁;他对人彬彬有礼,谦和礼让,从不对人发脾气;他坚持研究思考,过着如同苦行僧般的日子,撰写出版了20多部科学专著,还设立了专项基金,以其财力支持鼓励后人继续不间断的深入研究。德布罗意献身科学理想并取得重大成就,让人看到了传统意义上为真理和理想的献身精神和自我牺牲精神,看到了什么才是真正的贵族精神。这也是从乡村走出来的牛顿为何被封为贵族称号的一个主要原因。正是有了这些科学家对自然真理和规律的探索发现认识,才有了科学技术的发展进步,人类社会才日新月异不断丰富,人们日常的衣食住行和信息交流及工作等才有了现代化。

        然而,据国内权威部门统计,国内知识分子的平均寿命比常人平均寿命短十年左右,这是应当引起严重关切的。其实,就算是一些非常聪明人不顾一切地钻研科学,其中真正能得到有价值的研究成果的人也是凤毛麟角。谁若是出于功利目的而研究科学,没有我不下地狱谁下地狱的豪情壮志,那是很难得到缪斯女神特殊关怀的,还是趁早去干点别的吧,否则真的是苦海无边。一生著书立说贫困交加的马克思曾明确指出,在科学的入口处如同在地狱的入口处一样!牛顿曾几近精神失常,爱因斯坦人到中年时,也因为废寝忘食地日夜研究,差一点就挂掉了。屠呦呦做研究也像牛顿当年做实验用嘴尝水银那样,用研制的药物先在自己身上做试验观察。居里夫人、邓稼先等也都把生死置之度外。古希腊物理学先驱阿基米德,在被罗马士兵挥利剑刺杀前,还请求希望再给一点点时间,把他正在地上画的图形研究完,以免给世人留下一道难题。

       更悲催的是,科学史一再表明,就算是呕心沥血搞出创新研究成果,遭到无人理睬、讥讽嘲笑、甚至谩骂打击也比比皆是。距我最近的我大学物理系学长陆家羲的遭遇也是其中之一,他看到我大学毕业前在潜科学上发表论文,还来信鼓励我坚持研究下去,可惜没多久他自己就因劳累过度和压抑过度一命呜呼了,年仅48岁。我最近抽空又读了路遥写的小说《人生》等作品,颇有感慨。令人非常伤感痛心的是,路遥创作也是几近疯狂,想赶在创作力高峰四十岁前,完成他的宏篇巨著《平凡的世界》,身体健康受到极大损害,因病早早地结束了他自己的人生,年仅42岁。当我们静心阅读《红楼梦》和观赏其电视剧时,可曾想到其作者十年举家食粥的艰难困境?可曾感受到其作者发自心底的"都云作者痴,谁解其中味"的悲凉呐喊?

       爱因斯坦常说,"我们的衣食住行都是同胞们辛勤劳动所创造的,我们应当诚实地回报别人的劳动。"“历史给了我们艰巨的任务,但只要我们仍然是真理、正义和自由的忠诚勤务员,我们就不仅要继续像现存的最古老的民族那样生存下去,而且要像以前一样,用创造性的工作所产生的成果为提高人类的精神境界而作出贡献。”


        在德布罗意提出物质的波粒二象性整整100年后的2024年,我们从上个世纪八十年代开始历时40年的广泛深入研究,经系统地整理出来,今年即将以《粒子波动演生时空物理学》专著出版问世。该书通过提出物质粒子辐射空间本底量子新概念及质量时变关系,揭示了物质波粒二象性的物理机制和时空的起源,明确了惯性起源与引力机制,认识到宇宙因质量时变引力衰减自然以临界速度各向同性地膨胀及加速膨胀,并依据由此形成的动态空间本身自然存在确定的附加引力场强度,还自然地解决了星系旋转曲线等一系列疑难问题。所提出的几十项预测已有一部分得到了观测上的验证,尤其是在银河系、太阳系、地月系统和地球观测方面得到较高精度的观测验证。其中之一是我们于1996年发表的《物体自身质量时变的引力理论》,预测了宇宙加速膨胀,并给出其缘由和宇宙膨胀及加速膨胀公式。1998年,两个国际天文观测小组观测发现,宇宙不是之前近百年来预想的减速膨胀,而是加速膨胀。耗费100亿美元研制的韦伯太空望远镜这两年升空观测发现,在130多亿年前最遥远的星空,竟不可思议地存在着成熟的星系和超大质量黑洞,也与我们的预测相符。

附:关于德布罗意的电子波

       德布罗意家族的历史悠久,他的祖先中出了许许多多将军、元帅、部长,参加过法国几乎所有的战争和各种革命,后来受到路易.腓力的册封,继承了这最高世袭身份的头衔:公爵。路易斯.德布罗意的哥哥:莫里斯.德布罗意便是第六代德布罗意公爵;当1960年莫里斯去世以后,路易斯终于从他哥哥那里继承了这个光荣称号:第七代德布罗意公爵。
        路易斯.德布罗意从小对历史很感兴趣,他的哥哥莫里斯.德布罗意是一位著名的放射线物理学家,并在1911年参加了第一届索尔维会议,他将会议记录带回了家;小路易斯看到了这些激动人心的科学进展和最新思潮,完全被物理学给吸引了,于是他立志成为物理学家。德布罗意进入大学学习物理,导师是著名的保罗.郎之万,他一直在思考一个问题:如何能够在波尔的原子模型里面自然而然的引进一个周期的概念,以符合观测到的现实。原本这个条件是强加在电子上面的量子化模型:电子的轨道是不连续的。但是为什么必须如此呢?对于这个问题,玻尔做了硬性的规定,而无法解释原因,而电子只能听玻尔的话,乖乖的做着不连续的运动。德布罗意想,是时候释放你们的天性了,自由的飞翔吧。
       1919 ~1922年,小布里渊发布了一系列关于玻尔原子的论文,试图解释只存在分离的定态轨道这一个事实,在老布里渊(小布里渊他爹)看来,那是因为电子在运动的时候会激发周围的“以太”(虽然爱因斯坦狭义相对论无需"以太"概念,但是爱因斯坦在创立广义相对论之后,又念念不忘试图恢复"以太"概念),这些被振荡的“以太”形成一种波动,它们相互干渉,在绝大部分地方抵消掉了,因此“以太”不能出现在那里。德布罗意看了布里渊的文章后就所有启发,虽然“以太”那玩意实在让人不爽。德布罗意又想到了爱因斯坦的相对论,他开始这样推论:根据爱因斯坦那个著名的方程,如果电子有质量m,那么它一定有一个内禀的能量:E = m*C2。我们再回顾下普朗克通过黑体辐射研究最先提出的量子基本方程:E = h*v,也就是说对应这个能量,电子一定会具有一个内禀的频率。这个频率的计算也很简单: m* C2= E =h*v,所以v = m*C2/h。
        那这个电子内禀的频率又是啥玩意呢?它是某种振动的周期,那么我们又得出结论:电子内部有某些东西在振动。那又是什么东西在振动呢?德布罗意借助相对论,开始了他的运算,结果发现当电子以速度v0前进时,必定伴随着一个速度为C2/ v0的波……,这个波的速度将比光速C还要快上很多,德布罗意又证明:这种波不能携带实际的能量和信息,因此不违反相对论。爱因斯坦只说了:没有一种能量信号的传递能超过光速;所以对于德布罗意波也就打了个马虎就应付过去了。德布罗意称这种波为“相波”,后人也称之为“德布罗意波”(参考自:曹天元-上帝掷骰子吗)。

       至于电子为什么有内在的振动周期和在运动中形成物质波,德布罗意等一大批物理学家艰辛研究了近百年,现在还是难有共识,未知其根本原因。

                物质的波粒二象性是大自然最为核心的本质,但是物质粒子为何具有内在的振动周期并在运动中形成物质波呢?作为量子力学的基本方程——薛定谔方程以德布罗意物质波的数学关系为基础构建起来,可是波函数的物理意义究竟是什么?量子力学的各种诠释近一百年来还在一直争论不休。我们通过提出物质粒子内在的振动与辐射空间本底量子相生相伴,得到物质粒子辐射空间本底量子新概念及质量时变关系,且符合功能原理、动量定理、动量守恒定律和能量守恒定律。这一结果也可以通过多种途径的理论推导和实验观测加以确立。由此在基础物理学创新研究方面,自然地和系统地推导出了关于物质波的爱因斯坦——德布罗意关系、薛定谔方程、牛顿第二定律、牛顿万有引力定律与哈勃定律及普朗克长度等,系统给出微观、宏观和宇观共82个物理公式。使牛顿经典力学与量子力学、狭义和广义相对论以及宇宙学密切联系起来,为创建新的量子引力和演化物理学打下了坚实的物理基础。

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