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物理学的哲思

已有 3286 次阅读 2010-8-14 17:22 |个人分类:物理哲思|系统分类:科研笔记| 时间、空间

也不知道什么原因,这两天突然一下子满脑子都是量子引力,空间,时间,宇宙。于是到网上随性地搜索答案、线索,企图为自己大脑中的问题找到一个定性的哲学思辨的答案。洞中方一日,世上已千年。做了两年多光学之后再回过头来看宇宙学,看完L. 斯莫林的《通往量子引力的三条途径》之后,突然发现自己当年苦思冥想的那些问题——引力也许是空间的张力,波粒二象性需要重新解释——即便是正确的,也只不过是将来要建立起来的量子引力理论大厦中的一粒沙尘罢了。如果时间和空间都都可以从某种离散的东西中建立起来那么宇宙中唯一剩下的东西只能是物质了,时间和空间只不过是物质与物质之间关系的一种反应。如此一来,物理的终极定律就是物质之间的最基本的那个关系。

这种解释充满了哲学的味道。但是,物理其实就是关于自然的哲学。牛顿把物理叫做自然哲学之数学原理。这暗示我们,当我们的物理理论出了问题的时候,当所有的修正都无济于事的时候,那么很有可能,物理理论的哲学基础出了问题。

在物理学史上,人们关于光的本质的探索,即,关于光的波动说和粒子说的斗争推动了物理学的发展。从目前的感觉来看另一个更根本的东西,人们关于时间和空间的本质的探索正在推动者当前的物理学的发展。

在牛顿之前,人们从来没有考虑过物理定律还有个空间和时间的背景。几何的发展和物理是分立的。是牛顿实现了数学和物理的第一次大融合。并且牛顿对空间和时间的本质做了极深的思索。但是,没有任何实验证据的情况下,想象时间空间是量子化的是不切实际的。

笛卡尔坐标系的概念是对牛顿绝对时空观的数学凝练。

从牛顿建立起绝对时空观,人们一直用了将近三百年才发展到刚刚能够察觉到一丝误差。这次误差的发现也不是实验提供的,而是理论本身。也就是说,爱因斯坦从理论上发现了矛盾。

于是,爱因斯坦以他那天才的想象,认识到,矛盾出在牛顿对时空的看法上。如果时空观错了,也就是说笛卡尔的坐标系不能再用了?那么该如何描述空间关系?时空该是什么样?没有坐标系,如何描述自然?如何描述世界?如何描述物理?

爱因斯坦很幸运,在那个时候,黎曼已经发展起来了一种几何,在这种几何中不再有笛卡尔的坐标系的概念。

将近一百年过去了。

物理学再一次遇到了矛盾,量子力学和相对论之间的矛盾。人们再一次认识到,问题又出在了对时间和空间的看法上。

时间和空间这一对孪生兄弟,一直都是默默无闻的躲在物理学家的视线之外。在纷繁芜杂的物理剧场中他们始终都是充当背景的角色。但是在21世纪,情况完全反了过来。

时间和空间本身成了物理剧场的主角。背景变成了主角,那么再也没有背景了,黎曼几何失效了。

没有了坐标系,没有了黎曼几何,甚至没有了几何。我们该如何描述?就好像作家没有了文字,没有了句子。

没有几何,我们要创造几何,根据下面这个著名的公式,一切几何都可以诞生出来,而我们需要的仅仅是OrderNumber

Order + Number = Geometry

宇宙就是一台巨型计算机,由01组成。

量子力学和相对论的区别在于,量子力学的很多概念是无法想象的,而相对论,尽管很难,却仍然是可以想象的。从人脑和宇宙的同构来说,如果一个东西是无法想象的,那么宇宙中也不会存在这种东西。很可能就是基于这个原因,爱因斯坦提出思想实验。

既然物理是关于自然的哲学,那么当我们在物理理论前进的道路上遇到了问题的时候,回头去考察一下古老的哲学,也许我们就可以找到问题的所在。毕竟那些哲学的思辨是经历了历史大浪的淘洗而留下来的智慧的金粒。在当时,那些思辨走的太远,科学的脚步没能跟上。而,当那些思辨随着历史变得遥远了的时候,人们往往已经将他们忘记了。只有在遇到了问题的时候,人们开始回首反省的时候,才发现,原来很久以前哲人们早已将哲学的基石建立好了。要想成为一个好的物理学家,你必须在历史的思辨中穿梭。将以往所有的哲思排列在面前,逐一检查,看看哪个才是最适合当前的物理问题的。而,将来再遇到问题的时候,后人会再来检查我们这个时代的思辨的。永恒的丰碑是不可能的了,伟大的人物也只不过是里程碑而已。



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