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大自然是和谐统一的,为什么经典力学、相对论、量子力学以及宇宙膨胀学说,至今还存在引力机制、惯性起源等一系列重大的基本的物理学疑难甚至矛盾和冲突而一直得不到很好的解决呢?为什么光速是物质粒子的速度极限?为什么惯性质量等于引力质量?波粒二象性究竟是怎样一种情形?宇宙空间为什么处于膨胀及加速膨胀状态?为什么还没有找到这些物理理论共同的物理基础呢?思考探究这些根本问题,需要我们重新审视物理学中的质量与时间和空间这三个最基本概念,深入探索它们的物质基础和内在联系,以便从根本上系统地解决这些疑难问题,建立这些理论共同的物理基础。
实际上,我们以往对时间和空间的认识,还没有深入到物质的质量和能量的属性中,时间概念和空间概念还是经验直觉的数学化的,只使其具有过程长短计量和描述尺度距离等外在现象的功能,其时间仍然属于牛顿所说的相对时间范畴。时间和空间概念还没有密切地与作为物质存在基本属性的质量和能量相关联,没有反映物质基本存在属性,即质量和能量的存在持续性和广延性物理状态,虽然相继历经多种途径的探索,但还没有深入到物质最底层的物理本质之中,所以还无法解决出现的一系列重大的基本的物理学疑难,还无法建立这些基本物理理论共同的基础。对万物之理更深入的探索遇到基本观念的关卡:时间和空间究竟是什么?如何把时间和空间与物质存在之基本属性密切联系起来?这个问题不解决,时空探索之路则异常艰难曲折,几乎寸步难行。
弦论中的弦可以用来形容基本振动单元所表现出来的某一方面特征,但振动比弦更接近事物的本质,因为弦可以看作是振动的产物,但它永远不会是振动的原因。圈量子引力理论在一开始就放弃了空间连续性和平滑性的假定,通过保守性的整合量子理论和广义相对论,试图建立一套自洽的理论。在圈量子引力理论中,时空确实是离散化的,时空的最小基本单元,大约就是普朗克时间和普朗克尺度。
美国科学家宣称,借助引力波探测器有可能直接观测到时间的不连续性。相关论文发表在《物理评论D》(Physical Review D)上。量子理论认为时间和空间都是不连续的,有最小的时间和空间单位,称为普朗克时间和普朗克距离。美国费米国家加速器实验室粒子天体物理中心主任Craig Hogan宣称他能够“看”到时间的不连续性,这体现为引力波探测器当前还无法解释的干扰噪音。他说:“这可能是我所从事过的最具革新性的工作,我们有可能通过实验观测到之前我们认为由于尺度太小而无法探测的时间的最小量子。”
惠勒指出:“物理学的领域是如此广阔,从事物理学研究的人是如此众多,所使用的方法又是如此多种多样……在这纷繁杂杳的海洋中,什么才是物理学的关健呢?我想,最基本的恐怕还是那个在哲学和物理学上赫赫有名的、似乎永远也不会有最后答案的古老问题:什么是时空。在我看来,应该会有⼀个物理学的理论从⽅程中把时间和空间给推导出来。只有找到了时空概念更深刻的含义,自然界的各种相互作用才有被统一的希望。总有一天,有一扇门肯定会开启,显露出这个世界闪闪发光的中心机制,既质朴又优美”。
费曼说:“事情往往就是这样,一旦出现些微的效应,就需要对现有概念进行极具革命性的修正。……我相信,要解决任何过去一直悬而未决的问题,你必须向未知领域敞开大门。你必须允许出现可能不完全正确的情形。否则,如果你已经心有成见,就很可能解决不了这个问题。”
牛顿在《自然哲学之数学原理》中说:“绝对的、真实的、数学的时间,由于它自身的本性……与任何外界事物无关地、均匀地流逝。”
牛顿的方程式里的时间是一个未经定义的原始量。这时间是绝对的,任何事件,都在空间里有个一定的位置,都发生在时间里某个特定的时刻。
为了精确地描述一个物体的运动,牛顿发明了微积分:已知连续运动的路径,求给定时刻的速度(微分法);已知运动的速度求给定时间内经过的路程(积分法)。
牛顿力学的时间是没有方向的。一个球可以是撞向墙壁,也可以是从墙壁弹出,对牛顿方程的每一个解,颠倒时间方向,会得到另外一个解。
时间不是独立存在的。爱因斯坦对时间的大胆想象力,超越了有史以来所有之人。爱因斯坦坚持同时性是相对的,打开了通向微观世界的新物理之门。可是,需要一个怎样的大脑,才敢质疑人类关于时间的原始观念?爱因斯坦的时间弯曲理论更是令人不可思议。经过孤独而艰难的思考,他意识到时间是被质量很重的物体弯曲了,正是弯曲导致了引力。他最后完成了广义相对论:时空弯曲的程度,是由宇宙中物质的分布所决定的:一个区域内的物质密度越大,时空的曲率也就越大。但是广义相对论没有给出时空本身的物质化和物理化,所以其时空的弯曲仍是数学化的描述。在没有空间剪切强度、弹性拉伸强度和抗压强度等物性参数下,说空间弯曲、尤其是空间膨胀推动相互间有吸引力的星系退移及加速退移,是缺乏物理根据的。
结合对科学发展历程和思想认识的领会,将已解决和未解决的问题联系起来也许可以想到一些新的概念来帮助我们解决困难,找到隐藏在外表上的差别背后的共同特性,从而得到物质的质量能量和时间空间以及引力与惯性乃至物质波动性在物理本质上的统一性认识。现在看来,只有揭示出可能与物质质量和能量密切相关的物理时间过程和物质化空间,才是解决一系列重大的基本的物理学疑难和实现基本物理理论在基础上的统一途径。按照德布罗意明确指出的“物质的波粒二象性是自然界最为核心的本质”,弄清物质粒子为何具有波动现象,把粒子能量和质量与其波场以及时空密切联系起来,应该是解决这些问题的突破口。揭示波粒二象性的物理实质,把外在的难以理解的波粒二象性化为内在的本质上的波粒统一性,弄清物质存在的基本结构和基本相互作用,是拨开时空迷雾,破解这一长串科学难题,开启宇宙奥秘大门的一把钥匙。
为了描述宇宙和地球等物质体系的演化,需要建立一个涉及时间方向性的理论框架,使时间对应于物质体系的演化过程或演化阶段。这与当年玻耳兹曼仿效达尔文在生物学中的研究,试图系统地阐述物理学中的演化这一伟大目标相一致。Roger Penrose推断,所要寻求的量子引力必定是一个时间不对称的理论。JohnD.Barrow指望揭示出设想的“存在着某种更深刻的原理,它使宇宙必然(或者至少以压倒优势的可能性)肇始于某种各向同性膨胀的状态之中,这一原理也许在较为局部的范围内还有着其它应用”。
然而,从以往作为时间对称世界的物理学描述那里如何能够洞悉时间之矢呢?我们认为,关键是要在物质最基本的层面上找到最具普遍性的不可逆物理过程。在质量、能量、时间和空间这些基本概念中,质量和能量通过光速平方联系起来E=Mc2,时间与宇宙空间膨胀的关联形式为V=dr/dt=Hor,引力与质量和空间的相关式有F=GMm/r2,综合考虑普朗克的辐射能量子概念、牛顿猜想引力可能来源于物体质量中发射某种细微粒子或“精气”、爱因斯坦的质能关系和时空探索新观念以及光子伴随某种场的设想、德布罗意对物质粒子缔合以内在周期性因素和粒子普遍地伴随着物质波,该波可以在没有媒质的情况下出现,并结合发现的宇宙空间膨胀演化等,提出物质粒子不断地辐射空间本底量子新概念。从物质相互作用和动量守恒方面及总体能量守恒,似乎能够阐明物质粒子的波动性,发现质量和能量与时间和空间的内在联系,使以往经验直觉的数学化抽象时间与物质及空间的质能属性密切联系起来,成为反映物质及其空间的质能状况等变化过程的物理化时间(具有⾃发、单向、均匀流逝以及⾃然统⼀的普适性特征): dt=-dM/HoM、t=(1/Ho)ln(r/ro)
与熵dS=dQ/T、S=klnΩ形式相仿。
并确定空间本底量子即本底引力子及其能量: ε=hHo=1.853×10–51(焦⽿)。
与目前观测上给出的限定值约10-51(焦耳)相符。
从而为统一解决一些重大的基本的物理学疑难问题、为实现核心物理定律和相应物理理论的统一奠定基础。
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GMT+8, 2024-8-15 05:58
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