1.当代物理学家对于现代物理学基础的批判.docx

当代物理学家对于现代物理学基础的批判

统一性思想有着悠长的历史渊源，在人类科学思想发展的历史中，思想丰富而又多彩，但统一性思想则是其中最典型而又古老的一种.从古代哲学家到现代科学家，有的人在探讨纷繁复杂物质世界的组成基质，还有的人在探讨物质世界的运动规律及表现形式.泰勒斯的水，奥斯特瓦尔德的能，道尔顿的原子都曾一度被当作物理世界的统一本原.每一个从事自然科学研究的人，都从统一性思想中获取了研究的动力，当然也包括爱因斯坦.

爱因斯坦曾经很怀念Newton时代，因为那是物理学的幸福童年时代，充满了生机；爱因斯坦之后也有一些理论物理学家很怀念爱因斯坦时代，因为那是物理学的伟大变革时代，充满了挑战.今天的理论物理学依然充满了挑战，但是与Newton和爱因斯坦时代理论与实验的“亲密接触”相比，今天理论物理的挑战和发展更多地是来自于理论自身的要求，来自于物理学追求统一，追求完美的不懈努力.不管是从科学的角度还是从哲学的角度出发，我们都有理由认为物质世界是高度统一的.

目前物质现象的差异以及物理理论之间的割裂状态主要是由于我们对物质世界还缺乏深入的认识，只有在物质现象和物理理论都统一之后，我们对物质世界的认识才算是彻底的.在宏观世界中总结出来的物理规律，在微观世界中同样适用和有效.从低速状态中概括出的物理学公式，对高速状态也同样适用和有效.若有问题，一般也只是精度的问题，实际上这个问题在得出规律的世界和运动状态中原本也是存在的，只不过问题有时没有表现得那么突出那么明显罢了.公式的修正也是统一性的，若公式适用性表现出明显的局域性，则说明该公式是不完备的，有待进一步的完善.对同一问题若从两个不同的世界或状态中得到两个形式上不同的公式，而又不能合理的过渡，则说明两个公式中至少有一个是错误的.

物理学最基本的目的是寻求自然界物质运动的统一规律，然而现代物理学拥有一个支离破碎的物理理念世界:超宏观的有天文学的"黑洞"，"宇宙大爆炸";微观的有微观粒子的波粒二象性;介于其间的有狭义和广义相对论.在现代物理学把各个学科的观察分别描述成各种互相独立的力作用系统，而忽略了其中的内在联系.描述物质宏观现象的牛顿动力学无法用于描述微观电子的运动规律，在描述宇观物质现象（如星系的动力学现象）时它也导致了很严重的暗物质问题等.描述物质微观现象的量子力学也无法用于描述宏观物质的动力学规律，更无法用于描述天体的运动.总而言之，在现有物理学理论体系中，物质的微观规律、宏观规律之间似乎是大相径庭、毫不相容的，这是现有物理学理论体系的主要缺陷.

世界是统一的，它的统一性源于它的物质性.现代科学表明，宇宙具有无穷多的连续系列的层次结构.我们目前所认识的世界可细分为宇观世界、宏观世界和微观世界，不管宇宙中的物质形态是多么的千差万别，表面上的差异是多么的巨大，但蕴藏在物质中的道理是统一的，贯穿于各个层次各个世界，物理学规律因而具有放之四海而皆准的普遍性的意义.

王正行《近代物理学（北京大学教材）》书末结语最后一段告诫：“尽管相对论与量子力学已经取得了很大成功，但我们还不能把近代物理学看成一门已经完成了的物理学.在当代物理学研究中，绝大部分挑战和机会都是属于近代物理学的.在未来的一段时间内，情况肯定还会是如此.我们还不能肯定地预测在什么时候、在什么问题上将会有原则性地突破.不过，如果在实验上发现对相对论或量子力学作原则上的修改，也不会是完全出乎预料的.在迎接21世纪到来时，近代物理学基础正期待着原则性的新的突破.”——王正行编著近代物理学（北京大学教材），北京大学出版社1995年，第570页

中国科学院原院长、理论物理学家周光召2005年在中国科学院理论物理所的一次演讲中所说：“像相对论、量子力学或是量子场论这些最基本的理论，到现在为止，仍有迹象表明都不是最终的理论.无论是基本粒子，还是天体物理，都在不断提供很多新的现象，对这些现象，现有的理论完全无法解释.”广义相对论和量子理论在各自的领域内都经受了无数的实验检验，迄今为止，还没有任何确切的实验观测与这两者之一矛盾.有段时候，人们甚至认为生在这么一个理论超前于实验的时代对于理论物理学家来说是一种不幸.爱因斯坦曾经很怀念Newton时代，因为那是物理学的幸福童年时代，充满了生机；爱因斯坦之后也有一些理论物理学家很怀念爱因斯坦时代，因为那是物理学的伟大变革时代，充满了挑战.今天的理论物理学依然充满了挑战，但是与Newton和爱因斯坦时代理论与实验的“亲密接触”相比，今天理论物理的挑战和发展更多地是来自于理论自身的要求，来自于物理学追求统一，追求完美的不懈努力.

1.物理学家对于相对论的质疑

郭汉英曾任中国科学院物理研究所研究员，博士生导师，他在经济物理、场论和数学物理等研究领域成果显著，两次获得国家自然科学二等奖.为了希望中国在跨世纪中出现自己的基础研究大家和独创理论，郭汉英研究员说，目前物理学对宇宙的了解，包括猜想只有4%，而完全不知的竟占到了70%.同时郭汉英研究员提出：“相对论体系存在有待验证的假定，基本原理不够完善，相互之间存在不协调；理论和时空观念都有需要改进之处”.

相对论体系作为一个理论体系并没有完成.从前人继承下来的惯性和惯性运动的起源问题尽管有所发展，但并没有解决.1960年代末以来，发现广义相对论存在时空失去意义的“奇性”，宇宙起源于奇性，星系演化经过黑洞终结于奇性.黑洞不“黑”，任何有序物体掉进黑洞，都变成无序的热辐射发射出来，从而信息丢失.这不仅与物理学理论基础之一的量子力学薛定谔方程的概率流守恒矛盾，也与其他理论冲突.

2.物理学家对于量子力学基础的质疑

爱因斯坦认为：量子论学说是一个不完备的学说，它违反了因果律和决定论.但是，量子力学的创立者们却认为：测不准原理反映了微观世界的客观实际.也就是说，对微观高速运动粒子不允许人们用经典力学的语言进行全方位的描述.爱因斯坦不但是相对论的奠基人，而且也是量子力学的主要创立者之一，量子力学的哲学基础是爱因斯坦实证哲学观的体现.Heisenberg说：“量子力学的直观诠释迄今仍然是充满矛盾的，这些矛盾涉及不连续性理论和连续性理论、颗粒和波动等观点的争论中.人们由此已经可以得到结论，利用通常的运动学概念和力学概念来对量子力学做出一种诠释，在任何情况下都是不可能的.事实上，量子力学恰恰起源于这样一种努力：打破通常的运动学概念，代之以具体的、由实验给出的一些数之间的关系.”

费恩曼(R.P.Feynman)说过：“我可以放心地说，没有一个人懂得量子力学.按照量子力学的观点看待世界，我们总是会遇到许多困难.至少对我是如此.现在我已老迈昏花，不足以达到对这一理论实质的透彻理解.对此，我一直感到窘迫不安.”盖尔曼(M.Gell-Mann)也说过：“全部现代物理为量子力学所支配.这个理论华丽宏伟，却又充斥着混乱.……这个理论经受了所有的检验，没有理由认为其中存在什么缺陷.……我们知道如何在问题中运用它，但是却不得不承认一个事实，没有人能够懂得它.”

事实上，薛定谔方程作为量子力学的基本方程，只能描述经典位势系统的量子行为，无论是正则量子化，还是路径积分量子化都是如此.经典与量子力学的界限在哪里？量子测量过程涉及突变等非位势系统的特征，这类系统如何量子化？如何建立量子测量理论？这些都是应该解决，而又没有解决的重大问题.

目前量子力学实际使用的“数学语言”是由Dirac创造出来的一个“特殊语言”系统，这个“形式系统”的构建者于1975年发表了一篇名为《量子力学的发展》的著名演讲，Dirac首先告诉人们一个极为重要，原则上（逻辑上）可以彻底颠覆整个量子力学形式表述系统的事实：量子力学中的数学不过是一个有趣游戏.在这篇演讲的最后，Dirac又特地郑重其事做出如下告诫：我认为量子力学的基础还没有正确地建立起来.即使工具量子力学的规则得出的结果与观测相符合，但毕竟是人为的规则.因此，关于现在的量子力学基础是正确的说法，我是不能接受的.

1975年8月25日，狄拉克在澳大利亚悉尼新南威尔大学，关于《量子力学的发展》的演讲时曾讲到：“……上面我已经讲了量子力学发展的问题，并且特别讨论了这个理论与高速运动所必须的爱因斯坦力学相结合的问题，这个结合导致产生反物质的概念.然而这个工作并没有解决量子理论的问题，还有许多遗留的问题，这些遗留的问题集中在建立带电粒子和电磁场相互作用的精确理论的问题上.你们可以把带粒子的电荷看成集中在一个点上，对这个点上，对这个点模型进行研究.如果你用这样的模型，你就会发现点电荷的能量是无穷大的.这是试图建立粒子相互作用精确理论时出现的典型困难.假如我们不把量子理论推广得太远，即不把它用于能量非常高的粒子，也不把它用于非常小的距离，那么现在的量子理论是很好的.当我们试图把它推广到高能粒子和很小距离时，我们得到的方程就没有合理的解，相互作用总是导致无穷大的出现，这个问题使物理学家困惑了40年，没有取得任何实质性的进展.

正是由于这些困难，我认为量子力学的基础还没有正确地建立起来.在当前这个基础上所进行的研究，在应用方面已经做了极其大量的工作，在这方面，人们能够找出抛弃无穷大的一些规则，然而即使根据这些规则得出的结果与观测相符合，但毕竟是人为的规则.因此，关于现在的量子力学基础是正确的说法，我是不能接受的.”

物理学，实际上是一门实验科学，离开了实验为基础所建立的物理学它就不是物理学.也许，它就是一种纯数学.虽然这种纯数学，在一定条件下，可以在自然界里找到相对应的物理现象，但也绝不能认为它就是一种物理学.

虽然，普朗克、玻尔、海森堡、薛定锷、狄拉克等科学家创立的《量子力学》能够解释一些物理实验，但也存在许多问题.最大的问题：(1)用《量子力学》对物理实验的解释，只能描述它的统计性质，只能描述它们的集体运动规律，不能措述单个粒子的运动规律；(2)《量子力学》无法将电动力学、热力学、化学、生物学＜植物学、动物学、医学＞、超导理论、热核聚变理论有效地统一起来.即各种物质的各种形态的相互转化，不能用旧量子力学去统一解释，更不能解释新的实验结果.70多年来，许多有识之士在这方面做了大量的工作，但未能取得实质性突破.