关于物理科学理论创新的通信
2014-08-09 01:25:04
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梁按:现代自然科学的发展,已经到了必须在理论上做出创新的时候了。中国许多有识之士也以自己的智慧勇敢探索,争取做出自己的贡献。下面发表我的朋友们部分探索意见,供有兴趣的网友来共襄盛举。

(1)中庸好友的文章《关于真空中光速不变原理的质疑》及来信

吴水清会长您好!

最近在网上看到您们北相联谊会准备举行第三届高峰论坛,我也写了一篇简单的文章《关于真空中光速不变原理的质疑》,希望能够在您们网站发表,或引起您们网站的讨论。文章上星期曾发给苟文俭老师、宋文淼老师、梁应权老师看过,苟文俭老师对文章也提了意见,本来我还希望苟文俭老师能够帮忙引荐一下,但苟老师认为学术讨论对就是对,错就是错,没必要引荐;况且他又说您人很随和、很热心,自己与您联系完全没有问题。所以先发来这篇文章,若有唐突,请多包涵!

(同时把文章发给几位之前不曾联系过的老师,无非也希望几位老师能给予批评指正,若有冒失,请多多包涵!)

顺祝您工作顺利!

第三届高峰论坛圆满成功!

                                              中庸

附:关于真空中光速不变原理的质疑

 “真空中光速不变原理”是相对论的逻辑基石,对它的科学性多年来作者一直心怀疑惑。苟文俭老师与梁应权老师两多年前在厦门时,作者与苟老师当面交流这方面的一些想法,但苟老师并没有听进去作者所想表达的意思。苟老师认为光速不变为许多伟大的实验所证实,迈克尔逊因此成为美国第一个诺贝尔物理奖获得者,因此,其作为事实是不容质疑的,苟老师的观点实质代表了国内外许多主流与非主流科学工作者的共同观点。下面简单地论述作者对“真空中光速不变原理”质疑的几点思考。

1、对迈克尔逊-莫雷实验解释科学性的质疑

大家知道,迈克尔逊-莫雷实验是一个验证“以太风”的实验,实验的最初目的是为了测量地球在以太中的速度。当时人们认为光的传播介质是“以太”,由此产生了一个问题:如果地球以每秒30公里的速度绕太阳运动,就会遇到每秒30公里的“以太风”迎面吹来,同时,它也必须对光的传播产生影响。这个问题引起人们去探讨“以太风”是否存在,如果存在以太,则当地球穿过以太绕太阳公转时,在地球通过以太运动的方向测量的光速(当我们对光源运动时的光速)应该大于在与运动垂直方向测量的光速(当我们不对光源运动时的光速),但是,实验结果为零。

为了解释迈克尔逊-莫雷实验的零结果,一些科学家还提出了不同的解释。里茨在1908年设想光速是依赖于光源的速度。洛仑兹在不抛弃以太概念的前提下提出了著名的洛仑兹变换。而爱因斯坦则是彻底否认以太,提出光速不变假设。爱因斯坦提出光速不变假设前后,为检测光源运动能否影响光波速度,光速是否各向同性等问题;科学家又做了许多实验,这些实验包括回路干涉仪实验、Kennedy——Thorndike(肯尼迪-桑代克)实验、两梅塞实验、转动圆盘的穆斯堡尔效应实验、两莱塞实验、双星观测、干涉仪实验运动介质实验、高速微观粒子的γ辐射等,随着时间的推移实验精度也在不断提高,结果只是越来越清楚证实以太风接近于零,总之这个实验得到的数据经过了反复检测,其真实性也是毋庸置疑的。但科学界针对迈克尔逊-莫雷实验结果的解释却一直争论不休。那么,如何才能更合理解释迈克尔逊-莫雷实验的零结果呢?作者多年来也有属于自己的独特思考,下面就以上升电梯中的电梯风为例,简要介绍作者对迈克尔逊-莫雷实验结果的诠释。

假如在一个风平浪静的日子,有一台以每秒3米的速度匀速上升的密闭电梯,电梯里面站着一位做实验的人,外面空气在垂直方向相对于电梯的运动速度(电梯风)V1=3米∕秒,电梯里的人相对于电梯外面空气运动速度也是V1=3米∕秒。但是电梯里的人相对于电梯里面空气在垂直方向的运动速度V0=0米∕秒,电梯里的人相对于电梯里面空气垂直与水平两个方向的运动速度分别为V0、V0’ , V0、V0’的速度都为零(V0=0米∕秒,V0’=0米∕秒),V0、V0’的速度差也为零。假如科学家们做了许多关于电梯风的实验,实验越来越精确地表明电梯内的电梯风V0等于零,V0’等于零,V0、V0’的速度差等于零。但是这种的零结果能够说明电梯外面的“风”V1 等于零吗?能够说明V1与V1’的差等于零吗?显然不能,而且以电梯内的电梯风零结果为标准来衡量外面电梯风的实验显然是荒谬的。

(如下图)

 

图1:匀速上升电梯中的人

 

迈克尔逊-莫雷实验结论与此同理,它也是一个只能说明V0、V0’为零,V0、V0’的差为零的实验。

地球在太阳系中每秒30公里的速度运行,并不是光秃秃地在太阳系中运行,而是拖曳她的整个引力体系(包括大气层、地月系内的整个空间结构)一起绕太阳系运转的。即使是忽略了地球引力体系的整个惯性系统,人们也很明确地知道地球带着表面大气层在太阳系运转。现在我们所想强调的一点是,所有关于光速不变的实验都是在地表上做的,是被包在大气层内做的,在大气层里面的地表观测以太风零结果V0=0 、V0’=0,如同上面电梯内电梯风的零结果,它根本无法说明外面的V1、V1’也等于零;在大气层里面的地表观测以太风V0、V0’的差等于零,也根本无法说明地球外面以太风V1与V1’的差等于零。

(如下图)

                    

    图2:在太阳系中运行的地球

 

所以,作者认为迈克尔逊-莫雷实验零结果与电梯内的电梯风零结果一样,属于正常结果,根本无法否定以太风的存在。而人们之所以对迈克尔逊-莫雷实验的零结果提出各种各样的非正常解释,是因为自然对人类的视觉遮蔽,人们普遍根据视觉效果认为地球是光秃秃地在太阳系运行的。因此,作者认为,迈克尔逊-莫雷实验不能作为光速不变假设的实验证据。爱因斯坦据此提出光速不变假设,否认以太存在的非正常解释,其解释的科学性是值得商榷的,也值得我们重新理性思考。

2、“绝对真空”在现实世界中根本不存在,“绝对真空”概念科学性值得质疑。

相对论光速不变假设的基础条件是在“绝对真空”中,但客观存在的现实世界中“绝对真空”是根本不存在的。“绝对真空”概念不是一个物理实在的概念。作者在之前的《真空概念和物质概念科学性的质疑》一文中对此有比较详细的描述。现代科学已经很清楚地告诉我们“绝对真空”是不存在的,真空内部都存在物质,所谓的真空实际上并不真正真空,而是含有物质存在的。比如,真空管,我们称之真空,但即使在高真空管中,每立方厘米也有300亿个左右的分子存在。而客观自然界存在的最高真空是恒星与恒星之间的空间,在那里几乎是完全真空,气体分子数每立方厘米只有1个或几个,但必竟里面还有分子存在,而且里面还包含着大量原子、电子、电磁波(光子)、中微子等等大量的基本粒子。科学实验证明,人们想从空间中分离出真正的绝对真空是不可能的,如同科学实验中永远无法达到真正绝对零度的温度一样。因此,对真空及真空概念的理性思考告诉我们,光速不变设定的初始条件“绝对真空”在现实的客观世界中是根本不存在的,它不具备现实性意义,也是不科学的。

3.如果光速不变假设的条件是现实世界中客观存在的“相对真空”,也应该对“相对真空”有清晰的定义。

现实世界(非真空条件下)光速都是可变的,这根本不需要做什么复杂的实验,稍有一点科学知识的人都会有十分直观的认识。比如:光通过镜子可以反射,通过水平面可以折射,通过一些穿不透的物质时光速变成零。在不同介质中光速是不同的,比如:在太空中、空气中、水中、玻璃中、铯气中,光速都是不同的。正因为光速不同、光速可变才会出现光通过不同介质时反射、折射等现象。

“真空中光速不变” 作为相对论的基础,其形成条件是“绝对真空”,但现实世界不存在“绝对真空”。如果相对论理论基础“真空中光速不变”初始条件的“绝对真空”设定为现实世界中存在的“相对真空”,如太空,也存在不同区域太空(粒子)密度不同的客观事实,那么“相对真空”的太空,其满足“光速不变原理”标准是什么,是否需要精确的实验,来测算出满足成为“相对真空”条件的太空(粒子或质量或结构)密度,或者误差范围,或者满足成为“相对真空”的特定区域。

地表上空气应该不属于这个特定的区域,因为现代科学清晰告诉我们,空气含有大量的物质,它根本不是“真空”。因此,一些经典力学所描述的地面物质运动肯定不是在“相对真空”中。那么相对论就不能适应于解释地表上所有的物质运动,比如关于相对论火车问题的一些解释;比如相对论双生子时钟佯谬问题解释,毕竟还有一个孩子留在地表上。

总之,“光速不变原理”充满太多矛盾和漏洞,把它当作“原理”和相对论的理论基础,其科学性是令人质疑的,完全值得我们重新做理性思考。

 

                                         中庸

                                 2014年7月19日泉州


(2)宋文淼老师的意见

吴老师、中庸及其他诸位老师:

       读了中庸给你的信。关于物理学的讨论,我总觉得主要是讨论。很难对一个物理学的观念给出确切的评论。现在人类的实践和思维能力到了一个新的台阶,一切观念都会发生改变。中庸是一个非专业的科学工作者,他的一些观念我是很感兴趣的。最近我一直在学谭天荣的《另类人生和另类物理学》。他也认为现在的物理学需要的走出新的路来。他提出了当今现代科学发展的核心问题,已经到了必须讨论“物质观”的时候了。

       中庸和我讨论过一些问题,我以为他所提出的问题都是与物质观有关。相对论的问题实际上和其他各个问题都联系在一起。把面搞得宽一些,是有好处的。实际上 仅从光速不变性还是可以超光速是讨论不出很多有意义的东西的。要使讨论有意义就要与人类实践和思维总体的历史发展过程联系在一起。先是对“光速”本身的 “实在性”和相对论的逻辑体系进行讨论,很快就进入了时空观的讨论。而最后又必须进入“物质观”的讨论。

       我国讨论相对论的前辈和权威,应该是何祚庥先生。现在骂他的人不少,有一些搞科学的人,对它也有非议。其实搞科学的人,和搞竞技的人,有一点是相似的, 就是每一个人都以失败而告终。但是凡是有过一些贡献的人,他的成绩也不会被人们所遗忘。在竞技场上刘翔如此,李宁如此,聂卫平也是如此。在科学上,爱迪生 如此,他一直反对“交流电”,由于他的权威,交流电的应用被推迟了好几十年。爱因斯坦也是如此,相对论曾对人们的思想产生过如此巨大的影响,人们都不应该忘记,他对原子能理论和科学发展所产生过的推动作用,但是最后被他的继承人推向了宇宙大爆炸,他的理论的前沿部分,走向了错误的方向。

       有时候我觉得毛泽东也是如此,他无所畏惧的去打破一切他认为不合理的“人间公理”,坚持做他认为合理的事。人类历史上还没有一个人有像他那样的勇气和胆略来搞我国的计划生育。我国的一切困难,最重要的一条就是人太多了,地球的自然资源承担不了如此发展着的人口和那样无节制发展着的浪费、贪婪和挥霍。但是他的一生也以文化大革命的失败而告终。归根结底,他只读形象思维的书,没有读形式思维的书,讲出的话,所做的事,只适合于某个历史时期,而在时代发展的时刻,也失败了。我对那些人都怀有深深的敬意。对毛泽东的谩骂,和因毛泽东而引起的两派人的粗鲁的谩骂,除了显示出我们教育失败,愚昧泛滥,没有任何别的意义。这也是历史所走过的路。德国就是一个最好的例子:他们也是形象思维和形式思维发生碰撞的焦点,康德的呼唤理性和黑格尔的一再呼唤“哲学和理性”抬起高贵的头,但是最后还是阻止不了,社会民主主义两翼双方的冲突,和向着极端主义的坠落。阻挡不住希特勒的民粹主义的法西斯主义的兴起。现在我们单讲“逻辑和理性”或单讲“实践和直觉”都是没有用的,信仰就是神的形象和样式的合一,就是实践和思维的合一,形象思维和形式思维的合一。这种“合一”,只需要“神的大爱”,爱是恒久忍耐。要最坚定的反对暴力和暴力思维,社会民主主义的两翼的极端化都是因为走向暴力思维而坠落的。

       回到相对论的研究,何祚庥先生搞相对论研究,最后提出了“层子理论”。也被有些人所取笑。其实,我现在要的就是“层子理论”——只是不是像现代物理学 “物质观”下的“基本粒子”模型,和相对论时空观下的“粒子”。而是实物和场(与波)并存的物质观下的“层子模型”,这个“层子理论”不是对于任何凝固的 “物质观”和“逻辑观”下理论。而是创世记中的“神的形象”和“神的样式”的两类人间思维方式下,在多层次的时空观下,用不断发展的高阶逻辑下的数学演绎的来描述的不断发展的物理理论体系。

       我近几年一直以读《圣经》为主,来看待科学和人生。现在已经越来越感到没有多少时间和精力了,应该回到科学问题上来谈谈自己的看法了。但是我要谈的科学 也都是要被推翻的科学,科学是一条为全人类走向幸福的路,在任何时代的人间都不可能得到极终的理论。我所最期望的不是大家去信什么教,而是把读圣经,也作为研究“科学”、管理国家、发展经济的第一本书。《圣经》实在是一本特殊的书,各行各业的人都可以从哪里得到需要的知识,学到应该懂得的做人道理。但是一 般的人,不是专职的神职人员,读完《圣经》,还要回到自己的本职上来。我也认为《圣经》是形式思维为主的国家(民族或人群)中的“神的话语”,我们先圣、 古贤和诸子百家,其实也都有一个共同的“根”那就是《易经》,易经上所留下的也是“神的话语”,只是那是神为形象思维为主的人群所留下的“话语”。祂和圣 经中的话语有共同的基本的内涵。当然到了人间,也都受到了人间思维中个人欲望、对于权势、金钱的追求所带来的不同的污染。

       在人世间只有“科学”才是可以和“信仰”相比肩而存的。但是那样的“科学”必须是有信仰者的科学:牛顿和爱因斯坦的科学。牛顿懂得自己只是在浩瀚大洋的 一角,捡拾到一个美丽贝壳把玩的孩子。他的理论只是在描述太阳系星体运动上,比以前的理论要更精确、更合理一些;而这个合理性完全离不开那些运动的初始条 件,离不开那个“原初的推动”;爱因斯坦更是直截了当的说:“上帝是不掷酘子的”。他晚年在《物理学进化》中,提出了相对论不是纯粹的物理学,提出了要研 究“实物和场”并存的物理学。我想讨论相对论,应该首先认真学爱因斯坦留给我们的最后一本书《物理学的进化》。

         祝大会圆满成功

宋文淼。


(3)我的回复

中庸好友:

你好。两次来信都收到了。对你在科学和哲学上从青少年以来一直孜孜不倦的质疑和探索精神,我是一如既往的钦佩。
要讨论光的问题,就要了解光的本质。爱因斯坦的关于光的理论当然不是光科学的终极,连他自己都说,他不知道光子的本质是什么。因此,我希望你在探索光的问题时,更深入去了解到目前为止,人类已经达到的认识和最新的探索。
  一说光是电磁波,其运动规律是由是由麦克斯韦方程组描述的,这是光的波动说,不需要以太,解释了许多光的现象,这引出了两个物理常数:真空介电常数和真空磁导率;真空中的光速c,就只是与这两个常数有关,因此,也是常数;但在光电效应中,它的表现又像粒子,能量与频率成正比,引出了一个另一个物理常数---普朗克常数,这其实也利用了真空中光速是c这个前提。
至于你从运动学来讨论光速变与不变,这就涉及是否存在绝对参照系的问题。如果以太存在(就是物理真空,假定没有电磁场),是绝对参照系,是光传播的介质,那么,光在以太中的运动速度就是宇宙中的极限速度,是不变的。地球不能带动以太运动,不像电梯或地球带动空气那样。
在国内,对光的本质有更深入创新探索的,我知道的有苟文俭老师和王陈(江火)先生,请参考他们的著作。他们都以“信息”作为突破旧理论的决口(但对信息的定义不同),以他们的智慧来构筑新的宇宙观,也借用爱氏相对论和其他科学的至今没有被实验事实证伪的结论,如真空中光速是常数,质量能量互变的关系等等,却暂不承认宇宙最高智慧---上帝的存在和作为,这与宋文淼老师是不同的。
祝你全家安康,夏日快乐。

你的忠实朋友
YINGQUAN

(4)中庸先生的复信

梁老师、宋老师您们好!

 首先谢谢您们的关心!

 梁老师,我总觉得现代物理学理论中会存在着太多的问题,稍微接触过现代物理学的人都会发现,现代物理学理论很“玄”,以至于连您们物理学家们自己无法从理论上解释清楚这些问题,至少许多解释听起来很乱,没办法梳理出一条清晰的思路来。而最近我的主要思考一直都在我的基本物质观、基本哲学观方面,太多玄而又玄的东西只会经常打断我的思路,我只想沿着我自己的思路继续下去。

 宋老师上星期一的来信中谈到,现在的物理学需要走出新的路来。并提出了当今现代科学发展的核心问题,已经到了必须讨论“物质观”的时候了。事实上,我三年来和宋老师(包括梁老师和苟老师)的多次通信,主要讨论的就是我对自然哲学基础的一些思考,核心就是“基本物质观”。我在通信中也曾多次重复对宋老师阐述,相对于经典理论的物质观,我所思考物质观是一个抛弃视觉效果的物质观,是一个概念内涵与外延都扩大了的物质观。我一直以为,现代物理学的基本出路关键在于厘清基本物质观,现代自然科学整个逻辑体系的梳理,核心在于逻辑出发点的梳理 。例如,宋老师在讨论中曾提到周吉善老师的观点,因为自然科学是要发展的,所以是个M—N体系(前提是已有的知识(或公理)而结果应该是新知识)。但是我认为没有逻辑前提的M—N新认识,就不会有合理的自然科学M—N体系,自然科学体系的逻辑前提同样应该是M—N的过程。如同盖天说、地心说、日心说一样,由于人类对宇宙基本认识是与时俱进的,人类对宇宙认识的基本知识(或公理)一直在改变,所以人类的基本物质观也是与时俱进的,现在的问题是我们如何更合理地总结出符合时代需要的基本物质观。

 总之,我所思考的基本物质观是一个与时俱进的物质观。之前的博文《真空概念和物质概念科学性的质疑》就是出于这方面的思考写作完成的,文章质疑物质概念是一个悖论的概念,实质上想质疑的是经典力学的质点(刚体)物质观。质疑真空概念在客观世界中并不存在,不是一个物理实在的概念,等于在质疑经典理论的质点物质在真空中运动同样不是一个物理实在的观念,既然真空并不存在,何来在真空中运动的物理事实。在2011年与宋老师的首次通信中质疑宋老师和杨本洛老师的基本物质观也是从上述思考出发的,宋老师和杨本洛老师的基本物质观实质上就是经典理论的物质观,如果从经典的物质观为出发点对当代整个自然科学逻辑体系进行梳理,我认为它无法满足自然科学M—N体系发展的新需要。

 宋老师,我最近经常关注北相网站的讨论内容,这次北相双会一些教授作“放弃狭义相对论,回归经典时空观”的主旨报告,他们的观点代表当今主流和非主流的许多科学家的共同思维倾向。但是,我认为仅仅回归到经典时空观是不够的,因为我和您一样认为,现在的物理学要走出新的路来,到了必须讨论“物质观”的时候了,到了必须讨论经典时空观的时候了。所以,我准备把之前与您讨论的部分关于物质观的文章发给吴水清老师,参加他们网站的一些讨论,当然,这首先应该征求宋老师您的意见。梁老师这次来信也提到,“我可否把我们之间这些讨论,发到网上去,以其引起更多有兴趣的朋友参加?”梁老师想到的也正是我在想的问题。

 再次谢谢几位老师!

 祝您们身体健康,生活幸福!

                                                     中庸



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