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广义相对论的基本哲学观与工程力学观 精选

已有 3641 次阅读 2020-6-8 09:25 |系统分类:科研笔记

 

       相对论的建立有百多年的历史,相对论对于自然科学,尤其是对物理学的哲学影响为何?目前,没有简单的结论。

       就物理学的理性结构而言,相对论对于现代科学影响最大的是:把万有引力定律解释为时空弯曲的结果,而时空弯曲的基本原因是物质分布。作为哲学上的后果就是:物质存在决定了时空,物质的运动表现为时空的运动。

       这个哲学观点直接的影响了宇宙学的研究,反之,宇宙学的研究也推动了对于相对论的信任。

       在相对论建立后,研究物质与时空的一般相互作用的抽象理论的代表就是规范场论。

由于把相对论视为神秘的理论,规范场论与经典物理的联系被人为的断裂开。

实际上,经典的弹性变形力学就是规范场论的祖宗。物理上,张量的概念起源于弹性力学,用变形张量(如它内涵的概念应变、应力)来描述物体的运动在牛顿时代就已经出现雏形。因此,就科学发展的历史性结构来看,规范场论是把弹性力学理论抽象化、广泛化。

       把物质空间的变形作为物质世界基本运动形式的力学理论在经典理论中是客观存在的,而且是在工程上普遍使用的理论(工程力学)。

       在这个意义上,广义相对论的确在工程上应用着。但是,根本性的差别在于:在变形力学的理论层次,主要是研究空间的变形(弯曲),时间只是作为独立的参数。然而,在流体力学中,时间参数与空间变形的联系就非常密切了。

       这样,也就不难在哲学上理解,为何宇宙学的研究中,流体力学的研究方法至少在观测数据的处理和解释上,经常采用流体力学的理论(含时间变量的变形力学理论)。

       目前的现实是:1)存在由经典力学推演而来的变形力学抽象化体系(连续介质力学),变形力学理论,把变形作为基本的运动形式。2)存在由广义相对论推演而来的规范场论,把时空尺度的变化作为基本的运动形式。

       在这两个理论并存的时代背景下,理论物理和抽象数学所看到的两者的抽象内核是:物质世界的运动可以抽象为一般意义上的物质坐标系的代数变换,而描述这种变换的基本几何约束就是基本的物理规律。物理上,认为有意义的几何约束应该是由物理学上的哈密尔顿原理导出的。从而,这在建立和推广的理论是包含以上两个要素的:

       3)满足物理学基本规律所决定的时空几何结构下的一般变形运动规律。

这就把物质运动做了至少两个层次的区分:具体物质运动类所满足物理规律(哈密顿方程)所决定的时空结构;在这种几何结构下的,具体的物质运动规律。就一般意义看,凝聚态物理属于这个范畴。

这样的理论建造是上个世纪后半页的理论成果。

因此,在哲学上看,相对论与经典理论正在融合。由此,可以预计,本世纪应该是融合后的理论进入实际的工程应用的时代。

然而,与经典理论直接的与工程应用连接不同,对于具体的运动类别,新的理论只是给出了普遍性的抽象路线,而没有给出针对具体问题的详细理论结果,因此,细节性的理论研究就是具体学科所要做的理论研究。

大多数学科实际上在不自觉地、多多少少地、做这方面的研究。但是,缺乏哲学上的明确认识,表现的勉勉强强。非常的缺乏主动性。

总的看来,哲学是科学研究,尤其是学科发展方向选择判断的理性基础。但是,哲学上的方向正确还远远不够,还是需要在经典理论作为低阶近似的导引下来拓展学科具体的理论细节研究。

我认为,在这个层次上的科学研究水平将是决定一国科技创新潜力的重要标准。而这方面的人才培养是最为迫切的。

然而,此类还未知能取得多少研究成果的研究是令人不耐的,信念的支撑,或是是科学精神的支撑可能是推动此类研究的基本动力。

 



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