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场与物质的相互作用:多个层面的问题

已有 3920 次阅读 2012-2-21 00:30 |个人分类:生活点滴|系统分类:科研笔记

 

       先看看正统系的研究路线。

       因为电磁场被看成是最有代表性的物理场,因而把引力场与电磁场的相互作用问题看成是场与物质的相互作用也就顺理成章了。

       按规范场论的一般方法,在引力场的度规中把电场的度规也包括进去不就成了吗?是的,因而有不少的教科书声称:引力场和电磁场已经被“统一”了。

       但是,部分搞电磁场的物理学家不干了。电磁场不是普通的逆变矢量,因而基于黎曼张量的逆变矢量概念并不能覆盖电磁场。因而,理论上,应当是在电磁场理论中把引力场统一进来,而不是让引力场喧宾夺主。

       到了1980S前后,理论研究中的一个明显变化是把四维位势矢量作为基本物质出发点,把引力场(牛顿物质)作为度规张量,用最小作用量原理得到变分方程。从而,在数学上完成了“统一”。

       但是,由于世界线长度不变对应于正交旋转群,因而用度规张量变分得到的方程及其解(如施瓦西解)并不能给出唯一的、正确的正交旋转群解。换句话说,在传统的规范场论方法中,至少是无法把磁场统一到引力场中来。为克服困难,构造一个“磁荷”概念就成为这类理论研究工作走出困境的必经之地。

      

       这条路线的光彩照人的成果是:以施瓦西解为代表的一系列解。其中的宇宙大爆炸解更是被视为“被观测证实的重大成就”,由此而来的时间穿梭也成为科幻的热点。把一场物理学基本理论的研究工作变成为娱乐活动也就顺手牵羊的完成了。

       真是科学的悲哀!还是应看成是悲哀的科学?!

 

       事实上,爱丁顿在狭义相对论建立之后,就开始研究她的物理现象(表象)及观测问题。在一片指责和批评声中,爱丁顿敏锐的认为:相对论可以通过“物质引起的时空变形效应”来观测证实。在爱因斯坦给出理论估计量后,把日全食前后的星系空间位形的变化(变形)作为观测证据,爱丁顿用观测数据证明了:对一个给定的电磁场(光线),引力场(牛顿物质)会引起电磁场的变形。因而,爱丁顿认为,广义相对论在本质上就是电磁场与引力场相互作用的一般性理论,是一种“变形”运动。

       但是,批评的声音是更为响亮的:你爱丁顿的这种认识不就是把时空看成是以太,电磁场不过是以太中的波吗?引力也不过是以太的变形表现吗?在哲学上太过于陈腐了。我们要革命,要革牛顿时空观的命!你真是不识抬举!

       别看你为相对论的信用的确立有大功一件,但是,你只不过是一个天文测量家而已!再说什么也没人听了!

       一个不识抬举的数学家维尔又来了。他修订了爱丁顿的概念,发展了另一条研究场与物质的相互作用的理论路线。

 

       到了1940年后,爱因斯坦糊里糊涂的又回到了一条与爱丁顿路线相近的路线,放弃了协变性原理,搞了一个混合场论形式的广义相对论(爱丁顿意义下的)。结果呢?被接受的广义相对论的追随者们在闽可夫时空的路线下给予了痛击。别看像对论的建立者是你,但是,你out了!

 

       狄拉克看出了门道。我撇开你的时空几何场描述法,用能量动量矢量来一个大转折,采用爱丁顿的变形概念,但是,采用变换群的表达方式,狄拉克成功的把量子力学与相对论统一了。此后,经进一步的扩充和发展,物理学再此在比较粗慥的程度上统一了。场与物质的相互作用进入到量子尺度。

 

       1970S后,闸门被打开了。对相对论的各种理解、对量子力学的各种理解纷至沓来的登峰造极。一个你方唱罢我登场的局面也就不以人的意志为转移的出现了。

 

       随着爱丁顿、维尔的几何理论的再度复活,其它代数、几何理论也不甘示弱,一时间:群论、微分几何就是理论物理的等价物。

       然而,历经半个多世纪的努力,或者说是一个世纪的努力,无论可以如何的声称取得了伟大进展,事实上又回到了爱丁顿-爱因斯坦辩论的原点:场与物质的相互作用是根本提法,而相对论只不过是其中的一个简单化解。还是,相对论时空作为先验的条件而应是一切物质运动必须满足的。换句话说:先有物质运动后有时空;还是先有时空后有物质运动。先有鸡还是先有蛋。

 

       把相对论的一般时空作为出发点(前提假设)来构造理论的路线在近十多年来被逐步放弃。而把在某种场中的物质作为出发点的理论路线开始抬头。在这个过程中,人门看好Clifford几何是可以理解的。

       但是,妄图凭借强有力的数学工具而建立统一场论的梦想与过去的一个世纪里妄图只凭新时空观下的数学工具建立大一统理论的努力奋斗如出一辙。令人费解。

 

       历史经验表明:离开对正确的物理图象的精确理解和把握(这里指精雕细刻的数学描述),妄图绕开对唯象性的实验观测,基于某些简单(尽管是非常深刻)原理的形而上学的大蹋步前进,并没有在本质上取得多大进步。相反,制造了更多的劳而无功的新理论。

 

       因而,在宏观上,如果能够在思想上独立自主,目前的某些第三世界国家完全有可能在基础科学理论方面取得长足进展而超越目前的发达国家。换句话说,如果发达国家的科学界还是搞这类形而上学的话,下一个世纪中将被超越。而如果我国科学界还是象现在这样的没有自信的话,那么中国足球的轨迹就会是中国科学的轨迹。这是我们完全不愿意看到的。

       因而,我们必须在基础科学理论上奋斗。

 



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