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1.今天是20世纪最伟大的物理学家爱因斯坦逝世60周年,相当于中国人所说的一个花甲循环,爱因斯坦的去世,对物理学的发展产生了什么影响?
答:1955年4月18日,爱因斯坦去世了,1900年以来由普朗克能量子假说以及后来的相对论引发的物理学革命宣告一个段落,理论物理学激动人心的黄金时代宣告结束,费曼的路径积分代表了狭义相对论与量子力学的初步结合——量子电动力学走向成熟。随着杨振宁-米尔斯引入规范场论,特别是弱电统一理论与夸克模型的建立,标志着理论物理学的白银时代开始,基本的理论框架日益定型,四大力学包括狭义相对论与量子力学,成为新时代的常规科学,广义相对论与量子场论陷入了数学复杂性恶性膨胀的令人沮丧的发展前景。
2. 20世纪的物理学革命是结束了,还是没有完成?
答:应该是没有完成,因为相对论与量子力学不能合乎逻辑地整合到一个自圆其说的理论框架中,量子电动力学中产生的负能态真空,电子真空极化引发的质量与电荷无穷大,即使通过重整化方法处理,其物理图像也是悖谬重重,不可思议;更不用说夸克幽禁,质子衰变等量子色动力学中的问题,与大统一理论的预言很不一致。在广义相对论中,1965-1968年,霍金与彭罗斯证明了物质的正常分布一定会导致广义相对论的时空出现无穷大的奇点。1973年以后,特霍夫特等人证明量子引力在2圈图以上是不可重整化的,理论物理学的前景根本不是如同霍金所设想的那样胜利在望,也不是如李 斯莫林预告的那样,在21世纪的头15年,出现合理的量子引力理论。物理学陷入了数学复杂性恶性膨胀的泥潭,罗威林认为广义相对论与量子力学,量子场论的冲突,不仅意味着20世纪的物理学革命尚未完成,而且意味着现代物理学回归到了牛顿物理学以前的希腊科学的天地异质的二元论:支配地上物质土、水、气、火的运动规律与支配以太构成的天体的运动规律是不同的;而现在,支配宇宙时空的相对论与支配基本粒子的量子场论是水火不相容的。
3.这是否意味着爱因斯坦在根本上是错误的?
答:弱电统一理论的成功,贝尔不等式的实验验证,似乎强有力地暗示物理学的统一之路应当沿着量子场论的方向发展,爱因斯坦对量子力学的理解可能是错误的。但是,宇宙加速膨胀的暗能量只有量子场论计算的零点能的10的120次方之一,在意味着量子场论对真空的理解可能是根本上错误的,而广义相对论在理解暗能量的时候,只要对场方程做非常微小的修改就行。其实,量子力学不过是利用统计力学,对电荷相互作用的电磁场进行了作用量均分而已,我们描述微观粒子的波函数,根本不是单个粒子的运动状态函数,而是将粒子可能所在的统计系综的状态设想为粒子波函数的量子态。对量子波函数的相对论处理,根本不能保证粒子自身的运动状态符合相对论定律,这就是量子场论不是真正的相对论物理学的依据。
4. 物理学的发展,会回归爱因斯坦的路线吗?
答:爱因斯坦在量子力学方面的思路,可能在1927年就失势了。爱因斯坦企图利用将电磁场与引力场以某种未知的空间几何统一起来,并推导出物质结构理论与量子约束条件的尝试,之所以长期失败,哲学上是由于他后来的斯宾诺莎的唯理论哲学内在的形而上学本性,即对静态结构的迷恋。爱因斯坦1917年的静态宇宙模型,以及各种统一场论对引力与电磁力平衡机制的引入,都是忽视动态过程的形而上学思维方式的产物。其实,量子力学涉及的是电子围绕原子核转动具有最小角动量单位,转动从来是把相对论搞得晕头转向的大难题。量子的存在,用电子运动的角动量单位来看,恰好说明物体的自转一定是绝对运动,而不是爱因斯坦在《广义相对论基础》中设想的是可以相对其他物体旋转的相对运动。
未来的物理学,可能会回归爱因斯坦路线,这不是把广义相对论量子化就能解决的,而是广义相对论应当改变其弯曲时空迷宫的数学表述,尽量与经典物理学的其他概念框架融会贯通,而后考虑是否需要,是否可能量子化的问题。我认为,量子化程序本身是依赖于原子结构的物质存在这一物理条件的。物质的原子结构,在与电磁场相互作用时,如同无数只复眼展现着原子内部电子轨道跃迁的微观神经脉冲,把相互作用定型为量子化的格包,如同海绵吸收海水,把水的形态塑造为颗粒般的结构。夸克幽禁,质子衰变等不符合理论预言,可能是量子力学在原子核内部时空尺度失效的迹象。量子场论的重整化程序,相当于把时空尺度不断缩小的自相似变换,人为规定量子场论在任何时空尺度有效,这当然不符合自然现象内在的复杂层次结构。
5.弦论与圈量子引力,哪一个最接近广义相对论?
答:都是陷入数学复杂性恶性膨胀的理论怪胎。弦论从大量无穷大陷阱的量子场论出发,通过超对称变换勉强得出广义相对论中的庞加莱变换,但是至今无任何超对称粒子发现,把广义相对论作为弦论的低能近似很可能违背广义相对论的内在特征,比如背景独立性,等效原理等等。圈无非是把仿射联络量子化,利用自旋网络把微观的离散时空编织起来,但是目前搞不清楚圈量子引力如何回归经典的广义相对论。
我认为,任何物理规律起作用都是需要条件的。量子化的条件首先是电子轨道的角动量有最小单位,这在非原子结构的物质中就不存在这个量子化约束的条件,设想暗物质与暗能量符合量子力学,本身就可能是理论预设的错误;其次,普朗克黑体辐射定律要求热力学第0定律有效,但是在弯曲时空的大部分度规中,时间坐标未必正交于空间坐标,同时性一定不可传递,按照朗道的论证,热力学第0定律失效,普朗克黑体辐射定律当然也失效。果真如此,我们追随弦或圈,把广义相对论量子化,岂不是陷入各种自我悖谬的迷宫。
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