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【心路1】对称的追问——从根号到相对论

已有 3163 次阅读 2017-10-2 02:06 |个人分类:心路|系统分类:科研笔记

创新程度与可接受性成反比。
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       去年在邮件里讨论过开方*,最近忽然想起洛伦兹变换,里面也出现了开方。按照开方的终极启发*,开方一开始就联系着对称。确实,历史上有一段时期人们对根号有着极大的兴趣。从一元二次方程的根式解出发,人们追求更高次代数方程的根式解,据说在一定范围内成了一种时尚。最终,迦罗瓦彻底解决了代数方程的根式解问题,并伴随出现了“群论”这个专门研究对称的学问。最早的无理数,根号2,也联系着对称——单位正方形的对角线。
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       周六上课前我又无意间翻出了那本《相对论》,吴大猷的理论物理第四册(高二时期从新华书店的折价柜台买的精装本),上面有我当时写的感悟 “大至翻阅了一下,看不懂。我的基础知识仍很差,数学方面,物理方面。91年10月26日(高二)”。 那时我直接从这个第四册开始看。。。当时怎么没想到应该从第一册看呢?可能是找不到。也许就是同一天,还买了一本《大学物理》——下册。后来从一位同学那里搞到了程守朱的普通物理,上面又遇到积分的事情,就又转而买了一本《微积分初步》,学到了定积分。那时我也会看那本下册的大学物理:开篇就是黑体辐射,搞不懂嘀。
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       这里插一段。我在大学里遇到的所有老师,包括博士期间,都是些 —— 没有思想的人。当然,也可能没有表现出来。我曾对导师讲过这样的话 “如果没有人影响我,我自己就能发展得很好”,“女人不要做学问”(哈),这是比较消极的。也有鼓励的话,比如 “你这里几十年都没出个人物,该出一位了——老树发新芽!”。我对她没有憎恨(有所怨吧) —— 我的遭遇,其实也是她的遭遇。只是对她而言,这个遭遇的比例和影响要小得多。忽然想到一个卦象:三个人,我和她都算“阳”性,她在上位,我在下位,居中位者为“阴”——这是先天八卦*中的“离”啊。如果单看我上面的两位:一阳一阴谓之“道”,这个“道”还得居下位的“阳”来托着。《易经》有云:“三人行,必损一阳。” —— 这话没错。
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       回到正题。周六下午的课上刚好让同学们听写了一段伽罗瓦理论方面的内容:“...我一直倡导读大数学家的原始著作...” 这是一篇题为《21世纪读者眼中的伽罗瓦》文章中引言里的一句话。我读研初期就萌生出这种想法,但最初没找到;后来得到Daubechies的原文,但没有时间细究。可能人们都有这样的体验,总想稳稳当当坐下来干点什么,但总也抽不出大块时间。为什么人们总是互相放不过呢?刚才那篇中译的文章出现在《数学与人生》丛书里,刚才看了一下,手头这本就是《数学与对称》,之前怎么没有特别注意到!刚才一翻,还有一篇《对称的追求——从柏拉图到牛顿》,嘿嘿。说明我有点上道了,自己走嗒。
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       周六课前翻出那本《相对论》,一看好像懂得了,打算到课上讲讲洛伦兹变换的推导。但有一个地方不能理解,怎么回事,看来不是个把钟头的事情(哈),暂时搁置了。最近手头的研究也有点烦心,干脆换换脑子,国庆假期玩玩相对论。起码我的年龄够大,能够有所“自主”啦(哈)。适才刚翻开书页,头脑中冒出两个问题:其一,光的传播“在开始阶段”有没有加速过程呢?(或者压根就没有“开始阶段”?)。其二,光是连续传播还是量子传播?我感到第一个问题更为深刻。因为光的“成分”在元素周期表中没有,就是说,它不是一般的物质,拿它的传播速度跟一般物质或粒子的运动速度放在一起、同样对待,似乎有些“不配套”。又,光/电磁波是不是物质的特殊形态呢?引力是不是物质的特殊形态呢?这是另外两个问题。
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       吴大猷的书中先设置两个“惯性系”S和S',各自沿OX和O'X'线以相对均匀速度v运动。在S系中,x-ct=0, x+ct=0。先看这个x-ct=0,其中c是真空光速,t是时间,那么x当然就是光的位移了。这就有点奇怪了。x=vt是由经典运动学中的质点匀速运动得来的,爱因斯坦处理光的传播时直接套用了。当然,这么做也奇怪也不奇怪,物理学家有时会这样干,比如波尔也曾在经典思维和量子思维之间来回穿越,对不对不要紧,只是当作梯子蹬一脚。譬如要上吊的人,脚下的凳子并不需要一直起作用,适时蹬掉即可—— “死亡是伟大的平等,也是伟大的自由。”(雨果说嗒)。我是不理解x+ct=0是怎么回事。显然这是光沿着反方向传播的方程,但这两个放在一起是怎么回事。
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       之前买过北大出版的科学元典丛书(部分),自然少不了那本《狭义与广义相对论浅说》。昨晚翻出来一看,里面说了一大堆,急忙没时间看。后来发现附录I的第1节有类似推导,但更清楚:x+ct=0没有和x-ct=0放在一起。而是转到S'系中,列出 x'-ct'=0。有上述两个公式,来个跳跃,化作一个公式:(x'-ct')=lambda (x-ct)。这不是数学家的思维能想到的。我不清楚这个附录是不是爱因斯坦本人写的,但关于这个公式的理由比较牵强。而吴大猷的书中对这个公式的表述更合理:“在这里我们需要作一假设,即在两个坐标系(里)对同一个现象的描述,有一与一之对应关系。(满足)此要求的最简单表示,乃二者间有线性关系的存在,即 (x'-ct')=lambda (x-ct)...”。
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       刚才睡了一觉。继续推导之前,先讲一讲x-ct=0这个极为简单的公式/表示,就是我从中看到了什么?其一,c是速度中的至高之大者,意味着——光具有“神性”的一面。由于神是“无处不在的”,因此它也会出现在别处,比如S'系。于是就有了x'-ct'=0。这里面隐含着“神性”是——不变的。其二,x-ct=0是个线性表达式——“线(段)中大有玄机” ——它是权力的象征。牛顿曾因它而伟大——这个关系式最初就是从牛顿第一定律来的——现在又落在了爱因斯坦的手中(掌权啦)。其三,这个是刚刚注意到的,这里面有个乘法。以前我讲过“物理学是有关乘法的学问”,也可以说“没有乘法就没有物理学”。由于x表征空间,而t表征时间——两个不相干的事物通过不变的c而联系了起来——可见这个表达式从一开始就蕴含着时空之间的联系。这也不奇怪,因为——神联系着一切——而且是用乘法来联系嗒。爱因斯坦连线了神,这就有了伟大的基础。这种模式也符合“最大连接”原则。最大不是追求最多,而是追求“权”的最大化——没有比“连接上神”更大的了。
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       顺带说一下,做学问的人最终会思考三样事情:政治、哲学、神(学)。如果没有思考,或思考没有结果,就只能停留在“大研究生”或研究员的水平。比如,牛顿转向神学,波尔转向哲学,爱因斯坦兼顾政治,等等。我认为,这些都是对做学问的反思,只是表现形式不同而已。对了,早先我发出单位内部的第一封群邮件不久,在QQ动态中看到有位入职不久的年轻同事写了一首怪诗,里面出现”阿谀“二字,不清楚是针对谁。我也给留了言:不如多背点单词。北方人的思维模式,倾向于贬低。南方人不会讲”拍“,而是要用”捧“——既抬高了他人更抬高了自己——不亦乐乎?用政治术语来说,这叫”统战“,好事儿呢!
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       表达式x-ct=0,与其说是方程、公式,还不如说是“变换”,这样理解更妥当。往上第三段讲的“来个跳跃”,把两个体系中的事情放在了一个表达式中,而且是等式(这是一种很强的关系),这是非常关键的一跃。他怎么想到这个事情?就是说,原初的想法是什么呢?这是一个谜。这样做法,背后一定有某种动机或动力,或者某种心理原因。象这种没法搞清楚原因,但很关键的地方,我把它称作“元技巧”、“元手法” 或“元方法”。这就像原理一样,没办法再往前找,只能看作一种规定接受下来——它的合理性只能从最终的后果来判定,比如会不会连接到已知答案、公认的权威(结果),等等。就是说,做事情先不要管那么多,往前走下去,看最终能不能连接到“权势”,能连到就成功了,之前的一切也就合理了!——这也算一个原理吧。爱因斯坦就是这样,他那样的做法,最后连接上了洛伦兹变换,于是一切也就合理了!
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       顺带说一下,世间的一切,最终还得靠“权”来定夺。比如,你的文章最后能否发表,这是个权力的事情。注意,这里不是讲权利(right),而是讲权力(power)。投不投稿,是个权利的问题,人人都有这个权利;但发表不发表,这是个权力的游戏,不是人人都有这个权力。再比如,发不发群邮件,是个权利的问题,收不收群邮件,也是个权利的问题;但给谁发,或收谁的,这是个权力的游戏。我们说“看人”,就是看TA怎么用权(power)!
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       最后,就来到另一套表达式,S中的x+ct=0 以及 S'中的x'+ct'=0。考虑光在反方向的传播,其中的理由是什么呢?或者说,他是怎么想到的呢?原初的想法是什么?这又是一个谜。我也把它归为“元技巧”,就是说,这种东西不好去追问,要象法宝一样收纳起来,以后用到的话,拿出来用一下就好。也许,收集到很多“元技巧”以后,可以对它们做一次通观和审视,看里面有没有什么规律、范式、模式或统一性。我强调这个事情,是因为我倾向于思考事情的起源或起因,因而导致停滞不前、卡在那里。比如,大一时遇到“数域”这个概念,我就想这东西是怎么出来的呢?思考这个问题没错,但容易钻到牛角尖里去。不过,这次我要钻这个牛角尖,就是说,考虑光的反方向传播,这里面蕴含着“对称”。不考虑反方向,就得不出洛伦兹变换 —— 带有根号的表达式。(换句话说,洛伦兹变换带有根号,它是对称的象征/特征,就有机会联系到群论)。而根号(或开方)本身就是个“元技巧”,它是通过规定得到的,这就追到头了。
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       以上,应该扫除了推导洛伦兹变换的第一阶段的(心理)障碍。预知后面还有什么障碍等着我,且听下回分解。

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注:上文首发于群邮件[Graduate Gate],原标题“论根号”。

 



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