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现代物理学的哲学基础:有限性和连续性

已有 6157 次阅读 2013-7-9 10:09 |个人分类:生活点滴|系统分类:科研笔记| 哲学, 现代物理学

 

      在经典的微分、导数概念中,无限可分性是连续性最为基础的概念。但是,量子物理学给出了反面的证据:物质不是无限可分的,动量、角动量、能量不是无限可分的。它们不是连续的。基于有限性,量子力学区别于经典力学。

      在过去的一百年里,量子理论就是现代物理的代名词,把重力量子化、把电磁场量子化,把熵量子化?等等是热的很可以的。

      数学上,用开覆盖概念可以挽救连续性概念;物理上,可以用概率分布概念来挽救连续性概念。

      这就是当前的物理学哲学基础思想。我们能走多远呢?

 

      在量子力学的哲学基础中,有限性是本质概念。基于有限性的概念而建立的量子力学数学体系被看成是量子力学的逻辑基础。

      这样,现代物理就是在两根绳上跳舞:一根是连续性,一根是有限性。

      统计力学、统计物理强调的是有限性,它们是被共识为正统的。把它们的有效性向宏观方向的推广就产生了凝聚态物理这个面向宏观连续性的研究方向。

      这条道路能走出多远呢?

      如果从连续性出发,哲学上就会问:电子是什么形状的?质子是什么形状的?

      它们的形状会变吗?如何变的?

      这就好像是回到了经典的弹性力学中的研究对象:壳面,物体,杠(纤维)。换句话说,就是场的概念。它的研究方向就是:由连续性导出有限性。

      场的概念基于连续性;量子的概念基于有限性。

      在浅层次上调和二者是很简单的。甚至于多数人从来就没有意识到这种调和的存在,而是认为这是自然的、理所当然的。

      因而,把连续性和有限性作为同等地位的基础概念也就有了生存的土壤。

      色动力学就是这种调和的产物。它把质子等粒子看成是夸克场的产物。而夸克场又是色子形成的。这种调和多少有逻辑循环的味道。

      而强子理论则把强子看成是宇宙中的最小连续物质,它有形状和尺度。

      物质有有限的尺度概念是经典理论和量子力学的共识点。所不同的无非就是:连续性是导出性概念还是前提性概念。

      如果粒子没有形状(球形等价的质点),它周边的空间就是各向同性的,散射实验应给出对称的散射场分布。

      但是,不行!有的粒子有自旋,由于自旋的存在,有不对称的散射场分布。我们可以把反对称部分抽取出来研究粒子的自旋。

      如果没有形状,则反对称部分只依赖于自旋的方向。与子旋方向正交的横向面是各向同性的。但是,不对!横向散射也有反对称性。

      由此看来,只好把粒子看成是非球状的了。既然如此,它就可以变形。变形,多么古老的概念!弹性力学研究的就是可逆变形。

      那么,粒子的变形何时是可逆的?在那种情况下是不可逆的?

      好像又回到了传统的热力学基本论题。

      强子力学声称:研究夸克间的相互作用和夸克-胶子的动力学。也就是研究多体产生的连续场问题。

      一旦在本质上是多体的场相互作用问题,古老的开普勒三定律、古老的大地水准面理论(等能量面)就又被捡回来了。而水准面(等能量面)的变形与多体系的相互关系就是GPS等现代大地测量学的强项。

      我们再次回到原点:由宇宙宏观物体的运动推测微观物体的运动。所不同的是,对微观世界,有电子、中子、光子枪可以作为观测工具。

      但是,数学结构上有类似性是毫无悬念的。一百年前的超代数学再次的被推到前沿。

     

 

 



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