第一章 基础理论之一《逻辑结构学》

第一节 逻辑场

1.1.1逻辑场的概念

一、什么是逻辑场

逻辑场是逻辑结构组成的环境，逻辑结构之间存在相互作用，各种相互作用交织在一起形成场，逻辑场有自然场和社会场，还有自然与社会综合在一起的综合场，逻辑场对逻辑结构产生逻辑环境的作用，产生逻辑结构与逻辑场互相塑造的现象，逻辑结构通过感知信息与逻辑场互塑，信息在逻辑结构外部通过逻辑网络传递，在逻辑结构内部通过逻辑总线传递，逻辑结构感知的信息是一种数据逻辑。

这里再提出两个重要的概念，逻辑网络和修改传递，逻辑网络指传递相互作用的网络，不是常说的互联网或5G，这种逻辑网络传递数据逻辑，数据逻辑承载需要传递的逻辑，逻辑由一个逻辑结构传递给另一个逻辑结构后，接受逻辑的逻辑结构发出的逻辑会修改传递上一个逻辑结构发给自己的逻辑，例如太阳对地球有引力，地球对月球有引力，当太阳对地球的引力改变时，地球因为自己轨道或其他状态的变化改变对月球的引力，这里引力即引力场的承载逻辑的数据逻辑，地球出现修改传递将太阳传给自己的逻辑修改后传给月球，物理场的相互作用普遍存在逻辑网络和修改传递，社会场也一样，假设中国的法律对A国的影响是法律数据逻辑承载的法律逻辑，A国对B国的法律影响即传递法律逻辑受中国传递给A国的法律逻辑变化的影响，A国修改传递中国的法律逻辑，综合场也可以这样研究，逻辑网络和修改传递是逻辑结构学很重要的概念，对人工智能也意义重大。

二、自然逻辑场

这里引用我的著作《逻辑结构与逻辑工程学》（广州：中山大学出版社2015年版）的论述，第一章系统科学的逻辑研究1.1自然科学场论的发展过程、1.2自然科学的相互作用概念：

本著作提出的逻辑场论是借鉴自然科学场论概念而来的，了解自然科学的场论概念对建立逻辑场概念很有用处。这里根据曹天予先生、何祚庥先生、范岱年先生的论述回顾一下自然科学场论的发展过程。

20世纪以前，人类对“场”缺乏唯物主义或本体认识，因为“场”看不见、摸不着、听不到，因此，“场”的概念存在于思想层面。

经典场论是这样兴起的，与电磁学相关。威廉•汤姆孙和麦克斯韦于以太场论中，因为引入了新实体——电磁场、新本体——连续以太，成功解释了超距作用。因为场有能量，说明有物理实在。但场作为机械以太的一种状态，不能独立存在。洛伦兹在电动力学中认为场仍然是一种以太状态，而以太成为虚空的结果，就是让场享有独立的本体论地位，与物质相当的地位。这样，物理学研究中，建立在场本体基础上的场论理论，与建立在粒子本体、空间、力基础上的力学理论形成对照。

19世纪，场的实体性有争议，麦克斯韦的理论中，场不是自存的，不可能是物质的。能量在场里面的存在所确立的只是以太的实体性，而非场的实体性。机械以太的去除，让去除场的实体性成为必要。正是机械以太的去除，建立了场的非物质的实体性。连续的实体场是世界的基本本体的假设必须被看作场论的第一个基本信条。

电磁场成为世界的基本本体，而不是数学装置或机械以太的一种状态，场就成为一种新型的实体，场论的正式发展开始了，人类学术进入了新阶段。

随着广义相对论的三大观测的验证的出现，广义相对论成为物理学界认同的理论。但广义相对论存在重大争议，爱因斯坦统一场论的工作没有成功。

广义相对论的基本理念是用时空扭曲解释引力。广义相对论所以获得成功，基于实验事实：惯性质量和引力质量存在着严格的比例。爱因斯坦以此作出假定：引力场与参考系里的加速度在物理上是完全等价的，并称之为等效原理。继续，爱因斯坦把引力场归结为时空的弯曲本质。为了统一场论，爱因斯坦想让电磁场同样归结为时空的某种特性，创造几何理论。问题是：电磁场和引力场之间不存在像“惯性质量和引力质量”那样的“同一性”，想由时空性质来统一解释引力场和电磁场，只能认为是缺乏实验基础的一种假想。

曹天予先生提出“几何理论”有强版本和弱版本的区别。强版本认为：时空的几何结构是物理上实在的，具有作用于物质的实在效应；引力相互作用被看成物质运动的时空几何效应的局域测量，作为时空曲率的一种表现，并通过测地线偏差方程得到表达。弱版本则拒绝时空结构的独立存在，把它们看作场的结构性质。逻辑上讲，弱版本不必预设统一场论，它所预设的时空的几何结构在本体论上是由物理（引力）场构成的。

实验支持的是弱等效原理，爱因斯坦主张强等效原理，因此，现在场论学者认为，广义相对论只是描述引力场的理论，厄特沃什对于引力质量和惯性质量成正比的实验，所证明的只是“弱”等效原理。

这以后是量子论的兴起，量子论看起来削弱了场纲领的基础。因为：量子论给能量在空间中的连续分布一个极限，这与场本体论相冲突；量子论违反可分性原理；量子论不允许粒子在量子跃迁时，或在它们的产生和湮没之间，有连续的时空路径，这和场纲领中传递相互作用的方式相冲突。而且量子论的概率诠释假设了粒子本体论。在多体问题两种量子化程序（二次量子化和场量子化）中，分别预设了粒子本体和场本体，是粒子和场两种本体的并存。1928年，约当和维格纳把描述单个费米子的波函数看作费米场，并实现其量子化，让场本体取代了粒子本体，物质粒子（费米子）不再被看作永久的独立存在，而是费米场的瞬间激发，是场的量子。这样，一种新的场纲领——量子场纲领就开始形成了。

量子场论的场本体论又一次改变了真空的概念，真空像是充满了负能量电子的海洋，像是一种可激化的介质，真空是激烈活动（涨落）的舞台。量子场论也改变了传递相互作用的方式。相互作用不再由一种连续的场来传递，而由这种场的激发（离散的虚粒子）来传递。这些虚粒子与真实粒子局域耦合，并在真实粒子间传播。

由于不确定性，局域激发要求任意大的动量。于是，相互作用不是由单个虚动量量子来传递，而是由无穷多个合适的虚量子的叠加所传递。这无穷多个具有任意高动量的虚量子就带来著名的发散困难。而这是通过重正化来解决的。重正化的本质是把无穷大量纳入质量、电荷等理论参量中，这等于模糊了作为局域激发概念基础的严格的点模型。

20世纪40年代，把量子场论应用于电磁场（量子电动力学），取得了惊人的成功。但把同一种方法应用到弱和强相互作用却失败了。50年代到60年代，S矩阵理论有了巨大发展，这是一种唯象研究手段。自S矩阵理论产生以后，它与量子场论一直相互施加压力。

20世纪60年代，S矩阵理论又逐渐衰退。特别是由于60年代末、70年代初在理论和实验方面出现了有利于规范场论的巨大突破，物理学家的兴趣又转向了规范场研究纲领。

现代规范理论从杨振宁和米尔斯提出的强相互作用的同位旋规范不变性理论开始。由于无法得到说明核力短程性的规范不变机制，物理学家放弃了这一理论。更大的困难是如何使规范场量子具有质量。50年代末到1964年，物理学家引入了自发对称性破缺机制，解决了这一困难。说明核力短程行为的规范不变性机制也由两个重要现象加以解决。1969年，斯坦福直线加速器中心通过深度非弹性散射实验，发现了标度无关性定律，人们开始接受夸克一部分子模型和场论框架中的量子色动力学作为强子物理学研究的基本框架。在弱、电相互作用领域，随着1971年韦尔特曼和特霍夫特证明非阿贝尔规范理论可以重正化，粒子物理学家就设想建立一个弱电相互作用统一理论的可能性，该理论预言的中性流的存在也于1973年得到了实验证实。这就大大增强了粒子物理学家对规范场论的信心。

在规范场纲领的指引下，物理学家提出了标准模型，包括强子的夸克模型，夸克与轻子的对应，以及用弱电统一理论和色动力学描述的动力学。标准模型在20世纪70年代末、80年代初取得了巨大成功，发现了新的夸克和轻子；发现了传递弱相互作用的中间波色子，确认了弱电统一理论；找到了传递强相互作用的胶子存在的证据。但80年代中期以来，规范场纲领在推广标准模型方面遇到了困难，弱、电和强相互作用统一的大统一场论远未成功，至于引力场的量子化以及与其他三种基本作用相统一的超统一场论更看不出成功的可能，规范场纲领又处于停滞，物理学家转而研究有效场论、超弦理论、超对称理论。

以上是逻辑场建立时借鉴的自然科学场论概念发展过程的概述。

根据《相互作用的规范理论》的介绍，当一部分物质对另一部分物质发生作用（直接接触或通过场）时，必然要受到另一部分物质对它的反作用。基本相互作用分为万有引力、电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用。

万有引力：具有静止质量的一切物体所具有的作用，表现为吸引力（反物质则为张力），是一种长程力，力程为无穷。其规律是牛顿万有引力定律，更为精确的理论是广义相对论。在4种基本相互作用中最弱，远小于强相互作用 、电磁相互作用和弱相互作用，在微观现象的研究中通常可不予考虑，然而在天体物理研究中起决定性作用。按照近代物理的观点，引力作用是通过场或通过交换场的量子实现的，引力场的量子称为引力子。

电磁相互作用：带电物体或具有磁矩物体之间的相互作用，是一种长程力，力程为无穷。宏观的摩擦力、弹性力以及各种化学作用实质上都是电磁相互作用的表现。其强度仅次于强相互作用，居四种基本相互作用的第二位。电磁作用研究得最清楚，其规律总结在麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式中，更为精确的理论是量子电动力学。量子电动力学是物理学的精确理论，按照量子电动力学，电磁相互作用是通过交换电磁场的量子（光子）而传递的，它能够很好地说明正反粒子的产生和湮没，电子、μ子的反常磁矩(见粒子磁矩)与兰姆移位等真空极化引起的细微电磁效应，理论计算与实验符合得非常好。电磁相互作用引起的粒子衰变称为电磁衰变。最早观察到的原子核的γ跃迁就是电磁衰变，其他还有如π0→γ＋γ等。电磁衰变粒子的平均寿命为 10-16～10-20秒（s）。

强相互作用：最早认识到的质子、中子间的核力属于强相互作用，是质子、中子结合成原子核的作用力，后来进一步认识到强子是由夸克组成的，强作用是夸克之间的相互作用力。强作用最强，也是一种短程力。其理论是量子色动力学，强作用是一种色相互作用，具有色荷的夸克所具有的相互作用，色荷通过交换8种胶子而相互作用，在能量不是非常高的情况下， 强相互作用的媒介粒子是介子。强作用具有最强的对称性，遵从的守恒定律最多。强作用引起的粒子衰变称为强衰变，强衰变粒子的平均寿命最短，为10-20～10-24s，强衰变粒子称为不稳定粒子或共振态。

弱相互作用：最早观察到的原子核的β衰变是弱作用现象。弱作用仅在微观尺度上起作用，其力程最短，其强度排在强相互作用和电磁相互作用之后居第三位。其对称性较差，许多在强作用和电磁作用下的守恒定律都遭到破坏（见对称性和守恒定律），例如宇称守恒在弱作用下不成立。弱作用的理论是电弱统一理论。弱作用引起的粒子衰变称为弱衰变，弱衰变粒子的平均寿命大于10-13s。

宇宙中一切物质和场的作用都能归纳为这四种相互作用，但是有没有一种更高层次的理论，将这四种相互作用也归纳为同一种作用呢？这就是“大一统理论”。目前“大一统理论”的研究遇到重重阻力，但所有人都相信，完成“大一统理论”是具有可能性的，一旦“大一统理论”完成，那么许多宏观问题，包括宇宙起源、物质演化以及一些科学现象都能得到圆满解决。

“粒子穿越空间作用于另一粒子的相互作用机制，是物理学中的一个基本问题，以至于整个场论纲领能被看作是对它所做的一个回答。”（曹天予先生）

总结我过去的论述，自然逻辑场是物理学所说的场论，归根结底自然逻辑场由物质组成，场的作用是物质间的相互作用。

三、社会逻辑场

这里仍然引用我的著作《逻辑结构与逻辑工程学》（广州：中山大学出版社2015年版）的论述，第一章系统科学的逻辑研究1.1自然科学场论的发展过程、1.2自然科学的相互作用概念：

要注意，自然科学场论研究的是已存在的物理场，逻辑场论研究的是人类发展过程的社会场，物理场是永恒的，只是人类对它的认识存在不断变化，社会场不是永恒的，由封建社会的体发展到当代社会的场，人类不能发明物理场而只能认识物理场，但人类却能同时认识和发明社会场。因此，物理场和社会场是有区别的概念，分属自然科学和社会科学，但二者也有相似之处，即都有场的特点，这是逻辑社会场建立时借鉴自然科学场论的根本原因。

逻辑社会场理论借鉴万有引力理论，把法律法规的作用和环境的部分作用对各种逻辑场的影响称为引力。因为这种逻辑社会场的引力和物理场的万有引力有一个共同点：都在宏观上体现明显。

逻辑社会场理论借鉴电磁相互作用理论，把人类的市场行为和环境的部分行为称为逻辑电磁相互作用。因为市场行为和环境的部分行为有长程力的特点，如种的大米和开采的石油可以远销全球。

逻辑社会场理论借鉴强相互作用理论，把人类的情感行为称为逻辑强相互作用。因为人类大多数感情的相互作用是短程而强烈的。

逻辑社会场理论借鉴弱相互作用理论，把人类的信息接收和反馈行为称为逻辑弱相互作用。因为人类大多数信息交流是短程的，比感情交流又弱一点。注意，就算是互联网时代，信息交流仍然以短程为主，这种短程指人数少，即使是网络共享信息的人，比起市场、环境行为、法律法规影响、全球环境影响的人数来说仍然少得多，逻辑场把人多人少也看成长程和短程。

这里把人比作物理世界的基本粒子，把人的行为和行为的结果看成作用，则物理场的很多概念和理论都可以帮助我们建立逻辑场了，只要记住是借鉴就行了。当然，人类逻辑社会场可以借鉴自然界物理场建设自己，不是偶然的，也不是臆想的，有根本的原因，那就是：人类和人类社会本来就是自然科学物理场的组成部分。

而逻辑场理论有大一统工作，即逻辑场引力（法律法规和环境影响）要与逻辑电磁相互作用（市场行为和环境的部分行为）、逻辑强相互作用（人类的情感行为）、逻辑弱相互作用（信息接收和反馈行为）之和均衡。这里的逻辑电磁相互作用、逻辑强相互作用、逻辑弱相互作用之和就是契约。

逻辑场研究中对人与人的相互作用机制同样高度重视，整个逻辑场研究也以人与人的相互作用为核心，而人与人相互作用的核心就是法治和契约。

总结我过去的论述，社会逻辑场是人类社会的另一种研究，归根结底社会逻辑场由人组成，场的作用是人与人之间的相互作用。

四、感知产生的逻辑场

逻辑结构要与逻辑场互相塑造就得先感知逻辑场，这种感知有自然逻辑场物质的感知，也有社会逻辑场人的感知，还有逻辑结构对自然逻辑场和社会逻辑场的综合感知，比如人感觉冷是物质感知自然逻辑场，人感觉领导对自己不好是感知社会逻辑场，如果一个人既感到冷又感到领导对自己不好产生闷闷不乐是对自然逻辑场和社会逻辑场的综合感知。

逻辑结构感知逻辑场用信息感知，即收集信息、统计信息、处理信息、回应信息，信息的表现形式是数据逻辑，数据逻辑的组成是“属性数据+功能运算+属性运算”，这是一种逻辑类，信息感知的途径有逻辑结构外网逻辑网络、逻辑结构内网逻辑总线。

五、逻辑力

自然逻辑场将物质的相互作用称为逻辑力，社会逻辑场将人与人之间的相互作用称为逻辑力，逻辑力还包括自然逻辑场与社会逻辑场的综合作用，包括逻辑力的合力，逻辑力对逻辑结构的作用体现在逻辑结构的修改传递，修改传递反映了逻辑力对逻辑结构的影响。

六、为什么用逻辑场代替场景

逻辑场可以包括所有物理场和市场这样的社会场，可以包括一切自然环境和社会环境，其概念能力远超场景，之所以称为逻辑场是因为这个场产生的作用是逻辑作用，各种影响因素的合力是一种逻辑力。逻辑意义的需求，逻辑意义的控制，逻辑意义的环境作用，场景显然没有这种概念能力。

1.1.2逻辑场的信息

一、自然信息和社会信息

逻辑结构感知逻辑场，逻辑结构与逻辑场相互作用互相塑造，都要通过对信息的感知，对于逻辑场的信息，将其设计成逻辑类的形式：

数据逻辑类=数据描述集合（描述集）+数据属性运算集合（属性集）+数据功能运算集合（功能集）

元素属性的需要用属性运算得出，元素的功能用功能运算得出，好比数据描述集为一个人，属性运算为这个人生活，功能集为这个人工作。

大规模的数据逻辑类可以组成数据逻辑类群，数据逻辑类可以说明自然逻辑场的作用，也可以说明社会逻辑场的作用，还可以说明自然逻辑场和社会逻辑场的综合作用，大规模复杂的作用可以用数据逻辑类群说明。

描述集可以说明数据的多方面表态，即现在流行的多模态，注意，过程也有多方面表态，即过程多模态，这种过程表态变化由属性运算或功能运算改变了描述集造成。

二、感知信息

一切逻辑结构获得感知的形式都是感知信息，称这种信息为逻辑信息，能够被特定逻辑结构收集、统计、处理、回应，逻辑信息包括我们常见的力这种现象。

感知信息是逻辑结构与逻辑场相互作用的需要，逻辑结构都有感知信息的结构，如人的感官，逻辑结构还有感知信息的规律，如人的反馈规律、前馈规律、条件反射等等，对于逻辑结构感知的信息，不是我们熟知的裸数据，逻辑结构感知的数据是数据逻辑类或数据逻辑类群。

三、信息的逻辑形式

信息的逻辑形式是数据逻辑的形式，是一种数据逻辑类或数据逻辑类群，数据逻辑类包括：描述集、属性集和功能集。元素属性的需要用属性运算得出，元素的功能用功能运算得出，好比数据描述集为一个人，属性运算为这个人生活，功能集为这个人工作。

四、逻辑统计

    感知信息必须统计，这是人类的常识，但逻辑统计与一般的统计有区别，逻辑统计的对象不是裸数据，是数据逻辑类、数据逻辑类群，还可以是多个数据逻辑类群组成的多群，即数据逻辑仓库，逻辑统计运算可以是数据逻辑类之间的运算，可以是数据逻辑类群的运算，还可以是不同群之间的运算，称之为类群互涉。

五、逻辑分析

    逻辑分析的对象是数据逻辑类、类群、多群，分析对象的描述集、属性集和功能集，逻辑分析有统计分析、描述分析、属性运算分析、功能运算分析、综合分析这些种类，是逻辑结构与逻辑场互相塑造、逻辑结构的生命活动、逻辑结构的生命周期重要的基础行为。

六、逻辑场信息的作用

逻辑场信息即数据逻辑是逻辑结构感知逻辑场重要的方法，是逻辑场作用于逻辑结构重要的方法，产生互相塑造，逻辑场信息的传递还产生逻辑网络和逻辑总线，帮助逻辑结构的生命活动和生命周期。

1.1.3逻辑场的环境作用

一、借鉴系统科学的环境理论

这里引用我的著作《逻辑结构与逻辑工程学》（广州：中山大学出版社2015年版）的论述：系统科学有一个重要的理论：系统与系统环境的相互作用理论，系统要受环境的影响和限制，系统反过来可以改造环境。逻辑场系统继承了系统与环境互塑的理论，逻辑场要面对两个环境，一个叫内环境即自己的内部结构，一个叫外环境，即系统边界外的结构。

二、逻辑结构与逻辑场的互相塑造

逻辑结构与逻辑场存在互相塑造，逻辑场通过支持或反对逻辑结构的生命活动或生命周期决定逻辑结构，比如消化逻辑结构的垃圾同时提供逻辑结构需要的食物，产生环境作用，而逻辑结构反过来通过生命活动或生命周期影响逻辑场，产生塑造环境的作用，比如人类为了生存破坏森林，又比如现在人类减少温室气体排放。

1.1.4逻辑场的需求作用

一、逻辑场需求用信息表达

逻辑结构与逻辑场存在互相塑造，逻辑场对逻辑结构的塑造就包括需求，这种需求用数据逻辑的信息表达，比如天气冷这个数据逻辑让你产生多穿衣服的需求，考大学让你产生用功的需求，数据逻辑类的描述集是需求的目标，属性运算集和功能运算集包含达到需求的途径。

二、怎么获得逻辑场需求

获得逻辑场需求有这样几个步骤，首先通过逻辑网络通讯获得有关数据逻辑，然后分析数据逻辑，通过分析结果得到需求，用自己的生命活动规律实现需求。

1.1.5逻辑场的控制作用

一、逻辑场控制用信息表达

逻辑结构与逻辑场的互相塑造就包括逻辑场对逻辑结构的控制，比如地球引力和人类的法律等等，逻辑场的控制通过信息表达，这种信息是数据逻辑，通过逻辑网络传递，比如人体重量可以用引力相互作用的逻辑网络传递，人类法律可以通过教育的逻辑网络传递。

二、怎么获得逻辑场控制

    逻辑结构处于一个逻辑场中，这个逻辑场就可以控制这个逻辑结构，控制以数据逻辑的形式在逻辑网络传递，后面要详细研究逻辑网络，逻辑网络的功能是传递数据逻辑，如引力逻辑网络传递引力，政府的逻辑网络传递法律，逻辑结构获得逻辑场控制的前提为处于这个逻辑场中，逻辑场因为互相塑造规律控制逻辑结构，控制的表达用数据逻辑信息，用控制影响逻辑结构的生命活动和生命周期，逻辑结构受到控制后可以在内部总线传递控制。