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物理学科研的范式

已有 687 次阅读 2022-11-10 16:50 |系统分类:科研笔记

      物理探索之路  

                     晏成和

 范式paradigm,原意是理论体系,现在的学术界的理论体系太多,转移太快,北京<知识分子>组织科学会员进行讨论,有人笑谈:建议把范式音译为(fashion)-时尚。意思是一些理论在科研上还没有确切的定义,还没有站住脚、却广为运用,如同服装时尚,流转太快。为此有必要对物理学的范式进行梳理,让科学更接近自然事实。

物理探索中不断地有人提出新观点、新想法,并收获一大批拥趸者(粉丝),形成一个物理科研范式。但是新观点往往不是自然真实,总是昙花一现,例如物理学的弦理论、膜理论;也有许多探索创新前卫,接近真实,因为离经叛道、不合主流,而遭遇冷落和打压。

面对如此凉热的物理,如此起伏的研究,范式应该如何定义?在物理研究中存在几个著名的范式,或者叫做物理门派,有:理论物理、粒子物理、量子物理、结构物理。各有各的功夫-实际上是各有理念和探索方式。以下分别道来。


 理论物理

理论物理有两种解读:一种是与科学实验相对应,除了实验其它都是理论,这个理论物理就相当宽泛。还有理论物理是指物理研究方法的一个分支,其精髓是用数学方法、数学公式来求解物理。一般说研究理论物理,就是用数学方法探索物理。得意之作质能方程E=mc^2 ,还有光电方程、物质波公式、波函数…等等。

当人们惊异核爆炸的巨大能量来自哪里?爱因斯坦的质能方程横空出世,既解答惊天能量的来源、又交代了少量质量的迷失。尽管学术界不知道核内结构、核内动能的巨大。突来的方程一鸣惊人,人们惊愕之余只能顶礼膜拜。

理论物理还有一尚方宝剑——波函数。当双缝实验等波、粒同在的实验事实呈现,有人提出既是粒子又是波的波粒二象性,粒子怎么能是波呢?学界迟疑了。这个时候,数学高人提出了波函数-二阶微分方程,输入位移、得到了正弦、余弦函数。粒子变波有了数学的支撑,于是波粒二象性有恃无恐、开始大行其道。

由此,用数学公式求解物理,成为了通行的物理研究方法。研究物质的相变,据说是拓扑计算最有可能取得突破;研究超导、上万人计算了几十年,公式何止成千上万。好多数学天才在理论物理学耗费时光,路子不对、终究是劳而无功。

现在是,用公式表达物理已经深入学界,认为物理文章没有公式是没有底气,东拼西凑也要跟数学沾点边。有人见到我的文章揶揄道:全文竟然木有一个公式,这叫议论物理。如此物理人范式中毒很深,认为只有跟数学搭边、有公式才是物理研究。

 

粒子物理  (黑体文字摘自《万物原理》弗兰克著)

由于马斯克的推介《万物原理》一炮走红,著作者弗兰克是一位资深的粒子物理学家。粒子物理是近代物理学研究的一种范式,各种功能的粒子是其精髓。首先把粒子分类:粒子可以分为建筑粒子、变化粒子、意外粒子。各有各的功能,世上任何功能来自于粒子,世界就是一个一个的粒子。

万物皆是粒子,世界岂不是一盘散沙?这个,粒子学者早已胸有成竹,当有需要的时候,新的粒子就会呈现,并且恰好具备所需的功能。光子把原子和分子结合在一起;胶子把夸克、质子和原子核结合在一起;引力子是把行星、恒星、星系和各大天体结合在一起。但是这些子是如何发挥如此功能,很难说得清。

粒子物理学遇到问题,首先是寻找“子”。对撞机实验发现:很多粒子没有质量,万物都有质量的理念在此遇到挑战。质量究竟是来自哪里?在找寻质量的探索中,粒子学者猜想:可能是这对撞机的轰击力量不够大,应该还有一种上帝粒子没有被找到,或者是这个希格斯玻色子给这些粒子赋予了质量。建设超级对撞机寻找新粒子,成了粒子物理学的梦想。

粒子物理学者还发现(发明)了许多的“X子”。

原子核内同性的质子怎么没有相斥?于是质子之间就有了介子。

核衰变有些能量不见了,于是就有了带走了能量的中微子

天体之间如何连接构成行星系、太阳系、银河系?-引力子。

空穴是一类简单但及其重要的准粒子。空的也是子!

任何功能都是来自于粒子,世界是一个又一个的粒子。这些粒子构成了时髦的物理学范式-粒子物理。构想一个有特定功能的粒子倒是不难,可是这些特定功能是如何建立、如何作用、如何赋予功能、如何与其它粒子功能互洽、却是个难以解决的问题。


 量子物理

量子物理是一个时髦了90年的范式,在之前的文章已经讨论了很多,这是个集理论物理、粒子物理、量子理论于一体的大杂烩。首先是把波、粒、能量,混称为量子、定义模糊。为了解释其波粒变换用到了“坍缩,纠缠”之类的新词,为解读新名词而研发了膜理论、弦理论显赫一时,因为不是自然真实,终究走向沉寂,近些年量子物理导致科学走向了神坛、走向迷茫。

量子力学在波、粒之间纠缠了90年,表面上牛气哄哄,实际价值惨不忍睹,几十年来没有破解一个自然之谜,量子理论禁锢探讨核外电子的线路速率,造就了科学的沉寂。

量子力学虽然也是来自于实验事实,但是忽视了大自然在火光中的提示(核外电子速率随温度变化);忽略了古老的奥斯特实验(电子运动伴生着电磁波),错失了对物质内的机理-核外电子规律运转的正确解读。禁锢已经严重地控制着公众的理智,迫使科学探讨与自然实在失之交臂。

 

结构物理

元素周期表的呈现之后,结构物理开始发芽、启蒙,刚刚要接受阳光雨露,范式突变:黑体辐射实验促成数理(理论)物理、粒子物理闪亮登场,波粒实验导致量子理论方兴未艾,结构物理只能顽强默默地成长。

量子物理为了维护其概率理论,告诫学子:探讨核外电子运动的线路、速率,就是不懂量子物理、是现代科学的门外汉。于是,壁垒森严地设置了科研禁区,学子一进入本科就接受洗脑、从此难有探索的自由,粒子、能量和波都成为量子,结构物理探索核外电子的运转线路和结构成了大逆不道、成为“地下工作者”。科学还是有禁区,一种范式打压另一种范式。

然而,大自然存在的哲学是结构,从宇宙天体到太阳系;从山川河流到动植物;从细胞晶体到原子构成,都是不同层次的结构。并且,百年前的原子结构-核外电子2/8/18的能级结构,在光谱实验中已经清楚明朗,结构物理的成功还差临门一脚,可是量子理论的拦截让结构物理功亏一篑!涌现出来的量子范式让科学脚步蹉跎90年。

结构物理学依据的就是元素周期表的基本结构,所有的基材就是质子、电子。没有什么公式、没有任何的节外生枝,没有另外的附加粒子;所强调的质子场、电子场也是早已有之。以前所说是正负电荷,现在重新认识,发现造物主让质子、电子各自伴生着专属的场,此外还有一个温度场,整个大自然就是在这二子三场中演绎变化,构成所有的自然万物、构成物质所有的物理、化学乃至核物理所有结构、特性,并且解读全部互洽。

也许有人对这个场还比较陌生,其实在当今世界应该很容易理解,现代社会已经进入到网络-场时代,在手机时代,没有场寸步难行。场启示着人们发现:实体伴生场是普遍的哲学存在,质子、电子都有伴生场、通过场发生联系和运动、构成万物。发现:核外电子的运转是有规律的、是有重大作用和后果。粒子伴生场是最新、最直接的物理范式,运用结构物理、破解了物质的相变、超导、催化等等科学之谜;破解了核内、核外的关联结构、核爆炸的能量来源,结构物理应该是物理探索的最终范式。 

2022/11/7




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