《一位老工程师的前沿物理科普贴》
第44节作者:
浅论物理 我们再来看一个物理学中最古老的冤案——“原子论”的被推翻。“原子”这个词在古希腊语中的解释就是“不可再分割的”。19世纪初,诺贝尔奖获得者英国化学家道尔顿对人类做出的重大贡献是发现了组成物质分子的、当时所知的物质的最小结构的粒子——他将它称为“原子”;他所发表的原子学说本身并没有错。只是让大家都误以为这“原子”就是不可再分的最小物质了。但以后发现的光电效应;核子、中子又都从原子内部蹦了出来;在有如此证伪实例的情况下,这也就是以后世人皆知的道尔顿的“原子论”中关于“‘原子’是不可分的最小物质”的这一论点被认定是错误的缘故。
而实际上因此“原子论”就被蒙上了不白之冤。因为“原子论”的最早提出是在公元前400年左右,由古希腊的德漠克里特斯提出来的;他当时指出:“大千世界由虚空和原子构成,‘原子’不生不灭是物质能够分割的最小单位。”我们应该注意到这和道尔顿的原子并不是同一个东西。并且如果将来在对“基本粒子”的继续研究中最终找到了“不可分割的最小物质”的话,人类就应该承认这2000多年以前德漠克里特斯的预言,是人类史上有据可查的最古老的正确预言!关键在于这一预言,那怕时间再长,在未被证伪的情况下我们无法做出它就是错误的断言;如今的万有引力其实正面临着同样的处境。
如今在宏观宇宙的研究中,相对论杰出的继承人物理学家霍金进一步发展了有关宇宙大爆炸、大挤压、奇点、黑洞、红移、宇宙膨胀等等理论。在整个宇宙诞生直至灭亡的理论中,数百年前由经典力学正确揭示的天体运行规律一直与当代物理理论基本上是吻合的。除了相对论对引力做出的几何性质的解释而外,总体上应该说还没有什么格格不入的矛盾出现。两者统一或互为补充估计并不困难。
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日期:2010-01-22 10:12:01
同样的估计在经典力学与量子理论两者之间也能出现。因为量子理论在对微观世界的研究中也没有发现什么与牛顿力学有不可调和的矛盾。要是从牛顿力学过去没有条件去涉及对微粒子的研究来看,今天的量子理论作为经典力学在这方面内容的补充也是可以的。至于量子理论中最基本的理论“测不准原理”或“不确定性原理”以及该理论中的重要组成内容“波粒两象性”、“互补原理”只能说明该理论尚有不完善的地方,只能说明人类目前还不具备探测微粒子运动规律的手段,而不得不采用“统计性的结论”那也只是不得以而为之的权宜之计。量子理论中也并没有找到能对牛顿力学予以证伪的实质性内容。我们再回顾一下爱因斯坦始终对量子理论中的“统计性的结论”嗤之以鼻地说:“我不相信上帝会掷骰子的”。这话并非没有道理。也许人类明天就能掌握微粒的运动规律,又也许其运动规律也完全如同牛顿力学所揭示的那样。中微子的发现不就是凭借“能量守恒定律”所予以揭示出来的吗?核能研究的结果不也正显示出核能是严格遵循“能量守恒定律”及“动量守恒定律”的吗?
力究竟是什么?如果连这点都弄不清,物理学的统一理论又何从谈起呢。俗语说智者见智,仁者见仁,在传言中苹果掉到了牛顿的头上,引发他发现了重力,发现了万有引力。后世有多少人恨自己生不逢时,后悔苹果为什么没掉到自己头上。岂不知哥白尼仅仅是说了一句如今连小孩都知道的实话——“地球是绕着太阳转的”,而遭致了悲惨的一生。相传浮力的发现是相伴着皇冠或掉脑袋的荣辱共存的生死大计;当时拥有“给我一个支点,我就能把地球撬起来”这巨大本领的阿基米德(公元前287~公元前221年),在搅尽脑汁时,若不是洗澡时终于发现了浮力,从而解决了判别金皇冠真假的问题,否则第二天皇帝老儿就要为此砍下他的脑袋。就拿苹果来说吧,它掉到牛顿头上是万有引力,掉到蠢人头上只能是个包。
牛顿创建了经典力学,发现了牛顿运动定律,而关于力的定义仅留下了是物体对物体的作用这一句话,并没有涉及到力的本质性的问题。量子理论只研究了三种力:电磁力、强核力、弱核力。也没揭示出力的本质,仅就“相互作用”假设为相互交换“量子”来解释。而引力则属于相对论的范畴,广义相对论则给了“引力”一个物质性的玄奥的几何性质——“四维时空的弯曲。”但是,无论是解释清楚了没有,一语道破了力的本质没有,他们所揭示的力学定律,确实数千年来在为人类做出巨大贡献。如此平易近人的力,却成了千百年来人们百思不得其解之谜,这正是力的魅力所在之处。
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日期:2010-01-23 11:03:05
但是人们也清楚地知道,只要能解开这个谜,能用简明扼要的一句话将力表述出来,物理学可能真的意味着即将完成了。这也将是人类取之不尽用之不竭的巨大财富。如今人们还只能从所发现的物理学规律中,向物理世界索取力。自然界的规律告诉我们可以向物质分子去索取,其实在远古时代的人类就已经在向大自然索取了。人们以后发现在更小的物质中蕴藏着更大的力,这是化学家所提供的:可以从组成物质分子的原子间去寻求。而物理学家又告诉大家还有比原子更小的物质,核力至少数十万倍大于人们以往所知道的力。我们仰观天象时发现类星体不可思议的亮度以及某些天体惊人的速度,这些都在告诉我们还应该能找到远远大于核力的力;而除此以外人类大搬迁的星际旅行是实现不了的。
有一点可以肯定的是:关于力的最终解释,无论是在大到相对论研讨的浩瀚无际的大尺度宏观宇宙范围;或者是在量子力学中深究的小到几近虚无飘渺的微观粒子世界;还是涉及历经几千年来的经典物理学锤炼过的中间这段不大不小的宏观物理世界;它都必将是统一适用的、唯一的同一个解释。
力是由物体源源不断地发射出的粒子。如同太阳不断地发射光子一般,只不过是冷态的单个个体能量较小。但是,它又必须是在物体相互间源源不断地发射出粒子并进行交换的状态下才存在。是粒子状态的,只有众多的力粒子群方能呈现出波的景象。并且迄今为止尚无发现有任何粒子有着比力粒子更微小的特点。从这点上来讲力粒子具有“基本粒子”的类似特征。在动态中力粒子只要奔放出来它能随机千变万化地显示出各种能量的特征;一旦处于相对静态中,它收敛起桀骜不驯的锋芒,蛰伏起来或连周边物质一起禁锢起来只以质量显身。
广义相对论中引力是四维时空的弯曲这一概念。其实用经典力学中万有引力定律来解释是完全可以取得异曲同功的效应。光线在太阳附近的折射现象,对具有质量的光线来说被极大质量的太阳吸引而改变直线运动轨迹成弯曲轨迹,这解释在万有引力定律中也是完全相符的。对微观世界中微粒的运动规律的探讨,至少得在人类能知晓微粒的基本特征后才能验证。而从原子核,以至中子、夸克逐阶小的基本粒子中逐阶寻求更大的力应是人类永远不断的追求。宇宙粒子会提供给人们自身难以创造的实验机会,而给人类新的启示。
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日期:2010-01-24 09:12:30
面对宁静的水面,苹果掉下来砸乱了盆中平静的水面;搅乱了原先平静的水面上的浮沫聚集的成形,所映象出放在盆底已多时的那个盘子及小勺的外形,看来还需要重新静置几小时才能重显浮沫的成形;在小湖边,经久未见一丝风的平静湖面,竟然浮沫也聚集成沉没在湖底的小船的外形图;不知大海也能这样吗,平静的海面也会慷慨地将沉没在海底的宝藏的浮沫图呈现在我们面前吗?这究竟是什么,无疑这必定是力的作用的产物。而这力不具备磁性因而与电磁力无关;这力显然与强力、弱力更不沾边,那它只能属于引力了。
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