量子力學(xué)和廣義相對(duì)論范文

導(dǎo)語：如何才能寫好一篇量子力學(xué)和廣義相對(duì)論，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

愛因斯坦通過著名的電梯假想實(shí)驗(yàn)，明確提出了萬有引力定律中的引力質(zhì)量和牛頓第二定律中的慣性質(zhì)量的等效性，也就是著名的等效原理，而這是廣義相對(duì)論的基石。牛頓的引力理論建立在平直的歐幾里得空間，而愛因斯坦在利用等效原理找到了局部慣性系之后，使用相對(duì)論原理并且加上當(dāng)時(shí)已經(jīng)成功發(fā)展的描述彎曲時(shí)空的非歐幾何（黎曼幾何），建立了廣義相對(duì)論理論。使用廣義相對(duì)論能夠精確地解釋水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)，所以廣義相對(duì)論的第一次驗(yàn)證就是通過天文觀測(cè)進(jìn)行的。廣義相對(duì)論的一個(gè)重要預(yù)言就是引力場(chǎng)中的光線偏折，而這個(gè)預(yù)言第一次得到驗(yàn)證就是通過日全食的觀測(cè)，這個(gè)觀測(cè)確立了廣義相對(duì)論的正確性。

1666年，牛頓把通過玻璃棱鏡的太陽(yáng)光分解成了從紅光到紫光的各種顏色的光譜，而這就是物理光學(xué)的基礎(chǔ)。在1814年～1815年之間，天文學(xué)家夫瑯和費(fèi)在太陽(yáng)光譜中發(fā)現(xiàn)了很多譜線。1885年，天文學(xué)家巴耳末發(fā)現(xiàn)了符合已知?dú)湓幼V線位置的經(jīng)驗(yàn)公式。隨后對(duì)原子光譜的進(jìn)一步觀測(cè)又發(fā)現(xiàn)了更多的譜線序列和經(jīng)驗(yàn)公式。1913年，為了解釋氫原子譜線位置的經(jīng)驗(yàn)公式，玻爾建立了原子光譜的量子模型，成功解釋了原子譜線的經(jīng)驗(yàn)公式，奠定了原子物理的基礎(chǔ)，量子力學(xué)也從此誕生。波爾作為量子力學(xué)的奠基人，于1922年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

因此天文學(xué)的觀測(cè)研究對(duì)于建立牛頓力學(xué)、驗(yàn)證廣義相對(duì)論和奠基量子力學(xué)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)都功不可沒，也可以說天文學(xué)研究奠基了包含牛頓力學(xué)的廣義相對(duì)論和量子力學(xué)這兩個(gè)現(xiàn)代自然科學(xué)的最重要的理論體系。

篇2

黑洞成為大眾文化的一部分已有數(shù)十年了，在電影《星際迷航》中，它還扮演了主要的角色。這一點(diǎn)兒也不奇怪，這些恒星塌縮后的陰暗殘骸，似乎專門用來引發(fā)我們最原始的恐懼：黑洞會(huì)將某些秘密隱藏在其簾幕之后(c包就是它的“事件視界”)，任何人或物只要墜落其中，就注定無從逃脫，所有被它吸入的東西，必然被徹底摧毀。

對(duì)理論物理學(xué)家來說，黑洞是愛因斯坦場(chǎng)方程式的一個(gè)解，而該方程式是廣義相對(duì)論的核心。在廣義相對(duì)論中，時(shí)空就像是由彈性材質(zhì)所建構(gòu)的，而物質(zhì)與能量可將其扭曲，所造成的時(shí)空曲率又控制了物質(zhì)與能量的運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生了我們所認(rèn)知的重力。這些方程式清楚地預(yù)測(cè)，在時(shí)空中有些區(qū)域里的訊號(hào)無法傳到遙遠(yuǎn)的觀測(cè)者所在，這些區(qū)域就是黑洞。在黑洞內(nèi)的“奇異點(diǎn)”，物質(zhì)密度趨近于無限大，環(huán)繞其四周的空曠地帶具有極強(qiáng)大的重力，沒有任何東西(包括光)能夠逃離。物理學(xué)家以事件視界將此重力強(qiáng)大的地帶與其他區(qū)域分隔開來。在最簡(jiǎn)單的情況下，事件視界是個(gè)球體，若黑洞的質(zhì)量與太陽(yáng)相當(dāng)，此球的直徑只有6千米。

談過了科幻與理論，那么實(shí)際的狀況又是如何呢?各式各樣精密的天文觀測(cè)結(jié)果都指出，宇宙中確實(shí)存在一些超致密物體，它們完全不散發(fā)任何光芒或輻射。這些幽暗天體的質(zhì)量在數(shù)個(gè)到數(shù)百萬個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量之間，而依據(jù)最優(yōu)秀的天文物理學(xué)家估算，它們的直徑范圍則在區(qū)區(qū)數(shù)百千米到數(shù)百萬千米之間，符合廣義相對(duì)論對(duì)此質(zhì)量范圍內(nèi)黑洞的預(yù)測(cè)。

但這些被觀測(cè)到的、既幽暗又致密的物體，真的就是廣義相對(duì)論預(yù)言的黑洞嗎?雖然目前的觀測(cè)與理論相當(dāng)吻合，但理論本身對(duì)黑洞的描述卻不太令人滿意。尤其是，廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)在每個(gè)黑洞里都有顆“奇異點(diǎn)”，顯示廣義相對(duì)論在這里失效。廣義相對(duì)論會(huì)失效，大概是因?yàn)樗⑽从?jì)人物質(zhì)與能量在微觀尺度上才會(huì)顯現(xiàn)的量子效應(yīng)。合并了量子力學(xué)的修正理論，一般稱為量子重力論，將可帶動(dòng)理論物理領(lǐng)域的許多新研究。

對(duì)量子重力論的需求，引發(fā)了一些迷人的問題：被量子重力論修正過的黑洞會(huì)是什么樣子的呢?它們會(huì)和古典黑洞大相徑庭嗎?或者古典敘述依然是可行的?研究顯示，某些量子效應(yīng)是可以完全避免形成黑洞的，取而代之的是被我們命名為“黑星”的天體，它的密度不會(huì)跳升到無限大，也不會(huì)被事件視界包覆。黑星是由空間本身支撐起來的，這種“建材”意外的堅(jiān)固。

我們運(yùn)用一種稱為“半古典重力論”的古老方法得出這項(xiàng)結(jié)論，但我們并沒有使用關(guān)于塌縮物質(zhì)的所有假設(shè)，這樣或許能夠避免在那些研究中得出矛盾的結(jié)果。在量子重力論尚未完備的情況下，過去的30多年里，理論物理學(xué)家在分析量子力學(xué)如何改變黑洞時(shí)，都訴諸半古典重力論。半古典重力論將量子物理的觀點(diǎn)，特別是量子場(chǎng)論部分納入了古典的愛因斯坦重力理論中。

量子場(chǎng)論以充滿空間的場(chǎng)來描述電子、光子、夸克等任何你想得到的基本粒子，這方式非常類似電磁場(chǎng)。量子場(chǎng)論的方程式通常是建立在平坦空間里的，也就是沒有重力的空間，半古典重力論則使用在彎曲空間里構(gòu)建出來的量子場(chǎng)論。

廣義來說，半古典重力論所使用的策略如下：根據(jù)古典的廣義相對(duì)論，當(dāng)一群物質(zhì)聚積成某一狀態(tài)時(shí)，將產(chǎn)生某種特定的彎曲時(shí)空，但時(shí)空的曲率又會(huì)修改量子場(chǎng)的能量，受影響的能量再進(jìn)一步改變時(shí)空曲率，如此不斷循環(huán)。

這個(gè)做法的目標(biāo)是要獲得自我一致的解――一個(gè)彎曲時(shí)空，它的曲率產(chǎn)生于它所包含的量子場(chǎng)的能量。雖然重力本身還無法以量子理論來描述，但這種自治的解，在涉及量子效應(yīng)與重力的許多情況下，應(yīng)該可以相當(dāng)近似地預(yù)測(cè)真實(shí)情形。半古典重力論以一種極“輕微”的方式，把量子修正加入到廣義相對(duì)論里。因此，半古典重力論雖然仍以古典方法處理重力(也就是時(shí)空曲率)，但已考慮到物質(zhì)的量子行為。

但是，這個(gè)方法立即遭遇到一個(gè)尷尬的問題：如果直接以它計(jì)算量子場(chǎng)的最低可能能量，也就是沒有任何粒子出現(xiàn)時(shí)的能量(稱為“零點(diǎn)能量”或“真空能量”)，會(huì)產(chǎn)生無限大的結(jié)果。事實(shí)上，這個(gè)問題老早就出現(xiàn)在一般的量子場(chǎng)論里(也就是在乎坦空間、沒有重力的狀況)。幸運(yùn)的是，理論物理學(xué)家在預(yù)測(cè)不牽涉重力的粒子物理現(xiàn)象時(shí)，粒子的行為只取決于狀態(tài)間的能量差，因此量子真空能量的值并沒有任何影響；我們可以使用稱為“重整化”的一種謹(jǐn)慎的減法技巧，以極高的精確度來計(jì)算能量差。

然而，當(dāng)必須考慮重力時(shí)，真空能量就變得重要了。無限大的能量密度會(huì)產(chǎn)生極大的時(shí)空曲率，也就是說，

鏈接

2004年7月21日，在愛爾蘭都柏林舉行的“第17屆國(guó)際廣義相對(duì)論和萬有引力大會(huì)”上。英國(guó)傳奇科學(xué)家斯蒂芬?霍金教授宣布了他對(duì)宇宙黑洞的最新研究結(jié)果：黑洞并非如他和其他大多數(shù)物理學(xué)家以前認(rèn)為的那樣，對(duì)其周遭的一切“完全吞食”，事實(shí)上被吸入黑洞深處的物質(zhì)的某些信息實(shí)際上可能會(huì)在某個(gè)時(shí)候被釋放出來。

宇宙學(xué)家相信，太空中有許多類型的黑洞，從質(zhì)量相當(dāng)于一座山的小黑洞，到位于星系中央的超級(jí)黑洞。不一而足。科學(xué)家過去認(rèn)為，從巨大的星體到星際塵埃等。一旦掉進(jìn)去，就再不能逃出，就連光也不能“幸免于難”。而霍金教授關(guān)于黑洞的最新研究有可能打破這一結(jié)論。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的研究，他發(fā)現(xiàn)，一些被黑洞吞沒的物質(zhì)隨著時(shí)間的推移，慢慢地從黑洞中“流淌”出來。

霍金關(guān)于黑洞的這一新理論解決了關(guān)于黑洞信息的一個(gè)似是而非的觀點(diǎn)，他的劍橋大學(xué)的同行都為此興奮不已。過去，黑洞一直被認(rèn)為是一種純粹的破壞力量。而現(xiàn)在的最新研究表明，黑洞在星系形成過程中可能扮演了重要角色。

1976年，霍金稱自己通過計(jì)算得出結(jié)論，他認(rèn)為黑洞在形成過程中，其質(zhì)量減少的同時(shí)還不斷在以能量的形式向外界發(fā)出輻射。這就是著名的“霍金輻射”理論。但是，理論中提到的黑洞輻射中并不包括黑洞內(nèi)部物質(zhì)的任何信息，一旦這個(gè)黑洞濃縮并蒸發(fā)消失后，其中的所有信息就都隨之消失了。這便是所謂的“黑洞悖論”。

這種說法與量子力學(xué)的相關(guān)理論出現(xiàn)相互矛盾之處。因?yàn)楝F(xiàn)代量子物理學(xué)認(rèn)定這種物質(zhì)信息是永遠(yuǎn)不會(huì)完全消失的。如今，霍金終于給了這個(gè)當(dāng)年自相矛盾觀點(diǎn)一個(gè)更具有說服力的答案。霍金稱，黑洞從來都不會(huì)完全關(guān)閉自身，它們?cè)谝欢温L(zhǎng)的時(shí)間里逐步向外界輻射出越來越多的熱量，隨后黑洞將最終開放自己并釋放出其中包含的物質(zhì)信息。

即使是空間都能蘊(yùn)藏極強(qiáng)大的重力，這與我們實(shí)際觀測(cè)到的宇宙完全不符；過去10年來的天文觀測(cè)指出，零點(diǎn)能量對(duì)宇宙總能量密度的貢獻(xiàn)非常微小。半古典重力論并沒有嘗試去解決這個(gè)問題，但不論解決的方案為何，我們通常假設(shè)在平坦時(shí)空中，零點(diǎn)能量對(duì)能量密度的貢獻(xiàn)一定會(huì)被抵消掉。這項(xiàng)假設(shè)與半古典真空一致：在每個(gè)地方的能量密度都是零，廣義相對(duì)論因而預(yù)測(cè)出平坦的時(shí)空。

如果有某些物質(zhì)出現(xiàn)，時(shí)空彎曲了，那必然改變量子場(chǎng)的零點(diǎn)能量密度，零點(diǎn)能量因而不再被精準(zhǔn)抵消。較之于電荷會(huì)將介質(zhì)極化的效應(yīng)，我們說這多出來的能量是來自真空極化。

我們已利用質(zhì)量與能量密度來描述半古典重力論的這些特性，但在廣義相對(duì)論中，能夠產(chǎn)生空間曲率的，并不只有這些東西，凡是重力物質(zhì)所產(chǎn)生的動(dòng)量密度、壓力和應(yīng)力，都會(huì)影響空間的曲率。在物理的研究上，有一項(xiàng)稱為“應(yīng)力能量張量”

(sET)的研究，可用來描述所有這些產(chǎn)生曲率的量。半古典重力論假設(shè)在平坦時(shí)空里，量子場(chǎng)的零點(diǎn)對(duì)sET的貢獻(xiàn)剛好被完全抵消，在sET上應(yīng)用這種相減法得到的結(jié)果，就稱為“重整的應(yīng)力能量張量”

(RSET)。

篇3

總之，事物的發(fā)展形式是復(fù)雜而多樣的，有的事物的發(fā)展具有周期性特點(diǎn)，而有的事物不具有，具有周期性特點(diǎn)的事物的發(fā)展服從否定之否定規(guī)律，而不具有周期性特點(diǎn)的事物的發(fā)展則不遵循這個(gè)規(guī)律，這表明它并不是普遍適用的。這就要求人們?cè)谔接懯挛锇l(fā)展變化時(shí)，從實(shí)際出發(fā)，對(duì)事物的發(fā)展作認(rèn)真、細(xì)致的分析，而不要貼標(biāo)簽，更不要用它來為錯(cuò)誤的理論辯護(hù)。

現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法與物理學(xué)的第二次融合

現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法中的群論在物理學(xué)中的應(yīng)用也是不可忽視的，眾所周知，我們周圍的世界處在對(duì)稱和不對(duì)稱的矛盾同一之中，對(duì)客觀世界對(duì)稱性的研究，能幫助人們更深刻地認(rèn)識(shí)各種物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，欣賞客觀世界的自然美。群論是研究系統(tǒng)對(duì)稱性的十分有效的數(shù)學(xué)工具，在群論方法建立之初，伽羅瓦（Galois）就根據(jù)代數(shù)方程根的置換對(duì)稱性證明了五次以上代數(shù)方程不能通過有限次加減乘除和開方運(yùn)算求得方程根的精確解，第一次顯示了群論方法在研究系統(tǒng)對(duì)稱性中的巨大潛力。1890年費(fèi)德羅夫(Federov)和1891年熊夫利（Schoenflies）相繼用群論方法系統(tǒng)地解決了晶體分類問題，證明了具有周期性排列的規(guī)則空間點(diǎn)系共有230種，這是群論在物理中晶體分類問題中的一個(gè)杰出貢獻(xiàn)。20世紀(jì)初物理學(xué)革命的另一項(xiàng)偉大的成就就是量子理論的建立，這與群論的發(fā)展是分不開的。隨著人類對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)逐步深入到微觀領(lǐng)域，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律呈現(xiàn)出新的特征，實(shí)驗(yàn)和理論研究變得更加困難，量子理論建立后，對(duì)稱性的內(nèi)容更豐富了，更加迫切的需要深入研究微觀系統(tǒng)的對(duì)稱性質(zhì)。用群論的方法研究量子系統(tǒng)的對(duì)稱性，可以得到系統(tǒng)的各種定量或定性的重要性質(zhì)，這些性質(zhì)直接來自系統(tǒng)的對(duì)稱性，與系統(tǒng)的具體細(xì)節(jié)無關(guān)。反之、對(duì)這些性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，可以鑒別系統(tǒng)是否具有此種對(duì)稱性，可以幫助探索系統(tǒng)的基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因此、在對(duì)微觀世界的深入探索中，近代物理理論和群論理論共同得到了迅速的發(fā)展，群論方法已經(jīng)深入到物理學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。數(shù)學(xué)對(duì)物理的作用過去認(rèn)為，歸結(jié)起來是說數(shù)學(xué)是物理的語言，如廣義相對(duì)論中黎曼幾何的作用就是一種語言，但是在量子力學(xué)中，數(shù)學(xué)所起了魔術(shù)般的神秘作用，無論如何也不能認(rèn)為數(shù)學(xué)只是語言了。翻開量子力學(xué)教科書，首先看到的是光的干涉，電子的散射實(shí)驗(yàn)的說明，然后表明光子，電子等的離子狀態(tài)可以用波動(dòng)函數(shù)，即屬于某個(gè)Hilbert空間的向量來表示并導(dǎo)出若干狀態(tài)的波動(dòng)函數(shù)的迭加原理。迭加原理認(rèn)為，狀態(tài)A若是狀態(tài)B與C的迭加，則A的波動(dòng)函數(shù)就是B的波動(dòng)函數(shù)與C的波動(dòng)函數(shù)的線性組合，它是量子力學(xué)的基本原理。量子力學(xué)中首先把復(fù)雜至極的物理環(huán)境用唯一的波動(dòng)函數(shù)（向量）來表示，從而進(jìn)行簡(jiǎn)單化，數(shù)學(xué)化的處理，這就是數(shù)學(xué)藝術(shù)美體現(xiàn)。

結(jié)束語

篇4

斯蒂芬·威廉·霍金，1942年1月8日出生于英國(guó)牛津，英國(guó)劍橋大學(xué)著名物理學(xué)家，現(xiàn)代最偉大的物理學(xué)家之一、20世紀(jì)享有國(guó)際盛譽(yù)的偉人之一。

霍金21歲時(shí)患上肌肉萎縮性側(cè)索硬化癥，全身癱瘓，不能言語，手部只有三根手指可以活動(dòng)。1979至2009年任盧卡斯數(shù)學(xué)教授，主要研究領(lǐng)域是宇宙論和黑洞，證明了廣義相對(duì)論的奇性定理和黑洞面積定理，提出了黑洞蒸發(fā)理論和無邊界的霍金宇宙模型，在統(tǒng)一20世紀(jì)物理學(xué)的兩大基礎(chǔ)理論，愛因斯坦創(chuàng)立的相對(duì)論和普朗克創(chuàng)立的量子力學(xué)方面走出了重要一步。

（來源：文章屋網(wǎng) ）

篇5

一、問題的提出

引力、電磁力、強(qiáng)力、弱力這四種基本力是構(gòu)成宇宙間萬物的基石，對(duì)它們的理解自然也成了人們理解宇宙最基本的理論之一。長(zhǎng)久以來人們提出了許多的理論來試圖解釋它們，這些理論最終筑成了四幢雄偉的力學(xué)大廈。它們分別是以牛頓力學(xué)為基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)、相對(duì)論、量子力學(xué)以及新興的弦理論。雖然一路走來我們?cè)谡J(rèn)識(shí)這四種基本力的原理上擷取了豐碩的成果，但毋庸置疑至今我們?nèi)晕茨軓氐桌斫膺@四種基本力：弦理論的正確性還有待驗(yàn)證、相對(duì)論只解釋引力。

在經(jīng)典力學(xué)的關(guān)于這四種力的解釋中，似乎有違背能量守恒原理之嫌。能量守恒原理告訴我們能量不可能憑空產(chǎn)生，所以宇宙間不應(yīng)該存在永動(dòng)機(jī)。但按照經(jīng)典力學(xué)對(duì)四種基本力的解釋，這四種基本力無疑都是推動(dòng)其相關(guān)媒介物質(zhì)的永動(dòng)之源。例如按照經(jīng)典的引力理論物體只要存在質(zhì)量便會(huì)存在相應(yīng)的引力，只要物體的質(zhì)量不減少則引力不會(huì)減弱，所以地球億萬年來吸引著月球做繞地運(yùn)動(dòng)其引力卻并沒有衰減。而在此過程中由雙方引力所導(dǎo)致的潮汐，地心巖漿變熱等所需的能量似乎是憑空產(chǎn)生的。同理按目前的解釋電子繞原子核運(yùn)動(dòng)是由于帶正電的質(zhì)子對(duì)帶負(fù)電荷的電子的電磁引力所致，而質(zhì)子和中子之所以會(huì)待在原子核中是由于強(qiáng)力所致，然而毫無例外的在上述兩個(gè)例子中無論是導(dǎo)致電子運(yùn)動(dòng)的電磁力還是固定質(zhì)子、中子的強(qiáng)力均不需要以消耗能量為代價(jià)，電磁力和強(qiáng)力無疑成了這些永動(dòng)機(jī)永不枯竭的動(dòng)力源。并且在經(jīng)典力學(xué)的解釋中還無法解釋除引力之外的其余三種力，為什么既包含吸引力同時(shí)在粒子靠近到一定距離時(shí)有會(huì)表現(xiàn)出斥力，吸引力和斥力并存的機(jī)理是什么？

為了解決經(jīng)典力學(xué)對(duì)四種基本力的解釋中出現(xiàn)的諸多問題，量子力學(xué)提出了一種全新的理論來解釋這四種基本力即標(biāo)準(zhǔn)模型理論。標(biāo)準(zhǔn)模型理論認(rèn)為宇宙中所有的物質(zhì)和力均是由粒子構(gòu)成和產(chǎn)生的。這些粒子總體可分成兩大類即費(fèi)米子和玻色子，其中費(fèi)米子構(gòu)成了宇宙中所有的物質(zhì)，而玻色子則是傳遞作用力的粒子。而四種基本力則是通過交換某種媒介粒子來傳遞的，這類媒介粒子統(tǒng)稱為規(guī)范玻色子（也稱“信使粒子”）。“信使粒子”告訴費(fèi)米子應(yīng)該表現(xiàn)出怎樣的受力狀態(tài)（吸力或是斥力），而力的大小則取決于“信使粒子”來回的次數(shù)，次數(shù)越多力就越強(qiáng)。同量子力學(xué)別的物理解釋一樣，這個(gè)解釋對(duì)普通人而言是相當(dāng)費(fèi)解的。但這不是問題的關(guān)鍵，關(guān)鍵是這種解釋從某種程度上來說只是一個(gè)假說，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)理論的成功需要依賴于一種非常重要的粒子：希格斯粒子。希格斯玻色子被認(rèn)為是物質(zhì)的質(zhì)量之源，沒有希格斯粒子標(biāo)準(zhǔn)模型將無法解釋其它粒子的質(zhì)量的來源。但這個(gè)重要的粒子至今仍未被實(shí)驗(yàn)所發(fā)現(xiàn)。如果最終被證實(shí)自然界中根本不存在希格斯粒子則標(biāo)準(zhǔn)模型理論的立論之基將被動(dòng)搖。

本文則試圖從一種全新的角度來解釋這四種基本力即：用多維度空間形狀效應(yīng)來解釋它們（以下簡(jiǎn)稱S理論，S是英文單詞shape的首字母）。之所以沒有循著如今主流的量子力學(xué)來解釋它們。主要是筆者覺得量子力學(xué)對(duì)我們這個(gè)世界的解釋太過離奇，雖然量子力學(xué)在數(shù)學(xué)上非常成功但由它推出的物理解釋卻往往令人感到無比驚奇：平行世界、人擇原理、薛定諤的貓以及在雙縫試驗(yàn)中那個(gè)遍歷了所有路徑的電子等等。筆者認(rèn)為必定是由于量子力學(xué)對(duì)這些力學(xué)現(xiàn)象本質(zhì)存在著某種認(rèn)識(shí)上的謬誤，所以才導(dǎo)致了它在解釋一些實(shí)驗(yàn)或計(jì)算結(jié)果時(shí)不得不采用一些非常不符合常理的解釋。接下來您將會(huì)看到雖然沒有用廣義相對(duì)論和量子力學(xué)但S理論同樣能解釋這四種基本力起因及構(gòu)成，并且更簡(jiǎn)潔更圖形化，在邏輯上也不會(huì)引起人們過多的困擾因?yàn)镾理論同經(jīng)典力學(xué)理論一樣同樣認(rèn)為宇宙萬物是遵循嚴(yán)格的因果律的。

二、S理論的假說

同別的需要以消耗能量來維持的力有所不同的是，S理論認(rèn)為認(rèn)為我們所感知的由四種基本力所產(chǎn)生的那些力學(xué)現(xiàn)象實(shí)際是由一些復(fù)雜的空間形狀所引起的。換句話說并不存在力學(xué)意義上的四種基本力，所謂的四種基本力是由不同緯度空間的幾何形狀所產(chǎn)生的（若非如此這些不需要能量的永恒之力將會(huì)憑空增加宇宙的總體能量）。

S理論認(rèn)為我們的宇宙是由各種多維的空間嵌套而成的，并且這些空間嵌套還遵遁了這樣一種原則即：高緯度的空間總是被包裹在低緯度的空間之內(nèi)的，（例如我們所處的空間是三維的，原子所在的空間是四維的，原子中的電子是四維空間體，原子核是五維空間的，原子核中的質(zhì)子和中子是五維空間體，質(zhì)子和中子中的夸克是六維空間體……）。這樣的表述既突兀又抽象肯定使您備感困惑，下面我將通過一個(gè)實(shí)例來向您解釋S理論。

下圖是一條一維細(xì)線。

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調(diào)整我們的視屆，當(dāng)我們用放大鏡放大了幾十倍后，我們就會(huì)看到一個(gè)二維的世界。

再次調(diào)整我們的視屆，當(dāng)我們用顯微鏡再次放大數(shù)十倍觀察這個(gè)二維世界時(shí)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)構(gòu)成它們的實(shí)際是一些三維的分子。

下面所描述的世界也超出了我們的感知，我們?cè)俅位氐轿淖郑⒓僭O(shè)作為后續(xù)觀測(cè)者的我們可以認(rèn)知高維度的世界。當(dāng)我們?cè)俅畏糯笥^察那些分子，S理論認(rèn)為我們將看到四維構(gòu)造的原子。放大這些四維構(gòu)造的原子，S理論認(rèn)為我們將觀察到四維構(gòu)造的電子和五維構(gòu)造的原子核，依次類推我們將繼續(xù)會(huì)觀察到六維構(gòu)造的質(zhì)子和中子，七維構(gòu)造的夸克…。S理論認(rèn)為目前我們所能知道的最小的粒子，就是目前維度最高的空間構(gòu)造，我們的世界便是這樣由不同緯度的空間構(gòu)造嵌套而成。并且S理論認(rèn)為空間的維度越高越難在大尺度下維持穩(wěn)定，所以通常維度越高的物體看起來就越小，但在高溫高壓的環(huán)境中，允許存在大尺度的高緯物體，S理論認(rèn)為黑洞就是這樣的星體。

S理論認(rèn)為宇宙間的物質(zhì)之所以會(huì)以這樣一種空間嵌套的方式構(gòu)成，是因?yàn)檫@樣的方式產(chǎn)生的物質(zhì)會(huì)是一種力學(xué)上相對(duì)穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)（本句的解釋請(qǐng)參閱下文）。

三、S理論對(duì)物體質(zhì)量的解釋及光子空間的特性

這樣的空間嵌套會(huì)給我們帶來的最直觀的感知是什么呢？答案是質(zhì)量！假設(shè)我們卷曲一根3CM長(zhǎng)的一維細(xì)線，并最終使它變成一個(gè)二維平面世界的小球，現(xiàn)在我們將它重新放回到一維的世界中，如果一維世界有智能生命存在它會(huì)感知到什么？

它將不會(huì)看到一條3CM長(zhǎng)的細(xì)線，它會(huì)看到一條短的多的細(xì)線（因?yàn)樗床坏侥莻€(gè)二維小球的別的部分），同時(shí)它會(huì)發(fā)現(xiàn)這條細(xì)線的周邊空間發(fā)生了變化。如果這個(gè)一維空間上站著一個(gè)能感知二維空間的生物，它感知到的情況會(huì)真實(shí)許多：它會(huì)看到一個(gè)二維的小球，這個(gè)二維的小球壓彎了周圍一維的空間，如果它用手嘗試去拾起那個(gè)二維小球，它會(huì)發(fā)現(xiàn)同周圍占同樣一維體積的物品相比它要重很多，這是因?yàn)閷?shí)際上這個(gè)二維小球在那個(gè)一維世界中承載了比它所占空間多的多的一維空間，因此對(duì)一維世界而言它會(huì)顯示出它同別的空間不一樣的一個(gè)屬性那就是質(zhì)量！。

對(duì)我們?nèi)祟惗晕覀兯芨兄淖罡呔暥仁侨S，我們也能清晰的感受到周圍物體的質(zhì)量，S理論認(rèn)為那是因?yàn)榻M成它們的原子、質(zhì)子、中子……實(shí)際是由更高緯度的空間所構(gòu)成，所以它們實(shí)際上擁有比我們所能感知到的多得多的三維空間。

S理論認(rèn)為站在我們?nèi)祟惪筛兄囊暯牵M成我們宇宙最基本的單位是單個(gè)電子（四維空間體）釋放到三維的宇宙空間所占的空間體積，實(shí)際上也是單個(gè)光子所占的體積（以下簡(jiǎn)稱光子空間）。在S理論中宇宙空間不等于真空（真空在S理論指宇宙之外的空間，后面將會(huì)再次提到這個(gè)概念），由于光子空間是三維空間中最基本的單元，所以它不能再壓彎任何的三維空間，因此它不具有我們所能測(cè)量的質(zhì)量。光子空間在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)其質(zhì)量為零動(dòng)能也是零，當(dāng)它運(yùn)動(dòng)時(shí)它將在三維世界展現(xiàn)其能量特性，由于其質(zhì)量為零所以它能以三維世界最快的速度光速運(yùn)行，那時(shí)它就是我們常說的光。光子空間的另一個(gè)特性是當(dāng)它受力后可被壓縮，壓縮后形成我們常說的不同頻率的光，并且最終它可被壓縮進(jìn)原子核中形成原子核中的四維空間體-電子。當(dāng)它被壓縮成四維空間體后它將在三維世界中展現(xiàn)其另外的一個(gè)重要屬性：質(zhì)量。

四、S理論對(duì)宇宙中四種基本力的解釋

1. S理論對(duì)引力的解釋

對(duì)于引力最初人們認(rèn)為它可能是一種類似于人拉一個(gè)用繩子系住的小球然后舞動(dòng)使之做圓周運(yùn)動(dòng)的拉力，但如前我們論述的這樣的引力模型是有違能量守恒原理的。1916年愛因斯坦在其廣義相對(duì)論中提出了一個(gè)新的引力模型，新的引力模型將引力描述成了時(shí)空的一種幾何屬性（曲率）；而這種時(shí)空曲率與處于時(shí)空中的物質(zhì)與輻射的能量-動(dòng)量張量直接相聯(lián)系，其聯(lián)系方式即是愛因斯坦的引力場(chǎng)方程（一個(gè)二階非線性偏微分方程組）。根據(jù)引力場(chǎng)方程他認(rèn)為大質(zhì)量的物體會(huì)引起宇宙時(shí)空的彎曲從而引起引力。S理論的引力模型同廣義相對(duì)論的引力模型大體是一樣的，即S理論同樣認(rèn)為引力是物體的質(zhì)量對(duì)空間的彎曲所引起的。但對(duì)這種引力模型的解釋上S理論卻與廣義相對(duì)論迥然不同，S理論的解釋相對(duì)而言要簡(jiǎn)單的多的多：如前文所述S理論認(rèn)為我們的宇宙是由各種多維的空間嵌套而成的，那么在這種嵌套中最小的緯度是多少呢？就我們目前所知的應(yīng)該是二維的。你也許會(huì)詫異我們所看到的空間不是三維的嗎？沒錯(cuò)，站在我們的視界上看我們周圍的事物是三維的，但你如果有機(jī)會(huì)站在更高的角度俯視我們的宇宙，你會(huì)發(fā)現(xiàn)在宏觀層面上我們的宇宙是二維的（目前有許多的觀測(cè)證據(jù)表明我們實(shí)際生活在一張薄薄的宇宙膜上）。在這個(gè)二維的宇宙空間中星羅棋布的點(diǎn)綴著一些看起來是三維的星體，在這些星體的周圍，三維的宇宙空間（站在星體的視角周邊的世界是三維的）因星體的質(zhì)量而彎曲從而產(chǎn)生引力。三維的宇宙空間之所以會(huì)被彎曲S理論認(rèn)為，一是因?yàn)槟切┬求w的組成物質(zhì)實(shí)際上是由多種緯度的空間嵌套而成的，所以在三維空間中實(shí)際擁有比它所占的體積多得多的三維空間。二是由于宇宙的快速膨脹，在此過程中宇宙空間會(huì)推動(dòng)其中的所有物質(zhì)一起運(yùn)動(dòng)，由于星體的質(zhì)量遠(yuǎn)大于同體積的宇宙空間，因此在受到同等推力的情況下它們的運(yùn)動(dòng)速度會(huì)比周圍的宇宙空間慢，這就會(huì)形成一種類似于用網(wǎng)球拍兜住網(wǎng)球快速運(yùn)動(dòng)時(shí)的情景（此時(shí)網(wǎng)球會(huì)在網(wǎng)球拍中形成了一個(gè)凹陷）。

2. S理論對(duì)電磁力、強(qiáng)力和弱力的解釋

S理論認(rèn)為原子在整體上看起來是一個(gè)四維的空間體，但其中的原子核是一個(gè)五維的空間體。五維的原子核因?yàn)槠滟|(zhì)量會(huì)彎曲周圍四維的空間，這個(gè)因四維空間的彎曲而產(chǎn)生的引力便形成了電磁力的吸引力其大小同原子核的質(zhì)量相關(guān)，而四維的原子球其本身彈性的球體則構(gòu)成了電磁力的斥力。同理構(gòu)成原子核內(nèi)的6維的夸克將彎曲質(zhì)子和中子內(nèi)的5維空間構(gòu)成了原子核內(nèi)強(qiáng)力的引力效應(yīng)，由于質(zhì)子和中子所擁有的夸克是互補(bǔ)的（質(zhì)子由2個(gè)上夸克1個(gè)下夸克組成，中子由1個(gè)上夸克2個(gè)下夸克組成）所以他們很可能以某種互補(bǔ)的空間形狀緊密連接在一起，而5維彈性的原子核球體則構(gòu)成了核內(nèi)強(qiáng)力的斥力效應(yīng)。當(dāng)一個(gè)原子核內(nèi)因某種原因擁有了過多的中子（中子和質(zhì)子一般成對(duì)出現(xiàn)），此時(shí)原子原本穩(wěn)定的空間力學(xué)平衡會(huì)被破壞掉，為維持原子整體的空間穩(wěn)定，多余的中子會(huì)釋放掉一些空間（一個(gè)四維空間體-電子）從而衰變成質(zhì)子，使原子重新恢復(fù)穩(wěn)定的空間形狀。此過程中產(chǎn)生的力學(xué)效應(yīng)便形成了我們可觀測(cè)的弱相互作用。

原子核之所能彎曲周圍的四維空間其原理同大型的宇宙天體能彎曲宇宙空間的的原因是一樣的，即一是由于更高緯度的原子核所產(chǎn)生的質(zhì)量效應(yīng)二是由于因宇宙膨脹而快速運(yùn)動(dòng)的光子空間對(duì)不同質(zhì)量的物體的推動(dòng)速度是不一樣的。

在彎曲的四維空間中被電磁力壓縮成電子的光子空間，由內(nèi)向外逐層覆蓋在原子核周圍形成電子軌道，并繞核快速的運(yùn)動(dòng)著。電子會(huì)繞著原子核運(yùn)動(dòng)S理論認(rèn)為主要是三種力共同作用的結(jié)果，其一是原子核彎曲了核內(nèi)的四維空間并由此而產(chǎn)生的電磁力；其二是因宇宙膨脹而快速運(yùn)動(dòng)的光子空間對(duì)它的推力；其三是由于地球的自轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力；

五、S理論的相關(guān)公式

1．統(tǒng)一的四種相互作用力公式

由于S理論認(rèn)為4種基本作用力都是質(zhì)量對(duì)空間的彎曲所致，這也意味著用一種統(tǒng)一的理論來描述4種基本作用力是可能的。我們已經(jīng)知道了在我們熟知的三維世界中萬有引力可以用如下公式描述：

F=G*m*M/r^2，那么這樣一個(gè)在三維世界中被驗(yàn)證的萬有引力公式能否推廣至所有的緯度世界呢？S理論認(rèn)為這是可能的，但在推廣至其他的緯度空間時(shí)應(yīng)考慮不同的緯度空間之間的換算，因此一個(gè)適用于所有緯度空間的引力公式可能應(yīng)是這樣的：F=K*G*m*M/r^2,其中K為不同空間之間的換算系數(shù)。至于基本相互作用力中的斥力S理論認(rèn)為也應(yīng)有存在一種統(tǒng)一的力學(xué)描述公式。

篇6

本書旨在為博士生提供完全的、通過幾何學(xué)和拓?fù)鋵W(xué)起重要作用的物理系統(tǒng)實(shí)例。近年來出現(xiàn)了許多幾何學(xué)和拓?fù)鋵W(xué)的書籍，探究現(xiàn)代場(chǎng)論和其它一些物理實(shí)例，討論了幾何結(jié)構(gòu)在描寫諸如電子-磁單極系統(tǒng)、相對(duì)論自旋粒子或在一個(gè)非Abel YangMills 場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的粒子等各種物理理論中的重要作用。作者希望提供一種綜合的處理方法，給出共同的指導(dǎo)原則而不只是羅列一些結(jié)果。從而滿足青年學(xué)生和初入門的研究人員希望對(duì)相關(guān)主題快速了解的迫切需要。

作者們意識(shí)到，把幾何結(jié)構(gòu)引進(jìn)來描寫實(shí)際的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)有各種可能的方法，但實(shí)際上，人們很難判斷到底哪一種更好。在本書中作者們的抉擇是：在一個(gè)給定物理系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)描寫中所有的幾何結(jié)構(gòu)都應(yīng)當(dāng)被動(dòng)力學(xué)確定，與給定的動(dòng)力學(xué)相容，并與相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)自洽。

對(duì)于本書追求的目標(biāo)而言，作者們并不關(guān)心系統(tǒng)描述的具體尺度、它們是經(jīng)典的還是量子的，也不關(guān)心做實(shí)驗(yàn)的解釋即測(cè)量過程的理論描述。重點(diǎn)放在動(dòng)力學(xué)理論的一些基本方面的數(shù)學(xué)理解。闡述處理動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的一些標(biāo)準(zhǔn)思想。

全書內(nèi)容共分10章：1.線性和非線性物理系統(tǒng)及它們的方程的一些例子；2.幾何學(xué)和動(dòng)力系統(tǒng)語言：線性范例；3.動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的幾何化；4.動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的不變結(jié)構(gòu)：泊松動(dòng)力學(xué)；5.哈密頓和拉格朗日的經(jīng)典公式體系；6.厄米空間幾何學(xué)：量子演化；7.折疊與展開的經(jīng)典和量子系統(tǒng)；8.可積與超可積；9.LieScheffers 系統(tǒng)；10.附錄。

本書為了能適應(yīng)廣泛的讀者，在風(fēng)格上和內(nèi)容的取舍上并非完全統(tǒng)一。有些部分面向只有線性代數(shù)與微積分學(xué)基本知識(shí)的讀者。也有些用星號(hào)標(biāo)出的內(nèi)容用了一些更高等的數(shù)學(xué)，試圖給出對(duì)一些主題的更深入理解。本書對(duì)于數(shù)學(xué)物理領(lǐng)域的教學(xué)與研究人員極具參考價(jià)值。

丁亦兵，教授

（中國(guó)科學(xué)院大學(xué)）

Ding Yibing，Professor

（The University，CAS）Fabio Botelho

Functional Analysis and

Applied Optimization in

Banach Spaces

Applications to NonConvex

Variational Models

2014

http：///book/

10.1007/978-3-319-06074-3

篇7

我們對(duì)物理這門學(xué)科并不陌生，早在17世紀(jì)，偉大的物理學(xué)家伽利略就曾想出用理想斜面來研究力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。他開創(chuàng)了“觀察實(shí)驗(yàn)、科學(xué)思維、與數(shù)學(xué)相結(jié)合的研究方法”，發(fā)現(xiàn)了慣性定律、自由落體規(guī)律、力學(xué)相對(duì)性原理，從此奠定了動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)。而天才的物理學(xué)家牛頓將研究方法發(fā)揮到極至他在前人研究的基礎(chǔ)上，采用歸納演繹、綜合分析的方法，總結(jié)出牛頓運(yùn)動(dòng)定律和萬有引力定律，建立了完整的經(jīng)典力學(xué)。同時(shí)也確立了他在物理學(xué)界至高無上的地位,并被稱為經(jīng)典力學(xué)之父。但是人創(chuàng)造了歷史必然也會(huì)受到歷史的制約，因此經(jīng)典力學(xué)有其巨大的成就性，但其也存在著局限性。

一、經(jīng)典力學(xué)的成就

經(jīng)典力學(xué)理論體系的完美和實(shí)用威力的強(qiáng)大使物理學(xué)家相信,天地四方,古往今來發(fā)生的一切現(xiàn)象都能夠用力學(xué)來描述.許多科學(xué)家宣稱物理學(xué)的大廈已基本建成，留給后人的只是補(bǔ)充與完善。經(jīng)過三次革命，第一次,是一位年輕的物理學(xué)家?guī)缀鮾H靠單槍匹馬之力引發(fā)的。他就是偉大的理論物理學(xué)家，阿爾伯特•愛因斯坦。19世紀(jì)末科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),當(dāng)研究有關(guān)光的問題時(shí),用經(jīng)典物理的理論解釋一些相關(guān)現(xiàn)象,就會(huì)產(chǎn)生尖銳的矛盾.為了解決這一矛盾,愛因斯坦于1905年提出了狹義相對(duì)論；第的導(dǎo)火索是物理學(xué)史上的三大發(fā)現(xiàn)：倫琴發(fā)現(xiàn)X射線、湯姆生發(fā)現(xiàn)電子、貝克勒耳發(fā)現(xiàn)天然放射線 ,使物理學(xué)的研究從宏觀領(lǐng)域進(jìn)入了微觀世界,人們發(fā)現(xiàn),微觀粒子所表現(xiàn)出的現(xiàn)象用經(jīng)典物理理論根本無法解釋，為了克服這一困難,德國(guó)物理學(xué)家普朗克大膽提出了量子的觀點(diǎn),愛因斯坦等物理學(xué)家又將量子論進(jìn)一步豐富、發(fā)展，形成了現(xiàn)代量子力學(xué)理論.因此對(duì)其做出闡述是：經(jīng)典物理對(duì)物理學(xué)思想和科學(xué)方法作了重點(diǎn)總結(jié)，它只適用于宏觀低速的物體，相對(duì)論和量子論則適用于微觀高速粒子的運(yùn)動(dòng)。因此，相對(duì)論和量子力學(xué)的建立,并不是對(duì)經(jīng)典力學(xué)的否定。

二、經(jīng)典力學(xué)的局限性

（一）絕對(duì)時(shí)間、絕對(duì)空間等基本概念引入。按照偉大的物理學(xué)家牛頓所闡述的是，絕對(duì)的、真正的和數(shù)學(xué)的時(shí)間自身在流逝著，而且由于其本性而均勻地、與任何其他外界事物無關(guān)地流逝著。絕對(duì)空間就其本性而言，是與任何外界事物無關(guān)而永遠(yuǎn)是相同的和不動(dòng)的。絕對(duì)運(yùn)動(dòng)是一個(gè)物體從某一絕對(duì)的處所向另一絕對(duì)的處所的移動(dòng)。但是萊布尼茲、貝克萊、馬赫等先后都對(duì)絕對(duì)空間、時(shí)間觀念提出過有價(jià)值的異議，指出過，沒有證據(jù)能表明牛頓絕對(duì)空間的存在。愛因斯坦推廣了上述的相對(duì)性原理，提出狹義相對(duì)論。在狹義相對(duì)論中，長(zhǎng)度和時(shí)間間隔也變成相對(duì)量，運(yùn)動(dòng)的尺相對(duì)于靜止的尺變短，運(yùn)動(dòng)的鐘相對(duì)于靜止的鐘變慢。在廣義相對(duì)論中，時(shí)空的性質(zhì)不是與物體運(yùn)動(dòng)無關(guān)的：一方面，物體運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)要決定于用怎樣的空間時(shí)間參照系來描寫它另一方面時(shí)空的性質(zhì)也決定于物體及其運(yùn)動(dòng)本身。另一方面量子論的發(fā)展，對(duì)時(shí)間概念提出了更根本的問題。量子論的結(jié)論之一就是：對(duì)于一個(gè)體系在過去可能存在于什么狀態(tài)的判斷結(jié)果，要決定于在現(xiàn)今的測(cè)量中做怎樣的選擇。這種現(xiàn)在與過去之間的相互關(guān)系，是與因果順序概念十分不同的，暗含于時(shí)間概念中的因果序列要求過去的存在應(yīng)是不依賴現(xiàn)在的。因此，用時(shí)間來描述事件發(fā)生的順序，可能并不總是合用的。空間與時(shí)間是事物之間的一種次序，但并不一定是最基本的次序，它可能是更基本的次序的一種近似。

（二）牛頓雖然對(duì)引力作了抽象的、純粹數(shù)學(xué)形式的概括，把它實(shí)際看作是一種直接的、即時(shí)傳遞的超距作用力。愛因斯坦的廣義相對(duì)論對(duì)萬有引力做出一種解釋，就是時(shí)空本身是有彈性的，可以彎曲、伸展。當(dāng)一個(gè)有質(zhì)量的物體置于某一空間時(shí)，空間就會(huì)彎曲變形，質(zhì)量越大，空間彎曲變形就越嚴(yán)重。那么，空間為什么會(huì)在有質(zhì)量的物體周圍彎曲呢？愛因斯坦也沒能給出答案。所以，愛因斯坦的彎曲空間理論也沒有說明引力的本質(zhì)是什么。量子力學(xué)關(guān)于電荷間的電磁力和強(qiáng)子間的強(qiáng)相互作用力的傳遞原理的解釋也沒有說明引力的本質(zhì)是什么。認(rèn)為引力是通過引力場(chǎng)或引力子來傳遞的觀點(diǎn)也未得到肯定，因而至今科學(xué)家也沒有找到傳遞萬有引力作用的引力子。

（三）在經(jīng)典力學(xué)中物體的質(zhì)量是恒定不變的，它與物體的速度或能量無關(guān)。在相對(duì)論中質(zhì)量這一概念的外延就被大大地?cái)U(kuò)展了。.愛因斯坦著名的質(zhì)能方程E=mc2使到原來在經(jīng)典力學(xué)中彼此獨(dú)立的質(zhì)量守恒和能量守恒定律結(jié)合起來，成了統(tǒng)一的“質(zhì)能守恒定律”，它充分反映了物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)一性。質(zhì)能方程說明，質(zhì)量和能量是不可分割而聯(lián)系著的.一方面，任何物質(zhì)系統(tǒng)既可用質(zhì)量m來標(biāo)志它的數(shù)量，也可用能量E來標(biāo)志它的數(shù)量；另一方面，一個(gè)系統(tǒng)的能量減少時(shí)，其質(zhì)量也相應(yīng)減少，另一個(gè)系統(tǒng)接受而增加了能量時(shí)，其質(zhì)量也相應(yīng)地增加。愛因斯坦從力學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，考慮兩個(gè)球體的彈性碰撞，利用動(dòng)量守恒定理和相對(duì)論速度相加定理能夠?qū)С鲋馁|(zhì)速度公式 ，該式說明，物體的質(zhì)量不再是與其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)的量，它依賴于物體的運(yùn)動(dòng)速度。當(dāng)物體的速度趨于光速時(shí)，物體的質(zhì)量趨于無窮大。

（四）經(jīng)典力學(xué)定律只適用于宏觀低速世界，對(duì)于可與光速相比的高速情況和微觀世界的適用問題，當(dāng)時(shí)沒有涉及也不可能涉及。

（五）在經(jīng)典物理學(xué)中，最難使人滿意之處恐怕莫過于對(duì)光的描述了。如果微粒說是正確的，那么人們不禁要問，當(dāng)光被吸收的時(shí)候，組成光的粒子變成了什么呢？而且為了既表示可稱量物質(zhì)又表示光，必須在討論中引入不同的實(shí)體，這無論如何也不能使人心安理得。

同樣，納入力學(xué)框架中的光的波動(dòng)論也難以自圓其說。按照波動(dòng)論，光被解釋為充滿宇宙空間的以太的振動(dòng)。由于光是橫波，因此以太必須具有承受切應(yīng)力而不承受壓應(yīng)力的能力，又由于以太對(duì)可稱量物質(zhì)并不產(chǎn)生可觀察到的阻力，它又必須具有極小的密度。為此，人們絞盡腦汁，臆想出種種以太模型。這種無所不能、無奇不有的以太反倒使人如墮五里霧中。在1865年，克勞修斯確立了熱力學(xué)第二定律，該定律揭示出與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程具有不可逆性。在經(jīng)典力學(xué)中，從來也未發(fā)現(xiàn)類似的情況，力學(xué)過程的可逆性是由普遍的力學(xué)原理作保證的。可是熱力學(xué)第二定律也是普遍成立的，因此，這個(gè)矛盾是無法用力學(xué)的基本觀念予以解釋的。

篇8

雙核？四核？你落伍了。據(jù)報(bào)道，國(guó)產(chǎn)手機(jī)廠商華為將推出A15架構(gòu)的海思八核處理器，似乎預(yù)示著本年度將會(huì)是Android手機(jī)的八核元年。雖然持反對(duì)意見的一方認(rèn)為，現(xiàn)在即便是四核處理器，仍存在能耗高、待機(jī)時(shí)間不足等問題，因此在電池續(xù)航技術(shù)未有重大突破的情況下，進(jìn)一步推多核處理器只是“刻舟求劍”。但無論如何，華為正在縮短與全球一流處理器生產(chǎn)商之間的差距。

微點(diǎn)評(píng)：如果你有留意最新手機(jī)業(yè)界動(dòng)態(tài)，想必你一定知道三星不久前也了旗下第一款八核手機(jī)處理器Exynos 5 Octa，而華為明顯也不甘示弱。無論成敗，國(guó)產(chǎn)廠商的這種進(jìn)取精神讓人佩服。

愛因斯坦又贏了：時(shí)空本質(zhì)平滑

據(jù)美國(guó)太空網(wǎng)報(bào)道，根據(jù)一項(xiàng)最新研究表明，時(shí)空是平滑的而不是泡沫狀的，這項(xiàng)研究成果可能意味著，在這方面愛因斯坦的理論戰(zhàn)勝了其后的許多量子物理學(xué)家。在廣義相對(duì)論中，愛因斯坦將時(shí)空描述為在根本上是光滑的，只有在受到能量或物質(zhì)的作用下才會(huì)發(fā)生扭曲。然而一些量子物理學(xué)家們對(duì)此持有不同意見，他們認(rèn)為時(shí)空并不是連續(xù)的，而是由大量微小的粒子組成的，這些粒子不斷出現(xiàn)和消失。而根據(jù)此次最新的研究結(jié)果，在這個(gè)問題上愛因斯坦可能是正確的。

微點(diǎn)評(píng)：這項(xiàng)結(jié)果對(duì)于認(rèn)為時(shí)空泡沫存在的量子論是一個(gè)重大打擊，盡管這還并非致命性的一擊。作為當(dāng)代物理學(xué)的兩大支柱，相對(duì)論和量子力學(xué)卻在很多地方有相悖之處。這個(gè)成果，是愛因斯坦的勝利，但或許到愛因斯坦失敗的那天，才是人類科技取得突破性進(jìn)展的時(shí)刻。

陜西石茆遺址橫空出世：或改寫中華文明史

篇9

關(guān)鍵詞：科學(xué)；詩(shī)性；創(chuàng)造；自由

中圖分類號(hào)：G640文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671-1610（2012）04-0000-0

一、科學(xué)理論也是一種“風(fēng)、雅、頌”

長(zhǎng)沙愛晚亭旁，有一方柱形石碑，名“放鶴”。除刻“放鶴”二字外，碑之四周還刻有“二南”詩(shī)：南宋岳麓書院山長(zhǎng)張南軒之《清風(fēng)峽》，和乾隆湖南學(xué)政錢南園之《九日岳麓》。

“二南”之思緒，均貫往古來今，通四方上下，因而出言成詩(shī)。這印證王國(guó)維所說：“詩(shī)人對(duì)宇宙人生，須入乎其內(nèi)，又須出乎其外。入乎其內(nèi)，故能寫之。出乎其外，故能觀之。入乎其內(nèi)，故有生氣。出乎其外，故有高致。”［1］14

楊振寧將詩(shī)和方程式相提并論：“詩(shī)是什么? 詩(shī)是思想的濃縮。你把非常復(fù)雜的思想用幾行文字來表達(dá)，你寫的就變成了一首非常美麗的詩(shī)，一首有強(qiáng)大感染力的詩(shī)。我們尋求的方程式其實(shí)就是自然的詩(shī)篇。”［2］ 156也就是，若說詩(shī)人“對(duì)景生天機(jī)，隨心發(fā)匠巧”［3］，科學(xué)家則“情至不能己，氤氳化作詩(shī)。”［4］798

在徐光啟眼中，幾何像詩(shī)：“有三至、三能：似至晦，實(shí)至明，故能以其明明他物之至晦；似至繁，實(shí)至簡(jiǎn)，故能以其簡(jiǎn)簡(jiǎn)他物之至繁；似至難，實(shí)至易，故能以其易易他物之至難。易生于簡(jiǎn)，簡(jiǎn)生于明，綜其妙在明而已。”［5］幾何竟然有如此之妙！幾何是詩(shī)還是詩(shī)化幾何? 抑或造化是詩(shī)還是詩(shī)化造化?

從物理學(xué)理論中，楊振寧看到詩(shī)：“牛頓的運(yùn)動(dòng)方程、麥克斯韋方程、愛因斯坦的狹義與廣義相對(duì)論方程、狄拉克方程、海森伯方程和其他五六個(gè)方程是物理學(xué)理論架構(gòu)的骨干。……它們以極度濃縮的數(shù)學(xué)語言寫出了物理世界的基本結(jié)構(gòu)，可以說它們是造物者的詩(shī)篇。”［2］259

看一例，麥克斯韋的電磁理論，何詩(shī)性之有？當(dāng)相對(duì)論出現(xiàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)它具有洛倫茲不變性；當(dāng)量子力學(xué)出現(xiàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)它是相對(duì)論性的量子力學(xué)方程。當(dāng)廣義相對(duì)論出現(xiàn)時(shí)，只需加上一維麥?zhǔn)侠碚摼褪菑V義相對(duì)論性理論；當(dāng)自然界的基本相互作用出現(xiàn)統(tǒng)一的思想時(shí)，它又是最早和弱相互作用統(tǒng)為一體的理論。當(dāng)幾何概念運(yùn)用到物理時(shí)，發(fā)現(xiàn)它居然是幾何方程；當(dāng)共形不變性進(jìn)入物理學(xué)時(shí)，發(fā)現(xiàn)麥?zhǔn)戏匠叹哂泄残尾蛔冃浴?/p>

楊振寧總結(jié)說：“這些方程還有一方面與詩(shī)有共同點(diǎn)：它們的內(nèi)涵往往隨著物理學(xué)的發(fā)展而產(chǎn)生新的、當(dāng)初所完全沒有想到的意義。”［2］259 物理學(xué)理論如詩(shī)，而詩(shī)無達(dá)詁。鐘嶸論詩(shī)詞之“賦、比、興”：“文已盡而意有余，興也；因物喻志，比也；直書其事，寓言寫物，賦也。”［6］ 19故而科學(xué)理論特別具有詩(shī)“三義”［6］19中的“興”義。這就是詩(shī)性在科學(xué)中的主要體現(xiàn)。

科學(xué)家和詩(shī)人一樣，認(rèn)為物含詩(shī)性。在科學(xué)家眼中，描述造化規(guī)律的方程式就是同“風(fēng)、雅、頌”一般的詩(shī)章。

二、科學(xué)理論具有實(shí)用性和詩(shī)性

“凡詩(shī)之傳者，都是性靈、無關(guān)堆垛”［4］146。楊振寧這樣看“性靈”：“若直覺地把‘性情’、‘本性’、‘心靈’、‘靈魂’、‘靈感’、‘靈犀’、‘圣靈’（Ghost）等加起來，（性靈）似乎是指直接的、原始的、未加琢磨的思路。”［2］250“學(xué)物理的人了解了這些像詩(shī)一樣的方程的意義以后，對(duì)它們的美的感受既直接而又十分復(fù)雜的。”［2］260

可是，科學(xué)理論必須具有實(shí)用性，實(shí)用性不但指能精確應(yīng)用到解決已知體系中的問題，還指能精確預(yù)言到未知系統(tǒng)中的問題。既然如此精確，為什么還說科學(xué)理論還具有無法定量計(jì)算的“性靈”？

首先看無窮小和無窮大這兩個(gè)概念。它們是數(shù)學(xué)分析的基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代物理的基礎(chǔ)。宇宙之大，終歸有限；物質(zhì)之微，止于夸克。其小無內(nèi)之無窮小和其大無外之無窮大，其實(shí)整體在經(jīng)驗(yàn)之外。或者說只能局部地、近似地存在于現(xiàn)實(shí)世界。片面地強(qiáng)調(diào)實(shí)用性，其實(shí)是對(duì)人類理性設(shè)立的藩籬。只要邏輯自洽，無窮小和無窮大，是一個(gè)充滿了想象力、探險(xiǎn)精神的世界，是人類和自然交流的自由世界，而且遠(yuǎn)遠(yuǎn)還沒有探索完畢。而每一項(xiàng)新的探索之后獲得的結(jié)果，又無不具有極其廣泛的實(shí)用性。

再看牛頓第二定律，是中學(xué)物理知識(shí)的必學(xué)內(nèi)容。慣性系是牛頓第二定律的基礎(chǔ)。何謂慣性系？物體在沒有受到力的作用時(shí)，將保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的一個(gè)系統(tǒng)。可是，茫茫宇宙中，何處有慣性系？沒有！或者說只能局部地、近似地存在。說慣性系是物質(zhì)世界經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的總結(jié)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。此“總結(jié)”，似乎機(jī)械抽取提煉可達(dá)，其實(shí)大謬，非性靈而不可達(dá)也! 因?yàn)閼T性系整體在經(jīng)驗(yàn)之外，僅僅存在理性和詩(shī)織的世界中。不過，慣性系的深刻性表現(xiàn)在它的終極性，也就是不存在比慣性系更“慣性系”的參照系，它是所有可能參考系的一個(gè)剛性邊界。

實(shí)用性是科學(xué)理論的重要屬性，但是把實(shí)用性當(dāng)成科學(xué)理論的全部屬性，則是對(duì)科學(xué)的扼殺。這一點(diǎn)和技術(shù)不同。科學(xué)的目的應(yīng)當(dāng)在于激發(fā)和滿足人類的好奇心。科學(xué)理論是科學(xué)家緣物起意，乘物以游心的結(jié)果，居虛與實(shí)、抽象和具體、性靈和實(shí)用之間。

三、詩(shī)性自由是科學(xué)創(chuàng)造力的核心

愛因斯坦論理論物理方法的自由：自由創(chuàng)造（free invention）、自由創(chuàng)造、還是自由創(chuàng)造。［7］ 所以“一種理論可以用經(jīng)驗(yàn)來檢驗(yàn)，但是不存在從經(jīng)驗(yàn)通往理論建立的任何通道。”［8］

詩(shī)，詩(shī)思與詩(shī)創(chuàng)造，都出于自由。王國(guó)維這樣看詩(shī)人的自由：“詩(shī)人必有輕視外物之意，故能以奴仆命風(fēng)月。又能重視外物之意，故能與花鳥共憂樂。”［1］ 14

楊振寧將科學(xué)創(chuàng)造的自由與詩(shī)創(chuàng)造的自由相提并論：“清朝陳廷焯曾于《云韶集》中說寫詩(shī)達(dá)極高境界時(shí)有‘獨(dú)來獨(dú)往之趣’，做研究也如此。”［9］ 由此可說，科學(xué)創(chuàng)造的自由是一種詩(shī)性自由。

對(duì)科學(xué)知識(shí)的詩(shī)化理解的極致，在于創(chuàng)造出新的知識(shí)。而創(chuàng)造新的知識(shí)，又在于詩(shī)性自由。詩(shī)性自由能使科學(xué)家無視最開始時(shí)理論的“缺陷”，就是“輕視外物”的自由。任何偉大的思想的最初出現(xiàn)，一定朦朧、靈動(dòng)，科學(xué)家的偉大在于他們依然直覺科學(xué)原理于千里之外，而終能“與花鳥共憂樂”。

愛因斯坦談自己最偉大的發(fā)現(xiàn)時(shí)說：“我關(guān)于引力的一系列論文，是一連串的錯(cuò)誤的步驟，不過，還是這些錯(cuò)誤將我一步一步地引導(dǎo)了目的地。”［10］ 海森堡“真正讓人震驚的能力，就是能模糊而不確定地，以直覺而不以邏輯的方式，覺察出控制宇宙的基本定律的本質(zhì)性線索。”［2］320

1928年狄拉克最初發(fā)明一個(gè)電子運(yùn)動(dòng)的相對(duì)論性方程，發(fā)現(xiàn)其中有一個(gè)正電子的解。正電子是從何而來? 狄拉克假設(shè)存在一個(gè)負(fù)能級(jí)被填滿了的電子海――狄拉克海，當(dāng)其中的一個(gè)電子離開負(fù)能級(jí)的海后，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)空穴，而這個(gè)負(fù)能級(jí)的空穴就是正電子！這個(gè)電子海不出現(xiàn)在實(shí)空間，而是能量空間。

自然界具有反粒子這是一個(gè)終極真理。但是，如何給出一個(gè)機(jī)制來說明存在性呢？狄拉克不惜發(fā)明出一個(gè)明顯具有瑕疵的概念：無限深負(fù)能級(jí)狄拉克海及其空穴。這個(gè)瑕疵表現(xiàn)在，如何填滿無限深的海？然后在這個(gè)海中的有限深度處還要激發(fā)出電子來？因此，可以想見這些概念后來很快就被量子場(chǎng)論中的反粒子概念所替代。但是“負(fù)電子的海洋”這樣一個(gè)“虛無”的概念都是人類智力創(chuàng)造的巔峰之作，造化靈性的神來之筆，“照燭三才，暉麗萬有，……；動(dòng)天地，感鬼神，莫近于詩(shī)。”［6］ 15

1954年楊振寧創(chuàng)造規(guī)范場(chǎng)理論的時(shí)候，物理學(xué)界并沒有一個(gè)特別大的困難或者迷惑等待一個(gè)革命性的理論去解決。而物理學(xué)史上，楊振寧之所以能列于愛因斯坦、狄拉克之后，也是因?yàn)檫@個(gè)規(guī)范場(chǎng)理論。“在1950年代，我們只覺得這篇文章很美妙。到了60年代，才覺察到它的重要性，及至70年代始曉得它對(duì)物理學(xué)是極為重要的。”［11］

這個(gè)理論最初的形式，只能描述無質(zhì)量的場(chǎng)。對(duì)任何物理學(xué)家而言，這都是一個(gè)巨大的缺陷。楊振寧說：“我們發(fā)現(xiàn)我們不能對(duì)規(guī)范粒子的質(zhì)量下結(jié)論，我們用量綱分析做了一些簡(jiǎn)單的論證，對(duì)于一個(gè)純規(guī)范場(chǎng)、理論中沒有一個(gè)量帶有質(zhì)量量綱。因此規(guī)范粒子必須是無質(zhì)量的，但是我們拒絕了這種推理方式。”［12］“非阿貝爾情形比電磁學(xué)錯(cuò)綜復(fù)雜得多。……帶電規(guī)范粒子不可能沒有質(zhì)量。”［12］

科學(xué)創(chuàng)造的詩(shī)性自由，指引狄拉克、楊振寧等大家在已知理論的邊緣處，躍身而起。盡管不知道所落何處，但是天空的浩淼，已經(jīng)令心靈悸動(dòng)。這也是物理學(xué)大發(fā)現(xiàn)的通則，舉凡牛頓引入慣性系、愛因斯坦創(chuàng)造廣義相對(duì)論、普朗克引入量子化假說、薛定諤寫下薛定諤方程等，概莫能外。

四、科學(xué)教育應(yīng)該以詩(shī)性自由為出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)

詩(shī)性不唯文學(xué)藝術(shù)所獨(dú)有，也不應(yīng)唯文學(xué)藝術(shù)所獨(dú)有。偉大的科學(xué)理論，大多具有詩(shī)性。這一等同性，可以追索到古希臘人對(duì)造化和詩(shī)詞的理解，他們有一詞 poiein 就同時(shí)兼有制造、創(chuàng)造性、詩(shī)詞、甚至造物主（creator）等多方面的含義。

大學(xué)教育的靈魂在于培養(yǎng)創(chuàng)造性［13］ ；大學(xué)科學(xué)教育的靈魂更在于培養(yǎng)創(chuàng)新性。科學(xué)教育，作為專業(yè)教育，主要目標(biāo)是培養(yǎng)科學(xué)工作者照觀、探索、領(lǐng)悟世界的能力，發(fā)現(xiàn)、描述、解釋世界本質(zhì)規(guī)律的能力，以及呈示、傳播其發(fā)現(xiàn)、描述與解釋的能力；科學(xué)理論史已經(jīng)表明，這些能力的高下與詩(shī)性自由的多少之間存在密切關(guān)聯(lián)。作為通識(shí)教育，不論設(shè)定目標(biāo)是什么，根本目標(biāo)應(yīng)該拓展創(chuàng)新意識(shí)與提升創(chuàng)新能力；無論在什么領(lǐng)域，創(chuàng)新意識(shí)的強(qiáng)弱與創(chuàng)新能力的高下和詩(shī)性自由的多少之間，也都存在緊密聯(lián)系。

實(shí)用性或功利性是科學(xué)理論的重要屬性，但是，如果教育片面強(qiáng)調(diào)科學(xué)理論的實(shí)用性與功利性目標(biāo)而忽視其詩(shī)性自由，就如抽取錦緞經(jīng)緯線中之經(jīng)或緯線，科學(xué)理論將形存而神失。只有理解了科學(xué)知識(shí)的詩(shī)性，才能實(shí)現(xiàn)從經(jīng)驗(yàn)真實(shí)到理性真實(shí)的飛躍；只有理解了科學(xué)創(chuàng)造的詩(shī)性自由，才能從理性真實(shí)到詩(shī)化真實(shí)的飛躍，然后回到經(jīng)驗(yàn)真實(shí)。科學(xué)教育應(yīng)該以詩(shī)性自由為出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

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［2］楊振寧，翁帆．曙光集［M］．北京：三聯(lián)書店，2008.

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［4］袁枚．隨園詩(shī)話［M］．顧學(xué)頡，校點(diǎn)．北京：人民文學(xué)出版社，1982.

［5］徐光啟．徐光啟集（上冊(cè)）［M］．王重民，輯校．北京：中華書局，1963：77.

［6］鐘嶸．詩(shī)品［M］．周振甫，譯注．北京：中華書局，1998.

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［8］Einstein, A. Geometry and Experience ［G］ // Einstein, A. Sidelights on Relativity. New York: Dover Publications, 1983: 25.

［9］楊振寧．陳省身教授小傳 //徐勝藍(lán)，孟東明．楊振寧傳．上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，1997：215.

［10］Pais，A．上帝難以捉摸，……――愛因斯坦的科學(xué)與生平［M］．方在慶，李勇，等，譯．廣州：廣東教育出版社，1998：313.

［11］張奠宇．楊振寧和當(dāng)代數(shù)學(xué)［M］// 楊振寧．楊振寧文集（下）．張奠宇，編．上海：華東師范出版社，1998：728.

篇10

關(guān)鍵詞：布朗運(yùn)動(dòng) 量子力學(xué) 物質(zhì)場(chǎng) 波動(dòng)函數(shù)

引子：這篇論文是洗衣服時(shí)出現(xiàn)的一些現(xiàn)象，讓我很好奇，所以我開始了對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)的研究。

布朗運(yùn)動(dòng)：懸浮微粒永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象（說明一下：永不停息是不存在的，長(zhǎng)時(shí)間或較長(zhǎng)時(shí)間，人們是可以接受的），很對(duì)不起大家，剛開始就要括號(hào)說明，只是現(xiàn)在的定義，真是永不停息。布朗運(yùn)動(dòng)的例子特別多，大家很容易見到，如把一把泥土扔到水里攪合攪合，或在無風(fēng)的情況下對(duì)著陽(yáng)光觀察空氣中的塵粒等等，現(xiàn)在這些類似運(yùn)動(dòng)都稱為布朗運(yùn)動(dòng)。

1827年，植物學(xué)家R·布朗首先提出發(fā)現(xiàn)這種運(yùn)動(dòng)。在他之后的很長(zhǎng)時(shí)間，人們對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)、觀察。最后古伊在1888-1895期間對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)提出自己的認(rèn)識(shí)：

布朗運(yùn)動(dòng)并不是分子運(yùn)動(dòng)，而是從分子運(yùn)動(dòng)導(dǎo)出的一些結(jié)果能向我們提供直接和可見的證據(jù)，說明對(duì)熱本質(zhì)假設(shè)的正確性。按照這樣的觀點(diǎn)，這一現(xiàn)象的研究承擔(dān)了對(duì)分子物理學(xué)的重要作用。

古伊的文獻(xiàn)產(chǎn)生過重要的影響，后來貝蘭（我們第一個(gè)實(shí)驗(yàn)測(cè)量原子大小的人）把布朗運(yùn)動(dòng)正確解釋的來源歸于古伊。實(shí)話實(shí)說，古伊的文獻(xiàn)太重要了，在我看來：一語中的。太對(duì)了，古伊是歸納總結(jié)的天才，也是真正從實(shí)驗(yàn)的角度來解釋布朗運(yùn)動(dòng)的第一人。

古伊的話有三個(gè)重點(diǎn)：

一、布朗運(yùn)動(dòng)不是分子運(yùn)動(dòng)。

二、說明熱本質(zhì)假設(shè)的正確性(下面會(huì)專門論述熱的本質(zhì)問題）。

三、利用分子布朗運(yùn)動(dòng)的結(jié)果來承擔(dān)對(duì)分子物理學(xué)的研究。

1905年愛因斯坦根據(jù)分子運(yùn)動(dòng)論的原理提出布朗運(yùn)動(dòng)理論，同時(shí)期的斯莫羅霍夫斯基作出同樣的成果。

愛因斯坦在論文中指出：按照熱的分子運(yùn)動(dòng)論，由于熱的分子運(yùn)動(dòng)大小可以用顯微鏡看見的物體懸浮在液體中，必定會(huì)發(fā)生大小可以用顯微鏡觀測(cè)到的運(yùn)動(dòng)，可能這里所討論的運(yùn)動(dòng)就是布朗運(yùn)動(dòng)，觀測(cè)這種運(yùn)動(dòng)和預(yù)期的規(guī)律性，就可能精確測(cè)量原子的大小，反之證明熱分子運(yùn)動(dòng)的預(yù)言就不正確。這些是愛因斯坦的研究成果。

現(xiàn)在人們認(rèn)為這是對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)的根源及其規(guī)律性的最終解釋，我認(rèn)為不是。這是愛因斯坦成功的利用布朗運(yùn)動(dòng)的原則創(chuàng)造性提出熱分子運(yùn)動(dòng)論，利用這一理論可以測(cè)量分子原子的大小，把布朗運(yùn)動(dòng)近似為熱分子運(yùn)動(dòng)論。或許是天意，愛因斯坦的論文我怎么看都有絕對(duì)論的意思。“有大小可以用顯微鏡看見的物體懸浮在液體，必定會(huì)發(fā)生大小可以用顯微鏡觀測(cè)到的運(yùn)動(dòng)”。運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)性，不過這里他說的是發(fā)生相對(duì)于物質(zhì)本身的運(yùn)動(dòng)，可能這是相對(duì)論的名稱來源吧。我的評(píng)價(jià)：初級(jí)的絕對(duì)論。在絕對(duì)論中只要有物質(zhì)存在就有物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的。愛因斯坦的熱分子運(yùn)動(dòng)論：舍本取末，換句話說他把布朗運(yùn)動(dòng)等同于分子運(yùn)動(dòng)了，認(rèn)為熱分子運(yùn)動(dòng)引起了的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，就是觀察到的布朗運(yùn)動(dòng)。既然相對(duì)論是初級(jí)的絕對(duì)論，我今天提出絕對(duì)論，那么所有愛因斯坦做過的事情，我可能都要去做一遍。布朗運(yùn)動(dòng)不是熱分子運(yùn)動(dòng)，但是可以引起熱分子運(yùn)動(dòng)，愛因斯坦的成果只是利用了布朗運(yùn)動(dòng)引起的熱分子運(yùn)動(dòng)，他沒有分析布朗運(yùn)動(dòng)的根源：物質(zhì)為什么會(huì)存在布朗運(yùn)動(dòng)。當(dāng)顯微鏡越來越清晰的時(shí)候，愛因斯坦的擴(kuò)散統(tǒng)計(jì)方程就不能適用了。

現(xiàn)在隨著科學(xué)的不斷進(jìn)步，量子理論對(duì)真空漲落的認(rèn)識(shí)不斷加深，量子理論也對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)的根源給出自己的看法，同樣今天絕對(duì)論也給出自己對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)：

一、布朗運(yùn)動(dòng)不是分子運(yùn)動(dòng)，或者說不是單個(gè)粒子間的運(yùn)動(dòng)。

二、布朗運(yùn)動(dòng)是一個(gè)由點(diǎn)到面，再由面到點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)形式。

三、布朗運(yùn)動(dòng)是與波動(dòng)函數(shù)有關(guān)的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)特性。

布朗運(yùn)動(dòng)不是分子的運(yùn)動(dòng)或者說不是單個(gè)粒子之間的運(yùn)動(dòng)，為什么這么說呢：一滴水融入大海永不干涸（永字應(yīng)為長(zhǎng)時(shí)間，不過人們習(xí)慣認(rèn)識(shí)，所以沒有改為長(zhǎng)時(shí)間）大海洶涌澎湃，一盤水很容易平靜。相比之下，為什么有如此巨大反差：物質(zhì)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的疊加效應(yīng)，滴水穿石的道理也是如此。

簡(jiǎn)單的一滴水為什么能夠融入大海呢？正像洗衣服為什么能把衣服洗干凈，洗不干凈會(huì)在衣服干后留下許多漬跡一樣。液體的形態(tài)對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了如何的影響呢？這是我們應(yīng)該思考的問題，這里我引入二個(gè)概念：物質(zhì)場(chǎng)與波動(dòng)函數(shù)。

說一下自己的看法：一滴水的運(yùn)動(dòng)比如一個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)，大海是一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)，一盆水也是一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)，同樣一滴水也可是一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)，那么一個(gè)電子也可是一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)，也就是說一個(gè)量子可以看作是一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)，量子的運(yùn)動(dòng)可以當(dāng)成物質(zhì)場(chǎng)在運(yùn)動(dòng)。

其實(shí)為了研究布朗運(yùn)動(dòng)，引入物質(zhì)場(chǎng)這個(gè)概念，把物質(zhì)現(xiàn)實(shí)中的存在狀態(tài)看成是一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)的存在，相信大家能夠理解。把物質(zhì)形態(tài)存在的狀態(tài)不去看它把當(dāng)成一個(gè)獨(dú)立的物質(zhì)場(chǎng)存在，比如一塊鐵、一塊鋼、一塊磚，我們都把它當(dāng)成一個(gè)獨(dú)立的物質(zhì)場(chǎng)存在，那么這個(gè)物質(zhì)場(chǎng)中的電子、原子、質(zhì)子等粒子都是這物質(zhì)場(chǎng)的一部分，那么這物質(zhì)場(chǎng)中的一切物質(zhì)都應(yīng)是這物質(zhì)場(chǎng)的一部分。

一個(gè)統(tǒng)一的物質(zhì)場(chǎng)。對(duì)于運(yùn)動(dòng)而言，物質(zhì)場(chǎng)有整體的運(yùn)動(dòng)，也有物質(zhì)場(chǎng)的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)：質(zhì)子、電子、中子等微粒之間的運(yùn)動(dòng)，比如我用力去拿一件東西，我的全部身體都在運(yùn)動(dòng)，手的運(yùn)動(dòng)和身體內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)時(shí)截然不同的，但作為一個(gè)整體，我把東西拿了起來，而東西作為一個(gè)完整的物質(zhì)場(chǎng)表現(xiàn)是被我拿了起來，整個(gè)的分子、原子、電子構(gòu)成的物質(zhì)場(chǎng)共同被我拿了起來。

諸如這些運(yùn)動(dòng)是整體的完整的物質(zhì)場(chǎng)，對(duì)另一個(gè)完整的物質(zhì)場(chǎng)的作用，牛頓力學(xué)已經(jīng)很好的應(yīng)用到多個(gè)方面，宏觀物理研究的物體很明確，運(yùn)動(dòng)也很明顯，都可以準(zhǔn)確測(cè)量計(jì)算。為什么這里一定要強(qiáng)調(diào)完整的物質(zhì)場(chǎng)呢？一滴水進(jìn)入了大海之后，這一滴水的完整物質(zhì)場(chǎng)依然存在，而變成大海的物質(zhì)場(chǎng)一部分，這一滴水所有的運(yùn)動(dòng)，所有的信息都變成了大海物質(zhì)場(chǎng)的一部分，大海的每一滴水都是一個(gè)完整的物質(zhì)場(chǎng)，但都是大海物質(zhì)場(chǎng)的一部分，大海有每一滴水的信息 ，但當(dāng)空氣蒸發(fā)水蒸氣時(shí)，大海不會(huì)單獨(dú)讓哪一個(gè)完整的小水滴去蒸發(fā)，而是大海整個(gè)的一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)在做蒸發(fā)這件事，與個(gè)體的物質(zhì)場(chǎng)的狀態(tài)關(guān)系不大。

可能從小水滴到大海大家覺得不直觀，在量子力學(xué)把電子看成小水滴，把一個(gè)物質(zhì)粒子看成大海，或者幾公斤的金屬板看成大海，相信這樣我們的科學(xué)人士都能夠理解。

光電效應(yīng)的原理：把光子看成一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)，把金屬板看成一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)，光照到金屬板上，放出電子（當(dāng)然需要一個(gè)極限頻率）是一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)對(duì)另一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)的反應(yīng)，那么釋放的電子是物質(zhì)場(chǎng)的整體行為，不是單個(gè)電子吸收能量而釋放出來。極限頻率，用水吸收80卡的熱量才能變成水蒸氣來說明吧，80米的水位永遠(yuǎn)流不出100米的大壩。每個(gè)物質(zhì)場(chǎng)都有自己的固有頻率，超過這個(gè)頻率的東西來破壞它，這個(gè)物質(zhì)場(chǎng)就發(fā)生變化用大錘去打東西，物質(zhì)會(huì)反應(yīng)不同的。

另一個(gè)問題：固體微粒之間結(jié)合很好，但是一個(gè)個(gè)的原子又是相互隔開，可是這一個(gè)個(gè)原子又構(gòu)成統(tǒng)一的物體。為什么？：波動(dòng)函數(shù)，物質(zhì)的特性是一個(gè)個(gè)小的原子共同表現(xiàn)出的特性，兩塊鐵融化后能夠形成一塊鐵，人類有無數(shù)的合金材料以及其它合成物質(zhì)，為什么這些材料表現(xiàn)出了原來不同的特性呢，物質(zhì)場(chǎng)的特性為什么變化呢？

物質(zhì)的特性變化了，那么每一個(gè)小的物質(zhì)場(chǎng)的特性也會(huì)變化。一般情況下原子不可能變，合金狀態(tài)的原子也未變，那么什么變化了呢？量子的運(yùn)動(dòng)方式變化了，也就是電子和質(zhì)子以及其它的微粒運(yùn)動(dòng)形式變化了，整個(gè)的物質(zhì)場(chǎng)的量子波動(dòng)函數(shù)變化了。

波動(dòng)函數(shù)是為了形象說明布郎運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)引入的一個(gè)物質(zhì)特征，一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)的波動(dòng)函數(shù)體現(xiàn)物質(zhì)作布郎運(yùn)動(dòng)的能力，也體現(xiàn)了物質(zhì)場(chǎng)內(nèi)部物質(zhì)運(yùn)動(dòng)能力。波動(dòng)函數(shù)是物質(zhì)場(chǎng)與物質(zhì)場(chǎng)之間結(jié)合（疊加）能力的一種體現(xiàn)。一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)中會(huì)有很多不同的波動(dòng)函數(shù)如：分子之間，原子之間，電子之間，質(zhì)子之間，原子于分子之間，電子與原子核之間，質(zhì)子與中子之間等等許許多多的量子之間。波動(dòng)函數(shù)是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種能力的體現(xiàn)。

當(dāng)然這個(gè)概念也很符合量子力學(xué)的波動(dòng)方程的需要，那就是所有的物質(zhì)場(chǎng)都有自己的波動(dòng)函數(shù)，而且不止一個(gè)。當(dāng)波動(dòng)函數(shù)達(dá)到一定數(shù)值，物質(zhì)場(chǎng)之間既可融合。這樣雖然原子之間的距離是分開的，但是電子之間的物質(zhì)場(chǎng)卻可以是融合在一起的（當(dāng)然還有比電子更小物質(zhì)，那它們的物質(zhì)場(chǎng)更會(huì)融在一起）

波動(dòng)函數(shù)越高，物質(zhì)融合的越快，反之越慢，諸如擴(kuò)散現(xiàn)象，滲透等等，固體之間的波動(dòng)函數(shù)低，所以最好融化或鍛打成液態(tài)式的結(jié)合，需要外部的力量加大它的波動(dòng)函數(shù)。波動(dòng)函數(shù)是物質(zhì)作布郎運(yùn)動(dòng)的一種能力，我更愿意認(rèn)為波動(dòng)函數(shù)是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種能力（在絕對(duì)論中運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)的生命）。與物質(zhì)本身的溫度有關(guān)，與外界的干涉有關(guān)。例如：加熱氣體，溶液或用力攪拌溶液等等會(huì)增波動(dòng)函數(shù)值。（下面我們還要專門研究熱的本質(zhì)問題）

用一個(gè)方程式來表達(dá)吧。

H值=H℃溫度+Hoi外部干涉，H：波動(dòng)函數(shù)。其實(shí)我的波動(dòng)函數(shù)和量子力學(xué)中的的物質(zhì)波不是完全相同。

波動(dòng)函數(shù)是物質(zhì)場(chǎng)的特性，是物質(zhì)生命能力的一種體現(xiàn)。表現(xiàn)在粒子上，粒子就具有波動(dòng)性，同時(shí)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)一定需要能量的，也一定出現(xiàn)物質(zhì)的波動(dòng)。所以不是粒子具有波粒二象性，而是物質(zhì)場(chǎng)具有波動(dòng)函數(shù)。就象一整鐵的內(nèi)部具有輕微的布郎運(yùn)動(dòng)，也就是說這塊鐵的所有原子、分子、電子等等一切粒子都在做一定的布郎運(yùn)動(dòng)。所有的粒子都具有這塊鐵的物質(zhì)特性。也就是所有的粒子都有自己相應(yīng)的波動(dòng)函數(shù)。這與這塊鐵的運(yùn)動(dòng)和外界條件都有關(guān)系。就比如大海是所有的水滴和水中的懸浮物體構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的物質(zhì)場(chǎng)，是所有的物質(zhì)場(chǎng)的疊加效應(yīng)，如果你取出一滴水，那么這一滴水就不屬于大海了，它和大海就毫不相干了，完全是不同的物質(zhì)場(chǎng)了。

說到這些，大家可能會(huì)樂了，我也很樂的：這就是我們量子力學(xué)上著名的不確定原理和測(cè)不準(zhǔn)原理，因?yàn)槟阋獙?duì)這一個(gè)量子測(cè)量，那你就要破壞這個(gè)粒子在物質(zhì)場(chǎng)的狀態(tài)，你永遠(yuǎn)不能無法精確測(cè)量一個(gè)量子系統(tǒng)。因?yàn)槟銣y(cè)量一滴水的結(jié)果就會(huì)脫離大海這個(gè)物質(zhì)場(chǎng)。這一滴水在大海里就和大海一樣大，除非有測(cè)大海一樣大的儀器，否則無法測(cè)量這一滴水在大海中運(yùn)行狀態(tài)。但是我們可以運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)對(duì)整個(gè)的物質(zhì)場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。我們可以計(jì)算大海每天蒸發(fā)了多少噸的水，但不可以說是那一噸水。

其實(shí)量子力學(xué)碰到的最大問題，不是實(shí)驗(yàn)不能證明。而是無法說明粒子為什么不可測(cè)，而且無法確定位置，因?yàn)槿魏我粋€(gè)物質(zhì)場(chǎng)都是一個(gè)面，一個(gè)量子只是一個(gè)點(diǎn)，而運(yùn)動(dòng)和變化是物質(zhì)場(chǎng)與物質(zhì)場(chǎng)之間發(fā)生的，與單個(gè)的粒子運(yùn)動(dòng)關(guān)系不大。當(dāng)然也不能說一點(diǎn)沒有，就象人與人打架一樣，是兩個(gè)物質(zhì)場(chǎng)在運(yùn)動(dòng)，打在手上，而全身都難受，手痛得最厲害。是整個(gè)物質(zhì)場(chǎng)在對(duì)外界的物質(zhì)場(chǎng)共同的感受。可不是只是手不舒服，所以我們能夠精確地確認(rèn)各個(gè)量子運(yùn)動(dòng)疊加之后統(tǒng)計(jì)結(jié)果（宏觀物理），但我們不能很精確一個(gè)物質(zhì)場(chǎng)內(nèi)部的那一小點(diǎn)起作用。物質(zhì)是整體運(yùn)行的，當(dāng)外部的物質(zhì)變化時(shí)內(nèi)部的物質(zhì)也會(huì)有相應(yīng)變化的，量子運(yùn)行方式會(huì)發(fā)生一些改變。

量子力學(xué)從來沒有從一個(gè)面去研究物體，只注重了一個(gè)點(diǎn)，而經(jīng)典物理只注意宏觀物理現(xiàn)象的規(guī)律性，也就是注意面了。

量子力學(xué)注重研究了物質(zhì)場(chǎng)的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)：?jiǎn)蝹€(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)（點(diǎn)）。經(jīng)典物理學(xué)：牛頓力學(xué)，相對(duì)論只注重了物質(zhì)場(chǎng)與物質(zhì)場(chǎng)的外部運(yùn)動(dòng)（面）。

而布郎運(yùn)動(dòng)是把物質(zhì)場(chǎng)的內(nèi)部和外部運(yùn)動(dòng)結(jié)合一起的表現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，是點(diǎn)到面，再面到點(diǎn)全過程，所以對(duì)布郎運(yùn)動(dòng)的研究也是一個(gè)科學(xué)研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)史的一個(gè)縮影。

人對(duì)事物的認(rèn)識(shí)總是漸近的，按照絕對(duì)論的原則，弧立的事情是不存在的，所有的系統(tǒng)都是宇宙整體的一部分，所有的運(yùn)動(dòng)都是宇宙生命的一種體現(xiàn)。

現(xiàn)在用量子理論中的概念說明熱的本質(zhì)問題：熱量只是能量的一種表現(xiàn)形式。熱的來源一般是：化學(xué)反應(yīng)，物理作用（包括核反應(yīng)），能量轉(zhuǎn)化。等等的這一切源于：量子運(yùn)行方式的改變。量子運(yùn)行只會(huì)一個(gè)場(chǎng)，一個(gè)場(chǎng)的變化，也就是說量子運(yùn)動(dòng)只可123456 不會(huì)連續(xù)不斷 沒有0.1，0.2，0.3，0.4等等。量子的運(yùn)行方式改變只可這個(gè)場(chǎng)直接到那個(gè)場(chǎng)，要么吸收一定能量，要么釋放一定能量。水分子或者是固態(tài)，或是氣態(tài)，液態(tài)，沒有中間的狀態(tài)。能量有許多表現(xiàn)形式，而熱量是能量的一種表現(xiàn)形式，所以我們可以測(cè)定溫度等等現(xiàn)象。量子運(yùn)行方式改變了，物質(zhì)的特性也就改變了。燒火做飯，木柴變成灰燼，原子一個(gè)不少，電子一個(gè)不少，可是它們之間的運(yùn)行方式改變了，能量或釋放了或吸收了，物質(zhì)也就變化了。