宏微相对性原理

2021-09-10 08:43黄宇
商业2.0-市场与监管 2021年7期
关键词:物理思维

摘要:十九世纪末是科学的分水岭,一方面简约的经典物理被认为是发展到了相当完善的地步,另一方面却又在科学实验中遇见了自身所无法解决的严重困难。这样的困难引起了科学家对传统思维的质疑,量子理论就是在解决这些困难时建立起来的一套理论,这个理论是在同经典物理的矛盾中逐渐建立起来的。如果我们能够重新回到十九世纪来面临那个艰难抉择的时刻,笔者选择了继续以常规的思维来解决问题,看似完善的经典物理原来自身存在着严重的漏洞和缺陷,修缮后的经典物理重新面对那些困难时,这种思维竟然能够轻描淡写地将这些看似不可思议的难题进行游刃有余的化解。宏微相对性原理继续沿袭了经典物理简约的特点,它以一种强大、粗暴而有效的手段尖锐地指出了量子理论主体思维竟然是一种徒劳无功的努力,本论文对物理发展的方向具有深远的指导意义。

关键词:机械运动;物理思维;宏微相对性原理;量子理论

1.引 言

《物理思维方法论》认为人类文明在认识世界的方式上一开始就出现了一些偏执,人们无意识地首选了以单纯视觉的感知来认识世界。虽然视觉感知确实不失为是一种最为便利的认知方式,但是视觉却无法直观地认识到“香、痛和苦”等讯息的存在。教科书不仅在机械运动基本定义里是以单纯视觉的感知来窥探世界,物理学在之后继续的发展中依然无意识地延续了这一偏执的方法。请大家深刻理解并挖掘一下速度、加速度、坐标系、参照物等等这些物理元素的基本特征。在这些物理元素里能够非常明显地看出单纯视觉感知的因素,如果大家还有继续的兴趣去了解牛顿定律、相对论以及量子力学,照样能够不断挖掘出单纯视觉感知的思维因素,物理学正在用单纯的视觉去理解所有事物,我们艰难地用视觉去感悟着疼痛、香甜和旋律的存在。实际上运动释放了两种截然不同的物理讯息出来,我们必须以与之相对应的视觉或触觉才能感触到这些讯息的存在。用视觉去认识篝火,会认为这是一种火红的东西;而用触觉去认识篝火,就会觉得这是一种温暖的东西。产生这样不同的认识,并不是主观意识改变了客观世界,而是不同的感觉天线接收到的客观讯息不同。用触觉来认识运动时,机械运动的基本定义可以用另一种方式来描述它,这就是“运动是物质储存能量的一种方式”,既然这样,那么接下来我们脑海中自然而然就会产生这样一个疑问:运动到底是怎样储存能量的?这就是本文需要重点讨论的中心话题之一。在具体问题的分析中,需要大家继续摒弃视觉感知的思维方式,用触觉感知的思维来触摸世界。

2.对机械运动能量储存机理的分析

2.1 物质的构成及相互作用

运动是物质储存能量的一种方式,而物质储存能量的方式有很多。比如水池也具有存储水能的功能,由于我们能够非常直观地看见水池的存在状态,因此很容易发现水池存储能量的机理,它就是以一种直接“罐装”的方式来达到水能的存储。现在要去认识运动是如何存储动能的,当然首先就得来认识一下物质这个“水池”到底是怎样的一种存在状态,只有这样才能更好地理解它存储能量的原理。人类认识物质的构成是在不断深入发展的,物质由分子构成,而分子由原子构成;原子由原子核和核外电子构成;原子核由质子和中子构成;质子和中子由夸克构成,至于夸克的结构还需进一步探讨。弦理论认为夸克等粒子,实际上是一种非常小的闭合圈,通常称为闭合弦,这些闭合弦的震动才出现了基本粒子。对于夸克还能不能再继续分割,科学家早就失去了继续分割下去的兴趣。随着量子物理学的发展,这些更小的粒子早就没有粒子性了。这些微粒不再是一个粒子,而是一个类似电磁波的存在,由这样的微观粒子构成了宏观世界。我们知道,分子之间是有间隔的,而构成分子的原子里面,悬挂在空旷空间中的是原子核,其他微小的电子类似地球绕太阳旋转那样绕着原子核运动。宇宙中存在着各种类型的力,是这些力把散沙般的基本粒子结合在一起,组成了各种各样的物质。这些力从本质上都可归结为四种基本力,它们分别是强核力、弱核力、电磁力及引力。大统一理论认为,强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用可以统一成一种相互作用。

由此看来,物质内部并不是表面看起来那样的致密,微粒漂浮在异常空旷的空间中,而微粒间由相互吸引或者排斥的力束缚。这种既可能相互排斥又可能相互吸引的特性跟弹簧的性质一样,弹簧的两端也可以相互发生排斥或者吸引。正是由于微粒间弹簧一样的特性,使得物质既没有发生塌缩也没有发散而消失。当你压缩弹簧的时候,它会给予你一种排斥的力;而当你拉伸它的时候,弹簧则会给予你一种吸引的力。宇宙以数十亿年的寿命演绎着它的生生不息,这些都得益于构成物质的微粒之间,互相吸引或者排斥的力维持着一种稳定。

2.2 对物质如何储存动能的推测

通过对物质构成及微粒间相互作用的基本认识,大家脑海里面就有了物质这个“水池”存在状态的基本概念了。现在做一个简单的实验:甲人向乙人投掷一个石块。实验中石块会发生一个物理的变化(即机械运动),当以视觉来接触这个物理现象时,得到的感受就是石块位置发生了变化。现在要求大家将视觉的感知完全屏蔽,也就是说,物体位置的变化将不再是大家最大的感触了,瞎子脑海里面甚至并没有这样的概念。让我们以绝对瞎子的状态来认识运动,在相距甚远的二人之间,实验的结果是甲人释放的能量最终宣泄到了乙人身体上。如果实验中甲人只是徒手挥击的话,隔空并不能打物,那么能量又是通过什么手段最终实现了隔空打物的呢?实验中,石头所发生的物理事件担任了一个重要角色。甲人能量的施加对象是石块,而乙人接受到的能量也是来源于与石头的直接接触,石块在整个实验中担任了一个媒介的作用。这个媒介所具有的一个重要功能就是在其间对能量进行了存储。由此看来,机械运动不仅存在“物体位置的变化”,运动还是物质储存能量的一种方式。水池储存水能的方式就是一种简单而直接的罐装;高高举起的石头会具有势能,被举起的石头其实也是一种能量的存储方式。像上述两个物理事件对能量的蓄积,其蓄能的方式和原理都非常简单而直观。既然运动也是物质储存能量的一种方式,那么这种方式又是如何存储能量的呢?刚刚对物质的构成及微粒间的相互作用有了一些基本認识,发现物质微观领域的特性更像是一种“弹簧”,而不单单只是一个简单的“罐子”。微观领域微粒最终到底是粒子还是闭合弦都不是重要的,重要的是这些微粒(或者闭合弦)之间由相互排斥或吸引的力束缚,这样的特性跟弹簧非常类似。既然如此,那么弹簧上如何进行能量的蓄积呢?这个答案并不复杂,把弹簧的一端在木板上固定,然后将弹簧拉伸(或者压缩)后的另一端也用钉子固定起来,这样就完成了在弹簧上对外部能量的一种蓄积。当然,弹簧如果是对热能进行存储,情形就不是这样了。现在只讨论手臂推动物体的这种能量蓄积,因此弹簧蓄能的方式就只是发生了形变。我们再来回放一下刚才实验的具体情形:石块接受了来自甲人手臂的能量,在与另外物体未发生接触之前,石块需要携带(即存储)这份能量。石块并没有像水池一样只是简单地罐装和容纳这份能量,它更像一段弹簧。既然微观领域微粒间的特性跟“弹簧”类似,那么发生“形变”也就是这个“弹簧”进行能量蓄积的重要方式。由此可见,物质运动对能量储存的方式跟水池蓄能的情形略有不同。水池蓄能主要采纳的方式是“容纳”(因压强而产生的水池形变可以忽略不计),而运动物质对能量的储存,它不仅是 “容纳”,运动物质主要采纳了以“内部弹簧”发生 “形变”的原理来蓄积能量。

在以上的讨论中,我们很容易将视觉感知的因素介入进来。大家会说,手臂施加的能量让石块也发生了位移变化呀,为什么就不讨论这个呢?本文需要讨论的只是食物的辣味,你为什么总是离不开在颜色方面的纠葛?手臂能量确实引起石块发生了位移,但这是 “食物颜色”的问题,现在只讨论“食物”的“辣”味,所以就没有必要提出和介入颜色方面的结论了。在理解上极易发生混淆的这些方面大家能够进行区分吗?我们需要完全忘记教科书的阐述,并且达到绝对屏蔽视觉感知因素的影响。腾空大脑后,这样才能以自己合理的逻辑来判断是非与对错。

2.3 物质运动蓄能原理的物理意义及实验验证

对物质运动蓄能机理所进行的分析只是一种凭空想象,什么实验能够验证这种猜想?对这种蓄能机理的推测又有什么物理意义?在木板上弹簧的蓄能实验中,手臂是外部的施力物体,弹簧是储存能量的受力物体。试问一下,木板弹簧会发生怎样的形变(或者说会发生多少形变)由谁来决定?它是由手臂力量来决定的,而不是由弹簧来决定(不同实验情形下,假定都是同一个特定的弹簧,其他不同类型弹簧的情形在这里没有物理意义,所以不予讨论)。这个道理虽然很浅显,但它却具有着非常重要的地位,这个简单的道理甚至是很了不起的。在木板上所进行的弹簧蓄能实验,其实是对运动物质蓄能机理的一种模仿,这是为了便于大家能够更加直观而形象地得到理解而已。作为施力物,推拉弹簧的力量与推动运动物体的力量相互对应;而作为受力物,弹簧的弹性与物质内部微粒间相互作用的特性也是互相对应的。木板上的弹簧能够发生怎样的形变,它不是由弹簧来决定。同样的道理,物质内部微观粒子间的状态也不是由微粒间的相互作用来决定,微粒间会存在怎样的状态是由外部能量所决定。换句话说,物质的内部结构及变化规律是由该物质宏观运动的状态来决定。这是一个令人瞠目结舌的结论,其原理并不复杂,请大家从始至终再进行反反复复的考量,因为这个结论将在认识上引起翻天覆地的变化,我们的思维将发生深刻的变革,这样的认识也将为我们带来拨云见晴天的奇效。你看虽然异性相吸同性排斥是一个最基本的物理原则,实验中木板上的弹簧也很想恢复原来的形状呀,但是物质构造及变化规律(即发生形变的弹簧状态)并不是由微粒间相互作用的力(弹簧本身的力)来决定。这样一来,量子力学里面那些诡异而不可理喻的现象突然就很好理解了,微粒间超越常规的现象也能够在常规思维的范畴内得以解决,微粒诡异的行为从不可理喻的叛逆变成了乖顺。大家可以翻阅相关书籍来了解一下微观领域的各种诡异表现,比如夸克与夸克间的那些诡异,渐进自由理论发现并描绘了这些奇特的物理现象,那么为什么夸克之间相距越远,强力还越强,反之就越弱?这样的表现简直就是违背了常规的逻辑。像這样的现象在微观领域是很普遍的,还比如分子与分子之间的作用也是随着距离的增大(或者缩小)而表现出了相应的对抗现象。科学家们发现当拉伸或者压缩微粒间的距离时,它总是会表现出一种与之对抗的状态。异性相吸而同性相斥,粒子本来应该遵循这些最基本的物理常识,但是微观粒子实际却总是一味地表现出一反常态的行为,它不管你那些相吸相斥的常规,反正一个态度就是对抗。我们知道质子带正电,它是由夸克构成的,在常规思维中,两个物质间的作用力会随着距离的增大而变小,这是顺理成章的逻辑。但是夸克之间并不是这样,当试图去分开两个夸克时,随着距离增大,夸克之间反而表现出一种更加强烈而无法分开的约束力。当夸克之间缩短到适当距离时,夸克的行为又变成了一种毫无约束而来去自由的粒子。微观粒子它可以违背同性相斥异性相吸的基本原则,也可以违背力与距离之间的基本常识,它不管你所有的这些基本规范,你想拉散我,那么我就表现出相互吸引,反之,你想压缩我,我就表现出排斥。反正微粒的做事原则就是它可以跳出所有物理的基本常识,就一个态度:对抗!难道说粒子是具有某种意识的吗?要不然怎么理解这样匪夷所思的诡异现象呢?现在通过木板上弹簧的蓄能原理,微观世界的那些诡异突然就变得合情合理了,这些表面看上去违背常理的现象其实一点都不诡异,宏观物质的机械运动状态才是决定微粒状态的原因,当我们用其他方式来刻意改变微粒的状态时,粒子自然就会表现出一味的对抗了。在不受外力作用的情况下,宏观运动是始终持以恒定状态的,因此微观世界看似杂乱无章的状态,其实也是保持着总体的稳定,任何第三方的干扰,它都将呈现出对抗的态度。并不是同性相斥这样的基本常识失效了,而是粒子的状态并不是由同性相斥这样的物理原则来决定。在这里,木板上弹簧形变的实验只是帮助大家更容易得到理解。木板弹簧与微观弹簧实际上还是存在着一些区别:拉升后的木板弹簧若无钉子固定就会无条件地立即复原,而微观弹簧不是这样。当我们手臂的能量存储在运动物质里面以后,这份能量需要一定的条件才能宣泄出来(与第三方接触),它并不能无条件地立即返还给手臂,在反方向上进行阻挡就能够形成返还能量的条件。因此微观弹簧虽然没有钉子钉住,但是由于这个条件的存在,微观弹簧形同得到了一种无形的钉子固定,使得微观弹簧在存储能量以后能够保持持续的形变。由于木板弹簧能够直接无条件地立即返还被存储的能量,因此需要特别设定一个用钉子固定这样的额外条件,这样才能更加逼真地仿效微观弹簧的特点。牛顿定律告诉大家,物体在不受外力作用的情况下将保持恒定的状态,这样恒定的宏观状态使得微观领域既不会塌缩也不会发散,微观世界也呈现出一种总体稳定的状态。对于宏观运动,力不是维持运动的原因,它总保持着的恒定状态也是微观弹簧能够持续维持它张弛(或压缩)状态的原因所在。

物质既没有塌缩也没有发散挥发,原来只要宇宙宏观运动未发生异动,那么物质将保持恒定的稳定状态,它不会因为异性相吸而塌缩,也不会因为同性相斥而发散。恒定的宇宙状态决定着微观粒子总体状态的稳定性,由此看来,宇宙的宏观运动与物质的微观状态之间存在着息息相关的内在联系,这就是宏微相对性原理需要表达的轴心思想,我们初步归纳如下:物体宏观运动状态与物质内部结构及总体变化规律存在着紧密而直接的联系,二者发生的变化是等效的。根据能量守恒定律可知,我施加了多少能量,你当然就只能存储这么多能量,所以二者发生的变化当然就是等效的了。当我们推动的只是一个质子,那么夸克之间的强相互作用力就充当了“弹簧”的角色。假如我推动的并不是一个质子,而是整个银河系,那么地球、太阳就成了微粒,在这里充当弹簧的就是万有引力了,这就是引力在距离异常靠近的时候,它也会变现出斥力的原因。于是宏微相对性原理的名称里面多了两个字:“相对”,这里的宏观与微观并不是绝对的,而是相对而言。量子力学渐进自由以及杨-米尔斯等诸多理论都对微观领域粒子的表现进行了准确的描述,这些描述都是客观存在的物理现象,所有这些现象都很好地符合了宏微相对性原理的基本原则,由此可见我们的推测并不是纯粹的凭空想象,它是具有实验基础的。之前所进行的推测,并没有为了要解决某个难题来设定一个刻意的目标,所有的结论都是在简单而合乎逻辑的推理中顺其自然地得到,没有一丝人为的牵强附会,然后微观世界的诡异现象纷纷迎合了这样推理推测的结论。在这里,理论与实验数据的相符是顺理成章的,我们的推测能够得到大量实验的验证,而这样的实验已在不同实验室得出了相关数据,只需要直接借用一下就可以了。

3.对机械运动蓄能原理的延伸分析

通过对物质微观领域的基本了解,发现物质对动能的存储是以“弹簧”发生形变的方式进行。除此之外,物质之所以能够存储能量,它其实还有像水池一样“容纳”的功能。因此,最终完成物质运动的蓄能不仅需要具有“弹簧”的形变,同时也需要具有水池的“容纳”,二者共同促成了蓄能的最终结果。现在就从水池“容纳”的角度来继续分析问题。为了便于理解,将能量想象为一种液体,将水池替换为某种容器(即物质质量的存在),物质运动对能量的存储如同将液体注入容器。日常生活中,往容器不断灌水会存在三种情形:一是容器从空容量到逐渐被注满液体的情形(第一物理事件);二是注满液体后的容器被继续灌注的情形,这里又分两类情形:一是持续罐装液体使得容器发生了破溃的情形(第二物理事件);二是容器内液体发生了自然溢出的情形(第三物理事件)。在“物理思维方法论”的推理中,第一种注入液体的情形已经进行了详细的描述,它对应着的其实就是牛顿第二定律描述的匀加速物理现象,那么另外两种液体的注入情形又是怎样的呢?自然界哪些自然现象又与这类情形相对应?结合实验室存在的各种客观现象,现在需要将容器灌水的三种情形与对应的自然现象进行分门别类的对号入座。

3.1牛顿定律的对应情形和适用范围(第一物理事件)

液体被逐渐注入容器,那么液面在容器内将得到不断提升,这种触觉感知思维下液体的罐装情形,对应着牛顿定律匀加速的自然现象。它的适用区间是从零容量到容器刚刚被灌满这个范围,这是触觉感知思维下的情形。从教科书的视觉感知思维来看,由于物理学遭遇了不可调和的难题,相对论及量子力学认为牛顿力学只适用于低速或宏观状态下,这是在教科书视觉感知思维中牛顿定律的适用范围。牛顿定律作为描述宏观运动状态的基本理论, E=½mv²可以用来描述这种状态的能量尺度。当然,近代物理认为E=½mv²是不能用于描述高速和微观领域的情形,对此我们暂时保留意见,稍等片刻。

3.2质能方程的对应情形和适用范围(第二物理事件)

在触觉感知的思维中,容器被不断灌水时会存在三种情形,那么质能方程所描述的自然现象又与哪种灌水情形相贴合呢?质能方程的表达式为:E=mc²,该方程主要用来解释核变反应中的质量亏损和计算高能物理中粒子的能量。质量出现亏损相当于容器碎裂,这刚好与容器被涨破的情形具有很高的贴合度。按照这个猜想来尝试一下,看能不能通过触觉感知思维的方式也同样推导出质能方程的理论结果,如果二者不产生矛盾并与实验数据相符,那么涨破容器的情形与质能方程所描述的物理现象就确实是同一事物。宏微相对性原理认为物体宏观的运动状态与物质内部结构及总体变化规律存在着紧密而直接的联系,二者所发生的变化是等效的。宏观运动状态是决定微观构造的因素,这好比就是宏观与微观之间进行着一场拔河赛,宇宙以持久而恒定的状态存在着,这说明拔河双方是势均力敌的。宏观这方我们可以用E=½mv²来度量能量的多少,那么微观那方也应该具有对称的制衡能量(即被存储的能量)来进行对抗。核变反应中质量发生了亏损,质量的崩溃使得被存储的能量失去了依托而得以释放,通过宏微相对性原理或者能量守恒定律可知,这份参与拔河的被存储能量大小为E=½mv²。根据多种实验方法测得的数据表明总体释放的能量大小为E=mc²,那么多出来的这部分能量显然是来源于质量。(当然,学术界公认E=mc²才能描述质量的亏损,在这里暂时搁置争议,假定牛顿定律E=½mv²依然适用于微观)。核变反应中质量发生了亏损,质量崩溃以后将释放大小为E=½mv²的能量(这是暂时假定的)。失去了质量这个容器的依托,那些被存储的能量也将得以释放,它也是E=½mv²的能量。那么容器灌滿崩溃以后,就将释放两份能量出来,一份来自于质量,一份直接来自于容器罐装的水,所以一加一等于二,也就是:

E=½mv²+½mv²=mv²

由于微粒的速度v等于光速c,也即

E=mc²

这就是说,在质量亏损的核变反应中,通过实验测量到的数据实际应该是E=mc²,而不是E=½mv²,这里逻辑推理下的理论结果是符合实验数据的。

刚才假定E=½mv²也可以描述微观世界,然而学术界公认E=mc²才能够准确地描述微观世界,现在放弃刚才假定的E=½mv²,用公认的E=mc²来进行推理。质能方程描述了单纯质量亏损就会释放出E=mc²大小的能量刻度,作为容器的质量发生崩溃以后,容器里面存储的那些能量呢?运动是物质储存能量的一种方式,这是很简单的道理,一定不要忽略了那份被存储的能量存在。由于这份被存储的能量来自于宏观领域,它的大小由E=½mv²来描述。当容器崩溃以后,就将有两份能量释放出来,一份来自于质量,一份来自于容器里面罐装的水。由于速度v等于c,也就是:

E=mc²+½mc²=3/2mc²

这即是说,在质量亏损的核变反应中,实验将会测量出的数据应该是E=3/2mc²,相对论在这里出现了明显的自相矛盾。在这里,我们是根据触觉感知的思维以及宏微相对性原理从而发现了相对论的自相矛盾,如果以视觉感知的思维来分析问题,将很难窥探到相对论的这些自相矛盾。

本文在推导质能方程的过程中,我们没有反对E=mc²描述微观领域时数学的准确性,同样也尊重了实验数据的真实和可靠,不过糟糕的是E=mc²原作者却用自己的结果对自己构成了重大威胁。相对论虽然数学结果是准确的,但是得出这个正确结果的代价却是直接悄悄地丢弃了那份被存储的能量。本文与相对论产生重大分歧的原因在于那份被存储的能量,这份多余的能量哪里来的呢?追根溯源是因为我们选择了另外一种感知(触觉)来认识世界,物理规定瞎子就不能用他的方式来了解这个世界吗?当然不。既然如此,运动就是物质存储能量的一种方式也是很明显的呀。这份能量的来源一点也不复杂,它不是凭空产生的,既然如此,那么相对论里面这份能量被丢到哪里去了?它又怎么推算出了一个正确的数学结果? 实际上相对论是将理论搭建在错幻觉之上的,这种错觉弯折的程度刚好是E=½mc²的两倍,这样错觉上的两倍弯折使得相对论在数学推导中刚好能够得出E=mc²的结果,下一篇文章将以相对论作为典型案例进行具体的分析。相对论另外还存在着比错幻觉更加严重的错误,这里不再赘述。总的来说,通过宏微相对性原理,牛顿定律E=½mv²是适合解释微观领域E=mc²的。

3.3量子力学的对应情形和适用范围(第三物理事件)

宏微相对性原理认为宏观与微观紧密联系并且等效,那么为什么微观领域的其他所有现象都不能用E=½mv²来解释,而需要用E=mc²才能解释呢?本文认为导致这样结果的出现是由微观领域的两个重要特点决定的:一是微观领域微粒的特点就是它处于满罐状态;二是溢出、破溃与液面逐渐提升其实是不同的三种物理事件,不能以机械运动这一个物理事件的惯例和常识来以偏概全。微粒通常都是光速的运动状态,相当于微粒这个容器处于“满罐”状态。当激发某一粒子时,我们将看不到容器内液面逐渐升高的变化(对应物体位置的连续性变化),因为它本来就是满的,激发这个粒子通常会是直接出现溢出或者崩溃的情况。运动是物质的基本属性,这即是说,动能是最为普遍也是最为基本的能量存在形式。动能需要依附于质量的存在而存在,宇宙也以数十亿年稳定的状态运动着。我们往已经是满罐状态的容器里面继续罐装液体,液体(动能)将溢出,动能的存在是以质量来作为容纳载体的,可是母体容器(质量)本来已经容不下任何动能了,那么又在哪里寻求一个质量来作为依托呢?量子纠缠以及核外电子云的现象非常贴合这种溢出的情形,物理不能凭空想象,但是根据这些现象可以引导我们继续进行大胆的分析:溢出的动能将以母体(原质量)作为模板复制或者模拟出一个子体,这个复制出来的子体将被作为载体用于存储另一份溢出的能量。根据宏微相对性原理,这里又出现了一个1+1=2,一份用于单纯溢出能量的直接表达,一份能量用于模拟载体,以便于存储和约束溢出的动能,也即½mc²+½mc²=mc²。在这里与推导质能方程刚好是逆向的过程,我们的推测是以量子纠缠及电子云等自然现象作为物理基础,并不是凭空制造了质量,请大家结合实验数据和现象进行深刻的领悟。由此可见,微观领域只能以E=mc²的尺度来描述,而不能以E=½mv²来描述,这就是牛顿定律局限的主要原因。当然,量子纠缠以及电子云是否属于“溢出”的情形,还需要进行大量实验的观察和总结,限于条件允许,本小节结论亟待实验验证。需要特别注意的是,液体溢出和崩溃的情形只是属于机械运动的一种延续,这种延续严格意义上已不能再称为机械运动了,二者不再属于机械运动概念的范畴。机械运动呈现出来的物理本质是液面发生连续的变化,在视觉感知中所对应的现象是物体位置发生了连续性的变化。溢出和崩溃所呈现出的效应里面已不存在液面(或者位置)会发生连续性的变化了,用视觉来感触时,粒子的行为也不会呈现出位置上的连续性变化。溢出和崩溃严格说来应该是第二和第三种物理事件。视觉感知中量子纠缠微粒间的作用也并不需要进行直接的接触(即连续性),它们之间的作用是“跳跃”(具有间距)的,因为“溢出”效应本质上本来就不再是“连续”的液面变化(通常机械运动的实际表现)。电子云也好,量子纠缠也好,都是一种跳跃,不能再以机械运动通常意义下的逻辑(液面连续的变化)来考量和描述溢出(溢出不存在液面的连续变化)的情形。过去大家在量子纠缠现象中提出“超光速”这个概念时,这个命题本身是一个伪命题,“超光速”一词需要涉及s/t这个最基本的物理量,s涵义里面包含着“物体历经了位置连续性的变化”,但是溢出效应里面,液体溢出不再有连续性变化的概念了,溢出的存在是跳跃的,所谓跳跃的意思就是不需要在空间尺度上去历经物体位置的连续性变化,那么超光速里面连位移s的变化都没有,又谈何超越了光速呢?容器内液面逐渐提升与容器内液体溢出是两个不同的物理事件,好比红苹果与魔鬼红辣椒就是两个事件,超光速本来是对红苹果甜味的形容,请问我们是否可以将苹果甜味的这个结果直接强行转置在魔鬼红辣椒身上?显然是不能的,但是教科书却一直在讨论这个东西。 我们知道姚明是一个巨人,但是超光速的提法类似于大家会说“姚明”是矮子,因为他们认为恐龙身体巨大。总感觉哪里是不对的,因为这种提法本身就是“张冠李戴”的。这样张冠李戴的思维存在着“仍然以液面连续变化的思维来度量溢出这个第二事件的具体情况” 液体溢出不再有液面连续性的变化了。满罐以后,机械运动延续下去的物理事件已不再是机械运动本身了,它所发生的是第二种物理事件,所以我们应该以与之对应的思维和逻辑来分析第二类事件,而不是依然用对第一事件的逻辑和结论来定性第二事件的具体情形。因此“超光速”这一提法存在着类似“张冠李戴”和“指甲说乙”这样的基本逻辑错误,“超光速”词意本身只适用于机械运动这一物理事件的范畴内。好比对苹果或者姚明进行的定性,这种定性只适用于在苹果或者人类这个范畴。继“引力子”之后,在这里物理学再次把一些莫须有的东西强制拉过来当成一项严肃的命题研究,大脑不需要思维吗?量子纠缠能够瞬间超远距离地发生作用确实诡异,在溢出事件里的甲乙两个粒子,乙是对甲特性的復制(或模仿),乙因为甲的存在而存在,乙对甲特性的这种复制只与能量的状态和表达方式(表达方式指跳跃这种方式)有关,与位置上是否具有延续并无关系。如同速度存在极限一样,速度会存在极限并不是有谁阻挡了它,而是规则约束了速度会有极限的存在,所以我们只需要用能量的分布状态来分析量子纠缠的事理就可以了。总之,物理事物产生的视觉效应是物理本质(即触觉感知)在视觉上的具体体现和表达。比如机械运动在液面逐渐提升的物理本质下,它所产生的视觉效应也应该具有相应的连续性,于是物体位置会经历一个连续性的变化;而在液体溢出的效应里面,一份模拟质量存储了一份溢出能量,在这里液体的溢出是一份一份跳跃的,那么与这个物理本质所对应的视觉效应也不会存在视觉上“连续性”的特点了,它应该也是跳跃(具有间距)的,间隔一定距离本来就是这个事件对其物理本质的一种反射,因此不需要存在会有信号的传递(连续性),也不需要“超光速”(距离上存在延续)才能实现纠缠的效应,这是一种规则也是思维的基本逻辑,不能把甲事件的特点和常识强加给乙事件。液面连续性的变化(速度概念)好比是男人的特征,超光速的提法类似于这样一个提问:为什么女人不具有男人的特征呢(将第一物理事件的规范和概念强制施加给第三物理事件)?这不是废话吗?但是物理学正在以高涨的热情讨论着这个东西(超光速与信号传递),我们正在用某种理论打算将女人男性化。

4.讨论

4.1近代物理处理问题的方法和方向

根据宏微相对性原理表明,使得微观领域脱离常规的各种表现,得益于宏观条件下物质运动状态对微观领域的约束。发生形变以后的弹簧很想遵守常规(即异性会相吸或者距离越近作用效果会越强等常理)来试图改变现状,但是弹簧会发生怎样(或者多少)的形变,取决于手臂会怎么做,这使得弹簧所有的意图与对抗都是无助的。这样的基本常识可以为物理的思维指明方向,它告诉我们千万不要去研究弹簧的具体行为,我们思维的方向应该指向手臂(经典物理)而不是弹簧(近代物理)。十九世纪是科学的分水岭,在第一次遇见诡异的困难时,近代物理选择了直接对弹簧进行具体的研究,然而量子物理的世界如同是一场魔术的表演,绚丽多彩的表面全是魔术的假象,如果你觉得量子物理非常诡异,那么你一定还不懂物理。为什么量子理论是在与经典物理的矛盾中逐渐建立起来的,现在大家懂了吧?物理世界在发现之初,人们偏执地以单纯视觉的感知来认识世界的所有讯息(香辣甜痛),使得牛顿定律出现了身体的残疾。十九世纪随着科学的不断进步和精密实验设备的出现,更多自然讯息得以发现,这些自然讯息的各种诡异带来了诸多困难,我们思维上存在的缺陷得以进一步的显现和扩大,当时的科学家们在遇见这样的困难时面临着两个选择:一是反思曾经思维的漏洞(他们认为经典物理已经非常完善了);二是选择放弃过去常规的思维模式,去接受和认可诡异的表面讯息(他们认为弹簧表现出来的实验数据更可靠)。近代物理最终采纳了第二种选择,微观领域上演的这场魔术表演,它表达出了异常诡异的假象,而科学家们不仅接纳了这些表面现象,并且将这些假象作为客观事实用以抵触和否定常规思维。黑体辐射、光电效应、原子的稳定性等等问题,对这些问题物理学采纳了放弃经典物理并将微观领域的诡异作为基本事实。这种选择相当于放弃了研究手臂的具体作为,而将大量精力用于探索弹簧的各种诡异。弹簧的具体行为不仅存在万般变化,而且全部都是违背常规和基本逻辑的,因此物理学越来越复杂,越来越高深。弹簧的叛逆行为总是与基本逻辑相背离,想要在弹簧的行为上探索出真理,神仙下凡也爱莫能助,在弹簧上的探索越是天才般的“发现”距离真理就越远,物理学为十九世纪的选择付出了惨痛的代价以及大量的人力财力。运动作为物质存在的基本属性,动能需要依附于质量的存在而存在,宇宙质量又以数十亿年总体稳定的状态存在着,说明动能一般不会轻易地转化为其他形式的能,因此在微观领域溢出的动能没有选择单纯的离散,它依然继续选择了以动能的形式存在,而这种存在需要依附于模拟质量(约束自己不至于离散的壳子)。因此微观领域里面E=½mv²通常都是以双份的规则办事,它不代表E=½mv²在微观不再适用了,经典物理依然适用于任何情形。我们更应该讨论的是E=½mv²在宏微相对性原理里面是如何分配的问题,万有引力的能量是以质点为出发点,以二次方反比的规律对能量进行分配。那么微观领域则是以夸克(闭合弦)为出发点,在E=½mv²这个总量的框架下,用E=mc²这样双份的规则办事。真正需要进一步探讨的是,从夸克到宏观宇宙,E=½mv²能量分布状态的规律是怎样的,是不是也遵从二次方反比的规律?这才是我们需要探索的问题,它需要大量的实验观察和总结,得到的结论将会对目前所有的理论结果进行有机的统一,得出这个大统一理论指日可待,其推理的难度应该也在小学四则运算法则以内。

4.2光速实验数据低于理论值的原因分析

根据实验的精确测量,光速实际的数值为2.9×10 ^8m/s,“解析时空”认为极限速度的理论值跟数学π息息相关,极限速度的理论值应为3.14×10 ^8m/s,在这里实验数据与理论值的差距为0.15×10 ^8。宏微相对性原理里面的宏观微观只是相对而言,当我们推动的是银河系,那么万有引力也会表现出斥力。当我们在推动整个银河系时,手臂施加的能量将分配给所有能够成为弹簧的约束力之间。能够成为弹簧约束力的情形从星球之间的万有引力直到夸克之间的强相互作用力。假如微观领域的微粒无任何活动,那么就可以将一个石头加速到3.14×10 ^8m/s的状态,为什么光速的实验数据为2.9×10 ^8m/s呢?把石头想象成一种空壳的球状物,微粒想象成是在这个球状空间运动着的更小砂砾。运动是存在极限的,现在加速这个球状物,试问它能加速到多少?它一定低于3.14×10 ^8m/s。球状物速度低于3.14×10 ^8m/s的原因是,速度存在极限是针对砂砾与球状物速度的矢量和而言,虽然球状物尚未达到极限,但是其间的砂砾却已经触碰到极限的底线了。正是基于这样的原因,实验室的数据会低于理论的极限值是理所应当的。无论是宏观还是微观,客观世界都被规则制约着。

4.3四大基本作用力之间的关系

除了万有引力,目前科学已经统一了其他三种基本力,那么万有引力与这三种基本力之间存在怎样的关系呢?从宏微相对性原理可以看到,万有引力更有可能来替代手臂的力量,尽管万有引力本身也充当着弹簧的角色。实验中变化的手臂力量将引起弹簧相应的变化,刚好这样的情形与麦克斯韦电磁理论非常类似,变化的磁场会引起变化的电场。

4.4对宇宙模式的限制

宏微相对性原理以及速度存在极限都是一种规则,二者将共同限制大家的对宇宙模式的想象空间。平行宇宙认为在我们这个宇宙之外还可能存在与我们认知的其他宇宙,这种设想可以得到理解,毕竟微观领域是存在这种现象的。现在我们来复制出另一个宇宙:运动的空壳球状物里面有着运动的砂砾,现在我们让这个空壳的球状物来发生量子力学里面那样的“变身”,方法很简单,空壳球状物只要能够达到极限速度使得能量有溢出,那么空壳球状物将出现微观领域复制变身的物理现象。空壳球状物能够达到极限速度吗?不能!若要达到极限速度的前提条件是砂砾必须凝固不动。在这里的空壳球状物实际指的是宇宙,砂砾指的是宇宙层面下的星系、星球和微观,也就是说平行宇宙存在的前提条件需要所有星系必须是凝固的,所有星系有可能凝固吗?另外一种宇宙模式认为,我们只是某个大型生物的一个细胞。如果这个大型生物存在,那么这个生物必须保持绝对的静止,因为速度存在极限的法则是不允许这个庞然大物有任何移动的,它若是抬一下手,所有物理法则都将失效。世界虽然纷繁复杂,但是这些缤纷多彩背后构成的原因却是质朴而简单的,面对任何困难都不能丢弃常规的思维模式,否则科学将成为科幻乃至神话。在这里需要提出的是,根据宏微相对性原理的构成机理,对微观领域粒子总体活跃状态的不断分析总结,将能够对宇宙的年龄和寿命作出评估。

4.5两种感知在不同领域的优势分析

物理思维方法论虽然同样推导出了牛顿定律的结果,但在日常生活中的宏观条件下,视觉感知对运动的分析和应用拥有更大的优势。值得提出的是,通过宏微相对性原理,宏观状态的变化将引起微观领域相应的变化,通过对微观领域状态的大量观察实践,就可以不借助其他参照物的情况下也能清楚地了解到自己的运动状态,它适合于未来的星际旅行。宏微相对性原理的得出,需要归功于触觉感知的思维方式,也就是微观领域更适合以触觉的感知去认识,十九世纪以来之所以步入歧途,是因为牛顿定律偏执地选择了以单纯视觉感知的思维方式。

4.6数学在物理中的身份

数学在物理学中会以两种身份出现,在对未知物理本质内涵进行探索时,数学主要是以规则的形式出现,任何多余的演算都存在着以主观意识改变客观世界的嫌疑,尽管推算遵循了数学的规则。之前论文中对此有过分析,比如“解析时空”在讨论速度时,数学就以规则的形式约束了运动会存在极限,而且理论值并不需要去推算,这就是数学在物理中的第一种身份。笔者系列论文几乎没有数学推算,因为论文中我们需要挖掘的是数学在物理中的规则而不是用推算来改变客观规律,许多读者感觉非常不适应,这也许是没有真正懂得数学在物理中的身份涵义吧。数学的第二种身份是以演算的形式出现,已获悉物理本质后,它能够自然映射出一个数学框架,比如牛顿第二定律公式。在运动具体的情形应用中就经常需要进行数学的推算了,这种推算不会出现主观意识控制客观世界的情况,因为已经形成的牛顿第二定律这样的数学框架,它本身就会约束和控制数學的具体演算,不会出现只符合数学原则而想当然的推算。

参考文献:

[1]Methodology of physical thinking (in Chinese)  [黄宇 文渊 54 5104]{中文期刊}

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