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1:达根(國中)張貼:2008-05-28 15:55:18:

统一理论研究新曙光

春耕

【提要】 牛顿说,自然喜欢简洁;爱因斯坦说,物理学原则是简单性;中国古人说,大道至简。而作为一元复始的整体科学取得的第一个科学思想成就,对于宇宙自然物质整体性的第一特征,我们大道归“ 0 ”;反映其物质基本结构实虚二重性的普遍性事实的数学公式表示为:“ 0=1+ ( -1 )”。而且,作为一个反映宇宙自然客观世界物质整体性方面的基本特征的科学自然知识体系——自然统一论,是当代物理学家们梦寐以求的大统一理论的有效形式之一;其中开拓发现一个负物质世界特征的自然界物质新要素和新领域——虚空物质内容,正在奠定真正科学意义的大统一理论研究的第一个新的物质基础。

关键词:物质整体性、整体科学、 简单性、 大道归“ 0 ”、物质基本结构实虚二重性、 大统一理论、虚空物质、)

物理科学发展到今天,已知自然界普遍存在的四种自然力——强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用和引力相互作用,决定了自然界的各种物质运动。但是,现在成为自然科学上的一个历史性难题是,物理学家们希望有一天能够将这四种自然力,统一成为一种统一力,以建立起一个可以解释所有自然现象的物理 学上的大统一理论。

1、 当代物理科学上的大统一理论难题

最早探求大统一理论的是爱因斯坦。他创立广义相对论之后,从 1923 年起,就主要致力于试图进一步推广相对论,建立一个包括引力场和电磁场的统一场理论,以解释物质的基元结构。对此,他曾经提出了不少方案。 1929 年,他发表了《统一场论》, 1945 年他发表了《相对论性引力论的一种推广》, 1954 年他发表了《非对称场的相对论性理论》,等等。只是,他虽然为此取得了一些进展,但都只停留在数学的表述上,而并没有取得具有物理意义的真正结果。 1948 年 11 月 25 日,他在给索洛文的信中写道: “ 我完成不了这项工作了;它将被遣忘,但是将来会被重新发现。历史上这样的先例很多。 ” ( 《爱因斯坦文集》 第一卷; 商务印书馆 1984 年版 ,第 453 页。 )

爱因斯坦夙愿未酬,但他的统一场理论基本思想,一直鼓舞着后来理论物理学家们艰苦卓绝的攻关。只是,迄今为止,在这条物理科学发展的道路上,虽然留下了许多物理学家探索大统一理论的足迹,而实际上,当今世界上人们向这方面的任何发展都遇到了困难,谁也未能取得大统一理论研究的真正成功。对此,有的人甚至说,就是归并成功了,达到人们所期待的单一化了,也无人能断言,它将成为引起包罗万象和综合性的科学思想兴趣的第一个现象。

2、 爱因斯坦统一场论的核心思想

爱因斯坦是当代最伟大的理论物理学家之一。他晚年提出的统一场论(大统一理论),所追求的终级目标是宇宙中存在一种最终的简单性美。即,他统一场论的核心思想是理论基础结构上的单值决定论:他设想能从一个最抽象、最简单的方程出发,导出一个物理学的新世界,进而再导出整个自然科学领域的一切定律和公式,并以此作为整个物理学大厦的理论基础。他说: “ 大厦的一个支柱是毫不动摇的:这就是因果性的假说。自然界的规律是这样的,根据世界在某一时刻的状态,应当无歧义地得出它在过去和未来的其它一切状态。 ” ( 《爱因斯坦文集》 第一卷; 商务印书馆 1984 年版 ,第 237 页。 )

爱因斯坦统一场论的单值决定论的核心思想,是与剖析科学基本特征的现成自然科学的逻辑基础是背道而弛的;与逻辑实证论者也是针锋相对的。因此,马赫和哥本哈根学派的自然科学家们,他们继承和恪守马赫哲学的衣钵,即逻辑实证主义以及狭隘的可观察性原则,曾经对爱因斯坦的统一场论思想视为绝对化和科学幻想而妄加批判。他们宣称:爱因斯坦想把物理学的一切定律都压缩到一个“统一场论”中去,是个巨大的梦想。他们说爱因斯坦企图发现能回答一切的“世界方程”,说针对这种趋势可以提出的许多反对意见之一是:能够回答一切的方程什么也回答不了,因为如果在这千变万化的世界里看到的形形色色的事情都能从一个方程里涌现出来,那么从方程到所观测到的事物之间所经过的路程必然是长得可怕的,因此很难处理。所以,他们有的为爱因斯坦“孤独地探索着他的道路”而惋惜,认为这是一出历史的悲剧;有的则从现代自然科学的某些局部进展出发,嘲笑爱因斯坦所期待的单值决定论是乌托帮式的理论。在他们看来,不仅从直接经验的观点或物理实验的角度,就是从理论原则上分析,自然界也根本不存在单值决定论。因此,当时一大批有名望的科学家,为此展开了旷日持久的科学和哲学上的大争论。

但是,毕竟与众不同的是,爱因斯坦是一个把握了一定的正确哲学思想的自然科学家。在大统一理论研究上,他的伟大思想功绩,其实并不仅仅在于提出了统一场论概念,还包括他在实践中根据客观事物的本来要求,提出了单值决定论的统一场论核心思想。在爱因斯坦看来,一个命题的是否成立,不单凭是否能直接观察来断定,也要看它是否与感觉中的事实经验相联系,是否是在理论体系中具有逻辑结构上的合理性。

而最为重要的是,历史发展到今天,一个十分令人惊诧的意外是,爱因斯坦的这一正确的哲学思想,已经被我们在科学独立研究的实践上得到了一个充分的理解和张扬。

3、 “自然统一论”的智慧幽灵

爱因斯坦统一场论目标的实现本来的确是困难的。但是,就在当今世界上众多人们还陷在有关方面的长期论战的泥潭中谁也不能自拔时,人们终究会吃惊地发现:原来爱因斯坦统一场论的科学命题,可以我们 “自然统一论” ( 郑凤荣:《科学新意境的求索》,北京华龄出版社, 2000 年版,第 38 页。 )这样的一个独具一格的科学理论新面貌出现。

这是一个不折不扣的人类智慧幽灵。逆现成自然科学逻辑基础和思维习惯的历史潮流而动,“自然统一论”破天荒般地把客观世界那些带有根本性和总体性的问题,诸如世界的本源和运动的源泉等问题重新提起,并付诸科学独立研究的实际行动。

“自然统一论”首先把客观世界整体性的第一特征,归结于一个思维模型的表示——“ 0 ”(读零),并强调零的一个最为特殊的数学物理性质,是整体性或统一性的第一特征、矛盾统一的逻辑基础和无限可能性的内在内容。并指出,如果说宇宙自然客观世界本来就是一个完全自足的、没有奇点或边界的,并且可以为一种统一理论所完全描述的科学对象,那么,“ 0 ” 作为表示世界整体性方面的第一特征的思维模型,就将是最为合适的。与此同时,这个“ 0 ” 作为物理科学上的“一个最抽象、最简单的方程”,也就是一个包含着未来自然科学不断历史发展的新的起点。

“自然统一论”的思想理论内容,主要是开拓发现了客观世界“虚空”等六大全新的自然领域;客观世界整体性方面的一个最一般、最根本和最普遍性意义的本质和图景,正在以“物质基本结构实虚二重性”、“物质基本要素实虚反三态”和“世界整体性图景阴阳二极对立统一”等等的,把复杂包含于简单之中的统一原理型的基础概念架构着,乃至作者是在用一种铁的理论事实,在具体科学上完成了一个人的纯粹思维对客观世界整体性方面的基本特征的有效把握,而且,是在当代理论物理学的思想成就的高峰的占领上,证明了恩格斯的一个先见之明的自然辩证法思想:零是任何一个确定的量的否定,所以不是没有内容的;相反地,零是具有非常明确的内容的。

与此同时,“自然统一论” 的基本思想在具体科学层面,迈开的最重要的第一步,并不是对世界整体性第一特征的思维模型——“ 0 ” 的归结和确立,而是在第一次实现这个 “ 0 ”的物质基础结构的具体化。即,在那个“ 0 ”的物质基础上,“自然统一论”取得的第一个具有决定性意义的真正知识进步,是把本来“已扩大到相当大的,前所不能想象的一些对称概念再扩充一下”(杨振宁),从而开拓发现了“虚空物质”这个自然界物质新要素和新领域,确立了物理科学历史上的第一个把复杂包含于简单之中的、反映世界整体性方面一个物质基本结构的普遍性事实的统一性原理——自然界物质基本结构实虚二重性,并把这个有效的研究结果归结于一个数学公式的表示:“ 0=1+ ( -1 )”。 从此,日常自然界已经发生了两个世界的差别:一个实物物质形式世界,它是现成自然科学的对象;一个虚空物质内容世界,它是人类理性和智慧的科学对象。而所谓“虚空”,就是自然界的一个看不见而真正实在性的、负物质本质特征的客观实在,是自然界物质内容的第一个现象,是构成自然界物质的第二要素。甚至,是一个可以把现成物理学上的各种场统一归并在一起的单一场,其负能态是一个可以把现成物理学上的四种自然力统一汇合在一起的综合体。

除此之外,作为新理论,“自然统一论”还在预见许多现在还没有观察到,但通过科学实践和科学思想一定能够观察到或一定能够被人们共同理解的新的自然现象!

4、 正在酝酿中的大统一理论新形式

爱因斯坦在给 M. 玻恩的信中曾经提到: “ 我还未能坚定的相信真的能够用一种连续场论来达到,虽然我已经发现这样做的一条可能道路,而且这条道路到目前为止好像是十分合理的。计算的困难非常之大,以致在我自己能够完全相信它之前很久,我就要去啃泥土了。但是我完全相信,终于会有人提出一种理论,在这理论中用定律联系起来的对象,并不是几率,而是所考察的事实。 ” ( 《爱因斯坦文集》 第一卷 ; 商务印书馆 1984 年版 ,第 436 页。 )然而,“自然统一论”就是在“有人提出一种理论”。因为,这个理论的一个首要的新说法是,相信客观世界有一个离开知觉而独立的整体性方面的客观实在,是开展一种大统一理论独立研究的科学预设性前提;一个希望受到应有的信任的真正的大统一理论,必须建立在自然界物质整体性的客观实在上。于是,区别于今天人们提供的任何形式的大统一理论,“自然统一论”对客观世界整体性方面基本特征的描述和解释,则是在实践上演绎和证实着爱因斯坦统一场论的一个最重要的思想预见——“这理论中用定律联系起来的对象,并不是几率,而是所考察的事实”!

另外, “自然统一论”一个反映世界整体性方面基本特征的思维模型——“ 0 ”, 作为一个可以概括宇宙万物运动的“最抽象、最简单的方程”,又事实上在体现了一种真正的最为简单性的美,和事实上可以成为一个逻辑简单性原则的核心理论基础。所以,这里一个完全出于人们意外的现象是:爱因斯坦设想中的一个可以导出整个自然科学领域的一切定律和公式,并以此作为整个物理学大厦的理论基础的最抽象、最简单的方程,竟然首可能先就是这么的一个简单性,——“ 0 ”;爱因斯坦统一场论的一个严格的单值决定论思想,也竟然可能就是这么的一个再简单性不过的结论,——大道归“ 0 ”!于是, “自然统一论”的核心思想,与爱因斯坦统一场论的核心思想,其中逻辑基础竟然是这么的惊人的一致!

最为重要的是,“自然统一论”中开拓发现的自然界物质内容第一个现象的虚空统一场的客观实在,还是爱因斯坦建议的、把物理的所有的各种场统一为一个单一的场;而且可以得到保证,这个虚空物质内容 无处不在,每一种现象的产生,都在牵涉到一种“大统一理论”的共同机制,甚至 引力也可以纳入虚空统一场中,所以,它将成为引起包罗万象和综合性的科学思想兴趣的第一个现象。

5 、大统一理论研究新基础

所谓大统一理论,原来只是人们在物理学发展方面的一个思想意向或主观愿望;至于真正的大统一理论究竟是什么或到底怎么样,其实还没有人真正知道。比如,一个极其严肃的问题是,真正的大统一理论,可能不一定四种自然力在现行物理学基础上的机械归并,也不一定就是应用数学方法(包括重整化方法)对现成物理学知识的统一集合,等等。

何况,根据科学发展的历史经验,大统一理论必然是一个新的科学范式和新的逻辑基础,所以,一个真正的大统一理论,决定不会在现成物理学的同等的逻辑基础和知识水平上发生,而必然将出于一种对现成物理学逻辑基础和知识水平的超越。

5.1. 各种场的统一

不过,作为包罗万象的“大统一理论”,其实也并没有隐藏得很深;当我们今天重新回到大自然原生态的出发点的门坎处,看看大自然究竟还给人类留下什么更重要的启示时,却发现这个概念在宇宙自然宏观物质方面已经有显著的表现——

在最一般和最普遍性的意义上,人们曾经把自然界各种各样的物质形态划分为实物和场两大类。 但是,由于人们并没有同时弄清实物和场的两大类物质的各自的特殊性本质及其两者的矛盾统一联系,也没有弄清实物和场在日常自然界的各自的合适位置,因此这个认识是不彻底的,而且只留下了一个静止和孤立的看问题的总观点。

然而,虚空物质作为自然界的物质新要素及其内容层次的第一个现象,与现成物理科学上的场,其实是同一对象的,和本质是一致的。即,当我们取得对虚空物质的具体认识进步之后,回过头来却发现,这个虚空物质原来就是现成物理科学上的各种场的共同体,以及自然界物质原生态的虚空统一场,其实就是一个可以综合现成物理科学上的各种场的单一场。

所以,当代物理学家们梦寐以求于把各种场统一成为一个单一场,但是,事物的一个本来辩证法却将是,自然界物质本身就有虚空统一场这么一个单一场的客观实在。现成物理学上的电磁场、引力场、介子场、胶子场,只不过是自然界虚空统一场中的原子场、地球引力场和基本粒子场的若干简单的层次而己,或者说它们都属于虚空统一场在自然界物质的各个不同层次结构上的不同表现,乃至都是构成自然界虚空统一场的客观实在的真子集。

于是,当我们达到对自然界虚空物质的把握性的客观具体认识之后,开始进一步认识到,物理学上各种场的统一的真正意义,只是人类对自然界各种场的一个虚空物质的一致性本质的科学抽象和统一认识,或者,是对物理学上的各种场,作为自然界虚空统一场的真子集在人们纯粹思维上的有效把握和统一理解。

5.2. 四 种自然力的统一

由于虚空物质的负空间可以迭加,所以,在自然界的客观实在中,虚空统一场可以具有无限多重性的层次结构;而虚空物质层次结构中负质量的数量级,就是虚空负 能态 的力学层次结构上的特征能量级。

只是,对于 自然界 虚空负 能态 的无限多层次的特征能量级 , 现成物理学只把 其中的 四个层次的 力学结构上的 特征能量级,分别称之为 引力、电磁力、弱相互作用和强相互作用这四种自然力。

但这也就等于,自然界物质本原上的虚空物质的负能态与,现成物理科学上四种自然力,其实是同一对象的和本质是一致的。即,当我们达到虚空物质负能态的具体认识之后,回过头来也发现,自然界虚空物质负能态的统一作用,其实就是现成物理科学上的四种自然力的大统一本质;或者说,自然界虚空统一场的负能态,其实就是一个可以把现成物理科学上的四种自然力统一汇合在一起的综合体。

结论:当代整体科学取得的第一个思想成就——自然统一论, 作为科学假说,它正在结束中国人至今连科学假说都没有的历史;作为科学思维模型,它正在寻求对宇宙自然物质整体性方面基本特征的正确理解和客观反映;作为自然界宏观物质物理的自然奥秘的新探索, 正在开拓一条大统一理论研究的科学发展新道路,从而完全可能是当代物理学的大统一理论的有效形式之一。特别是, 其中开拓发现的一个负物质特征的虚空物质内容世界,完全可能就是爱因斯坦建议的、把物理的所有的各种场统一为一个单一的场,从而在物理科学基础知识进步越来越困难的历史条件下,在 奠定了真正科学意义的大统一理论研究的又一个新的物质基础 , 乃至今天乌云密布的物理学的天空远处,正在透现出一道人们完全意外的、充满前途希望的大统一理论研究的新曙光!


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