什么样的传统观念束缚着现代物理学理论的发展？
马海飞
（http://blog.sina.com.cn/gfis2014年6月14日）
错误的传统观念对人类发展的不良影响是众所周知的。例如在中国历史上，“女人都必须要裹小脚”就曾经是一种传统观念。尽管那是一种非常残酷的事情，但一旦成为了观念，一代一代的人们就会自觉自愿地去照做。所以，观念对人类的思维和行为具有决定性的作用。不过，错误的观念迟早是要被抛弃的。人类社会在不断冲破错误的传统观念中才发展到了今天。
科学的发展也是如此。因此可以说，科学的发展过程也是一个不断突破旧观念，建立新观念的过程。也就是不断建立新的世界观的过程。有了正确的世界观，才有可能对自然世界有正确的认识和理解。实际上，科学技术对科学理论的发展来说并不是决定性的因素。而错误的传统观念则是束缚科学理论发展的主要障碍。如果不能突破错误的传统观念，科学理论的发展是不可能顺利的。发达的科学技术与落后的科学理论已经产生出了今天这个畸形的“科学”世界。
然而，因为人的观念一旦形成就很难改变，所以突破传统观念并不是一件容易的事情。例如，亚里士多德认为太阳围绕地球旋转的这个观念延续了一千好几百年。直到哥白尼时代才开始被逐渐突破。这个观念突破的过程是艰难曲折甚至是残酷的。可是，如果没有哥白尼对亚里士多德建立的传统观念的突破，科学就不会发展到今天。在科学发展的历史中，突破传统观念的例子非常多。牛顿把天上的月亮与地上的苹果的运动规律统一起来也是对“天上与地上不相同”这种传统观念的突破。更近一些时代的相关例子有：电子和中子的发现也都是在对传统观念的突破过程中才成功的。在电子被发现之前，人们形成的传统观念是：原子是构成物质的最小单位。原子是不可再分割的。在中子被发现之前，人们认为：原子仅仅是由带正电的质子和带负电的电子构成的。也就是传统观念中“质子-电子”的原子模型。虽然这个模型存在很多问题，但因为观念是很难改变的，所以很少有人怀疑过它。甚至很多著名的科学家也不例外。其实，居里夫人的长女伊雷娜·约里奥-居里与她的先生二人在1932年对一种未知辐射研究的实验中就发现，用伽玛射线对这种新发现的辐射作出的解释是非常牵强的。遗憾的是，因为他们二人没有从传统的观念中走出来，还是用“质子-电子”模型的世界观看待他们的实验结果，因此而错过了发现中子的大好机会。结果这个机会在同一年被英国剑桥大学的查德威克幸运地抓住了。他突破了传统的“质子-电子”的原子模型，提出了这种新辐射是一种质量与质子相近的中性粒子，并设计实验证实了他的理论。这种中性粒子就是中子。因为观念的转变而发现了中子。
可见，只有突破了传统观念，才能获得重大的新发现。否则，机会就会擦肩而过。在科学发展的历史进程中，“太阳围绕地球转”、“物体越重下落速度越快”、“原子不可分割”以及“原子是由‘质子-电子’构成的”等不完整的观念都曾经以传统观念的形式阻碍过科学的发展。也正是伴随着对这些传统观念的突破，才使得科学一次又一次地出现了飞跃式的发展。
实际上，传统观念中存在的问题都反映在已经发现的现象但还没有被解决的问题之中。上述举出的所有例子都是如此。例如在伊雷娜·约里奥-居里夫妻二人的实验结果中已经反映出了“原子的质子-电子模型是错误的”这个信息。但因为他们不能冲破旧观念的束缚，结果就不能正确地解读实验结果反映出来的信息。今天的现代物理学面临的问题依然如此。很多实验结果都反映出了传统观念中存在的问题。但是，因为人们的思想被传统观念紧紧地束缚着，因此而无法正确解读那些实验结果，于是就出现了大量无法解决的问题，例如：物体运动过程中的动质量到底是怎么产生出来的？能量的传递为什么会是不连续的？为什么有些基本粒子（例如电子）是带静质量的，有些粒子（例如光子）是不带静质量的？等等。笔者认为，只有当人们冲破了传统的错误观念之后，这些问题才有可能得到彻底解决。
那么，接下来我们要问的问题自然就是：在今天这个时代，阻碍着现代物理学正常发展的传统观念到底是什么呢？这是一个非常值得讨论的问题。如果我们能事先就预见到传统观念中存在的问题，就有可能及时避免它对正确思路的干扰。只有这样，科学才可能沿着正确的道路向前发展。
现代物理学并不是凭空产生出来的。在现代物理学诞生之前，经典物理学已经达到了鼎盛时期。甚至科学界认为物理学研究已经走到了尽头。剩下的工作只不过是对已有理论的修修补补而已。我想，类似的想法一定也出现在每一次的科学重大突破之后。例如，当人们发现了原子的时候一定会产生出“终于找到了物质源头”的感觉。以为物质的微观结构到原子就是尽头了。当这种想法成为了传统观念之后，大家就不再去想原子还有更小结构的事情了。
我们知道，现代物理学是从经典物理学中的“两朵乌云”中诞生出来的。所以，无论现代物理学与经典物理学之间有多大的不同，现代物理学终究脱离不了一些经典物理学观念的影响。也就是说，直到今天，一些经典物理学的传统观念还一直对现代物理学产生着决定性的影响。
通常当人们提到经典物理学与现代物理学之间的不同时，首先想到的是：经典物理学是建立在绝对时间和绝对空间的基础上的物理学理论，而现代物理学突破了这个传统观念，把新的理论建立在了相对时间和相对空间的基础之上。因此，现代物理学与经典物理学是两个完全不同的理论体系。现代物理学给人一种脱胎换骨的感觉。然而，人们很少谈论现代物理学从经典物理学中承传了什么的问题。也就是说，现代物理学从经典物理学承传下来的“传统观念”是什么？这些传统观念是正确的还是错误的？这样的问题似乎还从来没人提出来过。如果现代物理学从经典物理学中继承下来的传统观念是错误的，那么现代物理学的发展就一定不会顺利发展。
那现代物理学从经典物理学中继承了什么传统观念呢？我认为，主要的就是“质点”的传统观念。
经典物理学使用“质点”研究物理现象的做法是有其原因的。如果我们知道物质的基本属性同时具有“实体属性”和“场属性”的话，就不难理解，其实经典物理学是建立在物质实体属性的基础之上建立起来的理论体系。因此，在技术上，经典物理学使用“质点”来解决具体的物理学问题的做法是非常实用并合情合理的。而现代物理学研究的内容都是由物质的“场属性”产生出来的物理现象，因此，现代物理学应该是以物质的场属性为基础去建立理论体系才对。所以，在技术上，现代物理学仍然沿用传统的“质点”来解决具体物理学问题的做法当然也就非常不妥了。遗憾的是，现代物理学并没有突破传统的“质点”观念，仍然在试图使用“质点”的方式在研究着由“场”所产生出来的物理现象。
经典物理学是以物质的实体作为研究对象进行研究的。无论多大或多小的实体，统统都可以用质点来表示。每一个质点都代表着一个有质量的独立物体，大到天体，小到原子。经典物理学就是在质点的基础上对物理现象进行研究的。而且，在实体的物质世界中研究得非常成功。但是，经典物理学在面对场的问题上遇到了麻烦。例如，经典物理学含糊地试图用“以太”来解释场的作用。但以太既没有对应的物理量可以表示它，也没有物理实验可以证明它的存在。所以，经典物理学理论虽然在解决“实体物理现象”的问题上非常有效，但在解决“场物理现象”的问题面前显得无能为力。因此才会产生出“两朵乌云”来。
经典物理学的“质点”观念对现代物理学的影响集中表现在各种“子”上。例如，量子、基本粒子、玻色子、引力子和中微子等各种各样的“子”。其实，现代物理学中的“子”就是变相地继承了经典物理学的“质点”。也就是说，现代物理学家仍然是在使用着“质点”的思路在进行着现代物理学研究。而实际上，现代物理学中的“子”并非全部都是物理世界中的“质点”。与经典物理学中的质点并非完全一致。这就导致了现代物理学理论非常让人难以理解的局面。
在现代物理学中的各种“子”中包含了两类本质不同的客观存在。一类“子”是带有静止质量的，例如质子、中子和电子等。这些是与经典物理学的质点一致的粒子。另一类“子”是不带静质量的。其中最具代表性的就是“光子”和“能量子”等。这些是与经典物理学中的质点不一致的粒子。把前一类带静质量的物质存在形式说成是“粒子”当然没有任何问题。但把后一类不带静质量物质存在形式也说成是“粒子”就是大错特错了。这明显是受到了经典物理学“质点”观念影响而在实际操作过程中走了样的结果。“光子”也好，“量子”也好，其本质都是能量。“能量”与“物质实体”是完全不同的客观存在。实体是物质世界的主体。物质是收敛的，因此可以用“质点”或质点形式的“粒子”来表示。而“能量”是物质实体在物理过程中产生出来的附属现象。能量是发散的，属于空间性质的，因此根本就不应该用质点形式的“粒子”来表示。就是因为现代物理学还没有冲破从经典物理学中承传下来的“质点”（粒子）观念，现代物理学家们才会使用质点形式的“粒子”去描述能量。这种描述方法是非常错误的。用“粒子”去描述“能量”的方法就好像是用实物（例如泥巴）去塑造鬼魂一样，无论怎么努力也表达不清楚。
能量是不可能成为粒子的。如果硬要让能量成为粒子，它们就是实际并不存在的“伪粒子”。这些伪粒子的出现就是量子力学非常难懂的根本原因。难怪连大师级的量子物理学家费曼教授都这样说过：“我想我可以很有把握地说，没人懂得量子力学”（Ithink I can safely say that nobody understands quantummechanics）。
我们可以用“子弹”和“光”来解释真正的粒子与伪粒子之间的不同。可以想象这样一个简单的场面。一名射手用枪瞄准一个普通的靶心。枪上安装了一个激光瞄准器。他把激光瞄准器发出的红光点定位在靶心上，然后扣动扳机，子弹射出正中靶心。按照现代物理学理论，在这个过程中，有“光子”和“子弹”这两种“粒子”射向靶心。然而，事实并非如此。能够击穿靶子的是子弹，而不是光子。如果光子也能像子弹那么轻而易举就击穿靶子的话，常规武器早就被淘汰了。
我们再来看另外一个例子。同样是上面的射手和武器，但不同的是他对准的并不是普通的靶子，而是一块防弹玻璃。这时，光线很容易穿过，但子弹却无法穿过。
这两个例子说明了粒子与能量是完全不同的东西。也就是说，真正的粒子与伪粒子是完全不同的。子弹是真正的粒子，光子是伪粒子。真正的粒子是以“物质运动”和“力”的形式表现和相互作用的，也就是硬碰硬的相互作用。而伪粒子是一种空间场的相互作用，并不存在物质运动和硬碰硬的相互作用。硬碰硬的相互作用很容易理解，场的相互作用还是一个很少有人关注的问题。
人人都知道，一般光线无法通过不透明的物体。即使该物体的厚度很薄、密度很低也是如此。但是，同样的光线却可以通过完全透明的物体。即使该透明体的厚度很厚、密度很高也是如此。这与真正的粒子，例如子弹的情形完全不同。很多人把所谓的“光子”能够通过很厚的玻璃这种现象解释为：因为构成玻璃的结构粒子之间有空隙。这些空隙相对于极其微小的光子而言就像地球与月球之间的空间相对于人造卫星一样地辽阔。因此很容易就可以通过。如果这种解释正确的话，那么同样的光线为什么可以轻易地通过一块1000毫米厚的玻璃，却不能通过一张1毫米厚的纸板呢？纸板的密度比玻璃低多了。纸板纤维之间的空隙按理来说也比玻璃分子之间的空隙大多了。为什么光子反倒无法通过纤维空隙更大的纸板呢？
实际上，上面的例子恰恰证明了光子并不是真正的粒子。而想要对光有一个正确的认识，我们就必须冲破传统的质点观念，放弃光是粒子的想法，从另外的角度去理解光现象。
那么光到底是什么？为什么它可以穿透很厚的玻璃却不能穿透很薄的纸板呢？这些现象说明，光是一种波。光的穿透性是由物质构成成分决定的，而不是由物质的厚薄和密度决定的。而真实粒子的穿透性不但取决于物质的构成成分，而且也取决于物质的厚度和密度。
有人可能认为用子弹与光对比不恰当。因为它们不在同一个层次上。那么就让我们看一下同层次上的粒子辐射与电磁波辐射之间的不同吧。阿尔法辐射与伽玛辐射是两种本质不同的辐射。阿尔法辐射是粒子辐射，而伽玛辐射是电磁波辐射。阿尔法粒子就像上述的子弹一样，本身是有质量的粒子。伽玛射线是一种波长很短的电磁波，与上述的光是同类的物理现象。实验证明，阿尔法射线的穿透力非常弱。一张薄纸就可以阻挡住它。而伽玛射线的穿透力则非常强，一百张薄纸也阻挡不住它。为什么？这就是因为阿尔法射线实际上是由粒子构成的，而伽玛射线并不是由粒子构成的，而是由波构成的缘故。
为什么粒子的穿透性低，而伽玛射线这种电磁波的穿透力很高呢？其实道理很简单。宏观物体可以被视为是一个由众多粒子构成的粒子团块（mass）。阿尔法粒子在穿透一个物体的过程中，只要撞上比自己的质量大很多的粒子团块，它的运动就会立刻停止。所以，穿透力非常低。但是，电磁波不同。电磁波是通过空间场的形式传播的。因此，电磁波就有可能从构成宏观物体的粒子之间的空隙（空间）中穿过。其实，“穿过”这个词并不恰当。因为电磁波并不是粒子，不存在穿过的行为。电磁波是一种能量，它可以激发物体中的粒子之间的场与其作出同样的振动而把它的效果从物体的一面传播到物体的另一面。给人一种“穿透了物体”的感觉。因为构成物体的物质成分不同，物质结构粒子本身也在不断地振动。这就导致了电磁波在射向一个物体的时候，那个物体内部出现不同的反应。一种反应就是物质粒子把射来的电磁波转化成了增加自身振动强度的能量。这个过程就是吸收。电磁波被吸收之后就不会传递到物体的另一面了。于是在光现象上就表现为不透明。另一种反应则是电磁波对物体构成物质不产生任何作用。物体结构粒子之间的空间与真空空间对电磁波的反应类似。因此电磁波就可以顺利“通过”。这样的物体就是透明体。我们平时说的“透明”与“不透明”都是针对可见光说的。其实，严格地说，应该用“屏蔽”来表示透明与不透明更为恰当。可以屏蔽可见光的物体就是不透明物体。不屏蔽可见光的物体就是透明体。因为电磁波的波长不同，因此不同电磁波的屏蔽物体的种类也不同。越短波长的电磁波越不容易被屏蔽。因此，几乎所有的物体对伽玛射线来说都是“透明的”。这就是伽玛射线穿透力强的缘故。
那么量子的不连续性到底是怎么一回事呢？量子的不连续性是量子学家从一系列的物理现象中“发现”的。这里把“发现”打上引号的意思是想说那并不是真正的发现。因为人类的能力所限，根本就无法直接看到能量。所以，“能量是不连续的”这个结论是从各种各样的物理现象中推测出来的，而不是直接观察到的。
人类可以直接观察到的物理现象全部都是由实体物质表现出来的。人类是无法直接观察到在一个空间区域里是否有光线存在的。例如，虽然阳光非常强，但夜晚的太空却是黑暗的。我们看不到太空里有太阳光线的存在。但是，天上明亮的月亮告诉我们，实际上在那黑暗的太空空间里充满了阳光。所以说，只有当光线照射到实物上的时候，我们才有可能看到光的存在。同样，温度的存在我们也看不到。要想知道温度，就必须用测温仪去测量。总之，包括能量在内的所有以非实体存在的物理现象都必须通过特定的实体方式才能检测到。
我说这些例子的目的是想让读者了解，对能量的测量是离不开实体物质的。然而，实体物质具有一个非常独特的性质，那就是它的不连续性。实体物质的不连续性是由他的质心和刚性特性决定的。每个物体都具有一个质心，同时，物体都具有刚性。刚性决定了物体都具有一定的体积。因此，两个物体虽然可以并排靠放在一起，但任何两个物体之间的质心都不可能同时位于空间中的同一点上。也就是说，质心具有不可重叠的性质。这就导致了实体物质的不连续性。
与实体不同，能量是一种空间性质的物理现象。能量是完全可以重叠出现在同一个物理空间中的。所以，能量实际上是连续的。这就不难理解，物理学家从实验和观察中所看到的那些能量不连续性的现象，实际上由实体的不连续性导致的，而不是能量本身的不连续。
我们可以用这样的物理实验来说明能量在实体上表现出不连续现象的过程。用一个发出固定频率并水平放置的扬声器去（垂直）振动一根水平固定的细线，就会发现那根细线会形成固定的波形。看上去就是一节一节的。如果那根线上沾有墨汁，你在它的上方平行放一张白纸让细线的波轻轻碰触到白纸，就会从纸上的墨迹看到一连串的点点。这个实验证明的是，线虽然是连续的，但它的作用结果却是不连续的。
其实，能量在实体物质上的表现也是一样的。当科学家观察能量对电子轨道跃迁现象的影响时，看到的结果是电子表现出来的结果，而不是能量对电子的作用过程。因为电子是不连续的，因此，观察到的结果是不连续的。这是非常正常的现象。这就好像我们从桌子上拿起一个200克重的苹果时，给苹果向上的力是从零开始连续不断地经过0-200克的过程。但苹果毫无反应。可是，当给它的力一旦大于200克后，苹果立刻离开桌面。
同样道理，当我们观察光现象时，在光的能量非常小的时候，测光的仪器根本就没有反应。感光粒子是不连续的，因此我们会产生出光是不连续性（粒子）的错觉。
在人类生活的空间里，物体的大小千差万别。同样是苹果，大小也不同。因此很难让人有意识地去观测能量导致物体出现的不连续性现象。而在微观世界里，粒子的种类非常有限。例如，所有原子中的电子大小都一样。这样，只要电子对能量产生反应时，必定都以固定的物理量表现出来。观察结果总是如此。于是就显得好像能量本身是以固定的量子形成对电子产生作用的。因此而把能量误解成是不连续的。
显然，能量是连续，实体才是不连续的。这才是正确的世界观。所以，实体可以用质点（粒子）来表示。但是，因为能量是空间（场）性的，因此能量是不能用质点（粒子）来表示的。虽然现代物理学也在用“量子场论”研究物理现象，但是现代物理学中的“场”并不是空间场，而是由无数“粒子”构成的“粒子场”。这显然是一种被束缚在经典物理学传统观念框架之内的思路产物。
如果说能量不能用粒子来描述，那能量到底应该用什么方式来表示呢？从光照强度与光源距离的平方反比定律上就可以看出，光的能量是以层的形式分布的，而不是粒子形式分布的。因为所有的物理场都是球形的，因此它们的分布都符合平方反比定律。能量场也是球形场，所以在量化能量的时候，我们不应该把能量看成是“粒子”，而应该把它看成是“层面”。每个层面上的能量是一样的。由此得出的结论就是：能量的表示方式应该是平面密度形式的。这里提出的仅仅是思路和观点。至于在技术上如何具体实施，则是下一步的任务。
总之，现代物理学的唯一出路就是从来自经典物理学理论的旧传统观念中解脱出来。这些旧传统观念中包括了“质点观”。这种观念实际上是从对物质属性的片面认识中得到的。在经典物理学家的心目中，物质的唯一内在属性只有质量（实体属性）。因此，只要用质点就可以研究物理现象。然而，事实证明，在众多的物理现象中还存在着场的作用。因此，实际上，物质不仅具有实体属性，而且还具有场的属性。现代物理学理论面对的是场属性的物理现象。但却在“质量是物质唯一内在属性”这种错误观念的框架内，用粒子的形式来研究物理现象。这种传统观念严重地束缚了现代物理学理论的发展。只有突破这种传统观念，我们才能正确认识自然世界。
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