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力的传播速度比光速快吗?

这是个深邃的疑问,类似于爱因斯坦挑战牛顿万有引力时的心理思维。做学问提出问题比找出问题的答案更重要——

牛顿定律成功地解读了很多基本的天体运行模式,也无法解释其它不少天体现象,如所谓太阳和地球的“心灵感应”问题和地球表面的潮汐现象。据说,爱因斯坦做过如此设想:想象你是地球,如果太阳瞬间消失的话,你会如何反应?由于光速为宇宙间最快的信息传递速度,太阳光线需要传输大约8分钟到达地球。换句话说,太阳瞬间消失,你是马上飞出太阳系,因为瞬间失去了太阳对你的引力,还是等8分钟“意识到”太阳不见了,才飞出去?显然牛顿定律对此解释不了,因为引力间的作用被认为是无间断的。牛顿定律也解释不了潮汐现象,因为所有天体包括地球在引力计算公式内是按一个点来算的。

爱因斯坦具有非凡的空间想象力,他设想自己是个跟地球一般大的巨人,双臂水平伸展而出,手提着两个重物,地球就好像被踩在脚下的一个篮球。于是,两臂组成的一条直线与两个重物跟地球之间的两条引力线形成了一个三角形。当巨人开始收缩一直恢复到相对地球而言正常的形体尺寸时,那个三角形也随之缩小,且形状也随之变向矩形直到两条引力线变回两条平行线。爱因斯坦灵机一动,于是就意识到万有引力不仅仅是个力的问题,分明也是个几何问题。当然,地球不是平面而是个凸面,这便是曲面几何了。他于是去问他的数学同行,“有没有这样的几何?”答曰,“有。”实际上,高斯等几位数学家在比当时早半个多世纪前已发明了曲面几何,只是从未有过科学应用。爱因斯坦于是从头开始学习曲面几何,不久便创建了著名的相对论。

如何简单地描绘相对论?天体物理学家Wheeler只用了两句话,“天体让空间怎么弯;空间让天体怎么走。”相对论被认为既是科学,也是艺术。也就是说,天体如太阳由于自身的引力场使周围的空间变弯曲了,就好像一个保龄球坐上一个蹦床,压陷了蹦床的表面一样;当另一个天体如地球走进太阳的引力场时,弯曲的空间指定地球按照曲面而运行,就像在塌陷的床面上滑行玻璃球,玻璃球沿着曲线或弧线而非直线而运行一样。有兴趣的读者可以上网搜看有关讲解相对论的科普视频。

相对论的简单故事说明了辩证思维完全可以应用于自然科学的研究。简而言之,辩证就是改变前提的逻辑。空间由平面变成曲面,引力变成几何。善于改变前提,辩证思维需要有清晰的整体观和事物因素元素间的关系。上述故事实为广义相对论,事实上,爱因斯坦在之前的狭义相对论中也成功地运用了辩证思维。不管是光源在相对静止还是在移动的情况下,真空中所测到的光速均为一个常数。如此现象如何作解?爱因斯坦的天才解读为:光速不变时间变了、光速不变测光速的“尺子”长度变了。乍听起来不可思议,然而却是后来实验论证的事实。

在牛顿定律的基础上,爱因斯坦以辩证思维、协调因素间的关系创建了更胜一筹的相对论。然而,超自然的数学理论只能解读有限的天体运动,很多现象的解释只能靠想象来弥补。无论是牛顿定律还是相对论,毕竟还是理论,可以计算两个天体的运行关系和太阳系的运行模式,却无法计算三个天体或三个以上天体的运行关系,它们也无法解释星际运行的模式。

众所周知,太阳系所有的行星围绕太阳周转,整个太阳系犹如一个旋转的碟盘或扁平的陀螺。由于所受引力的差异,离太阳距离近、受引力较大的行星转得较快,离太阳远、受引力较小的转得相对较慢。如果把这个天体运行模式放大沿用到银河系又怎样,是不是离银河系中心黑洞较近的星系转得较快、离银河系中心较远的星系转得较慢呢?天体观察结果并非如此,也就是说,离银河系中心较近的星系与离中心较远的星系(以线速度计)转得一样快!对此我们该如何解释呢?大概只有两种推理:要么牛顿定律、相对论无法解读星际运行;要么数学理论没错,而是天体空间存在无法观察到(也就无法实际计算)的天体物质,这便是暗物质假设的由来。什么叫暗物质?就是看不见、摸不着,任何仪器测不到的天体。你相信吗?天体物理学的假设有时奇妙、有时虚幻,科学可以做到神学的境界。如何解读星际运动不符合牛顿定律和相对论,还需有进一步的整体观、考虑因素间的关系辩证。

从牛顿到爱因斯坦,几何空间从平面变为曲面,时间关系也从绝对成为相对。在相对论中,空间和时间变成了一个整体的概念——时空。科学发展的背后隐藏了思维的演变,即辩证对逻辑的弥补。逻辑思维侧重对因素的分割、分析,辩证思维则考虑因素间的关系及其变化,两种思维相辅相成有利于进一步成就对事物全面的整体观。(选自未发表论文《中西思维比较:自然的关系与超自然的理念》的一节)

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