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人文视角下的物理认知(场)

提到物理学中的场,人们熟悉和方便感知的是引力场和磁场。

首先我们要明确,我们的知识体系,是人类的知识体系,是人类为了认识、利用、适应或改造外界客观事物而架构的知识体系。

人类存在于地球的引力场中,同时,我们也需要一定的温度,湿度,一定的大气压力及含氧气的空气,在这种适宜的外界环境下,人才能生存。物理量是度量物体属性或描述物体运动状态及其变化过程的量,也可以解释为物理学中所描述的现象、物体或物质可以定性区别和定量确定的属性。如长度、质量、时间等。它是通过物理定律及其方程建立的相互之间的量的关系,其中包括标量、矢量和张量,存在量纲。从历史的角度来看,长度、时间、质量等物理量人类早就开始使用。古代物理量的单位与现代不同,那时的单位最早来自于民间的约定俗成,和物理定律或方程无关。古代的计时方法,是因为人们安排生活、工作的需要而衍生出来的。最早人们根据太阳在天空中的自东向西的运转来确定大概时间,后来制作了日晷。后来人们又发明了漏水壶计时,近现代开始使用钟表计时。度量时间总要依赖物质的运动或变化,所谓的时间箭头,时空穿越是不存在的。物理量之间常常是伴生的,类似于运动或静止是相对于参照物的,感知或度量一种物理量需要另外两个物理量,比如:速度=路程/时间。表示物体冷热程度的温度,只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量。

目前的物理学大厦并不完美和完善,可以罗列几条:第一,量子力学中有量子的测不准原理及费米子的泡利不相容原理,那么物质就不可能聚成一个数学奇点,但广义相对论中的场方程推导出了物质聚成奇点的黑洞。第二,质能方程E=MCC,但没有任何试验证明物体的质量可以完全转化为能量,无论是原子弹或氢弹,或者是可控核裂变发电及太阳的聚变,只是一小部分物质的质量转变成了能量。那么俨然是真理的宇宙大爆炸学说——能量点爆炸形成宇宙的试验根据在那里?第三,温度的微观本质解释为分子的平均动能,但太阳的内部为离子态,可以说不存在分子。抽成真空的密闭容器内也可以认为不存在分子,但也是有温度的。

电子、质子、中子构成了原子、分子,分子构成了地球上的万物,万物之灵的人类也是由分子构成。万物处于不同的领域和层次,描述和研究层级不同的万物需要不同的学科语言。现代科学与技术呈现出互相依赖、相互促进的发展趋势,即科学与技术日益一体化。脱离人类实践,远离自然界存在的万物的数学化的物理理论是没有前途的。由人组成了小家庭,国家及人类社会,也是一种广义的物质存在。

磁力与引力的传播速度都是30万公里/秒,都是长程力,与距离的平方成反比。磁铁的磁力线是闭合曲线,地球磁场的磁力线也是闭合的,赤道处磁场强度小,两极处强度大,但磁强度的差别基本在一倍左右。地球的引力线是由地心放射状向外无限延伸。既然引力有传播速度,引力子单向的有去无回或有回无去都是无法持续下去的。鉴于经典电磁理论和实践应用的成功,引力场理论应该基本套用电磁场的理论:引力线也应该是大致经过地心的闭合曲线,由引力极指向斥力极,引力线也有方向。但引力线的方向只是对同等级的天体(比如月亮,太阳)相对运动时有不同的影响,对于地球表面的物体不考虑引力线的方向。不同的物质材料在磁场中表现不同,有引起磁场增强的磁性材料和导磁性很差的非磁性材料;按真空中的磁导率为1,又可以将物质材料分为顺磁性材料和反磁性材料。铁粉可以基本均匀地被吸附在球形磁铁的表面,磁力线的方向对很小的铁粉无关紧要。同理,地球表面的物体在引力场的作用下顺引力化,重力方向指向地心。

物质的运动是绝对的,而静止只是相对参照物的静止。运动包括引力运动、机械运动、电磁运动、化学运动、分子热运动、原子内部基本粒子的运动。能量就是对物质运动所做的度量。当物质的运动形式发生变化时,能量的形式也就发生变化。能量可以在物质之间传递,这种传递过程就是做功或传递热量。热能、原子能、磁能、化学能、电能、机械能等各种能量形式之间可以相互转化,并遵守能量守恒定律。力是能量的一种表达,能量有时要通过力来传递,力是一个有大小和方向的矢量。

可以这样认为:能量的范围和内涵是囊括力的,既然各种能量形式之间可以相互转化,那么四种基本力(强相互作用,弱相互作用,磁力和引力)之间也是可以相互转化的。强力和弱力是面对物质的微观层面,引力是面对物质的宏观层面。核裂变发电中,就有核子之间强力,核子辐射的弱力的释放,以热能的形式表现出来,然后又转化为电能。在磁悬浮列车运行时,磁力抵消了引力,使得列车可以悬浮。力对物质来说是等效的。所谓的四种基本力并不基本,在微观本质上很可能是一致的:微观粒子周围有能量场。能量场之间相互作用时有时以力的形式表达出来。

物理中,许多理论的最初提出是为了解释自然界中的各种物质和物质现象。牛顿提出万有引力及公式,是为了解释太阳系中天体的运动及地表物体的向心力。严格来说当时是一种假设,并没有实验室中的证明。公式中的引力常数的测定是在一百年后由卡文迪许用扭秤试验确定的。扭秤试验中,只是针对地表的有限物体做了试验,得出了引力常数的数值。所谓的万有引力的提法,目前来看很不严谨。引力只是主要针对天体表面的固态和液态物质,对天体内部并不适用。天体内部是分子之间的结合力及势能压力,引力被其它力抵消掉或显得次要,于是物质才能保持自己的空间状态及融化的岩浆从地壳内部喷出。由于大气的浮力,从地表测量一千克重。的空气也很难,但却能测出一千克重的液态空气。

人类目前对于球形能量场之间相对快速运动时的相互影响及作用力还没有很好的数学模型,对于多个运动的能量场之间的相互作用力就更难特别精准的计算了。

类似于量子力学中的量子脱散效应(实验结果是受实验仪器和试验环境影响的),万有引力公式也是在某些边界条件中才适用,并非万有和放到整个宇宙中都适用。引力是有传递速度的,高速运动物体之间的引力和静态的同样的物体之间的引力也是不同的。万有引力的公式中并没有速度的体现,所以此公式不可能适用于高速运动的物体。也不适用于光子、电子等微观粒子。

爱因斯坦的相对论提出了场方程,认为大质量的天体引起了时空的扭曲,而人们将空间的几何扭曲当成了引力。地球上的海水潮汐,一般每天有两次高潮,两次低潮。即在地球的对应的两面同时产生高潮或低潮,用牛顿的引力理论基本可以解释,而用爱因斯坦的时空扭曲理论则解释不通。相对论专家们盛赞爱的场方程,可以精确解释水星进动,要优于牛顿的引力方程,认为爱的场方程可以涵盖牛顿的引力方程,牛顿的引力方程是物体低速运动时的近似算法。场方程解出了有奇点的黑洞,但光速与引力同速,也就是说有冲量的光子若越过黑洞的奇点要逃逸出黑洞时,引力是无法拉回光子的。所以,黑洞理论解释地很牵强:因为引力太大,以至于连光速的光子都无法逃逸出黑洞。。

科学技术创造出了物化的产品,容易让人信服。但有些科学理论,只是一种假说,比如宇宙大爆炸理论,黑洞理论、暗物质理论(理论依据就是牛顿万有引力在宇宙空间中具有普适性)。时至今日,世界上还有许多相信神创世界的宗教信徒。大道至简,科学即需要不断地去伪存真,也需要科普,以争取普通民众的信服和支持。哲学自古以来基本一直居于各门学科的顶端,只是近2个世纪以来,物理学开始攻城略地,不断挤占哲学的地盘。物理学家变得声明显赫,而哲学家则靠边站了。现在的物理学大厦是硕大无朋,但透风漏雨。也许物理学家现在需要和哲学家联手,退一步也需要引入哲学的辩证思维,才能完善物理理论。

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