把量子論與相對性論融合成一個統一的理論

來自專欄 算術幾何與理論物理

1 愛因斯坦：相對論與量子論很難融合成一個統一的理論

　　愛因斯坦（Albert Einstein，1879—1955）說：「[西方的]物理學統一基礎的建立看來卻的確很渺茫。而且這種情況又由於隨後[愛因斯坦與以玻爾為首的哥本哈根學派之爭]的發展而更加惡化起來。二十世紀的發展是由兩個在本質上各自獨立的理論體系來表徵的，那就是[宏觀的]相對論和[微觀的]量子論。這兩個體系彼此沒有直接的矛盾；但是似乎很難融合成一個統一的理論。」（[1]，389.）其原因的確主要出在愛因斯坦的相對論理論，即愛因斯坦承認道：相對論「這理論直到現在還未提出一個關於物質的原子論性結構的解釋。這種失敗，也許同它對理解量子現象至今尚無貢獻的這一事實有關。」（[1]，391.）他又說：「人們不止一次地提出過這樣的意見，認為自然規律未必能用微分方程來描述。事實上，從量子論的觀點來看，是否容許體系有這種狀態呢？為了有可能回答這個問題，我們應當認為，體系運動的周期，全都只能按照量子規則形成。為了真正證明量子關係，顯然需要新的數學語言。無論如何，用微分方程組和積分條件來記錄自然規律，正如我們今天所做的那樣，是同合理的想法矛盾的。理論物理學的基礎重新受到震撼，實驗要求我們能夠在新的更高的水平上找到描述自然規律的方法。新思想要到什麼時候才會出現呢？誰要是能夠活到那個時候並且能夠看到這一點，那該是多麼幸福啊。」（[1]，175—176. ）

　　其實，所謂「理論物理學的基礎重新受到震撼」，只不過是受到構成運動的物質相互作用的原理或左右內向的對稱所震撼。參見《宇宙基本原理新探——完備的量子宇宙數理信息模型的推演》一文。

2 理論物理學出發點的變革

　　中國科學院院士、理論物理學家郝柏林(1934—) 說:「簡單性一向是現代自然科學、特別是物理學的一條指導原則。許多科學家相信自然界的基本規律是簡單的。愛因斯坦曾是這種觀點的突出代表。」（[2]，166.）

　　愛因斯坦說：「理論家的方法，在於應用那些作為基礎的普遍假設或者『原理』，從而導出結論。他的工作於是可分為兩部分：他必須首先發現原理，然後從這些原理推導出結論。」([1]，75.) 他還說：「科學必須建立各種經驗事實之間的聯繫，這種聯繫使我們能夠根據那些已經經驗到的事實去預見以後發生的事實。……我們在尋求一個能把觀察到的事實聯結在一起的思想體系，它將具有最大可能的簡單性。我們所謂的簡單性，並不是指學生在精通這種體系時產生的困難最小，而是指這體系所包含的彼此獨立的假設或公理最少。」（[1]，298-299.)

　　顯然，假設、原理或公理所指的都是一回事，即理論物理體系的出發點。而出發點最少的理論物理體系，是只以一個出發點構建起來的新物理學理論體系。

　　但是，什麼是愛因斯坦相對論理論的出發點一一假設、原理或公理? 《辭海》：「相對論——[愛因斯坦的]相對論[理論]分為兩部分： (1) 狹義相對論( 1905年建立)。基本假設是：1．相對性原理，即在任何慣性系中，自然規律都相同。2．光速不變原理，即在任何慣性系中，真空中光速 都相同。(2) 廣義相對論(1916年建立)。基本假設是：1．廣義相對性原理，即自然定律在任何參考系中都具有相同的數學形式。2．等效原理，即在一個小體積範圍內的萬有引力和某一加速系統中的慣性力相互等效。」又：「相對論宇宙學——建立在愛因斯坦廣義相對論基礎上的宇宙學理論。」

　　所以，易於知道，愛因斯坦的相對論理論，背離了他的理論體系簡單性原理說，其多個彼此獨立的出發點導致了理論不能自洽。

　　物理學統一基礎的建立，即可由變革愛因斯坦相對論理論的假設、原理或公理入手。這種變革的方式應該是以物質實踐觀察到的事實為根據給出新相對論理論體系的唯一的一個 出 發 點——假 設、原 理 或 公理，以取代愛因斯坦相對論理論的4 個原理。

　　事實上，愛因斯坦的時空觀與馬克思主義哲學宇宙觀相對立。

　　馬克思主義哲學認為：世界（宇宙）統一於物質，運動是物質的存在方式。宇宙的物質統一性原理是馬克思主義哲學的基石。

　　根據馬克思主義哲學的宇宙物質統一性原理，即可變革愛因斯坦的相對論（狹義相對論和廣義相對論）理論的4個出發點，提出唯一的一個理論出發點——公理：「宇宙只有一個」（圖1-），建立起整個宇宙內部運動（相對性運動）的——公理化數、形統一或相結合幾何形式表現而左右內向對稱的形象化的新相對論——相對性論（圖1-, ...）理論，將宏觀世界與微觀世界物質運動的描述統一在一個理論之中，最終導出整個宇宙標準原子內部物質基本粒子群的強相互作用、弱相互作用、吸引和坍縮相互作用、電磁暴賬和膨脹的作用，這四種相互作用依次出現之於物質量子場的動態理論模型——即愛因斯坦相對論理論（及西方的理論物理學）欲求而不得的所謂的「統一場論」。參見《依靠唯物辯證法增強科學發展本領》一文及其演繹發展。

【參考文獻】

[1] 許良英、范岱年編譯. 愛因斯坦文集(第一卷)[M]. 北京: 商務印書館, 1976. [2] 郝柏林. 混沌與分形——郝柏林科普文集[M]. 上海: 上海科學技術出版社，2004: 166.

[2] 郝柏林. 混沌與分形——郝柏林科普文集[M]. 上海: 上海科學技術出版社，2004: 166.

（上文部分內容另發表在知乎回答： https://www.zhihu.com/question/36473166/answer/286482892）

推薦閱讀：