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颠覆爱因斯坦的相对论之后,物理学会有什么

来源:水星 时间:2022/10/24
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颠覆相对论是一件不可思议的事情。

目前物理很多领域都需要狭义相对论。我是研究场论的,场论的基础就是狭义相对论。没有狭义相对论,场论就报废了。但是这不代表颠覆了狭义相对论物理学会有多少变化。

因为物理大厦具有很强的稳定性,或者抽象性,对物理而言最关键的不是相对论、量子力学还是牛顿力学,而是另一个不被大众所了解的量——作用量。一切物理理论皆可由它得到。

相对论和牛顿力学以及经典力学和量子力学的区别仅仅是它们的作用量不一样。

作用量最早是哈密顿、雅可比等人构建的,它在形式上等于拉格朗日函数对时间积分,或者拉氏量对时空体积元积分。狭义相对论不对了,对物理而言不过是换个作用量而已。

没多少大不了的事情。那些想构建大统一物理模型的人只需要不断调整作用量,然后写出相应的动力学方程,再与实验对比就ok了。

还有做宇宙学的,他们就是不停地在广义相对论的作用量上加各种修正,加完以后各种求解动力学方程,然后对比实验数据。最狠的则是弦理论家,无下限修正自己的理论。但是我要强调的是,物理的重点不在于修改理论,而是在于为何修改理论。

也就是说,相对论被推翻了,我们必须搞清楚它到底哪里出了问题。

是相对论的两条原理出了问题还是别的什么原因?

搞清这个问题了,即使相对论不对了,也没什么。

后面只需要做做调整,还会出现另一种形式的场论,另一种形式的其他的物理理论而已。但是,没有改变则是物理学研究问题的方法,这是物理区别于别的学科最关键的地方。

通常在科学研究上用颠覆一词,主要是强调新理论的开创性和贡献有多大,对旧理论的冲击有多大。基于任何科学理论无论新旧,其本身都是尊重逻辑和实证而产生的,那么新理论对旧理论的颠覆常常并不一定总是表示旧理论错了,需要被淘汰扔到历史课本里。新理论常常是包容旧理论的,比如旧理论可以看做对新理论的不精确近似,或者新理论可以延伸到原来旧理论并不适用的范围,或新理论比旧理论的模型特别数学上更为简单、优雅。下面拿天体运动做个例子看一看。

哥白尼提出日心说的时候,行星在轨道轨道上做圆周运动。这个模型比地心说简单很多,而且能很好的解释火星逆行现象。所以,这次颠覆最主要的贡献是简化了模型。

但哥白尼的日心说但仍然有很多与天文观测资料不符的东西,比如行星运行速度的变化等。所以开普勒根据第谷的天文观测资料提出开普勒三定律,把哥白尼的轨道变成椭圆,就可以更好的符合观测资料。这次进步,虽然只是对模型的调整和修改,但更为精确从而去除了日心说推广中发现的一些明显的瑕疵和漏洞。

开普勒三定律虽然很符合观测结果,但有点像个神秘的天文学的经验公式,并没解释为什么行星这样运动,没有揭示背后更基本的物理学原理。牛顿发现万有引力并提出牛顿三定律后,可以从牛顿三定律推导出开普勒三定律,而且把万有引力的适用范围从星空延伸到了地面。所以,牛顿的开创性工作是包容开普勒三定律的,而且理论适用范围扩大了很多。

到了爱因斯坦发明广义相对论的时候,相对论用全新的视角更精确的预测了水星凌日时观测到的和牛顿模型的微小误差。尽管大家都赞扬相对论颠覆了牛顿的物理学大厦,但实际上牛顿力学仍可被纳入相对论体系中,可以看成对新理论的近似。所以,尽管大家都说相对论颠覆了牛顿力学,但没有听说哪个现代化国家的正规学校把牛顿三定律从物理课本上删掉……

所以,即便将来有一天广义相对论抑或量子力学也被另一个新理论纳入其中,我们也有理由相信,月亮还是原来的月亮,物理学也还是原来的物理学。不同的是,人们一定可以在新的理论里发现更多有趣的东西……

所以科学讲的颠覆和怀疑精神、不迷信权威,不是怀疑一切、打倒一切的造反派,不是名词和初等数学公式堆砌起来的空口说白话,也不是被政治、民粹或哲学绑架了的太监科学,而必须在吸收前人科学成果的基础上,能与用实证依据和形式逻辑加以证明的可以证伪旧理论的新模型。

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