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科学理论之批判(3)动态几何思维方式  

2015-03-05 15:05:59|  分类: 【科学探索】 |  标签: |举报 |字号 订阅

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第三节    动态几何思维方式

    我们已经反复地讨论过爱因斯坦的相对论, 其深刻的思想与巨大的成功已无须再花费过多的笔墨,这里只就其独特的思维方式进行讨论, 在比较中分析爱因斯坦是怎样理解宇宙的。
    牛顿虽未真正探究到引力现象的本质, 但他以代数方式认识并近似地描述了引力, 他将引力视为一种瞬间产生作用的超距离的力。无人能对这种瞬间超距作用的本质作出合理解释。爱因斯坦对引力则是以完全不同的另一种方式去理解和描述的。
    爱因斯坦用两物体之间交换携带引力的虚粒子这样的方式来表述引力。 为什么会产生这样的方式呢?只要我们比较一下爱因斯坦与牛顿所处的历史时期自然科学的发展状况就很容易理解。
    经过大约二百来年的蓬勃发展,至二十世纪初期,电磁理论由产生到日趋完善,已成了牛顿力学体系之后,经典物理学的又一顶梁柱。量子理论随着人类观测手段深入到原子世界而悄然形成并日渐成熟。由古希腊留其伯、德谟克利特在思辨中提出,而由道尔顿*29确定的原子论思想, 即将世界理解为由微小粒子这样的基本成份构成的思想, 在科学界已成为一种共识,正是这种“粒子” 学说影响和支配了爱因斯坦。 在用粒子运动的观点解释了“布朗运动 ”*30现象之后,1905年,他用“光量子” 理论又成
功地解释了光电现象。后来在广义相对论中采用“引力子”这样的虚粒子概念去理解引力,只不过是这种“粒子” 学说合乎逻辑的延续.最终,这种延续伸展至量子理论,人们认为基本粒子总是通过交换光子这样的粒子来产生联系的。
    图4-4 是这种理解的简单图示。
科学理论之批判(3)动态几何思维方式 - Science of Love - Alien Alliance
 

    爱因斯坦思维方法的独特性更突出地表现在广义相对论中, 他将牛顿时代对质量与引力等的概念发展引伸为时空被扭曲这样的理解方式,并用测地线这种新颖的概念来表述物体运动轨迹。 如行星围绕太阳运行,就是因为太阳这个有巨大引力的大质量的物体, 使周围空间畸变而具有曲率, 行星就是在这种扭曲的空间依测地线轨迹而运动的。
    爱因斯坦还把表征变化的时间作为一个维度加入到这种概念体系中,称为时--空连续体。
    从本质上分析, 爱因斯坦的这一整套思维体系,是在以几何学的方式理解宇宙, 他采用的是一种非欧几里德几何,即黎曼几何*31, 由于加入了表征变化的时间量,可以冠其名为“动态几何” 思维方式, 与牛顿的代数思维方式构成方法上的区别并相映成趣。
    这种出人意料的独特认识方法, 一开始总是难免使人觉得别扭而不易接受, 然而,事实最终证明,相对论在更宽广性和更精确性地理解宇宙方面体现了巨大的认识价值。
    虽然如此, 爱因斯坦及其信徒顺着相对论的思维路线合乎逻辑地走下去, 试图以取得巨大成功的相对论去解释宇宙的起始与终结时,他们碰了壁。
    科学家中终于有人发现,“相对论包含了自戕的种子”。
    宇宙大爆炸和黑洞这样两个具有数学“ 奇点 ”  特性的理论概念似乎是相对论思维发展的必然结果,在描述宇宙这样两个极端现象时,而在这两个“奇点” 中,一切物理学理论包括相对论又被证明将失效。 相对论以背反律的方式走向对自己的否定, 究竟是什么原因造成如此结果呢?科学家中有很多人苦思不得其解。
    看来, 物极必反的原则似乎连最深刻的理论也不肯放过。
    以一种方式去思维, 却又不去对这种思维方式本身进行剖析与反思, 是难以发现问题的症结的;只有在对整个自然科学体系思维方式有清醒的认识基础上,才能解释相对论所面临的窘境。
    虽然比牛顿理论更为精确, 相对论本质上却是由牛顿理论一脉相承而来的延续发展, 它同样是一种以标准化的方式对宇宙的理解,同样是依靠量化、约化与简化的原则去近似地解释一切现象, 在通常情况下,这种略去了微小量级的近似解释是成功而有效的, 但当问题是牵连到宇宙的两个“极端” 时, 那些因简化而舍弃的微小量级的因素因积累而扩大到了不容忽视的程度, 通常被认为是较精确的理论,也因此而变成粗糙的并可能具有谬误, 显示出与事实不相符合。这就是数学这种思维方式本身带来的问题, 正如量子理论所遇到的数学上的无穷大问题一样, 你要用这种方式思维,就必然要面临这
类问题,除非你还能用另一种思维方式作为补充的手段,否则你是不能从根本上解决认识问题的。
    相对论的思维方式本身决定了其适应的空间领域,超越了这一时空领域,理论就将显示出种种局限性,这里更进一步地说明了相对论的相对正确性, 在上一章关于黑洞及暗物质的讨论中,本文早已论证了这一点。
 (请看第四节)
 
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