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物理理论成熟化的思考
作者 苟文俭
（新疆石河子122团中学 832062）
[文章提要]
对客体存在属性的观察直觉是物理学思惟的开端；而成熟的物理理论，则是理论特有的数学形式和它的经验解释的有机的统一。对数学表述优越性的敬慕和盲从，在现代物理学中形成了诸多误区，加深了理论不成熟程度；进一步的探索，应当离开对微观量子实体的量子力学正统解释，把理论的经验部分提到第一位，通过修改“小距离处”物理学目前的概念构建新的理论基础。
[主题词]
观察直觉 客体存在属性 成熟的物理理论 理论的数学表述 物理理论的基础概念 真空最基本单元

（一） 物理学思维的开端
物理学是我们大脑对由客体存在构成的物理现象规律性的反映， 其描述总是开始于物理概念的形成。以反映物体空间位置移动这种物理现象规律性的实践为例，研究者们首先经历了对该现象观察、测量、比较、归纳等观察直觉过程，明确了构成它的客体存在都具有可以用参照物、位移、速度等词汇表示的属性，在头脑中形成了观念后就构成了描述该现象的概念,即运动学理论的物理概念。
容易分析，客体的不同存在可以构成不同的物理现象，但任何物理现象都只能构成于客体存在。与上述运动学理论的情形一样；物理概念都是构成物理现象的客体存在属性在我们头脑中的反映，是构建物理理论最基本的思维形式；依据客体存在表现出来的事实对相关客体存在属性的观察直觉，是物理学思维的开端。
物理现象都由构成它的客体存在属性所规定；不同的物理现象，客体存在也都表现出一组不同的属性，因此也都要用不同的物理概念来具体描述。如物体的热现象就不同于运动现象，它表现的就是温度、压强、体积等这样的一组存在属性，形成观念后就成了热力学的物理概念。
在我们大脑中形成的物理概念，是构成物理现象的客体存在属性
通过人的感官传导到大脑，然后经过大脑加工，使其变成主观思维中的东西。物理概念都具有离开客体存在的抽象性。
另一方面，由于物理概念是我们大脑对客体存在的反映，使其又总具有客体存在内容，对此也说物理概念又具有反映客体存在的实在性。如温度，它作为热学理论的物理概念，其实在性就是组成物体分子热运动平均程度的标志。
物理概念的实在性具体给出了它的内涵和外延。物理概念的内涵是指它反映到主观思维中的客体存在属性的具体内容、回答了概念表达的到底“是什么”的问题；物理概念的外延，由客体存在属性范围所规定。如运动学理论中的位移，它的内涵是指物体相对于参照物的位置移动，包括移动的空间距离和方向，外延则是指所有运动物体的位置移动；这些就构成了位移的实在性的具体内容。
容易理解，在物理概念的使用中：抽象性保证了它能够通过思维的力量起作用，构成了对物理现象实现描述的可能性；实在性则保证了理论的客观性，规定了我们应该怎样对特定物理现象实现描述。因此，在物理学思维的开端：通过对事实的观察直觉、明确客体存在属性、明白清楚地回答物理概念表达的到底“是什么”，是正确描述由客体存在构成的物理现象、构建出成熟的物理理论最根本的前提条件。
（二） 成熟的物理理论
成熟的物理理论在逻辑上是完善的。物理学家们普遍认为，这样的物理理论“是这个理论特有的数学表述形式和它的经验解释的有机的统一”，说“没有前者，物理理论就不成为物理理论；没有后者，物理理论也不成为物理理论。在理论发展过程中，取决于不同的情况，提到第一位的或是理论的数学部分，……或是理论的经验部分，或是这两部分大致是同时发展的”；还认为理论对物理概念的使用，并不是为了适应数学工具，而要体现数学部分和经验部分的共同发展、互相促进。（1）
我们知道，观察和经验直觉（包括人工实验）是全部物理知识的基础；思维的开端中，不仅物理概念的形成有一个观察直觉的过程，作为理论描述起点的公设，它作为对所描述客体某些方面存在本质的反映，也总是形成于观察直觉的综合判断，因此，它们都不能在逻辑上相互演绎。即物理理论在形成它特有的数学表述基础时，都有一个对所描述客体存在的观察直觉过程。理论发展中，在不明确构成物理现象的客体存在属性是什么时，只能把理论的经验部分提到第一位。
现代物理的相对论和量子论描述的物理现象，尽管远离了我们生活的现实世界，但不论是描述起点的公设，还是理论的基础概念，如相对论的惯性质量与引力质量相等的等效原理、时间的同时性，量子论的原子定态、能量量子化、粒子波—粒二象性等等，都来自观察测量和比较归纳，即都来自观察直觉而非理论的数学表述。在思维的开端。现代物理与经典物理遵循同样的规则。
物理理论的基础概念所反映的客体存在属性，将直接构成了理论所描述的物理现象。如质量反映的这种客体存在属性，它不直接构成运动现象，就不是运动学理论的基础概念。理论的基础概念反映的是客体在构成理论所描述的物理现象时特定的存在属性，而不是客体一般的存在属性。
任何理论描述的客体存在的具体情形都会有千万种可能，凭观察直觉及健全的理智，对这些都不可能一一加以概括，数学表述就能很好完成：一行或几行方程式不仅能把所描述客体存在的过去、现在和将来联系起来，也还把可能发生的所有情形都包括进去，其逻辑的可靠性和简洁优美的形式无与伦比。理论的数学部分是经验部分根本无法取代的。
数学表述还要用来解决具体问题，因此还必须把数学演绎结果与客体存在的实际联系起来。只有通过经验解释证明数学表述完全与实际相符后，作为理论的数学部分才能被认为它与经验解释是有机的统一。
综上所述，物理理论的经验部分是理论的起点和终点，而数学部分则是对描述对象进行理论概括的逻辑保证，它们有机的统一是认识论原则在物理理论中的具体体现，可以概括为以下三个方面：
1、构建理论的准备阶段，要通过对描述对象的客体存在事实的观察直觉，确切回答基础概念到底表达的“是什么”，总结归纳出作为理论起点的公设；
2、使用数学表述对描述对象做理论概括，要求严格满足基础概念的内涵和外延设置的边界条件，构成的逻辑关系与所描述客体存在属性自身的内在关系完全一致；
3、与客体存在实际相联系时，数学表述既不出现与实际不相符的结果，也要精确包括由基础概念的实在性规定的全部内容。
根据基础概念的上述规定还可以认为：成熟的物理理论也实现了基础概念抽象性和实在性的有机的统一，是数学表述对基础概念恰如其分地合理应用。
对现代物理学、宇宙学方面的理论还不能给出宇宙为什么是今天这样的结构；粒子物理学方面也不能理解常见粒子的质量为什么是这么多等最基本的问题。现代物理理论特有的数学形式与经验解释远远没有实现有机的统一，是不成熟的。
（三） 物理概念的非正常情形
有明确清楚的实在性意义并进行了正确表述的物理概念，本文就称是它的正常情形。
使用某种语言方式揭示物理概念所反映的客体存在属性，就称是对概念的表述，具体可以是文字方式的，也可以是数学方式的；对物理概念的表述，既可以形成于对构成物理现象的客体存在属性的观察直觉，也可以是理论分析与观察直觉相结合。物理概念是否被正确表述，取决于我们对客体存在属性观察直觉的程度。目前对构成物理现象的客体存在属性、许多我们还是未知的，对一些概念的实在性意义也还没有弄清、有的也不能正确的对其表述，不正常的情形大致可分以下三种：
1、在构建理论的思维的开端，用特称名词表示客体的相关存在属性，在理论中形成了来自真实的客体存在属性、但还不清楚实在性意义的物理概念。
物体的物质，就是在构建经典力学的思维的开端，根据能够引起重量或惯性这样的物体存在属性，使用特称名词形成的；实际上对物质表达的到底是什么，我们仍一无所知。其它还有许多物理概念，如粒子电荷、固有频率等等，也都属于这类非正常概念。
2、在理论的数学部分，不是根据数学表述结果或客体存在事实，而是完全“为了适应数学工具”直接引入物理概念，对其实在性意义及指称的客体存在属性是否存在，均全然不知。
如为了适应SU（2）×U（1）群统一弱、电相互作用，就直接引入了弱同位旋、弱超荷等概念，实际上我们既不知道它们表达的到底“是什么”，也不清楚轻子是否真有这些存在属性。还有描述强作用的量子色动力学及超弦理论，也都有为了适应数学表述而直接引入了不知“是什么”的物理概念，如量子色动力学中夸克间的色磁作用，超弦理论中多余维数被卷缩了的空间等等。
当然我们并不否认数学表述具有的预见性，但一般是指数学表述的结果，决非是为了实现表述对所描述客体附加一些人为的东西；这完全是一种用思维设计出来的自圆其说。
3、对物理概念的表述不是通过揭示其内涵，而是用同一概念循环的方式，造成了概念表述的不正常。
热力学中，对绝对热力学温标的表述使用的是热力学第二定律，而热力学第二定律的表述又离不开温度；狭义相对论中，速度的表述是通过空间、时间坐标实现的，而空间、时间坐标又要通过光速来表述。这些都是用同一概念循环的方式表述物理概念的例子。
这里所举的例子中，物体温度的绝对零度到底是什么样的存在属性，运动物体存在的时间、空间属性到底是什么，目前仍属未知。可以认为，物理概念的表述不正常的根源仍可以归结到不清楚它反映的客体存在属性到底是什么所致，是构建理论时不得已而为之。形式逻辑不允许用概念循环表述概念，对成熟的物理理论，物理概念的这种不正常表述同样也不应当出现。
特别说明，对一个物理理论，非基础概念的不正常对理论的成熟化可以不产生影响。如经典运动学对机械运动而言是成熟的，但它并不受质量（即物质）因为不清楚实在性意义而不正常的影响。
物理概念有不正常情形表明，物理理论思维的开端还存在着缺陷。对未知的探索中这也许是不可避免的，但要对物理理论做有成效的发展，就应该而且必须对此保持警觉并不断地去加以消除。
（四） 数学表述的负面影响
由本文（二）的讨论，对所描述物理现象的理论概括，理论的数学部分有着异乎寻常的优势；正因为有这样的优势，以及又具有抽象性特征，理论的数学表述又将会产生如下一些不可忽视的负面影响。
1、数学表述是物理概念抽象性的实现，因而它往往是客体存在效果的表示，并非是客体真实存在的实际情形。如牛顿第二定律F=ma,它给出的就仅仅是物体（m）受力（F）产生了速度变化的效果（a），并不等于就是力作用中物体运动变化的真实情形。物体受力速度变化可以在各种不同的形变方式中发生，不同形变必各有差异，这些F=ma均不能具体体现。
上述分析表明，物理理论的数学表述有脱离所描述客体实际的真实存在、物理概念的实在性被掩饰的负面影响。
2、数学有自身的公理化前提及独立的逻辑体系，它既可以使物理理论得到极尽可能的发挥，又容易超越由客体存在属性设置的边界条件，从而构成理论观念的混乱。
如对狭义相对论的尺缩效应l动=l静（1-v2/c2）1/2的表述中，仅按数学运算规则，各量的取值不受限止，在v>c时根号内出现了负值，引入复数后就可以构成全新的研究课题，但狭义相对论的边界条件确不允许；在光子是什么没有弄明白之前，c取值的内涵及与v大小的比较关系谁又能说得清楚呢？
对物理理论的数学表述可以构成理论观念混乱的负面影响，世界理论物理大师费因曼对此做了明确的评述；他认为由标准模型的数学表述得到的理论观念的“可能性实在太多了。他们之中任何一个可能都是对的，也可能没有一个是对的”。他还说对此我们应该采取的对策，就是在理论研究中不要让“每个人都去做相同的一件事”。（2）
3、数学表述的魅力还容易使人走上凭思维的力量解决物理学问题的歧途。
这种情形实际已经发生。如在粒子物理学中为了解决引力发散困难而构建的超弦理论，就是从规范理论的数学表述中找到方案后，靠思维的力量发展而成的。该理论对四种力作用的统一看起来很美，但它却具有表述形式的不确定，也不能得到多少与实际相符的有用结果。诺贝尔物理奖得主格拉肖就认为该理论“靠思维本身的力量解决基本粒子物理学的问题是不会成功的，”还评论说：“通过观察来认识世界的传统方式将会经受住一切考验。”（3）
容易理解，格拉肖在这里所说的“通过观察”与本文的“观察直觉”并无实质区别；也可以说通过观察直觉构建物理理论，“将会经受住一切考验。”
物理理论数学表述的负面影响又使它表现出劣势。不论是对未知的探索，还是实现与经验部分的有机的统一，数学表述都是名符其实的双刃剑。
（五）现代物理理论的误区
由于数学表述巨大优势的潜在影响，在现代物理理论研究中形成了“重数学表述轻经验解释”的倾向，甚至让经验解释服从数学表述，按照数学表述与经验解释实现有机的统一的要求，这是显而易见的误区。对此可以举以下三个方面的具体例子。
1、崇尚“数学认识论”，试图从数学中去寻找真理，而不是通过
从客体存在的事实去发现真理。
爱因斯坦就是这种观念的积极倡导者。他说：“我坚信，我们能够用纯粹数学的结构来发现概念以及把这些概念联系起来的规律，”“创造性的原则寓于数学之中”，还说“到数学的简单性中去寻找真理”是唯一可靠的源泉。（4）
实际上，爱因斯坦用这样的思想做指导试图构建统一场论，后半生几十年均未能取得任何进展；他自己的实践就为他的这些观念的正确性提出了质疑。
在现代粒子物理学中，数学认识论巳是一种时尚；除本文（四）所举的超弦理论外，规范理论也同样有这种认识论的痕迹。如它们的不同描述中真空就有不同的存在内容，而这些内容都不是根据真空存在的事实确定的，而是根据理论实现数学表述的需要直接引入的。
在粒子物理学中由数学认识论所得的结果，海森堡讲的非常清楚；他说理论的发展“我们最后得到的将不是最小的粒子，而是由其对称性决定的数学客体，……现代物理学中的粒子，就是基本对称性的数学抽象”。（1）理论得到了这种非客体存在的结果，还能算是反映客体存在规律性的物理学理论吗？
数学认识论的逻辑依据是：客观规律都符合数学规律，反过来，通过数学规律就可以揭示客观规律。该判断是明显偷换概念的错误。与客观规律相符的数学规律C，并不等于就是通过我们头脑设计出来的数学规律C΄ˋ。只有成熟的物理理论，C才会与C΄ˋ一致，而现代物理学并非是成熟的。
2、现代物理理论的不成熟已是普遍的认识，对其进行新的探索已成为潮流，但研究的起点中提到第一位的，一般都不是理论的经验部分而是数学部分，往往也总是依据理论自身的数学表述：或者通过扩展物理量之间的某种数学关系，或者从纯粹的数学意义上重新规定某些物理概念等等。说如此进行理论探索也是误区，其理由主要有以下两点：
(1) 粒子的组成作为现代物理最基本的描述对象，它的存在属性是什么我们还不明确，按本文（二）的认识，这种条件下理论的发展，只能把经验部分提到第一位；
（2）现代物理理论数学表述依据的基础，狄拉克认为是不可靠
的，必须“对它进行某些深刻的变革”（1）。因此，对现代物理的理论探索若以它的数学表述为依据，就等于是以它的错误基础为依据，其结果只能使错误升级。从粒子理论的标准模型发展到超弦理论，再发展到M理论，每一次发展不仅理论困难增加了，也更远离了实验观察。这就是把数学部分提到第一位、致使理论探索中错误升级的典型例证。
3、理论应用中，在还不明确众多基础概念内涵的条件下，就把数学表述当成是客体真实存在的精确描述。对此量子力学的正统解释
表现的最为显著：
（1）当两个量子实体A、B在很短的时间发生相互作用分开后，数学描述仍把A、B当成了迭加态，用于客体存在就被解释成量子实体存在非局域关联，即A、B之间相互作用分开后始终存在着非力作用的魔幻般的关联，而且还与它们分开时间的长短无关；〈5〉
（2）理论中对量子实体测量的数学表述，是不可分的迭加态向某一子项跃迁，这就被解释成：没有被测量时单个量子实体没有具体的客体存在属性，最典型的说法是薛定谔设计的既死又活的猫。更有甚者还认为：量子客体存在属性取决于观察者的意识，或不可观察的世界是不可能做确切预言的多值世界等等。（6）
目前，量子力学描述的波动性、随机性、能量量子化等等粒子存在属性到底是什么，我们还无从知晓，即量子力学的描述基础同样是不可靠的，我们怎么就能断定它的数学表述就表示了客体的真实存在呢？如用量子力学得到了DxDp³hˊ(或DtDE³h)这样的数学关系式，就被解释成由于人为测量的干扰，对微观粒子我们将不可能同时准确测量位置和动量（或时间和能量）；但事实上，只要我们以粒子的全振动为测量单位，准确得到了运动粒子的波长λ和周期T，由P=h/l 和E=nh 就能准确得到动量和能量。即特定条件下微观粒子的位置和动量（或时间和能量）也可能被同时准确测量；另一方面，量子力学在现代技术中得到了广泛的成功的应用。这些都可以证明，量子实体作为真实的客体，其存在与直觉的现实世界相悖的正统解释与实际并不相符。
可以认为，正是因为量子力学的正统解释，使人们误认为粒子组成的客体存在具有远离现实世界的特异性，因此对到底“是什么”的认识就不再能用经验直觉，而是转而向数学祈求，再加之对数学表述优越性的敬慕和盲从，使现代物理理论对数学表述的使用就过了头,而经验解释却不足，形成了诸多误区，这就更加深了理论不成熟程度。
（六）实现现代物理理论成熟化的途径
在论及现代物理论不成熟根源时，理论物理大师格拉肖做了形象深刻的比喻，说这是因为当代物理学家是并不知道围棋规则的观众，只能通过很长的时间看比赛去猜测大概的规则。（7）
格拉肖在这里所说的“围棋规则”，是指现代物理学所描述客体的存在规则。现代物理学所描述的最基本的客体是微观粒子的组成，物质、电荷、粒子的量子化条件等等这些不知其实在性意义的物理概念已成了理论的基础概念。因此，要实现现代物理理论成熟化的第一位工作，只能是通过对构成粒子的组成的客体存在事实做经验解释，弄清所有基础概念表达的到底是什么，揭示出粒子的组成的客体存在规则，从而构建出新的理论基础。对此中外理论物理大师们已做出了指导性的论述。
首先是已故中科院的物理学院士卢鹤绂，他在分析狭义相对论、量子力学（QM）和粒子有大小这三者都照顾到的量子场论未能建立起来的原因时结论说：“可能意味着狭义相对论和QM的定律在很小的距离处终将垮台，小距离处目前的概念可能还须修改。”（8）这表明，对粒子内部空间的存在做描述我们完全可以不考虑现代物理理论的应用，而且要特别注意“小距离处” 客体可能有全新的存在属性。
其次是世界理论物理大师狄拉克，他说要克服量子理论目前的困难，“唯一的办法是在理论的基础上作某种剧烈的改变，很可能这种改变的剧烈程度将不亚于玻尔理论转变到现在的量子力学”。（9）
狄拉克的论述与卢院士的分析所指的内容并无实质性区别，不同的是，狄拉克把“小距离处”的概念说成了理论基础，而且还给出了完全肯定的结论。
如何修改“小距离处”物理学目前的概念，并实现理论基础的深刻剧烈的改变呢？
“小距离”是对粒子内部空间而言的。粒子都产生于受激发的真空，其内部空间小距离处的客体存在属性只能源于真空的小距离处，也即根源于现代物理学中进入物理描述的真空点，其实际的物理内容主要体现在以下两个方面：
1、对真空点泵入能量可产生出现实的有质量粒子；
2、物理场中受激发时，有由电容率ε0和磁导率μ0表征的唯一特
征内容，而且在全宇宙真空均无区分。
由此说明，描述中有物理内容的真空点是相互独立的真空量子化组成单元，其中最基本单元的固有态在全宇宙都是唯一的，用V0表示。从真空产生出粒子，是V0离开真空态后相互组织的结果。
这样，粒子内部空间“小距离处”的客体存在属性，也都源于V0的存在。根据物理学的认识论原则，物理描述中V0的存在只能由全面反映它存在的基本事实来确定，这应当体现在它离开真空态产生粒子时所需要的客体表现中。根据本文上述的有关讨论容易形成以下的思路：
1、粒子的一切存在特征，包括波—粒二象性、能量量子化、各种规范对称性等等，都源于V0存在；
2、粒子是可观察物质世界的“砖块”，因此物质世界也源于V0；物质世界永恒的非特异的普遍存在，显然也都源于V0。这样我们就应当放弃对量子实体的量子力学正统解释，把描述中的V0当成是非特异的普通客体；
3、构建现代物理理论基础的客体依据是V0存在，而不是粒子个体存在，实现的方式是把对V0存在的经验解释放到第一位，而不是首先用数学表述去做还不知道“是什么”的思维游戏。
作者在上述的思考中历经20多年，通过简单直观的V0存在给出了真空信息这一具有实在性意义的全新的物理概念，完成并出版了专著《真空信息论》（10）。
该书根据V0的客体存在属性集中回答了所有物理概念表达的到底“是什么”的问题，得到了诸如夸克为什么不可能自由存在、粒子左右手性是怎么样生成的、产生静止质量的希格斯机制如何实现的、能量与质量具体怎么样相互转化等等一系列问题的答案，理解了所有实验事实，特别用实验测量了由V0存在决定的六个参数后，就十分精确地计算了几乎所有常见粒子质量，第一次用简单的方式解决了粒子质量谱这一现代物理理论最根本的困难。
在重新构建现代物理理论基础的探索中，《真空信息论》涉及的是真空领域的研究，象十七世纪的热力学，二十世纪初的量子论初次涉及新领域的研究那样，使用的都是经验的直观模型。《真空信息论》在表述方式上离开了唯象理论的概念模型这种当今现代物理理论的主流，其目的就是要走出现代物理理论中“重数学轻经验”的误区，在实现现代物理理论成熟化方面不要“每个人都去做相同的一件事”；
虽然得到了异想不到的成果，但其表述还需要进一步完善，有效性还需要进一步提高。作者热忱期待能得到所有感兴趣学人更多的关注，并给予指正和帮助。

[参考文献]
1、中国科技大学编辑组，《现代物理参考资料第三集》，科学出版社1978年版，第31、39页。
2、丁亦兵，著名科学家谈超弦（五），《现代物理知识》１９９０（４）。
３、丁亦兵、著名科学家谈超弦（四），《现代物理知识》１９９０（３） 。
４、宋正海等，《相对论再思考》，地震出版社２００２年版，第２４３页
５、刘苏燕译，一个客体同时处于两个不同地方，《自然科学哲学问题》１９８８年（４）。
６、刘郎译，薛定谔猫佯谬，《自然科学哲学问题》１９８８（４）。
７、朱世豹，近似对称的世界，《世界科学》１９９７（１１）
８、卢鹤绂，《高能粒子物理学漫谈》，上海科学技术出版社１９７９版，第１１页。
９、陈咸亨译，《量子力学原理》，科学出版社１９７９年版，第３１９页。
１０、苟文俭，《真空信息论》，新疆人民出版社２０００年 版。该书论述了物质世界　有由Ｖ０构成的存在统一性，对不同领域的理论表述有由Ｖ０客体存在构成的共同初始条件，创建了主、客观双统一的理论体系，是现代物理原始性创新专著，共４5.6万字。
作者联系电话：[phone]. （2003年7月12日完稿）