相對論物理學(xué)遇到了一系列困難
17世紀,牛頓在總結前人科學(xué)成果基礎上創(chuàng )立了牛頓力學(xué),成功地建成了整個(gè)物理學(xué)大廈,可是,到了20世紀初,在解釋物體高速運動(dòng)時(shí),特別是對于光速運動(dòng),卻遇到了不可克服的困難.這時(shí),一個(gè)在專(zhuān)利局工作的小職員愛(ài)因斯坦,大膽提出光速在任何慣性系中不變的假設,創(chuàng )立了相對論,發(fā)現了時(shí)空、質(zhì)量在運動(dòng)過(guò)程中變化的相對性效應,把物理學(xué)發(fā)展推到了一個(gè)新的高度.成為一個(gè)世界公認的偉大科學(xué)家.
但是,由于相對論是在假設光速不變,從時(shí)空關(guān)系出發(fā)推出運動(dòng)物體相對性效應的,而引起光速不變的真正原因卻沒(méi)有交待.這種從“關(guān)系”到“事物”的理論隱藏著(zhù)嚴重的缺陷.人們圍繞這“光速不變”“洛侖茲變換”展開(kāi)了激烈的爭論.同時(shí),愛(ài)因斯坦在解釋質(zhì)能關(guān)系上,只承認能量的實(shí)在性,卻否認物質(zhì)量的實(shí)在性的觀(guān)點(diǎn),曾經(jīng)遭到唯物主義哲學(xué)家的尖銳批評,他們把相對論斥之為唯心主義“唯能論”、“相對主義”.但是,由于光速不變的實(shí)驗是一個(gè)無(wú)法用實(shí)驗驗證的假設,人們不可能用實(shí)驗手段來(lái)推翻這一條假設.而且相對論所推出的相對性效應以后又陸續被實(shí)驗觀(guān)察所證實(shí)（盡管對這些實(shí)驗結果解釋還頗有爭論）.所以,相對論似乎給人的印象是：它在科學(xué)上已經(jīng)取得了巨大的成功.一部分唯物主義的哲學(xué)家開(kāi)始改變反對相對論的立場(chǎng),采取實(shí)用主義辦法：“既然不能把相對論批倒,就得把它納入自己的框架”,反過(guò)來(lái)把相對論說(shuō)成是豐富了辯證唯物主義的時(shí)空觀(guān)、物質(zhì)觀(guān).而對愛(ài)因斯坦否認物質(zhì)第一性的觀(guān)點(diǎn)這個(gè)重要的哲學(xué)前提卻避而不談了.
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,相對論的先天不足必逐漸暴露.雖然相對論成功地解釋了一些物體高速運動(dòng)現象,但是它所推出的相對性效應的關(guān)系式卻是一個(gè)發(fā)散型函數,在運用到物理實(shí)驗過(guò)程中卻總是出問(wèn)題.例如,在確定高速運動(dòng)粒子能量時(shí),總會(huì )遇到能量發(fā)散的困難,以后雖然用重新定義靜止質(zhì)量的辦法,通過(guò)“重整化”避免了危機,但這種數學(xué)形式上的彌補,只是掩蓋了表面矛盾,物理實(shí)驗中的真實(shí)矛盾并沒(méi)有解決.可以說(shuō),當前物理學(xué)出現的一系列與相對論有關(guān)的問(wèn)題和困難大部分都來(lái)源于此關(guān)系式.根據有關(guān)文獻評考,全部觀(guān)察實(shí)驗和理論研究中涌現出的基本疑難,有九成以上與相對論有關(guān).如：
量子色動(dòng)力學(xué)(QCD)理論預言,在極端相對論性的原子核碰撞中會(huì )產(chǎn)生高溫高密夸克－膠子等離子體(QGP),眾多國家花大力投入了實(shí)驗探索.最近卻發(fā)現理論和實(shí)驗研究中“還存在著(zhù)諸多不確定因素”.QGP是否存在還是個(gè)問(wèn)題.
相對論性重離子碰撞實(shí)驗中出現的種種困難,最終歸結為：“碰撞中發(fā)生了洛侖茲收縮嗎?”“如何檢驗?”
70年代提出“慣性約束”,用強激光引發(fā)微熱核聚變.20多年過(guò)去,最近的實(shí)驗結果是：現有最佳裝置的中子產(chǎn)出額遠遠低于理論估計值.問(wèn)題竟是：“熵不守恒時(shí)相對論性流體力學(xué)方程”究竟應該取什么形式?
擬用超導超級對撞機“模擬宇宙大爆炸的時(shí)空和物質(zhì)狀態(tài)”,為的是“驗證”由相對論衍生出來(lái)的宇宙爆炸理論.花幾百億美元巨資猜的這個(gè)謎還是離不開(kāi)相對論.
直到現在,量子力學(xué)同相對論的矛盾還無(wú)法統一起來(lái).
當前,物理學(xué)的基礎理論發(fā)展全面遇到了困難,20世紀90年代以后所召開(kāi)的世界性的物理學(xué)學(xué)術(shù)會(huì )議都要談到物理學(xué)的困境,一些有哲學(xué)眼光的科學(xué)家,開(kāi)始懷疑整個(gè)物理學(xué)的基礎理論是否存在著(zhù)嚴重問(wèn)題.有人總結說(shuō)：20世紀初物理學(xué)上空的“兩朵烏云”,不僅未消,如今反倒平添了許多.人們開(kāi)始反思,從對相對論的崇拜逐漸轉向了對相對論的懷疑：難道是相對論有問(wèn)題,把物理學(xué)引上了歧途?
難怪1995年,在美國匹茲堡世界應用物理大會(huì )上,5千多位與會(huì )者的熱門(mén)話(huà)題不是什么新發(fā)現或新發(fā)明,而是“物理學(xué)還有沒(méi)有發(fā)展的前景?”1997年在德國科隆物理學(xué)研討會(huì )驚呼：“物理學(xué)正處在宛如開(kāi)普勒三大定律拯救天文學(xué)之前夜”!1998年在圣彼得堡由俄羅斯科學(xué)院等主辦的自然科學(xué)基本問(wèn)題國際學(xué)術(shù)會(huì )上,300多與會(huì )者取得共識：當代科學(xué)基礎理論問(wèn)題嚴重,相對論漏洞百出…….
著(zhù)名的物理學(xué)家康特(W.Kantor)剖析了60多個(gè)相對論“實(shí)驗驗證”的第一手資料后認為：“全都基于錯誤的方法或無(wú)效的邏輯”.甚至連大多數的相對論支持者都承認迄今尚未實(shí)驗觀(guān)察到洛侖茲收縮：“一涉及廣延體就出問(wèn)題……相對論性靜力學(xué)、熱力學(xué)、流體力學(xué),至今尚未建立令人滿(mǎn)意的理論框架.”
在科學(xué)史上,沒(méi)有一個(gè)理論會(huì )象相對論那樣產(chǎn)生那么多的“佯謬”如雙生子佯謬、柔繩佯謬、直角杠杠佯謬、艾倫菲斯特(Ehrenfest) 佯謬、哥德?tīng)?(Godel) 佯謬,還有對鐘悖論和轉盤(pán)悖論等.也沒(méi)有一個(gè)理論象相對論那樣造成那么大的思想混亂.例如,各種相對論教科書(shū)對“尺縮鐘慢效應”的解釋竟是五花八門(mén)：不是真實(shí)的；不是物理的但是真實(shí)的；是表觀(guān)上的；是數學(xué)上的；是視覺(jué)效應；是由測量決定的；是同時(shí)性的相對性的結果……
不一而足.那么,相對論又何以博得如此“廣泛的”的承認?原因很復雜,其中有個(gè)心理因素,為英國國家實(shí)驗室時(shí)間頻率部主任已故資深科學(xué)家艾森(L.Essen)一語(yǔ)道破：“物理學(xué)家對相對論的態(tài)度普遍是：并不理解它,但它既然獲得公認想必不會(huì )錯.必須承認直至近年我也一直這樣.”他經(jīng)過(guò)鉆研,終于發(fā)現相對論“是自相矛盾漏洞百出的”.
針對有段時(shí)間,某些傳媒狂熱地吹捧相對論和愛(ài)因斯坦,世界上許多嚴肅的科學(xué)家始終保持頭腦清醒,冷眼相看相對論.國際著(zhù)名科學(xué)家、諾貝爾物理學(xué)獎獲得者阿爾文（H.O.G.Alfven）認為相對論“不過(guò)是一個(gè)小擺設”,“抹殺了科學(xué)與偽科學(xué)之間的界線(xiàn)”.德國資深理論物理學(xué)家韋斯雷（J.P.Wesley）博士說(shuō)：“相對論從來(lái)不頂用”.美國得克薩斯大學(xué)終身榮譽(yù)物理學(xué)教授伯納斯（J.G.Bernes）稱(chēng)相對論是“一場(chǎng)災難”,“是改變盲目迷信相對論的時(shí)候了!”我國已故著(zhù)名理論物理學(xué)家盧鶴紱院士耄耋之年沖破重重阻力,向世界推出“向愛(ài)因斯坦挑戰”的檄文后留有遺言：“一般編輯部不敢登這篇文章,他們迷信愛(ài)因斯坦,怕人家說(shuō)他們不懂物理學(xué).”
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