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陈建国译:现实物理学15

陈建国 (jianguochen4@yahoo.cn) 上传2007.04 浏览122

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第十五节 总结:精确自然科学的物理-数学原理

(征求出版商与征求评论稿,未经书面授权、不得转载!)

已经确定,现实系统在外部作用变化时按有序原理进化。在各种自然现象中,形成了过程相互联系定律(ЗВП),用之确定在状态变化的基本事件中带有质变性质的因果转换的实现。有序原理和(ЗВП)反映了由相互作用元素构成的系统中过程的最小作用原理的表现。

(ЗВП)在阿基米德杠杆作用中的表现,可以看成是力的变压器,能的本质,也就是能量从低位势向高位势的转移,或者相反。(ЗВП)是实现光电效应的规律,表现为反映现实的机理,理解为关于现实概念的样式,揭示了自然的熵减过程。有序原理和(ЗВП),对于精确描写在外部作用变化时,各种自然现象中现实系统的行为,是必须和足够的。

哲学和物理学的任务

哲学要建立在物理原理的基础上,并因此在很大程度上依赖于科学知识及其幻想式作品。物理学有能力研究存在于我们的认知之外的现实世界的规律。但是理解这个现实世界的知识,必须变换为感觉这个现实的有机体所理解的特征。这样一种情况,在确定我们的知识和描写关于现实世界的物理概念时是应该注意的,它也决定了认识和现实的相互作用。而这就告诉我们,我们对现实的关注和我们的哲学取决于自然科学有着怎么样的物理基础。

原理问题

上世纪中叶就已经明白,在传统物理学机构基础上建立的原理,是相互矛盾和相互排斥的7。在那些教科书和科技文献中,缺少了关于相互作用的确定的概念,它被认为是现实世界的基本性质。现存的不能形式化的相互作用定义,不包含反映现实相变发生过程的这种性质的数学概念。基于我们的物理世界观,在我们对规律的认识中,足够有效地遵守了:能量守恒定律、动量守恒定律、由牛顿所阐明的经典的牛顿定律。由这些原始性原理宝库出发,应认为双体相互作用的唯一特性——相互作用物体的质量关系——表现为按比例反向,或者加速这个质量(牛顿第三定律),或者使这个质量按比例产生反向速度(动量守恒定律),或者按速度平方比例使这个质量反向运动(能量守恒定律)。而由阿基米德杠杆原理的传统描述——呈反比例关系的是加速度与相应杠杆长度的乘积。这就表明,所用的定律反映的只是,在自然现象中某种更普遍规律的局部表现。这规律是怎样的呢?

有序原理和相互联系定律

我们回到实验。过程最明显的规律性,是表现在现实系统由于外部条件变化而发生的进化当中——这就是相变现象。实验证明2,各种自然现象的相变过程,应当服从普遍通用的规律性——对数曲线,它显示出多阶段性。但在每一个ρ——某阶段都能观察到实际上普遍通用的规律性:

这里M——系统的特性,自身状态变换的元素加和数

M0——这种特性的满态数,

D——外部作用的特性,起作用的可能是温度T、压力P、磁场H等等,

MP、DP、ap——在P阶段的系统参数,

K=1,2,3,反映相互联系的空间结构。

考虑到系统元素数目分析特征的加和性,所观察到的规律性可以是系统进化的微观描写形式:

在本质上,规律对于泄出数(n)与资源(潜力N-n)之比表现出来的指数性质,反映了在系统进化过程中该规律的不变性。

分析这个关系式可以证明,所获得的规律性反映了系统由一种状态(子系统)向另一种状态(子系统)局部地过渡,此时这过程损耗的能量等于外力做的功8。容易证明,对于电荷由一种状态向另一种状态按库伦定律转换这一局部场合,服从类似的规律3

在广阔范围评论分析各种自然现象中的过程证明,在现实系统进化的普遍通用定律(1)、(2)式基础上,形成一个普遍原则,反映为原因(作用)和反应(结果),在作用由一个对象、介质向另一对象、介质转移的过程中,相互联系的基本定律。

这里——作用力和反应力,——相应的作用速度和反应速度。

因此,关系式

可以看成是状态改变中基本事实因果作用转化时相互联系的基本定律的数学表达式。这关系式还可看成是代表对于完成状态改变是必须的最小作用原理的数学公式,事实的完成是根据这一过程的参数所确定的原则。(1)、(2)、(44)、(45)式描写了由相互作用粒子组成的系统在外部条件变化时的进化,那些基本独立事实完成的顺序,它们都是按最小作用原理发展的。描写那些事实的顺序,按有限离散群的离散数学模式进行,是很自然的。(1)和(2)也是多体运动的动力学观点的解。

在各种自然现象中,现实系统进化的通用描述,证明了丰富多彩的自然现象的统一性和共同性,表现在唯一的有序原理中,表示为各种运动形式的动力学(1)、(2)、(44)、(45),在此基础上普遍通用的因果联系定律,反映为最小作用原理和在状态变化的基本事实中过程参数的确定性原理。

因为根据胡克定律力决定了形变的尺度,即形状的改变,就可以说,作用的强度特性包含于关于形变的概念中,也就是这一过程的信息。因此作用FV包含有坐标的空间变量X和时间变量t,因为能量E=FX仅反映这个变化的空间方面,而动量P=Ft只反映时间方面。由此可见,通用的有序原理(1)、(2)、(44)、(45),反映了现实系统进化在空-时连续统中的能量信息方面。即可得出结论,能量守恒定律反映的仅仅是这个能量信息过程的空间方面,而动量守恒定律仅仅反映时间方面。它们属于所描写的在现实系统进化过程中,被叫做能量信息相互作用的局部表现。

经典的遗产

我们回头注意牛顿第三定律的经典概念。像作用力与反作用力相等的概念,实际上反映这些力的补偿方法,而不是因果作用的转化。这个情况也是未经过校核的翻译和到处都在讨论该定律本质的后果。在《自然哲学的数学原理》2中,伊萨克·牛顿顺便确定了作用是作用力与作用速度的乘积。如果不附加上确定的速度的话,力本身是不能单独完成什么的。力只有在作用中表现出来,并在作用中断时从物体中消失,且物体由于“惯性力”而保持新的状态。因此,力也好,动量也好,能量也好,过程的这些动力学性质只有在作用中才能表现出来。

换言之,有序原理(1)、(2)和因果相互联系的(4)、(46)决定了现象的内在本质和稳定联系,这以调整好的变化为条件。在懂得这条规律的基础上,有可能确实可靠地预测过程的流程。

现实过程的物理学

描写任何相互作用过程,其中包括现实的光电效应,也就是光的相互作用,电磁场与物质相互作用,元素和基本粒子的相互作用,到处都表现出因果相互联系定律。这是对现象的新理解在我们面前所揭示的。

相互作用的力学特性,与作用速度和反应速度之比相联系,在此过程中引起力学特性的变化,也就是说改变位势梯度、能的浓缩,导致在相应的作用过程中能的质变。

这表明,如果VrVa,相互作用过程可以当作是从能量的高位势向低位势过渡,当VaVr,是从低位势能向高位势的过渡。因此,负熵作用的等级是在作用速度和反应速度确定时现实相互作用过程的自然结果。

我们记得,关系式(5)和(47)是描写阿基米德杠杆作用的数学公式,它可以看成是能的本质转换器。正是这个情况使我们有条件到处看到大自然的创造性,表现在相互作用过程中现实发生的能量质变。实验证明,这些规律性不仅在无机界,而且在动物界和社会生活领域都能见到。

认识与现实

应当强调,所有这些论述都是针对认识的工作,以通过感觉理解现实世界而获得的关于现实的概念为基础。

但是,生理过程的综合生成感觉群,其基础也是有序原理和阿基米德杠杆作用原理。而这就表明,那样的现实和我们认识之间总是存在着按照阿基米德杠杆作用原理起作用的互感器。但现在我们知道,这个互感器的规律、它的作用机理和因此能够得到的关于客观现实世界作用特点的概念。

对现实现象理解中的新意

上面所论述的精细自然科学的物理原理,可能揭示在传统习惯的正统物理学中产生某些困难和问题的原因,是利用大量局部性定律和包含大量假设、假说和模型的原理,去解决局部性问题。例如,提出一种所谓作用量子化的概念,作为我们所理解的事实的特性,最小作用原理表现为因果联系基本定律(5)、(47)。我们注意到,这里面的普朗克常数h看成是由最小作用与该作用的能耗指数之间确定的系数。

隧道效应的成因和概念被看成处于光栅下面的过程。

这是阿基米德杠杆作用机理的普通表现,也就是在反应速度小于作用速度场合的因果联系定律。在自然界可能产生的合成核作用和常温下的辐射正是这样一种情况。

必须转而注意相变的热能,在此过程中它变换为更高级的能量,在数量上保持能量的额度时,它的光谱实际上在更高频领域引起混频。在物质由于外部条件的变化而发生的进化中,相变顺序(固体—液体—蒸汽—气体—等离子体—基本粒子—…—以太)伴随着能量向越来越高频的光谱变换。在相反的相变过程中记录下来的辐射可确信这一点,例如在蒸汽凝结为液体时、液体固化时。这里以太属于现实状态中最高的能量相,在以太凝结时形成基本粒子和带放射能的元素。类似的相变过程发生在带电液体在经过介质介面时的变换中。

可在各种自然现象的进化过程中广阔的光谱上验证有序原理表现的现实性。充分自然地希望,根据在所观察到大自然行为中的原则性,在更广阔领域正确地调频光谱,它的机理的表现可以是阿基米德杠杆作用,或者是时钟机理。

对无生命的和有生命的世界中现象的过程进行分析以后,可以确信,有序原理和因果相互联系的基本定律,对于理解和解释周围观察到的现实现象是必须的和充分的,也就是能够表现所观察过程的规律性,成为物理学的基础31

物理学、哲学和数学研究的对象

上面的所有所论述给出的基本原理认为,作为科学的物理学和哲学一样,研究现实的概念,研究的对象也不是客体,而是过程,或者“世界在运动中产生,它的规律——运动的规律”。借助对照这样一句漂亮词语,原来数学是与客体有关的演算的科学,而不是关于客体的科学。正是由于数学的这样一个特点,利用数学机器,可以深刻地看到现实过程的特殊性、存在的本质、现代幻想式作品逻辑方法中的古怪。

所以,物理学实验和采用的逻辑分析断定,在我们的认识中表现了现实世界的重要特点——在运算中每个要素的选择都是专一的,且每次运算都是独特的。这并不仅仅联系着空-时连续统中每一点的专一性。每一对象和与之作为事实看待的运算是专一的。(1)、(2)、(44)通用性定律的左部也反映了对这方面的理解,同时右部——作为对事实的实现是必要的作用量度。应当注意到,有序原理描写成能量信息的非专指的事实的对数空间,该事实作为状态变化的基本动作。正是在这样的空间中,进化规律显示为唯一的、普遍和通用的。定律(1)和(44)描写了在系统状态变化时完成第n个事实必要的作用和能耗。到达完成第n个事实的状态,全系统紧接到第n个事实的所有事实的总能耗:

“C”是拉格朗日数值或者反映造成系统相应状态的全部损耗的协同值。在事件中实际上观察到它表现规律的单一性。

这样认真地关注起源,如果采用拓朴空间的特性,将其翻译成数学拓朴学的语言,可以阐明现实过程的某些特点,而全部计算被当作与属于所观察的运动形式的客体有关的运算和评价,在物理学的语言范围内,应理解为能量信息原理。

如果存在总体的唯一的样本A的自身等同,即A≡A,那末就有。换句话说,自身与其反面共存于一个统一体中。

这个特点反映了存在自身的完整性。那样的映射应该是保形的,包含在结构形变自身的特点中,表现为空-时连续统中在映射的复合平面上的形变。因此,总体上的唯一性和完整性,必须与它们表现出来的能量信息结构相联系地显示出来。但是,精细自然科学数学论据更详细地讲评,将由独立的文章奉献出来,它可能揭示语言符号的来源和存在中的进化,成为宇宙辐射的动力学结构的数学物理学。

结论

所提出来的研究现实过程物理学的方法,植根于知识的继承性原则,特别是对过程动力学的经典认识。现在很清楚,在传统习惯的正统的物理学和自然科学中所有的问题和困难,都与研究对象的未经校正的选择和在科学武库中缺失了有序原理和因果相互联系基本定律有关,这些是自然界自身表现的形式。在分析随机性、偶然性和概率尺度时,加进了由不相互作用元素构成的系统模式状态的评价,在物理学中造成更为困难的形势。渐渐地,物理学从研究在机械过程中的动力学离开,转向研究状态,此时利用动力学过程的整体性质,进一步描写被不确定性原理所拖累的状态,转向状态的量子化,好像是消除了某些问题,考虑引入状态选择的确定性原则,带来了新的问题和难题。

J·C·麦克斯韦方程内容的歪曲,现在的代表是赫维赛德-赫兹,更大大地离开了描写在外界条件变化时相互作用系统行为的多体问题的解,进行徒劳无益的实验的各种规定、假说、模式、原理都不能取得令人满意的成果。没有那个对象的简单研究在排除原理和定律情况下,它们就能立足于思想逻辑和对现实的理解基础上。

指出下面一点是重要的:因果联系的基本定律揭示了现实过程非线性的原因,既给出了熵增过程,也给出了熵减过程发展的原理,并不仅仅可能理解在自然界观察到的特点,还有能的新本质的创造,新结构的建立。这带来了新的世界观,在人类面前打开了创造新技术和工艺的新的平台,如果根据大自然的这些定律来发展社会和社会结构的话,就会与现实按照它的规律和有序原理相配合。

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