《物理学原理（第二卷）哲学、数学、物理学》

第三章 物理学与逻辑学

3.4.4 理论物理学发展的正确方向

在20世纪以前，人类获取信息的手段基本上都是与牛顿的数理逻辑框架相一致的，在那里时间只是一个逻辑量。所谓逻辑量就是由人的理念所任意取值的量，或者说是物理理论的数学体系中的自变量。在牛顿理论框架下，所有的物质量的信息都是与空间联系在一起，空间这个量已经不再是单纯的逻辑量，而已经由逻辑量变换为物理量：表示物质所在的位置，以及所在位置上的粒子速度等其它物理量。从人类获取逻辑理念的历史发展的角度，也是先有时间，时间是除了数字以外 (或与数字一样)的最基本的逻辑理念。空间比时间进一层，人类没有办法来直接掌握和控制时间的流逝，世间任何的物理量都是时间的函数。人们无法用时间来储存任何信息。而空间既是逻辑的，又是物理的，人们要获取信息必须有确定的空间位置。所以空间不仅是人们理念上的一个逻辑量，也是实实在在的物理量，我们可以把任何东西存放在特定的空间位置里，需要的时候再把它取出来，而不能放在某一个特定的时刻里，在需要的时候再回到那个时刻去把它取出来。由于构筑人类知识的各种“信息”最后都是以数字的形式存在的，所以在牛顿时代，人们无法接受空间上连续分布的、充满整个空间的物质模型。如果空间是连续的，我们无法去直接获取和表达连续空间中的那些物质存在的“信息”。所以物理学家无论怎样，都要把连续的空间分割成“点”。这就是粒子论的内涵。牛顿把太阳、地球和行星都表示成点，并不是说，用点可以最好的表达那些物质存在，而是我们描述的需要，我们只能用空间的点作为描述物理世界各种属性的基本手段。即使是一个不能用“点”的表示的东西，人们还是要把它们加以分割，分割到“点”为止。那种把物质描述成球或壳层的模型，只能在工程应用中有意义，对于认识世界只会造成更多的麻烦。因为最后人们还是要一个用点来表示的逻辑量。

但是信息社会的到来，人们的理念，或人们认识世界的逻辑能力大大发展了。我们也学会了从时间中间接地获取“点”的信息：在这种情况下，先把空间作为一种逻辑理念，把它表示成可以是连续的逻辑量，并在这个逻辑体系下获取时间“点”上的信息。这样，人们获取的信息可以不是一个空间点的信息，而是某个连续空间域上的信息。这样连续空间域上的物理量的信息的获取实际上就要求有一种与牛顿数学体系完全不同的数学方法，这就是函数空间的数学理论。在那里所谓的时间“点”上的空间连续的信息，只是在一个中间过程中获得的，最后还要回到空间中保存起来。而且作为直接获取信息的第一步，人们还是要从时间间隔内获取信息，但是这个时间间隔的信息不直接表示为空间“点”上的物理信息；而通过傅立叶变换，把一系列的空间点的信息变换为“频率点”上的信息。这个频率点上的信息可以通过技术手段保存在计算机的存贮器上。当然这个存贮器是以空间形式保存的，我们不可能在时间序列上保存任何信息，但是这种保存在存贮器上的信息，取出来时，又可以作为时间 (频率)域上的信息，最后再把频率域上的信息通过反变换，再变换为需要测量的空间点的信息。虽然人类直接能够读取和贮存的信息还是空间上的实物的信息，但是在那里可以有一个中间过程来表示时间域上的“点”的信息，并把它与空间域上的“点”的信息，进行处理，这种过程常常称为“虚拟”过程。现代的计算机技术使我们获得了在时间域上的信息的虚拟的处理方法。时间本来是没有负的，但是我们一旦获得了把时间序列的信息存贮和读取的能力，就获得了前所未有的获取自然界的信息的能力。这种获取信息的能力是通过电磁波来获取的，这就是我们上一本书《信息时代的物理世界——实物与暗物的数理逻辑》所讨论的主要问题。

人类获取自然界信息的能力的极大的扩展，自然地要求人类逻辑思维能力也要有相应的发展，这就是要求数学和理论物理学的发展。而那种建立在“波粒二象性”基础上的量子理论则构成了这种发展的主要障碍。那种“没有哲学”、没有数学逻辑、没有物理实在的“量子”竟占据了科学的象牙之塔的顶端达一个世纪之久，而且是在生产和技术飞速发展、日新月异的时代，而且在一个没有封建王朝和宗教裁判所的现代的民主社会里，真是有些不可思议！但是这一次很难说是那个人或那些人造成的，没有一个人有这样大的能量，它是由“物”所造成的。只有这个从物质世界的所有财富中分离出来数字——“钱”，才有如此神奇的力量。和“钱”联系在一起的则是物质主义 (物欲主义)或者说是“竞争的进化主义”，它们无孔不入，是造成这次全局性的认知误导的最可怕的力量。“斗鸡走马胜读书”这是人们对唐朝造成“安史之乱”的反思，现在成了全世界的现实。现在已经不是斗鸡走马胜读书，而是成了“斗鸡走马即读书”。对于真正的自然科学、自然哲学和人类思维发展规律的追求已经快淹没在斗鸡走马和各种金钱的博弈中了。

也许有很多人像现代的唯物主义哲学家罗素一样，觉得那些理论科学家是必须要崇拜的，不相信他们世界就要被魔鬼所统治。但是让我们看一看实际情况。现在中学生都知道，电子也是“波”，它的波长可以从薛定谔方程中计算出来，因为光的波长太长了，所以看不到比光的波长小的东西，而电子的波长要小得多，所以可以用电子显微镜来观察光学显微镜观察不到的东西。都是那么说的，连这门学科的名称都是电子光学。后来我参加了电子学的研究，发现不论在电子辐射、电子成像和还是电子显微学中，大家都学过量子力学，但没有人学懂过，所以也没有人用到过量子力学。这种情况下，人总是先怀疑自己，怀疑中国落后，但是后来我在国家自然科学基金委员会工作了 8年，除了电子和信息科学外，还一起与生命科学部、数理科学部、地学科学部、一起搞一些重大和重点项目的设项到评估的工作，接触到了国内很多各个领域的最著名的科学家，通过他们也了解了国际上的很多情况。实际上不仅搞电子器件的，连专门研究电子显微镜和显微科学的专家都一样，从来不用量子力学，从来不用薛定谔方程来计算电子波长。搞电子辐射的从来不处理电子的量子概念，什么电子自旋，电子的量子态，都只是从理论物理学家那里听说过，听他们说电子的辐射要考虑电子自旋，从没有电子工程科学家考虑过电子自旋。最后我还能够肯定搞量子电子学的原来也不用量子力学。搞半导体器件的更用不到量子力学，我在美国密执安大学做访问学者时，做了两年当时还刚刚出来的微波固体器件的模拟，雪崩管和场效应器件的模拟，也没有用过量子力学。量子的概念是用到过的，主要是作为大数量粒子的电子行为、特别是作为某一特殊区域内电子的初时条件 (初始速度)的统计性的结果，这些结果来自科学家的某种假设，而那种假设与从普朗克、爱因斯坦到波尔的量子现象又有某种联系。

再看一看光学。真正有技术成就的就是激光和光全息技术。当然还有光通信，光通信技术主要是一种应用技术。它们与量子理论自然没有直接的联系。在激光技术和光的全息技术中，那里原子能级的概念是有用的，但有用的也仅仅是这个概念而已。但是像我们上一小节所说，原子能级实际上与量子理论无关，人们用量子理论根本不可能计算除了氢原子以外的任何原子的能级。是原子光谱的实验给出了人们关于能级的实在的知识。激光的成果实际上正好和光子的理论相反，在那里不是一个一个的光子，而是一下发射了非常强大的相干的电磁波。现在没有任何办法能够确实地证明激光脉冲是由一个一个的光子所组成的。光全息的成功更是对于光是波的最确实的证明。白光可以显示光的全息图像，是因为白光中包含着各种频率的非相干的波，在全息成像中三原色的非相干波包，在到达光栅时是非相干的，而从全息光栅出来时，就成了频率和相位对于光栅位置都是确定的相干波。这些都可以用电磁场理论来解释和计算。这些实践确确实实地证明了，光的干涉是光栅的边界条件所确定的，与光的粒子性和光粒子的神秘的量子相关性没有任何关系。白光本来是全光频域的，相位随机分布的原子波包，经过全息光栅时，被“加工”了；其中那些特定频率的相位随机分布的电磁波波包被“加工”成产生全息图像所需要的对于光栅位置有确定的相位的相干波。也就是说达到全息光栅的“光子”与从光栅出来的“光子”从场分布到能量大小都改变了，哪里有不可改变的“光子”呢？

所有这一切使我相信，20世纪的技术成果虽然有很多是在量子理论概念的启发下产生的，但是没有一个是真正与相对论或量子理论相符合的。现代物理的理论只能产生像蝴蝶效应、量子超距感应以及宇宙大爆炸那样永远无法得到证明的理论，虽然他们有时候也提出过一些“实验证明”，但是所有那些实验证明都不是人人能够直接感受到的，而是只有懂得和承认他们的理论点人，在用他们的理论对实验的实际结果进行加工后才能够得到的。我们并不否定像相对论和量子理论那样的通过人为假定所得到理论的历史作用，但是那些理论只是暂时的理论，它可以启发人们去进行新的实践，而新的实践必然是对那些人为“公设”的否定。如果坚持把那种理论作为科学的标准，用它来对实践的结果进行不断的带有随意性的修正，只能造成对人类认知过程的误导。在人类历史上曾经有过几次僵化的理论造成的对于人类思维的误导。克服这种误导是人类科学发展来说是非常重要的也是非常困难的一件事。

量子现象的发现曾经是人类科学史上迄今为止的最伟大的发现，它所带来的对于人类思维的冲击是人类思维发展的最伟大的动力，普朗克、爱因斯坦、玻尔和希尔拜特等伟大的物理学和数学家是引领人们从本能的观察所获得直观理念，向着以电磁波为主要手段的间接的观察所获得的复杂得多的理念前进的引领人。这是一段人类认知能力发展过程中，正在行进着的最伟大最艰辛的道路，正是他们使我们开拓了前进的方向。但是真正的道路还是要每一代人自己去走。那种“几百年、上千年出一个的天才人物”，能够指导几百和上千年的人们的思想的人，也许是有的。但是他们并不是真正在指引人们认识自然和社会发展的正确的方向，而正是爱因斯坦所说的是一种历史的嘲弄。越是伟大的科学家，他们向着人类知识的边界靠得越近，他们的一只脚踏在前辈们所奠定的坚实的科学知识的土地上，另一只脚迈向了未知世界的领域，迈得越远，带给我们后人的启示也越大，但是产生错误也就越大。我们还想说的就是，千万不能把两只脚都掉到未知的领域中去，那样一来，看起来可以自由的飞了起来，但是也就失去了任何可以依靠的人类原初理念的“根”。我也不是说现代主流派理论物理学家都在没有根的飘荡着，许多事情的结论需要历史来做。但是现在确实是应该提出这个问题的时候了，是需要把数学、物理学都放在人类思维的逻辑发展的历史的进程中梳理一下的时候了，要把握自然科学发展的正确方向，就必须建立和发展物理学、数学与逻辑学相统一的自然哲学体系——数理逻辑体系。

——>继续阅读