柏青山：物理學理論大廈的坍塌

物理網(wǎng)文 2019-10-21

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物理學理論大廈的坍塌

柏青山（退休教師）

（吉林大學物理學院公共物理教學中心長春 130026）

摘要：就物質(zhì)的存在形式而言，波具有彌散性，粒子是獨立的一個個，兩性集于一身的矛盾引起了筆者對“粒二象性”的懷疑。想到：粒子性來自《牛頓力學》，波動性出自《電磁波理論》（電動力學）， “波粒二象性”的矛盾直接反映了這兩大理論的對立。然而，它們又是支撐整個物理學理論大廈的基礎(chǔ)，一旦否定其一，物理學的理論大廈必將坍塌。自在經(jīng)典波動理論給出的平面波現(xiàn)象規(guī)律中發(fā)現(xiàn)了波的粒子性，即不連續(xù)性。加之，因能量是波的一大屬性，電磁波的粒子性，即不連續(xù)性也就得到了普朗克揭示電磁輻射能量的粒子性，即不連續(xù)性的證實。這雙重證據(jù)不但否定了“波粒二象性”，也表明了包含《電磁波理論》在內(nèi)所有給出連續(xù)波的理論都是錯誤的。本文按序先談波的粒子性，即不連續(xù)性的發(fā)現(xiàn)，再揭露《電磁波理論》的錯誤。于是，物理學的理論大廈也隨之坍塌下來，讓我們看到一個真實的物理學。

關(guān)鍵詞：“波粒二象性”；波的粒子性決定了波的不連續(xù)性；物理研究的數(shù)學化；實驗是檢驗方法的標準。

1 波具有粒子性本性的發(fā)現(xiàn)

設(shè)，各種經(jīng)典波動理論共有的平面波用下式表示

(1)

因為波是波源產(chǎn)生的，要搞清波中各點的運動關(guān)系，就必須把波與波源聯(lián)系起來。這里把產(chǎn)生波的作用激發(fā)源稱為場源，把接觸場源的點元稱為波源。再設(shè) 是波源位置，令，稱為波源的歷史時間，稱t為波的觀測時間（現(xiàn)在時間）。把（1）式改寫成下式

， (2)

我們參照(2)式先來認識（1）式所表達的物理涵義：

①當t不變時，隨x變化。我們看到，每一點x都再現(xiàn)了波源不同歷史時刻的運動狀態(tài) ，并構(gòu)成一個空間橫向的有序排列。表明在任一時刻t的波所展示的都是波源運動狀態(tài)的全部歷史；

②當x不變時，隨t變化。我們在x點看到的是波源運動狀態(tài) 的歷史變化，并構(gòu)成一個時間縱向的有序排列。表明在波線上任一點x也都展示了波源運動狀態(tài)的歷史；

③當不變時，x隨t變化。我們看到，波源時刻的運動狀態(tài) 以波速c獨立地向x軸正向傳播，如同其它運動狀態(tài)不存在一樣。

以上三條清楚地表明，波是波源所有運動狀態(tài)的傳播，波中同一時刻t、不同x點的運動狀態(tài)，同一點x、不同時刻t的運動狀態(tài)，它們都不相關(guān)，彼此也不發(fā)生相互作用。就是說，每個時刻波源的運動狀態(tài)如同以波速飛出的子彈、互不干擾，即波中各點運動狀態(tài)都具有粒子運動狀態(tài)的獨立性，即粒子性、不連續(xù)性。表明了所謂波，就是在彌散空間物質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生的大量粒子性個體運動所表現(xiàn)出的一種集體行為。就像多米諾骨牌那樣，反映的是粒子性運動狀態(tài)的獨立性和獨立的粒子性運動狀態(tài)在粒子性個體間傳播的現(xiàn)象規(guī)律。

由于這個粒子性是從經(jīng)典波動理論給出的平面波現(xiàn)象規(guī)律中直接得到的，當然這個粒子性，即不連續(xù)性就是電磁波、機械波的唯一本性（本質(zhì)）。加之，因能量是波的一大屬性，電磁波的粒子性，即不連續(xù)性也還得到了普朗克揭示的電磁輻射能量的粒子性，即不連續(xù)性的證實。這雙重證據(jù)不但否定了“波粒二象性”，也表明了包含《電磁波理論》在內(nèi)所有給出連續(xù)波的理論都是錯誤的。

2 《電磁波理論》的錯誤

眾所周知，麥克斯韋創(chuàng)建的《電磁波理論》對人類作出了巨大的貢獻，推動了科學的發(fā)展、社會的進步。但因為它來自探索未知世界的假說，在理論上卻是個謬論。當我們擺脫了以往的成見，以物理的眼光對麥氏方程組每個成員進行推敲時，它的錯誤便接踵而至。為看清問題的方便，這里先列出真空中的麥氏方程組：

(3)式是麥克斯韋對靜電場高斯定理的推廣式。而原定理不含時間之義是指與時間無關(guān)，在實質(zhì)上這與時間無關(guān)恰是指靜電場與產(chǎn)生它的靜電荷時時相關(guān)，具有場與源的同時性。麥克斯韋在該定理中給場與源毫無根據(jù)地加進時間自變量就推廣到變化的電場中，但因為推廣并不改變原規(guī)律，(3)式仍然是對場與源具有同時性的表述，即作為場源的變化電荷與它產(chǎn)生的全空間變化電場是同時的、同步變化的，即一個時刻的產(chǎn)生該時刻的全空間靜電場。如，由 (20)式給出一個點電荷產(chǎn)生的電場

(11)

我們從(11)式看到，全空間的電場與產(chǎn)生它的電荷是同時的。可見，麥克斯韋對靜電場高斯定理的推廣，只是把一個由場源靜電荷同時產(chǎn)生的全空間的靜電場變?yōu)橐粋€時刻的產(chǎn)生一個該時刻全空間靜電場的隨時間變化的連續(xù)組合。如同電影，把一個個靜止的畫面接續(xù)地播放出來就構(gòu)成一個連續(xù)變化的場景。顯然，要產(chǎn)生這樣的有源電場，必要求具有無窮大的傳播速度，也決定了這個是個瞬時靜電場。

(6)式是對穩(wěn)恒磁場安培環(huán)路定理的推廣式，我們看到，不但存在推廣靜電場高斯定理同樣性質(zhì)的錯誤，還因為在傳導電流的中斷處引入位移電流來接續(xù)，導致它的微分形式(10)式是個錯式。這是因為傳導電流和位移電流的空間域是分開的、有界的，空間一點某一時刻的磁場旋度只能等于全電流密度，也就是分別等于傳導電流密度或位移電流密度，不可能同時等于它們的矢量合。因而(23)式也不能把傳導電流和位移電流產(chǎn)生的變化電場和變化磁場同時聯(lián)系起來。

可見，經(jīng)麥克斯韋推廣兩個定理得到的仍然是兩個各自獨立的且各有無窮大傳播速度的瞬時靜電場和瞬時穩(wěn)恒磁場，并沒有改變原靜電場、原穩(wěn)恒磁場的規(guī)律。其實，包括(4)、(5)式在內(nèi)的4個方程給出的都是場與源具有同時性的規(guī)律，當然由它們也不可能給出電磁波。麥克斯韋之所以由場與源具有同時性的麥氏方程組能給出有限傳播速度的、具有推遲時間的、場點狀態(tài)連續(xù)變化的電磁波，就在于他對描述電場、磁場的時空函數(shù)毫無根據(jù)地、先驗地加上了一個連續(xù)可微的數(shù)學條件。因此，來自探索未知世界的電磁波理論就是一錯再錯的產(chǎn)物。至此，隨著《電磁波理論》的失敗，物理學的理論大廈也隨之坍塌下來。

3 一個真實的物理學

我們知道，在物理學中除牛頓力學外，其余的理論都來自探索未知世界的假說。理論大廈的坍塌

表明：

① 來自探索未知世界假說的理論在道理上必錯。其具體原因在于我們對未知世界的無知，而“假說”二字就是在指明它的得到完全出自個人毫無根據(jù)的猜想。我們剖析假說，它創(chuàng)建于推廣已知規(guī)律的假設(shè)之上，明顯屬于以迷猜謎，其實質(zhì)就是以假設(shè)為鋪墊，讓數(shù)學成為跨越物理上的無知來編造未知的工具、實現(xiàn)猜想的試驗品。由于推廣僅是擴大了已知規(guī)律的應用范圍，并不能將未知規(guī)律納入已知規(guī)律之中。就道理而言，由于已知不包含未知，兩者之間就不存在因果關(guān)系、必然的聯(lián)系，當然此類假說的推理邏輯如同指鹿為馬、十分的荒謬，也就不可能成為正確的理論、相對的真理。但也必須承認，它是我們?yōu)檎J識未知的世界不得不采用的探索方式，其客觀作用僅在于獲取與實驗吻合或近似吻合現(xiàn)象，而獲取未知現(xiàn)象的成功，才是為我們認識未知的世界邁出的第一步。也恰是這一步推動了科學的發(fā)展和社會的進步?？梢?，物理學在“假說”統(tǒng)領(lǐng)下的發(fā)展在牛頓之后并沒有取得理論上的突破，還處在獲取未知現(xiàn)象量的發(fā)展上、經(jīng)驗科學之中；

②“理論創(chuàng)新”一直被我們認定是發(fā)展物理學的必須，但其依據(jù)卻是對假說的誤認。這是因為理論是揭示自然界本質(zhì)規(guī)律的學說，而本質(zhì)規(guī)律不管我們是否知道都是客觀存在的。我們只能揭示、發(fā)現(xiàn)客觀規(guī)律，卻不能靠創(chuàng)新、創(chuàng)造來得到客觀規(guī)律。因此，“假說”標志的創(chuàng)新，就是對物理學現(xiàn)存的一切都必須破字當頭，去闖出獲取未知現(xiàn)象的新路。也意味著惟有錯誤才是打開未知世界大門的鑰匙，開拓未知世界的動力，獲取現(xiàn)象的功臣。如，對物理學作出巨大貢獻的創(chuàng)新者，如，麥克斯韋、愛因斯坦、德布羅意、薛定諤等都是下意識地利用了這一探索未知的絕竅。當我們也掌握了這一絕竅時，思想就得到徹底的解放，獲得了創(chuàng)新的自由，不再受假真理的束縛之下；

③ 不可否認，自然界的本質(zhì)規(guī)律潛含在現(xiàn)象之中，由現(xiàn)象規(guī)律確定，因此揭示本質(zhì)規(guī)律的理論必須建立在已知的現(xiàn)象規(guī)律之上。這就是假說與理論的本質(zhì)區(qū)別。由此我們能夠看到在物理學中存在兩種研究方式：一種是對已知世界的研究，即以歸納總結(jié)已知的現(xiàn)象規(guī)律來揭示本質(zhì)規(guī)律的理論研究。如，牛頓力學、靜力學規(guī)律、普朗克對電磁輻射的粒子性，即不連續(xù)的揭示；另一種是對未知世界的研究，即為我們認識未知的世界以獲取現(xiàn)象為客觀目的的方法研究。如，經(jīng)典波動理論、相對論、量子力學等包含來自假說的全部理論。這是我們認識自然界的兩條腿，也是構(gòu)成物理學的兩大成份。可以說，僅此一條就道出了一個真實的物理學；

④ 我們之所以誤認假說為正確的理論，相對的真理。是因為幾百年來我們一直堅持的“實驗是檢驗理論的標準”錯了。從而曲解了自然界，現(xiàn)已成為物理學發(fā)展危機的制造者，把物理學幽靈化的魔術(shù)師。也反映了我們認識自然界的形式化、機械化、實用化。“標準”的錯誤不但被物理學理論大廈的坍塌所證明，也在于實驗本身究竟讓我們看到了什么是需要我們來認識的。如，波是否連續(xù)決定波的本質(zhì)是粒子性還是波動性，實驗對此就無法分辨。僅此一例就可確認，實驗本身就是需要認識的對象，而被檢驗的理論也是需要認識的對象。那么，所謂的“標準”，就是以需要認識的實驗去檢驗需要認識的理論，這種以認識不確定的實驗去檢驗需要認識的理論，如此混亂的邏輯又何能檢驗出正確的理論、相對的真理？筆者認為，理論屬于人的認識范疇，它是否正確必須通過實驗和人理性認識的雙重檢驗。這也被理論大廈的坍塌所證明的事實。由于“標準”扔掉了人理性認識的一環(huán)，“標準”的實質(zhì)就是用實驗去同被檢驗的理論做機械對號，成為對假說預言能否應驗的檢驗，能否獲取未知現(xiàn)象的證明。因此，這種實驗檢驗只能作為判定假說能否獲取未知現(xiàn)象的方法標準，而不能成為檢驗理論的標準。