物理学中科学美学旨意的升华（下）

经典场论丰富了科学美学旨意 爱因斯坦指出：力学纲领“本质上是原子论的和机械论的，一切事物……完全要被解释为按照牛顿运动定律的质点运动。”然而，18～19世纪电磁学的发展改变了这样的局面。法拉第针对电、磁现象提出了场概念，并予以美妙的力线冈像描绘；麦克斯韦、洛仑兹等人建立并完善了电磁场理论（电动力学）体系。同时，经典场论纲领得以形成；     

美哉物理(十六)物理学中科学美学旨意的升华(上)

本系列文章已论述过的课题,其要点大多涉及现代(理论)物理中的美学蕴含。其实,它的渊源主要在于以牛顿力学为核心的近代经典物理;甚至可将其追溯到古代以至中世纪的自然哲学和科学文化。一般认为,牛顿是近代经典物理的代表,爱因斯坦是现代物理——包括现代经典物理和量子物理——的代表。从牛顿到爱因斯坦,物理学科由近代物理演进为现代物理,其理论大系从基础到概念、从物理思想到数学表述,都发生了根本性的转变和飞跃,理论水准则一而再地登峰造极。与此同时,由物理学的持续发展而不断锤炼着的科学美学旨意,也一而再地升华。牛顿力学得以构…     

物理学中科学美学旨意的升华（上）

本系列章已论述过的课题，其要点大多涉及现代（理论）物理中的美学蕴含。其实，它的渊源主要在于以牛顿力学为核心的近代经典物理；甚至可将其追溯到古代以至中世纪的自然哲学和科学化。一般认为，牛顿是近代经典物理的代表，爱因斯坦是现代物理——包括现代经典物理和量子物理——的代表。     

蓬勃发展的现代物理学

现代物理学的基本任务在于根据实验观测到的实在数据,去发现能概括尽可能多广泛事实的规律。1900年以前,这些物理规律可以总结成四大类:经典力学(即牛顿力学);热力学;经典电动力学;物质结构的原子论和分子论(包括分子运动论和经典统计力学)。这四个方面连同狭义和广义相对论统称经典理论物理。随着物理学的发展,理论和实验逐渐分开形成理论物理和实验物理两大类。有少数物理学家在这两大领域中都有显     

蔚蓝的思维清澈的理性

人类近代史上曾发生过两次具有里程碑性质的科学革命:一次是17世纪以牛顿力学体系的建立为标志的科学革命,一次是20世纪初以爱因斯坦和普朗克为代表的、以相对论和量子论为标志的科学革命. 这两次革命的科学大师都站到了巨人的肩上.牛顿不仅站在伽利略、哥白尼的肩上,也站在阿基米德和托勒玫的肩上,他运用微积分等数学工具,初步地、闭合地、确定性地回答了人类曾苦苦思索了两千年的问题:物体是怎么运动的?爱因斯坦和普朗克则站到了牛顿等大师的肩上,他们的视野更开阔,看到了以经典力学为代表的科学革命的局限性,利用近世数学工具,描绘了一个更接近"真实"的、开放的、动态的世界,并无情地击碎了第一次科学革命给人们带来的基于经典时空观的"确定性"理念.相对论摧毁了经典的时空观,量子论推翻了经典的确定论.人们不由得开始追问理性思考的合理性在哪里.伴随着自然科学各分支领域不断深入地探索和进展,拨开了层层迷雾,给迷惑、沮丧和彷徨中的人们打开了一扇扇窥视未知世界的窗口.     

时间为何不同于其他维度?

似乎所有人都知道时间的特殊性,但物理学——迄今最精密、最成功的科学怎么处理它?梳理2000多年来物理学的基本运动理论的发展,一个初步的脉络呈现在我们面前.亚里士多德认为时间维度与空间维度是互不影响的,空间维度可能更为重要——天上和地面的运动规律是不一样的.牛顿引入绝对时间与绝对空间的概念,在经典力学中时间维度是与空间维度地位平等的.牛顿提出三大运动定律以后,物理学的基本运动理论一分为三:爱因斯坦的(狭义)相对论力学、量子力学和演化力学.三个力学理论分别引入一个普适物理常数:真空中光速c、普朗克常数h和玻尔兹曼常数k,各自界定了对物理世界认识的一个极限:光速不变性、不确定性和不可逆性.对时间的认识也一分为三:量子力学基本沿用经典力学的时间概念;基于相对论,力学时间与空间统一了,可以在一定程度相互转换,但基本的时序是相对性不变的,时间与空间有所不同;基于热力学第二定律和耗散-涨落定理所代表的不可逆性,演化力学给予了时间一个特别地位.这些显然还不是最后答案.三种普适力学若是统一,以后时间的作用怎样?     

現代的空間時間理論

空间时间底现代物理学理论称为相对论。本文目的在于以现代的理解来阐述该理论底基本观念,我们在这里力求从相对论底发展中提出有关相对论底概念;因此从叙述与欧几里得、伽利略、牛顿相联系的旧的空间时间理论开始,然后说明洛伦兹-爱因斯坦底“狭义”相对论,最后以现代的理解来讨论爱因斯坦引力论,这种理解主要是由苏联学者们所研究出来的。辩证唯物主义告诉我们,空间与时间是物质     

非线性沸腾传热学-Ⅲ：随机理论

经典确定论描述的牛顿力学已经有300多年的发展历史.在20世纪初受到两次大的冲击,在高速运动的情况下被相对论力学取代,在微观粒子世界让位于量子力学.曾一度被认为万能的牛顿力学也有了自己的应用范围;一是速度不能太大,二是质量不能太小.非线性复杂系统具有内在随机性是对牛顿力学的第三次冲击.知道了初始条件和边界条件     

引力的本质

回顾了关于引力本质的历史探索和最新进展.从牛顿引力和爱因斯坦引力出发,介绍了关于引力本质历史探索上的两次重大飞跃.从修改引力、量子引力和全息引力三个方面,介绍了关于引力本质的最新进展.对于牛顿引力,从开普勒行星运动定律出发,介绍了牛顿万有引力定律.介绍了最近关于修改牛顿力学和暗物质的进展;对于爱因斯坦引力,阐释了引力的几何化,然后介绍了爱因斯坦引力在宇宙学和引力波方面的应用;对于修改引力,从额外的引力自由度、高阶导数引力和高维引力三个方面介绍;对于量子引力,从协变量子引力、正则量子引力和其他量子引力三个方面介绍;对于全息引力,介绍了它的全息图像、呈展性质以及它与量子信息之间的关系.但是截至目前,关于引力本质问题的答案依然是一个谜.     

美哉物理(九)哈密顿原理--科学美学的瑰旨琦意

物理学中最基本的原理是什么?哈密顿原理。著名量子物理学家狄拉克曾十分推重这条原理。因为它具有普适性,也就是说,它反映了物理学各不同理论的同一性。不论是牛顿力学、麦克斯韦电动力学、玻尔兹曼统计力学,还是狭义相对论、广义相对论,抑或量子力学以及一些量子场论,它们的核心方程,都能从哈密顿原理出发、凭借拉格朗日分析力学的方法导出;     

震撼宇宙的七大思想

许多人听说过伽利略、牛顿和爱因斯坦这样的一些科学名人,但是不清楚他们实际上所创立的思想。我们希望这本书有助于真正弄清爱因斯坦和其它科学家的伟大成就究竟是什么。我们对那些已经发展了几百年的几个主要物理学概念采取描述的方式,并涉及到它们产生的历史的和哲学的来龙去脉,其重点是关于这些概念的起源、     

相对论的百年辉煌(下)

爱因斯坦在其广义相对论圆满完成之后，花了三、四十年光阴探索统一场论，试图把相对论性电磁场理论和相对论性引力场理论综合起来，作为相对论体系的第三层次。爱氏对时空度规作了种种数学处理，以寻求统一表示电磁场和引力场的总场的时空度规；但无论他如何绞尽脑汁，终究未找到成功的统一模型。对此，这位20世纪最伟大的科学大师感慨不已，他告诉朋友：“我完成不了这项工作了；     

美哉物理(五)——量子概念 新物理学之灵魂

跨入新的千年纪元，恰逢量子物理的百年诞辰。此新物理学跌宕豪放的世纪史诗，以涵意深邃莫测的“量子”为标题，由被称作“量子论之父”的普朗克和爱因斯坦写就灿若晨星的美妙序篇，经过整整一个世纪众多优秀物理学家的悉心构思和尽情吟唱，已成为科学史上最精彩的华章佳作。 量子概念是一个“伟大的创造性概念”，非常微小的普朗克常数则是其定量标志；此概念突破了经典物理的概念框架，从而导致二十世纪新物理学的概念结构、理论体系和新物质观念的崛起、发展和日益完善。量子概念可谓新物理学之灵魂：它是作为新物理学之基础的首要概念…     

一种反引力力(Anti-gravity)

伽利略,艾萨克·牛顿,阿尔伯特·爱因斯坦都确信,让两物体在真空中从静止开始下落,无论两物体的重力如何,都将以同样的速度下落。以前没有任何人对此结论发生过质疑,直到今年,才有人对此结论进行了挑战,珀德姆大学物理教授伊弗雷姆·菲施巴哈和他的三个学生以及纽约布鲁克黑文国立实验室物理学家阿伦森观察到一种使由不同成分组成的物体以不同速率下落的力。假设这得到证     

美哉物理(十一)时间之矢演化所凭

时间是少数几个最基本的科学概念中的一个。有哲学家说:“应从时间理解存在”;又有哲学家说:“由于运动,空间在时间中产生”。爱因斯坦就是从时间概念着手,创立了相对论以及相对论时空观,他认为:“空间和时间融合成为一个均匀的四维连续区”,四维时空依赖于物质及其运动而变更着自身的形式。这时间概念的深刻     

为了探索自然的对称与和谐：—爱因斯坦的宏愿在实现（上）

自然界蕴含着无限多样的对称性,科学大师爱因斯坦称这为“先定的和谐”,它给人以美感和快感;爱因斯坦并认为,探索自然的对称与和谐,乃是科学实践中“无穷的毅力和耐心的源泉”。他本人为建立体现自然最高对称性的统一场论,呕心沥血,坚持不懈,前后达三、四十年之久。尽管没有成功,但其艰苦卓绝的一     

暗宇宙、马赫原理和惯性运动

从牛顿力学到爱因斯坦狭义相对论。惯性运动、惯性系和相对性原理起着突出的作用．具有极其重要的意义。然而，有关惯性运动、惯性系的起源问题一直没有解决。     

普朗克的悲剧人生(上)

<正>普朗克的悲剧是时代的悲剧,也是德国科学的悲剧。当一个社会的精英阶层面对暴政,为了各自的小利益而"集体失语"时,悲剧就不可避免地发生了……19世纪末,物理学是自然科学中发展得最完善的学科。它以牛顿力学、热力学和统计物理学,以及麦克斯韦的电磁方程为理论基础,对于常见的各种物理现象,都能完美地阐释。无怪乎1900年元旦,德高望重的物理学家开尔文勋爵,在英国皇家学会举行的迎接新世纪招待会上,充满信心地表     

爱因斯坦和牛顿不合群 可能患有孤独病综合征

一些英国科学家近日表示,他们认为爱因斯坦和牛顿这两位著名的科学界泰斗可能患有一种名为阿斯佩吉综合征的孤独症。这种疾病最早是由维也纳内科医生汉斯·阿斯佩吉于1944年发现的,这种疾病可能导致患者在社会交往和沟通方面能力缺乏,但其并不影响学习能力或智力。事实上,不少患有这种孤独症的人均拥有超人的天赋和能力。虽然现在对爱因斯坦和牛顿的病情进行诊断已经不可能,但英国剑桥大学和牛津大学的几位科学家对爱因斯坦和牛顿的性格进行了分析,以了解他们是否具有上述孤独症的症状。上述科学家在《新科学家杂志》上撰文称:“牛顿看起来…     

统一场论源流及新版本

统一场论通称万物之理,自古以来成为人类对大自然奥秘的不懈追求。本文对从老子及古希腊先哲之启迪直至现代统一场论作一综述。爱因斯坦是统一场论创始者,不幸以失败告终。20世纪70年代后,物理学家在新的基础上探索统一场论。基于多维空间的弦论从量子论出发,背景独立的圈论从广义相对论出发,经过数千位物理学家和数学家四十多年孜孜以求,目标仍遥不可及,是进行反思的时候了。本文作者经八年研究,提出统一场论新版本。论文题为《A New Version of Unified Field Theory-Stochastic Quantum Space Theory on Particle Physicsand Cosmology》 (统一场论新版本--随机量子空间理论关于粒子物理及宇宙学),论文经过同行评审,发表在《Journal of Modern Physics》, 2013年,第4卷第10期,页码：1213-1380。随机量子空间(SQS)理论基于简单基本假设建立起理论框架,得出几十个与实验符合的理论结果,并提出25项预测以供实验检验。在此基础上,从广义相对论真空方程出发,重新定义其度规张量将之乘以高斯几率分布,SQS理论建立起基本方程,对光子和电子的初步分析结果与实验符合。