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海森堡:哲学总是支配着粒子物理学的发展方向

2012年至今,中国科学界,特别是物理学界,激烈争议一个百亿甚至可能上千亿人民币的大型项目。超级对撞机项目由中国科学院高能物理研究所提出,科学家代表为高能所所长、中国科学院院士王贻芳研究员[1]。支持和反对这一项目的意见都有。但反对方的代表是世界著名物理学家、1957年第一位华人诺贝尔奖得主、2020年已98岁的杨振宁教授,他被认为是当今世上最懂高能粒子物理理论的人之一,所以备受关注。杨振宁说:

“我知道我的同行对我很不满意,说我(的反对)是要把他们这行关闭掉。”[2]

表面看,这场大型对撞机的争论至今难见胜负,很大成分是利益和饭碗之争。本质上,这场争论涉及物理学统一基础的建立,其实早在爱因斯坦与以玻尔为首的哥本哈根学派之争就开始了。爱因斯坦(Albert Einstein,1879—1955)说:

“物理学统一基础的建立看来却的确很渺茫。而且这种情况又由于随后[爱因斯坦与以玻尔为首的哥本哈根学派之争]的发展而更加恶化起来。二十世纪的发展是由两个在本质上各自独立的理论体系来表征的,那就是[宏观的]相对论和[微观的]量子论。这两个体系彼此没有直接的矛盾;但是似乎很难融合成一个统一的理论。”[3]a其原因的确主要出在爱因斯坦的相对论理论,即爱因斯坦承认道:相对论“这理论直到现在还未提出一个关于物质的原子论性结构的解释。这种失败,也许同它对理解量子现象至今尚无贡献的这一事实有关。”[3]b

关于高能物理(粒子物理)理论上的问题,2016年杨振宁在《知识分子》发表《中国今天不宜建造超大对撞机》一文指出:
“A. 高能物理学是二战后的一个新兴领域,此领域七十年来有了辉煌的成就,验证了标准模型,使人类对物质世界中三种基本力量有了深入了解。可是还有两项大问题没有解决:甲)对剩下的第四种基本力量'引力’的深入了解还有基本困难。乙) 还没有能了解如何统一力量与质量。希望解决此二问题当然是所有物理学家的愿望。B.有些高能物理学家希望用超大对撞机发现超对称粒子,从而为人类指出解决此二问题的方向。……多数物理学家,包括我在内,认为超对称粒子的存在只是一个猜想,没有任何实验根据,希望用极大对撞机发现此猜想中的粒子更只是猜想加猜想。”[3]
爱因斯坦说:

“人们不止一次地提出过这样的意见,认为自然规律未必能用微分方程来描述。事实上,从量子论的观点来看,是否容许体系有这种状态呢?为了有可能回答这个问题,我们应当认为,体系运动的周期,全都只能按照量子规则形成。为了真正证明量子关系,显然需要新的数学语言。无论如何,用微分方程组和积分条件来记录自然规律,正如我们今天所做的那样,是同合理的想法矛盾的,理论物理学的基础重新受到震撼,实验要求我们能够在新的更高的水平上找到描述自然规律的方法。新思想要到什么时候才会出现呢?谁要是能够活到那个时候并且能够看到这一点,那该是多么幸福啊。”[3]c

诺贝尔物理学奖获得者、理论物理学家海森堡(W. Heisenberg)说:

哲学,不管自觉不自觉,总是支配着基本粒子物理学的发展方向。二千五百年以来,[西方的]哲学家和自然科学家一直在讨论这个问题:如果人们试图[几何地]把物质一次又一次地不断分割下去,将会出现什么情况?什么是物质的最小成分?不同的哲学家对这个问题作出了很不同的回答。所有这些回答都对自然科学的历史产生了影响。最著名的回答是哲学家德谟克利特、柏拉图、亚里士多德和他的中世纪的继承者,……所有这些哲学家有一点是共同的,他们不管怎样都想解决无穷小的二难推论,众所周知,康德对这个问题作了详尽的讨论。……康德的二难推论:一方面很难设想物质总是可以一次又一次不断分割下去,但是另一方面也很难设想,这种分割必然有朝一日到一个终点。[4]

从人类认识现实宇宙的严格意义上说,西方现代的物理学理论体系是在思辨哲学的数学基础概念上发展起来的,这种思辨的数学不能可靠地刻画物质及其运动。《辞海》:“思辨哲学——试图从概念推出实在,使客观世界的发展符合于人的思维构造出来的一般法则的哲学。”

高能粒子物理“标准模型”的数学基础是牛顿-莱布尼兹的微积分理论,其思辨哲学的(几何学图形简称“形”)的基础是欧几里得《原本》中的“定义1:点是没有部分的那种东西”和“公设1:从任一点到[另]任一点作直线是可能的]”[5]a,西方的理论物理学就用这种形的概念来刻画物质。西方数学史权威莫里斯·克莱因指出:“牛顿强调无穷级数的用处,因为用它能处理像(1+x)3/2一类的函数。在写于1676年、发表于1704年的第三篇微积分论文《求曲边形的面积》中,牛顿说他已放弃了微元或无穷小量。牛顿还说:直线不是一部分一部分地连接,而是由点的运动画出的,因而是这样生成的。”[5]b 但是,在数学的历史上,没有任何人证明过上述“点”的定义中所指的“没有部分的”那种物质存在,所以也没有任何人证明过是点的运动生成了线状的物质以及所谓超对称物质,为不争的事实。事实上,取一个实物,可指出或定义点只能依附于实物的形而存在。《几何原本》卷一之首:点为线之界,线为面之界,面为体之界,体不可为界。界之间为形

王贻芳院士想当然地认为:“在中国的传统当中,其实是没有科学的。……反过来看西方,他们有古希腊,所以有几何学、逻辑学,所以通过逻辑推理推演,他们发展出一整套的科学体系。”(《王贻芳:科学有什么用?》. 知社学术圈. 2016-07-03.)但奇怪的是,王贻芳院士又说:“至于[西方的]'几何理论’,或是'弦理论’,虚无缥缈,不是实验物理学家现在考虑的问题”;“我们[建造大型对撞机]的科学目标,简言之:粒子物理目前的标准模型只是一个在低能情形下的有效理论,需要继续发展更深层次的理论,虽然现在已有一些超出该模型的实验证据,但需要更多的实验证据指明未来的发展方向。”(王贻芳.《科学论争丨王贻芳回应杨振宁:中国建造大型对撞机正当其时》.  科技日报. 2016-09-06)若此,西方的几何理论刻画的粒子物理“标准模型”到底是不是科学?其建造大型对撞机的科学目标——发展深层次理论又是什么“虚无缥缈”的东西呢?

何谓科学?吴国盛教授说:“科学是一个理论体系,它是要以系统化的方式来看待世界。”(“人文清华”讲坛经典重温|吴国盛:我们对科学有多少误解?2019-08-08)爱因斯坦说:“理论家的方法,在于应用那些作为基础的普遍假设或者'原理’,从而导出结论。他的工作于是可分为两部分:他必须首先发现原理,然后从这些原理推导出结论。”[3]d又:“科学必须建立各种经验事实之间的联系,这种联系使我们能够根据那些已经经验到的事实去预见以后发生的事实。……我们在寻求一个能把观察到的事实联结在一起的思想体系,它将具有最大可能的简单性。我们所谓的简单性,并不是指学生在精通这种体系时产生的困难最小,而是指这体系所包含的彼此独立的假设或公理最少。”[3]e 即是说,公理无非是系统化理论体系演绎推导的出发点,又叫做理论体系的原理或初始假设。所谓公理最少,就是只有一条公理。如果公理不是建立在一定的经验事实的基础上,就不可能建立各种经验事实之间的可靠的联系。这已经表明当今的大型对撞机的高能粒子物理实验根本没有科学目标。西方的理论物理学没有一条统一的公理,也就必然不能自洽,或陷入康德所谓“二难推论”的困境,接下来该怎么办?

理论源于实践。毛泽东《实践论》:“一切真知都是从直接经验发源的”,“离开实践的认识是不可能的”。未来世界科学——物质理论科学复兴,是基于物质实践直接经验对整个现实宇宙统一定量的重新认识。物质实践直接经验导向的公理“宇宙只有一个”(即“世界物质统一性原理”是数学和物理学之根。

杨振宁教授说:“不建超大对撞机,我认为至少有两个方向值得探索:A. 寻找新加速器原理;B.寻找美妙的几何结构。”[1]

根据实践导向的世界物质统一性原理,突然我们发现,堪称美妙的物质基本粒子之间的四种相互作用依次出现之于完备的统一物质量子场的动态几何学结构,即是基本粒子加速(运动)的原理。[6]
学半,公众号:对称性论未来世界科学复兴之路

新华社授权发布《在庆祝中国共产党成立95周年大会上的讲话》一文指出:理论上不彻底,就难以服人。我们要以更加宽阔的眼界审视马克思主义哲学在当代发展的现实基础和实践需要。

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