二十一世纪物理学的
困境与突破
近些年来，物理学界关于物理学的困境和未来的争论沸沸扬扬，莫衷一是。学界一度认为暗能量、暗物质是21世纪物理学天空的两朵乌云，但经过仔细梳理与探究后不难发现，随着人类对宏观宇宙和微观粒子探究的不断深入，扫清暗能量、暗物质两朵乌云的困难在于，突破光速极限和粒子观的束缚，探究粒子与产生粒子的背景之间的联系及转化机制，进而探究物质进化和宇宙分化的机制和过程。如果这个问题解决了，那么，就可以将宇观的问题和渺观的问题联系起来一并解决，彻底扫除暗能量、暗物质这两朵物理学天空的乌云。
“两朵乌云”所表征的物理学困境到底是怎样的困境？走出困境的突破口又在哪里呢？
其实，物理学的困境来源于哲学的困境。辩证唯物主义认为，物质是世界的本原。这不仅意味着物质是世界的最初原因，也意味着世界是由物质构成的。前者是哲学家们研究的范畴，而后者则是科学家们研究的范畴。哲学家们侧重于从物质和世界的关系方面展开研究，科学家们则侧重于从物质与宇宙的关系方面进行探究。但这并不影响运用哲学的观点来分析这个问题。既然物质是世界的构成因素，那么，物质是怎样构成宇宙的？物质构成宇宙的机制和过程又是怎样的？要回答这些问题，我们又不能不首先来分析宇宙和物质的关系以及物质的运动形式和规律。因为正是物质的运动导致了物质的演化和宇宙的分化。辩证唯物主义还认为，物质不仅是运动的，而且具有两个基本特征，即时间和空间。也就是说，物质是在一定的时间和空间中运动的。尽管人们似乎逐渐遗忘了辩证唯物主义理论，也淡忘了恩格斯的《自然辩证法》，但是辩证唯物主义关于物质的这些观点并没有过时，只是有的需要发扬光大，有的还需要继续补充和完善，而不是一知半解甚至于误解了它。
首先，人们对于物质与世界（宇宙）的关系缺乏深刻的认识，常常将二者混为一体而混为一谈。事实上，物质就是物质，世界（宇宙）就是世界（宇宙），物质与世界（宇宙）不是简单的同一关系，而是复杂的对立统一关系，也理应成为哲学的基本问题。物质不等于世界（宇宙）。从二者的关系来说，可以认为物质不仅是世界（宇宙）的本原，更是构成世界（宇宙）的因素（简称“构因”）；世界（宇宙）是物质构成的现象（简称“构象”）。从数学的角度看，也可以将世界（宇宙）与物质之间的关系定义为集合关系，即世界（宇宙）是物质的集合，物质是世界（宇宙）的要素。什么样的物质就构成什么样的世界（宇宙），什么样的世界（宇宙）也就包含什么样的物质。这样一来，物质和世界（宇宙）之间就建立起了一种相互对应的关系。从科学的角度说，一定的物质形态对应于一定的宇宙形态。原子、分子对应于无机的宇宙，细胞对应于生命的宇宙。只不过因为宇宙中的万物过于繁杂，使得这种原本简单的关系变得极其复杂而不易发现了。
其次，物质的演化与宇宙的分化也是既有区别又有联系的。一方面，物质的演化与宇宙的分化不是同一码事，而是一个过程的两个方面。物质在其演化的历程中具有不同的形态，我们称之为物质单元。例如，原子，分子，细胞，人，等等。不同的物质单元对应于不同的运动形式。例如，原子是一种物质单元，它对应于粒子的运动形式；细胞也是一种物质单元，它对应于生命的运动形式；等等。宇宙在其演化的历程中同样具有不同的形态，我们称之为宇宙层次。例如，混沌宇宙，恒星，行星，生物圈，人类社会，等等。不同的宇宙层次对应于不同的天体系统。例如，混沌宇宙对应于初始宇宙系统；原子宇宙对应于星系系统，生命宇宙对应于生物系统；等等。另一方面，物质的演化与宇宙的分化又是同一码事，物质的演化与宇宙分化具有某种对应关系。物质单元的演化具有进化的特征，也就是物质单元是从低级向高级、简单向复杂演化的。在这个演化的过程中，物质单元总是由一个节点（物质的基本单元）经过一系列的过渡环节演化出下一个节点。例如，原子是一个这样的节点，经过小分子到大分子直到生物分子，最后形成一个新的节点——细胞。同时，宇宙层次的分化也具有进化的特征，即宇宙层次是从单一向丰富、简单向复杂的演化。同样，在这个过程中宇宙层次也总是由一个系统（宇宙基本层次）经过一系列的过渡形式演化出下一个系统。例如，原始恒星中合成的粒子形成星云，经过数代恒星的更迭而演化出具有多种元素原子的行星。有趣的是，物质单元的进化与宇宙层次的分化具有某种对应性，二者的演化本来就是既有区别又有联系的同一过程的两个方面。物质单元的进化导致宇宙层次的分化。即：物质单元的进化是宇宙层次分化的原因；宇宙层次的分化，是物质单元进化的结果。任何物质单元都会对应于一定宇宙层次，任何宇宙层次都有一定的物质单元与之对应。宇宙大爆炸之后是这样，相信之前也会是这样。宇宙也好，物质也好，都绝对不会从绝对的“无”中产生出来。而人们在探究宇宙演化的时候似乎忽视了这些，以至于被纷繁复杂的宇宙事件蒙蔽了眼睛，看不清宇宙演化的真相。
再次，黑格尔说过终极原因是相互作用。前面我们讨论了物质与宇宙的关系，但究其原因，物质演化与宇宙分化的对应关系还是源自于物质的相互作用。从哲学层面看是物质如何构成世界的问题，从科学层面看是物质如何演化出宇宙的问题。然而从根本上说，宇宙的演化过程事实上是一个物质单元的相互作用导致物质单元进化和宇宙层次分化的过程。但是，这个过程由于宇宙已经演化出相当复杂的状态，所以贯穿于其间的基本相互作用形式已经被纷繁复杂的现象所掩盖。总体说来不外乎两个方面，即同一层次物质单元间的相互作用和不同层次间物质单元的相互作用。前者的相互作用主要包括聚合形式和组合形式。并列形式相互作用是同一层次物质单元间的基本相互作用形式，主要表现为物质单元的聚集，在此基础上产生的组合形式相互作用，才可能导致更高层次物质单元的出现。后者除了聚合形式和组合形式外，至少还包括包含形式的相互作用。包含形式的相互作用表现为高层次物质单元不仅可以包含较低层次物质单元，而且可以包含它们的相互作用，直到演化出更高层次的物质单元。认识这些规律有助于人们探究物质和宇宙的演化路径、演化过程和演化规律。
最后，物质的根本特点是运动，同时还具有空间和时间两个基本属性。而事实上物质的运动不仅要在一定的空间与时间中进行，而且还要具备一定的运动形式。例如，物理运动、化学运动、生命运动和社会运动，等等。那么，又是什么决定物质的运动形式呢？毫无疑问是速度，是物质自身振动的频率。这里所说的速度不同于物理学意义上的速度。物理学意义上的速度是相对于物体的空间位移而言的。哲学意义上的速度是指物质单元的不同运动形式所具有的振动频率，与它对应的是物质单元的生命周期。过去一直把速度作为一个物理学的概念来对待，其实它完全有理由上升为一个哲学上的概念，成为物质的第三个基本属性。完整的观点应该是，物质具有空间、时间和速度三个基本属性，物质的运动是在一定的空间、时间中以一定的频率（运动形式）进行的。扩展到科学领域，我们在从事物理学研究的时候，不能仅仅从空间和时间两个维度考虑，还有增加一个维度，那就是频率。也就是说，任何物理现象，不仅具有一定的时空属性，同时也具有一定的频率属性。宏观运动的低速性和微观运动的高速性也正好印证了这一点。事实上，我们通常所说的三维空间中的“三维”，只是空间的三个维度，它们不应该也不能和时间、频率相互并列。这本是两个不同层次的概念。物质原本只具有三维，即空间、时间和频率。这样，不仅避免了将空间的三个维度与物质的三个维度混为一谈，而且也解决了人们在谈到四维空间时总是觉得时间一维不能与空间三维并列的尴尬。
只有解决了上述几个哲学问题，才能帮助人们顺利找到走出物理学困境的突破口，并带来自然科学的又一个春天。第一，确定物质与宇宙的对立统一关系，就会确定物质单元演化与宇宙层次分化的互为因果关系。因果关系始终存在，这样就否定了无因之果的观点。任何现象都是因果链上的一环，即使存在宇宙大爆炸也是如此。第二，物质演化与宇宙分化的对立统一关系启示人们，应当自觉地从物质单元与宇宙层次的对应关系中了解宇宙万物的演化过程和规律，而不是盲人摸象式的摸到什么就说宇宙是什么模样。第三，虽然相互作用无处不在，但是同类物质单元之间的基本相互作用却并不复杂。正是这些基本的相互作用，才形成了支配物质单元演化和宇宙层次分化的基本规律。一切不同层次的物质单元之间的相互作用规律都是由它们演化出来的。第四，宇宙四维时空观的说法必须由宇宙三维演化观取代。宇宙三维演化观是指宇宙的演化具有时间、空间和频率三个维度，宇宙即是物质在一定时空中以一定的频率存在的集合。
对于宇宙时空的研究已经很深入了，但当代科学还是走入了困境。当代科学走出困境的突破口就在于对物质频率的深入研究和对宇宙时空观与宇宙频率观的整合，以形成完整的宇宙三维演化观。物质频率观是指任何物质单元都具有一定的生命周期，小到基本粒子，大到星系团。宇宙频率观是物质频率观的整合，研究的是宇宙的生命过程。总之，宇宙三维演化观应该探究和揭示宇宙中一切物质单元存在的时间、空间和频率的形式，进而探究和揭示宇宙存在的时间、空间和频率的形式。
物理学作为基础学科之一，必须走在前面发挥先驱者的作用。也就是在对微观物质和渺观宇宙的探究中，除了考虑时空两个维度以外，还应该考虑频率这个维度。物质单元有其自身的时间、空间和频率形式，宇宙也有其自身的时间、空间和频率形式，并且二者之间还具有特定的对应关系。例如，一种原子具有它独特的时间、空间和频率形式。在它创生之初一定也有某种单纯的宇宙层次与之对应。但随着原子种类的增加，相互对应的宇宙层次不断叠加，宇宙逐渐变得丰富、复杂了。直到分子、高分子、细胞的出现，一个全新的宇宙层次——生物圈创生了。
如果物理学能够率先揭示这些，必将带来其它学科的全面变革。它的意义之大，不言而喻。
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