全盘否定派对相对论全盘否定,这就从一个极端跳到另一个极端,以错易错,其错更甚。
全盘否定派试图回归到牛顿力学。他们提出耸人听闻的口号:“回到1905年!”在他们看来,20世纪物理学家作出的划时代贡献——量子论和相对论全盘皆错,几千位理论和实验物理学家百年来所做的工作大半作废!兹事体大,不能掉以轻心。
全盘否定论者多数是“民科”(民间科学家之简称)。民科中许多人缺乏物理学基本训练及数学基础,他们认为相对论的一些重要结论如:运动物体长度沿运动方向收缩,运动时钟变慢,同时性是相对的,质量能量相当,时空弯曲,引力场中时钟变慢……不合常理,无法理解而加以反对。不知者不责,情有可原。
这里要说的是有些受过正规物理学教育,具有博士学位和教授职称者,也对相对论全盘否定。
他们反对狭义相对论,首先试图否定迈克尔逊(A.Michelson)测定光速不变的实验,但这百年老账翻不了。他们转而试图否定有关质能相当原理的实验。众所周知,放射性原子核分裂释放出能量基于质能相当原理。他们试图狡辩,认为释放的能量来源于原子核内能;这当然是有意曲解,但核分裂反应前后之静质量相差较少,此狡辩容易迷惑人。这里举出一个不容曲解的确证。缪(u)轻子静质量为105.66兆电子伏,其主要衰变通道:衰变为一个电子、一个电子反中微子和一个缪子中微子。电子静质量为0.5l兆电子伏,电子反中微子和缪子中微子的静质量均小于千分之一电子质量。缪轻子衰变后所产生的三个粒子静质量之总和只占缪轻子静质量的O.5%,缪轻子衰变后99.5%的静质量损失了,转化为衰变所产生的三个粒子之动能。此乃质能相当原理之确证。请问全盘否定论者:如无质能相当原理,这99.5%的静质量到哪里去了?
全盘否定论者还试图否定运动时钟变慢。对此通俗读物中所举例子是,以接近光速作宇宙飞行的人寿命延长,返回地球后发现,他的儿子和孙子都早已逝世!由于宇宙航行必须转向才能返回地球,此例涉及加速度,越出狭义相对论适用范围,易为狡辩者所利用。这里举出一个不容曲解的确证:静止的缪轻子平均寿命约为百万分之二秒,以接近光速飞行之缪轻子平均寿命比静止时的可增加几百、几千甚至几万倍。实验物理学家早就建成“缪轻子工厂”,每秒钟可产生许多以接近光速飞行的缪轻子。缪轻子工厂已运行了若干年,所记录到的上述缪轻子寿命延长现象不计其数,而且测得的寿命延长与根据狭义相对论计算值符合。此外,实验物理学家正在考虑,利用延长寿命的缪轻子以代替电子制造缪轻子加速器以提高其能量。铁证如山!全盘否定论者纵有如簧之舌生花之笔,也无法为否定运动时钟变慢狡辩。
证实狭义相对论的实验并不限于以上两例。描述基本粒子及其相互作用之量子场论标准模型基于量子论及狭义相对论,这是一个非常成功的理论。据此可算出有关基本粒子的许多物理参量,几十年来验证其理论计算结果的实验成千上万,有的实验与理论符合之误差小于百亿分之一,被称为有史以来最精确的理论。这些都是狭义相对论的间接实验证据。请问全盘否定论者:面对如此之多的证据,你们如何一一予以否定?
再来看广义相对论。全盘否定论者反对广义相对论,首先集中于否定广义相对论第一个天文观测证据。英国天文学家爱丁顿(A.Eddington)于1919年率队在东非日全食时所做的星光为太阳引力场弯曲观测;限于日食时的不利气象,以及摄影所用底片之分辨率,其结果确有可议之处。随后已有更精确的天文观测,证实了广义相对论关于星光为引力场所弯曲之定量结果。面对事实,全盘否定论者并不认输,他们强辩说:牛顿引力理论也能解释星光为引力场所弯曲。但牛顿引力理论只对有质量的粒子产生引力,而光子静质量为零。他们还要狡辩:光子具有动质量。
P18-19
科学之目的为求真理。
哲学家将真理区分为相对真理与绝对真理。实际上,绝对真理可预而不可求;从科学角度看问题,现有一切科学定律皆为相对真理,可统称为真理。真理在不断进化,逐渐逼近绝对真理。
古希腊亚里士多德将运动分为“自然运动”与“强迫运动”。重物下落属于自然运动,下落速度与其质量成正比,重物比轻物先落地;地面上一般物体的水平运动属于强迫运动,靠施加外力来维持,一旦外力撤除,水平运动就逐渐停止。这种未经实验检验而凭粗略直观得出的错误结论,经不起推敲,却为人们所接受近两千年之久。
伽利略奋起挑战亚里士多德,以实验证明:不计空气阻力,重物与轻物同时落地。此举具有划时代意义:一、率先以实验验证物理学理论;二、开创分析法之先河——此实验成功的关键在于撇开空气阻力。
牛顿在伽利略的工作及开普勒行星运动三定律基础上,提出著名的运动三定律和万有引力定律,将天上与人间的机械运动和谐地统一起来,奠定经典力学之基础。
经典力学统治了近三百年,冒出了初生之犊爱因斯坦,敢于向牛顿挑战。他的狭义相对论否定了牛顿的绝对时空观及速度叠加原理,证明牛顿定律不适用于接近光速的高速运动。他的广义相对论将万有引力归结为时空弯曲,否定了引力之“超距瞬时传递”,证明牛顿引力定律不适用于强引力场合。
回顾这段科学发展史,可以得出以下几点体会。
一、人类对自然界的认识,由粗到精、由表及里、从局部到整体;与之相应的科学发展,是真理不断纠错和改善的进化过程。
二、伽利略的成功证明:正确的实验方法对真理进化起到关键作用。
三、爱因斯坦广义相对论的成功证明:从正确前提出发,通过纯思辨之逻辑推理,可以获得符合实际的正确结论。
四、科学方法中最重要的是逻辑推理和实验。爱因斯坦说得好:“西方科学的发展是以两个伟大成就为基础的:希腊哲学家(在欧几里得几何学中)发明了形式逻辑体系,以及(在文艺复兴时期)发现通过系统的实验有可能找出因果关系。”(爱因斯坦:致斯威策的信)
爱因斯坦认为:求真理的原动力是好奇心。爱因斯坦在幼年时看到父亲给他的指南针,感到非常好奇,空间一定隐藏着神秘的力量,使得磁针指向特定的方向。爱因斯坦十几岁时,热衷于思考“追光”:人如能追上光会看到什么?尔后,爱因斯坦反复思考重力未得要领,一天他突然想到:如悬挂电梯的钢缆突然断开,其中的人会感到失去重量,由此悟出“等效原理”,他认为这是一生最快乐的事。前者引出了狭义相对论,后者是突破广义相对论的关键,两者皆为好奇心所驱使。
有人认为:推动科学发展的原动力是实际需要。
浙江大学前校长竺可桢说:“科学只问是非,不计利害。”意思是:科学的目的是寻求真理,而不考虑是否有用。这本是自古希腊以来的科学传统,但并非共识,有许多人主张科学必须有实用价值。实际上,有实用价值的是技术,科学与技术虽然有密切的关联,但两者并不等同。物理学前辈吴大猷(杨振宁、李政道的导师)在《早期中国物理发展之回忆》一书中对科学与技术的关系有精辟的论述。
广义相对论和量子论是现代物理学的两大支柱,但两者并不相容,物理学正期待着再一次进化——统一场论。自爱因斯坦以降,一百多年来几千位物理学家为之前赴后继,孜孜以求,统一场论遥遥在望,好戏还在后头。这本小册子如能起到开场锣鼓的作用,我就心满意足了。
方鸿辉先生是本书的编辑,他非常认真负责,对我的文章结集成书贡献良多,特在此致以诚挚的谢意。
沈致远著的《科学是求真的(精)》选题以科学追随的真、善、美为宗旨,探讨科学的本意和特征,文本叙述中肯、通俗易理解、文笔工整、思考理智、启示深邃,述及的都是科研与科普中较前沿的论题,客观并充溢人文情怀。文章叙述中还不时插入相关的图片,可读性也较强。诚如书稿名称,各有主题侧重,但绝不是“科学至上”。对开阔读者思考眼界,对当前提倡的“双创”都会有很大的启迪作用。
沈致远著的《科学是求真的(精)》收入作者撰写的科学散文及随笔百篇,题材涵盖数学、物理、生物、环保、天文、信息、电脑、网络、经济、科学方法等,内容丰富多彩,文笔风趣隽永,实为不可多得之佳作。部分文章曾在《文汇报》副刊“笔会”专栏发表,深受读者欢迎。