物理学的哲学意义有哪些 物理学的哲学意义

第五十五章 时空、力场的统一与波动场的本质，我来为大家科普一下关于物理学的哲学意义有哪些 物理学的哲学意义?以下内容希望对你有帮助!

物理学的哲学意义有哪些 物理学的哲学意义

第五十五章 时空、力场的统一与波动场的本质

牛顿力学的本质就是研究标的物(质点、粒子、物体等)在力的作用下，标的物的时空性质的变化情况(相对论研究除了时空变化外， 还有标的物质量的变化)，或者说标的物在力场中的各种物理量的变化情况。这里面有三个概念：一是力场的变化状况；二是粒子的物理 (时空)性质变化情况；三是时空性质的变化情况。其实，我们研究的时空的性质就是粒子在各时空点的物理性质。或者说，在力场的作用下，粒子在各时空点的时空性质。而我们描述的力场在时空中的性质，其实就是粒子在力场的作用下，粒子在各时空点的性质。所以，三者是等效的，或者说它们是统一的。爱因斯坦的广义相对论本质上是用数学(张量几何)分析的方法来研究时空的性质，其实质就是力场的性质，也是粒子在时空中的时空性质。

我们知道，力场是由物质(质量、电荷)激发的，或者说力场是物质的相互作用。而力场是相对于观者而存在的。因此，观者不同， 物质的存在状态也是不同的。比如，对地表上的观者地球重力是存在的，而在自由落体的爱因斯坦电梯内的观者，地球重力是不存在的，甚至可以说地球是不存在的。所以，我们在讨论力场、时空、粒子的力学性质时，不能离开观者而讨论。观者不同，世界便不相同。我们不能说宇宙之中，那个地方的时空如何。哪有黑洞，或者说某个大质量物体周边的时空弯曲。黑洞并不是永在的，近洞之物也不会真的变形，甚至黑洞可以自由穿越。穿越黑洞的飞船，甚至能以黑洞质心为平衡点，来回振动。从而使星体、飞船具有量子的特征。世界是观者自我蒙骗的假像。观者不同，一切都将不同。对于某个确定的观者，做为研究时空性质的标的物(粒子)的初始状态不同，粒子的力学性质、时空性质也会不同。我们不能抛开研究的标的物——粒子的不同，而空谈时空的性质。时空性质的本质是时空中粒子的力学性质，只有当观者确定时，或者说激发力场的物质的存在状态确定时，即力场的存在状态确定时，并且作为标的粒子的初始状态确定时，观者的状态才是确定的，才能去讨论力场或时空的性质。我们知道，立场不同表示认知主体——观者不同。立场不同，世界就不同。同样力场不同也代表着观者的不同，同样世界也不相同。所以，从哲学意义上讲，自然科学与人文科学是相通的，立场与力场也是相通的。从这个意义上讲立场就是力场。谈这个的意义在于承接上文。我们如果把量子运动看成是振动或波动，那么，物质的原子形态是受量子决定的，而原子是一种自然常态，不会因观者不同而崩溃，那就要说明做为微观粒子的振动或波动为什么不受观者立场的影响。在我看来，可能是使微观粒子振动的振动场很微弱，不会影响我们做为宏观的观者造成的。这或许还需讨论？我们还是来先看看振动和波动的本质。

振动的本质。我们从弹簧振子讨论开始。我们研究的振动系统其本质就是振子在一个可往复循环的力场的作用下，所作的往复运动。从动力学——力场的角度讲，振子先受到一个正向的变力作用向某个方向运动，当超过平衡位置(作用力为零)时，受到一个相反的力的作用而向反向运动的往复过程。从时空的角度看，就是振子在平衡点周围做往复运动。从粒子的力学性质看，就是粒子力学性质的循环往复的变化。

所以，振动的本质是力场的往复变化，时空运动的往复循环，以及粒子力学性质的往复变化。它最主要的性质在于作用过程中，或时空变化过往中的往复性，守恒性。即正反作用，或时空往复变化总量守恒。

根据简谐振动( 其它振动可看成简谐振动的叠加)的运动方程。设弹簧振子糸统的劲度系数为k，振子的质量为m，振动力场为F，则有。

F=-kx

令ω2=k/m， 则有

d2x/dt2=-ω2x

它的解为。

x=ACos(ωt φ)

很明显,有

x=ACos(ωt φ)=ACos(ωt φ ωT)

可见，简谐振动是一个往复循环的运动过程。其周期为T，频率ν分别为。

T=2π(m/k)1/2

ν=(k/m)1/2/2π

其振幅A，速度u，加速度a，力F分别为

A=(x0 u0/ω2)1/2

u=-ωASin(ωt φ)

a=-ω2ACos(ωt φ)

F=-ω2mACos(ωt φ )

其中，ω为振动的角频率，x0为振子初位移，u0为振子的初速度。

可见，振动系统的时空性质和振子的力学性质，以及振动力场都是循环往复的。而它们的大小与振幅有关。而振幅只与粒子的初始状态(初始时空性质，位置与速度)有关。而它们的往复性与力场的作用有关。劲度系数k代表了力场的强度，振子质量代表振子在力场中受作用的大小。它们一起决定了振子的受力状态。而代表时空往复变化的频率和周期只与k和m有关。所以，我们可以把振动描述成这样一个力场——振动场。振动场是一个以平衡位置为中心的往复性变化的场。它的往复性与激发力场的物体的运动状态有关，或者说与相互作用的作用形式有关，是力场内禀的、固有的性质。而作用力的大小与标的振子的初始状态有关，不是力场的固有性质。

那么，振动时空的性质是一个以平衡点为中心的往复变化的时空。时空的往复变化是由力场决定的，变化的大小是由标的粒子的初始状态决定的。以平衡位置为中心，粒子的一切力学性质都是循环往复变化的。这个往复性是由力场决定的，而力学量的大小是由粒子的初始状态决定的。

一句话，振动就是在一个循环往复的振动场的作用下，粒子(振子)的往复运动，时空的往复性变化。

根据简谐振动的能量公式。

Ek=mω2A2Sin(ωt φ)/2

Ep=mω2A2Cos(ωt φ)/2

因为ω2=k/m， 所以有

E=Ek Ep=mω2A2/2＝kA2/2

因为，

A=(x0 u0/ω2)1/2

所以，

E=mu02/2 kx02/2

mu02/2为振子(粒子)或时空的初始动能，kx02/2是它的初始势能。可见，振动粒子的动能和势能是循环往复变化的，但其总量不变。或者说动能与势能相互转化，总量守恒。这是惯性系的典型特征，应当是自然存在状态的一种，动态之中的不变性——动态守恒。

从振动的能量公式可以看出，振动粒子的赋能，是振子进入振动场时，外力场的赋能。而且振动过程中，这个能量守恒。换句话说，振动场在整个振动过程中，不对振子赋能，或总赋能为零。振动场是一个循环往复变化的、内部守衡的作用系统，它不会向外输出能量，也不从外吸收能量，因此，能保持作用的永恒性和守恒性。

以上讨论，我想说明的问题是：

一、粒子的物理性质、时空的性质、作用力场的性质是三位一体的存在，它们是统一的，等效的。

二、粒子的物理性质分两个部分，一是粒子的内禀属性， 即粒子的质荷等本质属性，在非相对论情形下，它们是不变的，或者说与作用力场无关的，不随作用过程改变的物质的内禀的，本质属性。二是与力场作用紧密相关的，随着作用大小改变的，由时空性质、力场性质描述的粒子的物理性质。它不是粒子固有、不变的性质，与作用力场紧密相关。

三、一切自然的自在存在方式都是一个动态守恒的惯性系。变动性是由心灵的认知能力决定的；守恒性(不变性)是由自在世界的自在性决定的。振动过程就是这样一个惯性系，它可能就是自然界存在形式的一种。

四、振动的往复守恒性与量子运动的特征相近，所以，我猜想，量子运动可能是一种振动。若真如此，量子的力学特性，应取决于振动力场，而非量子的内禀属性。这就有可能在经典力学与量子力学之间，架起一座桥梁，从而实现经典力学和量子力学的统一。

但振动是围绕着某个平衡点进行的，而量子运动显然是整个空间的。我们注意到，波动是振动的空间传播，量子运动可能与波动有关。下面我们讨论一下波动的本质。

波动的本质。我们研究的振动是振子(粒子、质点)在平衡位置，在振动力场的作用下所做的往复性运动。对于机械振动来说，振子的振动会对相临介质中的质点施加弹性作用力，而使临近质点像振子一样振动起来。这样振动就从振源向外传播开去，这就是机械波。所以，波的本质是振动的传播。机械波不是某个粒子以波的形式向前运动，而是不同粒子在平衡位置的振动的传播。或者说波并不是物质的存在形式，而是物质的运动方式。

如果用时空性质来描述，振动是某时空点周围的时空往复性变化，而波动是某个传播方向上时空的振动。振动的平衡点是一个点，波动的平衡点是一条线，或一个面。

如果用作用力场来描述，振动是某点振动方向上的力场变化，而波动是某个区域上力场的周期性变化。我们可称其为波动力场，简称波动场。机械波是由质点之间的应力传播的弹性力场，我们可称之为应力场。而其它一些波的传播不需要介质。在外力场的作用下，振动可沿一定方向向前传播。这时我们可以把作用力场——波动场看成是一个区域性的振动场。即在时空区域中，围绕平衡点的集合(线，或面)振动的振动场。从时空性质上看，时空性质围绕一定的点的集合呈往复性变化。当粒子进入波动场，在波动场的作用下，它的运动轨迹就是围绕平衡点的一系列时空点的集合。这些时空点的集合就是波。或者我们可以把波看成是振动（振动也是一种运动形式）与其它运动（比如曲线运动）的复合。即振子在振动场的作用下振动的同时，又在其它力场作用下运动的复合。

波不是物质存在的根本形式，波不是物质，它只是物质的一种时空存在方式。物质没有什么波粒二相性。物质只是相互作用的一方。在作用过程中，体现给人的作用的大小，及时空的变量。粒子量的多少，表示作用一方在作用中量的大小，它们是内禀的、不变的(非相对论情形)。波只是粒子的时空运动曲线。它和粒子运动轨迹的直线、圆周等没有本质的区别。说粒子具有波 粒二相性，和说粒子有线粒二相性，圆粒二相性一样可笑。这里和量子力学的不同是：量子力学把粒子的波动性看成是粒子自身属性，这里把粒子的波动性看成是粒子的时空属性。前者割裂了经典力学与量子力学的兼容性。而后者在经典力学与量子力学之间架起了一座桥梁。从本质上讲，物质没有所谓的粒子性与波动性，更不可能二者兼有。所谓粒子性是指相互作用的量的大小，波动性是作用的时空变量。这与牛顿力学是相同的。物质的量的大小，时空变量的大小，都反映了相互作用的大小。在牛顿的语境下，物质量的大小为质量或电荷，它们是物质的本质属性，永恒不变。而时空变量的本质是能量，如动能和势能。如果说质荷标记了作用的量的大小，而能量也标记了作用量的大小。时空就是能量，能量也是一种作用方式，或者我们可以把能量看成是作用场。它们的不同在于质荷可以在能量场，时空中受作用，而能量只能相互转化，而不能用牛顿第二定律探讨能量在能量场中的时空变化。在相对论的语境里，质荷与能量，时空是可以相互转化的。进一步揭示了质能的同源性，即它们都是相互作用大小的标记。量子力学只是经典力学的一种特殊形式。一种不同于我们常见的力场的存在方式。它和经典力学的圆周运动，直线运动，曲线运动无本质不同。当然，自然中存在的作用力场或时空都具有对称性，往复性和守恒性。静止的点、匀速直线运动、圆周运动也都有周期和频率，同样具有守恒性。

实物的粒子性——质荷的多少，在非相对论条件下，这个量是不变的。它代表作用一方作用量的多少。而波动性只是作用一方时空变量的往复性。所谓物质粒子的衍射和干涉现象，只是运动粒子时空变量的叠加，或者说是粒子运动时空轨迹的空间分布的不均匀性，或统计规律性。在干涉和衍射条纹的明纹处不是波峰的叠加，暗纹也不是波谷的叠加，而是电子着点的多少。机械波是无数质点在平衡位置的振动，两列波的干涉，是指某个质点振动的强度，振幅的叠加。而电子波是单个电子的运动轨迹，干涉条纹不代表振动强度的强弱，只代表电子在屏上着点的空间密度。所以，干涉和衍射现象并不能说明物质是波。波只是物质运动的时空——轨道形式。这就是波粒二象性的本质。或者说波粒二相性都是物质存在的心灵妄相，是人认识之中的虚妄之相。这和粒子与粒子的曲线时空是一样的。或者说波只是粒子的运动曲线。所以，我可以认为，波是粒子振动与曲线运动的叠加，或者波是粒子运动曲线上的振动。

振动、波动都是力场的往复性存在。或者说力场的往复性存在形成了波动时空。电磁波其实也是一种波动力场，是电场磁场相互的、连续不断的相互激发而存在的，这与重力场没有本质的区别。波动场的连续性存在，在于波源振动的连续性存在。若波源振动停止，波动场向前传播后，原来的空间就停止了振动。或者说波动就形成了一个波包，向前传播。

一个力场是否存在，在于相对观者的受作用体在观者时空中的表现。或者说观者是通过受作用体在力场中的时空变化来认识力场的。如果没有受作用体，观者就无法意识到力场的存在。或者说力场是通过受作用体在心灵中体现的时空变化而存在的。如电磁场，如果没有 带电粒子的时空变化，就没有电磁场的存在。而时空的性质是受作用体在力场的作用下的变化在观者心灵中的体现。从这个意义上讲，受作用体的力学性质的变化，时空的变化，力场的作用是三位一体的，它们是统一的，是一个问题的三个表现方式(或认知方式)。时空的性质，就是受作用体在力场作用下的力学性质。这个时空的波动性就是粒子在波动场作用下的粒子力学性质。波就是粒子在波动场作用下的时空振动性。

光是电磁波，而不是某种实物粒子，它没有质量或电荷等粒子属性。但电磁波是种能量场，是某种力场，带电粒子在这个能量场中会受到该场的作用，所以，电磁波会造成时空的变化。从这个意义上讲，电磁波、带电粒子力学性质、电磁时空也是三位一体的存在。电磁波是通过对带电粒子的作用，从而引起粒子的时空变化来实证其存在的。所以，电磁波、电磁场就是个作用力场，而且是某种振动力场。电磁波与其它作用力场一样具有能量，但它不是实物粒子，它可能是某种能量包，但不可能具备粒子属性。波动的作用力场可以相互叠加而具备干涉或衍射现象。其它作用力场基于同样的机制而具备干涉或衍射现象。但它和实物粒子，如电子的干涉或衍射不同。波动的作用力场的相干叠加是振动能量的相干叠加。而电子的干涉或衍射现象是在波动力场作用下，在空间分布的概率性。所以，光是一种能量场，作用力场，而不是实物粒子，它有能量，但没有质量。

我们设想，时空中始终存在某个，或某些振动场，它们对微观粒子的作用，而使其运动时空具备了某种波动性，从而造成了量子力学所揭示的力学现象。我们知道，简谐振动或简谐波是振动或波动的基本形式。其它复杂振动或复杂波都可以看成是简谐振动或简谐波的叠加。因此，研究简谐振动或简谐波可能对揭示量子的时空性质有帮助。下章我们就对此展开讨论。

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