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人类要进入第三类文明,首先要突破的就是量子理论和相对论

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xing123手机认证 发表于 2018-1-11 00:02:36 | 显示全部楼层 |阅读模式
在20世纪60年代,俄罗斯物理学家卡尔达舍夫将人类的文明进程划分为三类。
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第一类文明
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就是可以在自己居住的星球自由活动的文明,人类到20世纪40年代大型客机问世后就达到了这个文明层次。第二类文明就是在自己居住的星系内
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自由旅行的文明,人类在20世纪70年代登陆月球,但是,太阳系的其他星球尚无力涉足。这样算来,人类只是刚刚步入第二类文明的门槛,还远远没有达到第二类文明。第三类文明就是可以在宇宙空间自由旅行的文明,那些频繁光顾地球的UFO上的外星生命显然达到了这个文明层次。
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然而,人类欲步入第三类文明,必须首先突破量子理论和相对论。这里就不再谈及量子理论,而只谈论相对论的基础和第三类文明的关系。
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狭义相对论的建立是一个漫长的过程,首先对牛顿的“绝对时空观”提出质疑的是英国的哲学家贝克莱。在他的著作中,用了大量的分析证明运动不是绝对的,时间也不是绝对的。如果说,贝克莱对牛顿力学理论的“唯心式”的质疑只是拉开了人类认识牛顿力学理论不足的序幕,那么,到了19世纪中叶麦克斯韦建立起电磁理论方程后,人们才真正开始意识到,牛顿的经典力学和麦克斯韦的电磁理论的不协调、不对称。
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1895年,荷兰物理学家洛伦兹迈出了第一步。他采用一套变换公式——洛伦兹变换,将麦克斯韦的电磁理论和牛顿力学理论协调化。但是,这里面的物理内涵是什么,洛伦兹并不知道,
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而仅仅是出于一种简单的数学处理。同一时代,法国大数学家庞加莱也在思考这个问题。庞加莱是一个极具物理学直觉的数学家,
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事实上,他先于爱因斯坦认识到空间、时间、运动的相对性。他甚至在其哲学名著《科学的价值》一书中提出了新物理学的框架,认为在新的物理学中,时间、距离、质量都将是一个变量。但是,由于他是个数学家,所以也仅仅停留在猜想的层面,验证的重任就落在了爱因斯坦身上。

1905年,爱因斯坦在德文物理学刊物《物理年鉴》上连发了五篇论文,
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其中的压轴之作就是《论运动物体的电动力学》。爱因斯坦从一个全新的视角,改写了牛顿经典物理学的面貌。通过引入洛伦兹变换,爱因斯坦重新定义了物理学中的基本概念,包括时间、距离、空间、速度、质量等。这篇划时代的论文,为人类描述了一个远离现实世界的物体在高速运动时的崭新的物理学图景。

由于相对论远离人类的常识,所以发表后并没有在欧洲物理学界引发“地,震”;相反,只有这篇论文的审阅者、量子理论的提出者普朗克力挺这个新理论。实际上,在这个新理论问世后的5年时间里,爱因斯坦个人的境况也没有什么改善,他依然在伯尔尼的专利局工作,只是偶尔有几个普朗克的朋友(他们也是相对论的支持者)来拜访处在窘境的爱因斯坦。

直到1910年,爱因斯坦的境况才有改善,他才算迈入正规的学术机构的大门。那年,他获得了柏林大学提供的一个教职,可以讲授他的划时代理论。

虽然到1920年,狭义相对论已经得到欧洲物理学界的广泛承认,但是,一个反对的声音还是出现了。这个人是来自瑞士一个大学的教师,叫瑞兹。

瑞兹对相对论提出了严厉的批评,在当时的欧洲学术界看来几近偏执。所以,没有人去深入研究瑞兹的质疑背后的深刻的物理内涵。到了1930年以后,相对论就一路走好,在高歌猛进中开始统治20世纪的物理学世界。

那么,瑞兹当年对狭义相对论的质疑都是些什么内容呢?他认为,狭义相对论通过洛伦兹变换,将电动力学还原回到了牛顿的经典力学,从物理学的进化角度看,是一种倒退,是复辟了。而正确的物理学,应该是放弃牛顿的经典力学理论,将所有的运动规律直接建立在电动力学基础上。

迈入21世纪的物理学家今天回头看瑞兹当年对狭义相对论的质疑与批判,会感到这又是人类历史上一位天才学者的质疑,就如同当年贝克莱对牛顿理论的质疑那样,远远超越了时代。

事实上,狭义相对论正如瑞兹所质疑的,是通过洛伦兹变换,用牛顿的理论框架描述电动力学,使运动学又一次回归“古典”。而我们知道,法拉第、麦克斯韦建立电磁理论后,电动力学就作为一种高级的运动形式被描述了。所以,从物理学进化的正确方向出发,应该是将电动力学作为运动学和动力学的基础,然后,用电动力学去重新表述力学。而不是像爱因斯坦那样,仍然用过时的牛顿力学做基础,去表述电动力学。

人类居住的宏观世界,电磁现象统治一切。我们感觉所触及的所有物理现象,事实上都是电磁相互作用和电动力学作用。因此,可以这样说,人类生活在一个电磁世界而不是力学世界。所以,物理学从深层次讲,应该是以电磁学为基础的,而不是牛顿的力学。

但是,由于人类认识上的局限,近代物理学一直是在牛顿力学的基础上发展,包括后来拉格朗日、哈密尔顿对力学的重新表述。直到19世纪中叶,电磁理论被建立后,
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物理学开始进入电磁学时代。本来,对人类而言,这是一个重建物理学大厦的绝好机会,可以将物理学建立在电磁学的基础上,但是,人类这时却无法绕开棘手的“电动力学”这个难题,只好又重新回归到已经成熟的牛顿力学为电动力学找到描述的方法。爱因斯坦的狭义相对论因此而诞生。

今天看来,人类这种走捷径的方式在当时看似有效,但对于物理学的进一步发展而言,却设置了一个永远无法跨越的障碍。可以这样说,狭义相对论是动力学的坟墓。

那么,那些已经步入第三类文明的星球上的智慧生命的物理学又是什么样的发展轨迹呢?

显而易见,那些智慧生命也处在一个电磁相互作用的世界,但是它们的物理学的起步却是从电磁学开始的。它们对运动的表述,使用电磁学的语言。这样,和地球人类的物理学体系相比,它们的动力学方程会很复杂,而不像地球上牛顿的运动方程那样简单。

但是,由于它们将运动的规律建立在电磁学基础上,而电磁学又是宇宙中最普遍的相互作用形式。所以,它们的物理学比起人类的力学基础而言,为物理学的发展提供了更为广阔的空间。

而人类建立在牛顿力学基础上的物理学体系,
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去描述电磁相互作用,就显得极为原始,极其不协调。更致命的是,为物理学的发展设置了一个永远无法逾越的障碍——物体的运动速度不会超过光速。

人类要步入第三类文明,必须对相对论做出取舍。保留相对论,意味着运动学进入坟墓,超越相对论,将运动学建立在电磁相互作用基础上的新物理学才能带领人类迈入第三类文明的大门。
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