岳涌强与钱伟长教授合影
刚刚过去的世界物理年,激起了人们对物理学发展的进一步关注与期待。许多学者预言,当代物理学正面临着新的突破。
创立了相对论的爱因斯坦曾在后半生致力于创立统一场理论。他说:“物理学家的最高使命,是要获得普遍的基本定律,由此世界体系就能用单纯的演绎方法建立起来。”英国物理学家霍金也长期研究量子引力论,并确信宇宙统一理论的存在,预言“如果我们足够聪明的话,总有一天将会找到它。”
在我国,对统一理论深感兴趣并致力于有关研究的物理学工作者也大有人在,山东岳氏时空结构粒子研究所所长岳涌强就是其中之一。他从事这一研究已有20多年,并且完成了一千多万字的理论著作。记者曾就相关问题与他多次交谈,颇受教益。现将谈话的主要内容加以整理,以期引起读者的关注与讨论。
记者:宇宙统一理论究竟是一个什么概念?
岳:我们知道,几何学是从原始概念“点”出发,加上最少的“公理”,去证明所有几何问题。在这个推演的过程中,从原始概念到具体事物之间推理没有断层,并能保证推理结果的正确。而物理实验定律是从实验得到,无法得知从原始概念到物理定律之间的推理过程。这使物理学认识世界的能力大受限制。例如,几何可以不借助任何实验,就可以证明两个三角形全等,而物理学只能用实验去证明两个三角形全等,就是要把两个三角形剪下来,让其相互重迭,但此法必有误差,可见实验法没有演绎法优越。如果物理学有了自己的演绎体系,也就是有了宇宙统一理论,那才是真正严密的科学。
记者:宇宙统一理论作为科研方向已有近百年的历史了。现在为什么会如此引人关注,是否意味着建立这一理论的时机已经成熟?
岳:事实上,从牛顿时代起,物理学就致力于向演绎科学进化。牛顿的巨著《自然哲学之数学原理》虽然讨论的是物理学问题,但却是按照几何学的格式编写,充分体现了牛顿对演绎体系的追求与渴望。他指出:“自然哲学的任务,是从(自然)现象中求论证(演绎体系),从结果中求原因,直到求得最初的原因为止。”这就是说,他要将物理学上升为像几何学那样的演绎科学。
从古代的亚理士多德、毕达哥拉斯,到近现代的牛顿、爱因斯坦、狄拉克、普朗克、霍金等,都在寻求宇宙万物的“基本定律”,以获取“能解开宇宙万物内在原理”的“演绎体系”。为此,人类准备了数千年,可以把牛顿、爱因斯坦、狄拉克的成果看成最后的准备工作:把整个宇宙“切成三段”,狄拉克完成了原子以下无限小尺度的演绎体系,爱因斯坦完成了无限大尺度的演绎体系,牛顿则完成了介于二者之间的演绎体系。在这三大理论完成以后,才有可能建立宇宙统一理论,而在此之前,再天才的头脑也无法完成这一理论。从这个角度看,现在建立统一理论可以说正当其时了。
记者:广义相对论的创立到现在将近百年了,像爱因斯坦、霍金这些具有天才头脑和广博知识的人也未能成宇宙统一理论的构建,原因究竟何在?
岳:我们当然可以设想,如果爱因斯坦能活到今天,他的统一场论一定会建立起来。至于霍金为什么没有完成这一工作,我认为不是他的能力达不到,而是思路出了问题。要把前面提到的三大理论整合成统一理论,首先遇到的的问题是研究对象发生了根本变化,要对从无限小到无限大的宇宙所有层次进行整体研究,研究的对象既不是原子,也不是太阳系,更不是无限大的宇宙,而是所有层次。所以,量子力学中描述原子的概念、牛顿力学描述物体的概念、相对论描述无限大宇宙的概念,都无法用来描述整个宇宙体系。假如连描述研究对象的物理概念都不对,就必然得不到统一的演绎体系。霍金的问题是坚持使用三大理论的物理概念,不彻底更新观念,仅用数学“小技巧”把三大理论的定律合并为一个数学模型,这似乎就“误入歧途”了。
记者:那么,你的思路有什么不一样呢?
岳:针对研究对象的变化,我对宇宙无限多层次结构进行了物理定义,比如,我把宇宙大爆炸之前的一个“点”状态定义为“纯物质”,因为这时它没有时间和空间,是纯粹的物质状态。当宇宙大爆炸到极限时,没有任何物质,只有空间,故定义为“纯时空”,是纯粹的时空状态。宇宙大爆炸实际上是由“纯物质”向“纯时空”的转化,转化的中间状态,既有物质,又有时空,是混合状态。我们今天的世界就是从“纯物质”向“纯时空”转化曲线上的一个“点”。这个“点”必然符合整个宇宙转化的大规律。我们把这个大规律用于太阳系,便得到牛顿定律;用于原子,便得到量子力学定律;用于无限大宇宙,便得到相对论定律。也就是说,狄拉克、牛顿、爱因斯坦分别研究某一层次,所以得到某一层次的规律;我们研究整体,所以得到整体规律。
找到研究宇宙整体的方法,便可以进一步找到宇宙的三个基本定律:即物质与时空转化定律、物质与时空对应定律、宇宙量量化定律。把这三个定律分别应用于从无限小到无限大的所有层次,便可推导出自然界全部规律。
记者:你所做的这些工作,离演绎系统的建立还有多远呢?
岳:把全部物理定律归结为三个基本定律,在物理学看来已完成任务;但从演绎角度看却还相差很远。三大定律还要进一步归结为更深层次的定律,以得到“虚数”与“实数”之间的关系定律。当物理定律高度集中时,就会失去物理属性,而上升到数学属性,“宇宙的物理定律”就变成“宇宙的数学定律”。原来,数学原理支配着物理原理,物理原理支配着宇宙万物。
把实验物理上升到演绎科学,是一项浩大工程,决不是某一个人所能完成的。因此,我希望有更多的科学工作者来共同开发这个理论,以完成科学上的一项大业。
