物理学家谭暑生出版专著《从狭义相对论到标准时空论》

发布时间:2014-11-17    编辑:物理学法小组    来源:网络&投稿

“一切科学理论研究的价值不在于短期的实用,而在于文化建设。科学理论是社会主义文化,没有科学理论就谈不上二十一世纪的社会主义文明!”

“……所有这一切都说明我国已有一批科技工作者在攻打一个科学关口,一旦突破将是一场科学革命。”

“我希望您再一步:真正把开放的复杂巨系统的概念用到宇宙学的研究—大宇宙,包括我们所在的这个宇宙的研究,是开放的复杂巨系统,不要简单化。建议加强同志间的联系,形成一个志同道合的集体,以增强对付困难的战斗力。”

钱学森先生对谭暑生教授的“标准时空论”研究寄予了深厚的期望,并对其未来发展提出战略建议。

1905年,年仅26岁的爱因斯坦提出相对论,这一科学理论被后人誉为20世纪人类思想史上最伟大的成就之一。相对论在一个世纪以来被奉为绝对经典,爱因斯坦也因此成为20世纪最有智慧的科学家之一。

近年来,随着观测水平的不断进步及数学手段的不断提高,越来越多的研究者向相对论提出质疑,我国也涌现出一批相对论的挑战者,国防科技大学的谭暑生教授就是其中贡献突出的一位物理学家。

早在上世纪八十年代初,谭暑生教授就从中国古代的“元气论”出发,用标准惯性系原理和回路平均光速不变原理代换爱因斯坦的相对性原理和光速不变原理,建立了一种新的时空理论――标准时空论,得到了不同于狭义相对论运动学和动力学的标准时空运动学和动力学,从而把亚光速运动和超光速运动直接地统一了起来,取得了一系列的新成果。这一理论后来经过国防科技大学专家的评审,相关的论文最先发表在《国防科技大学学报》1984年第1期上,随后又在国内的《自然》、《自然辩证法研究》等杂志上发表,并于1992年出版了专著。论文发表后,国内知名学者白铭复、匡惠荪、董光璧、田昆玉、葛旭初,以及国际著名物理学家依斯伯纳特、贝尔等都给予了高度的评价。著名科学家钱学森曾先后数十次去信表示对标准时空论研究的高度重视与支持。

二十多年过去了,谭暑生教授仍一如既往的耕耘在标准时空理论研究的前沿阵地,并取得了更经得住实验检验的理论成果。2007年8月,在爱因斯坦创立狭义相对论百年之后,湖南省科学技术出版社出版了《从狭义相对论到标准时空论》一书,以从标准时空等角度对爱因斯坦的狭义相对论提出辩证的质疑和挑战。我们采访了该书的唯一作者、著名物理学家谭暑生教授。

成果展示

笔者:首先请您对此书的出版宗旨、主要内容以及读者范围作简要介绍。

谭暑生:本书是为纪念爱因斯坦创立狭义相对论一百周年而作,主要对爱因斯坦的狭义相对论作了详尽、深入和清晰的阐述;叙述了狭义相对论面临的疑难和挑战;同时第一次详尽、深入地介绍了标准时空论;介绍了时空观理论研究和实验研究的最新进展。由于该书编写时主要定位于从物理学专家到科学爱好者的广泛读者,所以采用了严谨的逻辑分析、详尽的数学推导、以及清晰的物理概念。

笔者:那么该书的特点与出版价值又体现在哪些方面呢?

谭暑生:首先,以历史长远的目光,该书仔细考察了中西方从古至今人类自然观和时空观的认识历史,包括中国古代元气论,西方原子论和以太论的发展史,以及以太漂移的实验探索的历史,作为探讨时空理论的认识论基础。历史的考察表明:时间和空间是物质的存在形式;空间不空,真空不空,一无所有的虚空是不存在的。这部分内容是其它同类书籍所不涉及的。

其次,该书对狭义相对论的历史背景、逻辑结构、数学推演、实验检验等作了详尽、清晰、深刻又通俗易懂的阐述。一方面从狭义相对论的两个基本假设(即相对性原理和光速不变原理)出发,严格地、详细地从数学上推导出狭义相对论的整个理论结构;另一方面,又不依赖数学推导,直接从两个基本假设出发,给狭义相对论的理论结果以合乎逻辑的解释论证和理论说明,使之获得对狭义相对论的深刻理解。

再次,本书包含一些最新的研究成果,其中最重要的内容是建立了标准时空论电动力学。标准时空论电动力学发现和表述了一般惯性系中的形式简单优美的电磁场定律;确立了绝对参考系中的电磁场量和一般惯性系中的电磁场量之间的变换关系式,并用以解释和预言了各种电磁实验现象。

最后,本书把相关的科学探索过程中的人文历史,学术争论与自然科学内容本身结合一起叙述,展示出人类探索真理过程的长篇历史画卷。这种方式写出的著作对读者的教育和启迪,不同于单纯叙述自然科学理论的著作。

探索之路

笔者:看到您今天取得的成果。那么,您又是从何时开始涉足相对论研究的,研究之初,您就对相对论提出了质疑吗?

谭署生:我大学学的是物理专业。在读大学时就基本上学懂了相对论,大学毕业之后再复习加深,比较彻底地理解了它。这就是说,不仅能够从爱因斯坦的两个假设出发从数学上导出相对论的整个理论框架,而且可以直接从这两个假设(特别是其中的光速不变性原理)出发,给它的理论结果以合乎逻辑的解释论证和理论说明。狭义相对论的纯相对性的结论是令人难以置信的,但是,只要抓住了这两个原理,一切又是可以理解的。那时,我对相对论是崇拜的,并没有一点怀疑。

笔者:再向前追溯,您又是为何选择了物理专业,请您谈谈早年的成长、求学经历,以及其对后来科研生涯的影响。

谭暑生:我成长于上世纪四五十年代,当时,卫星和原子弹是一个国家强大的显著标志,物理学的成就给全世界带来了革命性的变化,最优秀的学生大都选择物理学专业。我这就走上了物理学的道路,希望发现以中国人名字命名的物理学理论、方程或定律。

毕业之后,我先后在西安仪表厂、上海光学精密机械研究所、重庆自动化仪表研究所等诸多单位从事技术工作。我一面系统攻读数学和物理学,一面读工作所需要的如真空技术、薄膜技术、激光技术等技术课程,以适用工作的需要。技术工作使我接触实际,理解实践,加深了我对物理学的理解,训练了相应的动手能力。1971年我编译出版了《大功率二氧化碳激光器》一书,约40万字。这在当时的政治环境下是希罕的事情。

1973年我被调入今天的国防科学技术大学,主要从事激光技术研究和物理教学工作。1984年任激光技术教研室主任。这都为教学及科研创造了极好的条件。

挑战权威

笔者:您是在什么样的情况下开始怀疑相对论并提出标准时空理论的?

谭暑生:上世纪六十年代之后现代物理学的发展出现了许多令人不安的事件,对狭义相对论的两个假设和它最重要的推论即光速极限性原理提出了挑战。

我在长期的教学、科研实践中也开始反复思考,认真研究相对论。并在质疑过程中开始酝酿标准时空理论。通过近三十年的研究,我更加坚定创立标准时空论并不是我个人的自我标榜,而是现代物理学的发展形势使然。

标准时空论是将洛伦兹以太论完善化、系统化,以绝对参考系原理和回路平均光速不变原理为基本假设所建立的一个严谨的逻辑体系。绝对参考系原理和回路平均光速不变原理是许多物理学家早已提出的建议。是有别于牛顿的绝对时空观和爱因斯坦的相对论时空观,又包含绝对时空观和相对时空观合理要素的一种新的时空理论。标准时空论证明,观察事实和实验事实并非一定需要通常的狭义相对论,它们也与一个意义上与狭义相对论很不相同的概念相一致,因此与超光速现象相容。与狭义相对论不同,而与量子力学一致,标准时空论得到同时性的绝对性,它允许超光速运动存在而不违背因果律。狭义相对论是标准时空论在某种情况下的近似。它预见了一些迄今没有预料的新的经验事实,等待着这些实验的检验和证实。这样的新理论肯定代表着人类认识自然的一个进步。

笔者:标准时空理论问世以来,您遇到过哪些支持或阻碍么?

谭署生:标准时空论发表之后,国内知名教授白铭复、况惠荪、董光璧、田昆玉、葛旭初,著名科学家钱学森,国际著名物理学家德?埃斯帕纳、贝尔等都给予了充分的支持与鼓励。

白铭复教授指出,标准时空论是有别于牛顿的绝对时空观和爱因斯坦的相对论时空观的一种新的可能的目前物理学所允许的时空理论。法国理论物理学权威、著名物理学家德?埃斯帕纳给我的信中写道:“你有很好的观点,你完全独立地证明了,实验事实(包括闭合光路实验)并非一定需要通常的狭义相对论,它们也与一个意义上与狭义相对论很不相同的概念相一致。这一点,我以前是不知道的,与我讨论过这方面课题的物理学家中也几乎没有人知晓这个事实。”

我要特别感谢著名科学家钱学森对我和我的研究工作的关怀和支持。早在1984年春节,他看了我的论文就予以高度评价;元宵节,他来信表示:“标准时空论成立。”要我改写引言,说明这是“完整理论之一部分,有其适应的范围,而在其适应范围内,它又是很精确的。这个观点是符合马克思主义哲学的,也是我们比外国人的高明之处。”从那时开始,十多年间,他先后亲自给我写了三十多封信,先后三次单独接见我,给我提出建议,推荐我的论文发表。他对我们“致力于理论工作表示敬意”,并多次给我们以鼓励:“中国的事总是一步一步向前发展的,明年一定会比今年好!”“请相信日子会好起来!”他多次向国防科技大学校长和政委提出建议,要学校支持我的工作。他的关怀和支持是我能够二十年磨一剑的最重要的外部支撑条件。

笔者:您认为多年来您在科研领域不懈的追求取决于您哪些方面的性格特质呢?

谭暑生:也许有人会为放弃或超越狭义相对论而不安,认为质疑相对论,研究超光速运动,是严肃的科学家不宜探讨的课题。我本人之所以敢于发展爱因斯坦,创立新理论,也许与我的某些特点有关。我是过去称之为“比较完全的知识分子”的那样一种人:来自农村,生活在城市;既熟悉数学物理学和激光技术,又熟悉社会科学。这些都给我的研究奠定了坚实的基础。

我不是那种走路看书还会碰上电线杆的知识分子。作为文职军人,我感谢国家给了我很好的生活待遇和科研保证。正因为如此,我不必仅仅靠追求几篇论文、几次奖赏来搏得名誉和生活的来源。我崇敬一生做出了巨大牺牲的麦克斯韦对人类的伟大贡献,现在几乎人人、几乎天天都得益于他的电磁理论和电磁波的发现。我努力地追求,目标始终如一,期待着对科学作出贡献,并且最终获得社会的承认。

人做一个工作如果把它当成一个工作来做,那么他将注定成为一个平凡的人,如果把工作当成事业来做,并充满了使命感,那么这个工作也注定成为了一份神圣的工作,做工作的人也势必令世人所景仰。不管谭署生教授对标准时空理论的研究结果如何,他这种敢于质疑权威、勇于探索科学的创新精神在任何社会、任何时代都是值得称赞的。

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