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人類要進入第三類文明,首先要突破的就是量子理論和相對論

在20世紀60年代,俄羅斯物理學家卡爾達舍夫將人類的文明進程劃分為三類。

第一類文明

就是可以在自己居住的星球自由活動的文明,人類到20世紀40年代大型客機問世後就達到了這個文明層次。第二類文明就是在自己居住的星系內

自由旅行的文明,人類在20世紀70年代登陸月球,但是,太陽系的其他星球尚無力涉足。這樣算來,人類只是剛剛步入第二類文明的門檻,還遠遠沒有達到第二類文明。第三類文明就是可以在宇宙太空自由旅行的文明,那些頻繁光顧地球的UFO上的外星生命顯然達到了這個文明層次。

然而,人類欲步入第三類文明,必須首先突破量子理論和相對論。這裡就不再談及量子理論,而隻談論相對論的基礎和第三類文明的關係。

狹義相對論的建立是一個漫長的過程,首先對牛頓的「絕對時空觀」提出質疑的是英國的哲學家貝克萊。在他的著作中,用了大量的分析證明運動不是絕對的,時間也不是絕對的。如果說,貝克萊對牛頓力學理論的「唯心式」的質疑只是拉開了人類認識牛頓力學理論不足的序幕,那麼,到了19世紀中葉麥克斯韋建立起電磁理論方程後,人們才真正開始意識到,牛頓的經典力學和麥克斯韋的電磁理論的不協調、不對稱。

1895年,荷蘭物理學家洛倫茲邁出了第一步。他採用一套變換公式——洛倫茲變換,將麥克斯韋的電磁理論和牛頓力學理論協調化。但是,這裡面的物理內涵是什麼,洛倫茲並不知道,

而僅僅是出於一種簡單的數學處理。同一時代,法國大數學家龐加萊也在思考這個問題。龐加萊是一個極具物理學直覺的數學家,

事實上,他先於愛因斯坦認識到太空、時間、運動的相對性。他甚至在其哲學名著《科學的價值》一書中提出了新物理學的框架,認為在新的物理學中,時間、距離、品質都將是一個變數。但是,由於他是個數學家,所以也僅僅停留在猜想的層面,驗證的重任就落在了愛因斯坦身上。

1905年,愛因斯坦在德文物理學刊物《物理年鑒》上連發了五篇論文,

其中的壓軸之作就是《論運動物體的電動力學》。愛因斯坦從一個全新的視角,改寫了牛頓經典物理學的面貌。通過引入洛倫茲變換,愛因斯坦重新定義了物理學中的基本概念,包括時間、距離、太空、速度、品質等。這篇劃時代的論文,為人類描述了一個遠離現實世界的物體在高速運動時的嶄新的物理學圖景。

由於相對論遠離人類的常識,所以發表後並沒有在歐洲物理學界引發「地,震」;相反,只有這篇論文的審閱者、量子理論的提出者普朗克力挺這個新理論。實際上,在這個新理論問世後的5年時間裡,愛因斯坦個人的境況也沒有什麼改善,他依然在伯爾尼的專利局工作,只是偶爾有幾個普朗克的朋友(他們也是相對論的支持者)來拜訪處在窘境的愛因斯坦。

直到1910年,愛因斯坦的境況才有改善,他才算邁入正規的學術機構的大門。那年,他獲得了柏林大學提供的一個教職,可以講授他的劃時代理論。

雖然到1920年,狹義相對論已經得到歐洲物理學界的廣泛承認,但是,一個反對的聲音還是出現了。這個人是來自瑞士一個大學的教師,叫瑞茲。

瑞茲對相對論提出了嚴厲的批評,在當時的歐洲學術界看來幾近偏執。所以,沒有人去深入研究瑞茲的質疑背後的深刻的物理內涵。到了1930年以後,相對論就一路走好,在高歌猛進中開始統治20世紀的物理學世界。

那麼,瑞茲當年對狹義相對論的質疑都是些什麼內容呢?他認為,狹義相對論通過洛倫茲變換,將電動力學還原回到了牛頓的經典力學,從物理學的進化角度看,是一種倒退,是復辟了。而正確的物理學,應該是放棄牛頓的經典力學理論,將所有的運動規律直接建立在電動力學基礎上。

邁入21世紀的物理學家今天回頭看瑞茲當年對狹義相對論的質疑與批判,會感到這又是人類歷史上一位天才學者的質疑,就如同當年貝克萊對牛頓理論的質疑那樣,遠遠超越了時代。

事實上,狹義相對論正如瑞茲所質疑的,是通過洛倫茲變換,用牛頓的理論框架描述電動力學,使運動學又一次回歸「古典」。而我們知道,法拉第、麥克斯韋建立電磁理論後,電動力學就作為一種高級的運動形式被描述了。所以,從物理學進化的正確方向出發,應該是將電動力學作為運動學和動力學的基礎,然後,用電動力學去重新表述力學。而不是像愛因斯坦那樣,仍然用過時的牛頓力學做基礎,去表述電動力學。

人類居住的巨集觀世界,電磁現象統治一切。我們感覺所觸及的所有物理現象,事實上都是電磁相互作用和電動力學作用。因此,可以這樣說,人類生活在一個電磁世界而不是力學世界。所以,物理學從深層次講,應該是以電磁學為基礎的,而不是牛頓的力學。

但是,由於人類認識上的局限,近代物理學一直是在牛頓力學的基礎上發展,包括後來拉格朗日、哈密爾頓對力學的重新表述。直到19世紀中葉,電磁理論被建立後,

物理學開始進入電磁學時代。本來,對人類而言,這是一個重建物理學大廈的絕好機會,可以將物理學建立在電磁學的基礎上,但是,人類這時卻無法繞開棘手的「電動力學」這個難題,只好又重新回歸到已經成熟的牛頓力學為電動力學找到描述的方法。愛因斯坦的狹義相對論因此而誕生。

今天看來,人類這種走捷徑的方式在當時看似有效,但對於物理學的進一步發展而言,卻設定了一個永遠無法跨越的障礙。可以這樣說,狹義相對論是動力學的墳墓。

那麼,那些已經步入第三類文明的星球上的智慧生命的物理學又是什麼樣的發展軌跡呢?

顯而易見,那些智慧生命也處在一個電磁相互作用的世界,但是它們的物理學的起步卻是從電磁學開始的。它們對運動的表述,使用電磁學的語言。這樣,和地球人類的物理學體系相比,它們的動力學方程會很複雜,而不像地球上牛頓的運動方程那樣簡單。

但是,由於它們將運動的規律建立在電磁學基礎上,而電磁學又是宇宙中最普遍的相互作用形式。所以,它們的物理學比起人類的力學基礎而言,為物理學的發展提供了更為廣闊的太空。

而人類建立在牛頓力學基礎上的物理學體系,

去描述電磁相互作用,就顯得極為原始,極其不協調。更致命的是,為物理學的發展設定了一個永遠無法逾越的障礙——物體的運動速度不會超過光速。

人類要步入第三類文明,必須對相對論做出取捨。保留相對論,意味著運動學進入墳墓,超越相對論,將運動學建立在電磁相互作用基礎上的新物理學才能帶領人類邁入第三類文明的大門。

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