量子力学和广义相对论篇1
弦论唯一的弱点在于至今还没有任何实验证据的支持。不可思议的是，这个理应是致命的弱点却没有妨碍弦论的霸业。要了解如此奇特的现象得从弦论的起源讲起。一个标准的故事是这样的：20世纪物理学有两大基石――量子力学和相对论。前者处理微观世界的现象，在这个架构下，基本粒子是没有大小的点粒子。
至于重力，就得依靠爱因斯坦的广义相对论。爱因斯坦方程式就是在指明物质分布和时空曲率之间的关系。大致_卜讲，质量密度大的地方，曲率电就大。曲率如果不大，爱因斯坦理论与古典牛顿重力理论的结果大致相同。两者若有差异时，观测数据都站在广义相对论这一边。尤其是当曲率很大时，牛顿理论就完全不适用。
到目前为止，自然界中观察到的物理现象，归根结底都可以分别收纳到量子力学或广义相对论的架构里。可是量子力学和广义相对论有深刻的矛盾之处，广义相对论违反了量子力学中的“测不准原理”，所以我们得要修正广义相对论以适应量子力学，或反过来修正量子力学。总之，必然得有一门称为量子重力论的学问，能够包容量子力学和广义相对论。寻找量子重力论极端困难，主因之一是欠缺实验的引导，因为没有又小又重的粒子可以拿来实验。
量子力学和广义相对论篇2
假如地球完全由质子构成，而月球完全由电子构成，那会如何？
这是一个颇具破坏性的假设场景。
你的想象也许是，电子月球沿轨道绕着质子地球运转，有点像一个巨大无比的氢原子。在某种程度上，这种假设模型是有意义的。毕竟事实就是如此，电子绕着质子转，卫星绕着行星转。而且，这种行星的类原子模型曾一度非常流行，尽管很快科学家就证明它对理解原子没什么帮助。（这种模型在20世纪20年代就已经基本被淘汰，但我在六年级的科学课上，还自己动手绘制过这样一幅精致的透视图。）
如果将两个电子放在一起，二者会相互排斥，努力飞离对方。电子带负电荷，电荷间的斥力强于它们间的引力约20个数量级。
如果将1052个电子放到一起构成一个月球，它们间的斥力之强可想而知。事实上，强大的斥力将使每个电子都被难以想象的巨大能量猛力推开。
在本文假设的这种场景下，上文所说的那种行星模型更是大错特错。月球不会环绕地球，因为它们之间几乎无法相互影响。（我的意思是，此处现实中的月球被替换成一个与其质量和大小都相当的、由电子组成的球体，质子地球的情况与此相同。其实还有其他解释，但这不影响最终的结果。）企图相互分离的斥力将远远大于它们之间的引力。
如果我们暂时忽略广义相对论（当然我们不能完全否定它，总还是要回到广义相对论的），就能计算得出这样的结论：电子间相互排斥的能量能够将它们的速度加快到接近光速（但不会超过光速。此情景下我们姑且忽略广义相对论，但狭义相对论仍要遵守）。加速粒子达到这样的高速并不罕见，一台桌面粒子加速器就可以将电子加速到接近光速。但是，本文假设的月球的能量大大超过普通加速器所能达到的级别，要比普朗克能量还高出几个数量级，即使是最大的加速器，也远远达不到这个能量水平。换句话说，这里提出的这个问题，已经超出目前的物理学水平，进入更高级别的理论领域，比如量子引力和弦理论领域了。
我联系了辛迪・基勒博士，她是玻尔研究所的一位弦理论学家。我向她解释了本文的假设场景，她也谈了谈她的想法。
基勒博士同意我们的观点，即我们不能寄希望于计算出每个电子携带的能量，以此来解决这个问题，因为这远远超出了目前已有加速器所能进行的实验范围。“我不相信单个粒子的能量能超出普朗克能量。目前观测到的最大能量来自宇宙射线，大约超过大型强子对撞机的106倍，但这仍然小于普朗克能量。作为一名弦理论学家，我想说，任何事情都有可能发生，但事实究竟是怎样的，我们确实一无所知。”
幸运的是，故事远没有结束。你还记得吗，我们最初假设忽略广义相对论不计。那么，在一个非常非常特殊的情况下，引入广义相对论会使问题变得易于解决。
在这种情形下，存在巨大的潜在能量――所有电子爆炸时产生的能量。这一能量将使时空发生扭曲，如同大质量扭曲时空一样。（如果我们让能量爆炸，电子以光速相互远离，我们将会看到，能量实际上表现为质量的形式，电子相应地获得了质量。）那么电子月球具有的巨大能量，将大致相当于整个可观测宇宙的总质量和能量。
当整个宇宙的质量和能量都集中在我们假设的这个（相对较小的）月球上时，它将严重地扭曲时空，其力度之强，足以克服1052个电子相互间的斥力。
基勒博士说：“是的，这其实就是黑洞。”但它并非普通意义上的黑洞，而是带有大量电荷的黑洞。（质子地球也是这种类型的黑洞，只是所带电荷数要比电子月球少。因为地球质量那么多的质子所带的电荷少于月球质量电子所带的电荷，所以尽管质量悬殊，结果却不会受到多大影响。）因此，相应的反应式也有所不同，并不是标准的施瓦茨西尔德半径（施瓦德西尔茨半径是所有具重力的质量间的临界半径。在天文学上，当一个天体的半径低于施瓦茨半径时，就会成为黑洞――译者注）。这样，我们就需要求助雷斯勒-诺德斯特洛姆度规（雷斯勒-诺德斯特洛姆度规是广义相对论中描述静态球对称带电物体的引力场的度规，是广义相对论的一个著名的精确解。具有这种度规形式的黑洞被称为雷斯勒-诺德斯特洛姆黑洞――译者注）。
在某种意义上，雷斯勒-诺德斯特洛姆度规将电荷的内在力量比作重力的外拉力。如果电荷向外的斥力足够大，黑洞外缘的事件视界很可能完全消失。这样一来，就会产生一个裸奇点，这是一个密度无限大的东西，光都无法从中逃脱。
一旦你假设存在这样一个裸奇点，从某种层面讲，物理学就已经瓦解了。在这种情况下，量子力学和广义相对论给出的答案近乎荒谬，而且是不同意义上的荒谬。有人认为，物理学法则不允许这种情况发生。正如基勒博士所说：“没人会喜欢存在裸奇点这一事实。”
在电子月球的例子中，这些电子间的斥力如此之大，以致月心引力足够强，那么奇点就会形成黑洞。不过，这个黑洞从某种层面来说并不普通，它将是一个与可观测宇宙同样大小的黑洞。（一个与可观测宇宙同样大小的黑洞，直径可以达到138亿光年。宇宙的年龄大概是138亿年，因此有人认为我们的宇宙就是一个黑洞。但事实并非如此。）
如此巨大的黑洞是否会使我们的宇宙崩塌呢？这很难说。答案取决于我们怎么处理暗能量这个概念。然而，究竟如何理解暗能量，没有人能给出确定的回答。
但是，至少目前来看，我们的临近星系是安全的。黑洞的引力影响只能以光速向外扩散，我们周围的宇宙对这一可笑的电子月球实验仍旧浑然不知。
延伸阅读
马克斯・普朗克，德国著名的物理学家和量子力学的重要创始人，与爱因斯坦并称为20世纪最重要的两大物理学家。
大约1894年起，普朗克开始研究黑体辐射问题，发现了普朗克辐射定律，并在论证过程中提出能量子概念和普朗克常数，成为微观物理学中最基本的概念和极为重要的普适常量。1900年12月14日，普朗克在德国物理学会上报告了这一发现，成为量子论诞生和新物理学革命宣告开始的伟大时刻。由于这一发现，普朗克获得了1918年的诺贝尔物理学奖。
量子力学和广义相对论篇3
关键词：本体论；能量；广义物质；波粒场；五构素
方向是指总星系、物体、人、粒子、云气等在运动场中发生相互作用时产生的波走向，即“波（方向）、粒（物）、场”说中的波为方向元。其中总星系、物体、人、粒子、云气定义为常规物质概念即实物质；物体粒子表现自身特征、地位的波动环境范围即场是物理学上的时空结构（传递介质）；波反映了物体能量、意志、特征和运动趋势，定义为与实物质概念对称的虚物质（范畴）。但它们都是能量在冷胀宇宙中的表现形式，即在一定条件下，事物都可从能量中转化而来。由代物理理论可推知原始宇宙是纯能量的；据阴阳学说和宇称均匀特性，可拟设世界为虚物质、实物质（软硬）二元；为应用数理生化研究手段对人文社科作数量化技术化处理，应建冷胀宇宙构造模型于力量与热量（力热）、实物质、方向、空间、时间五维坐标系中。至此，我们同时得到能量一元论、内容对称的广义物质虚实二元论、波粒场三元论和力热、实物质、方向、时间、空间五构素的设定。
“波、粒、场”是关于物质间地位联系通过场发生波的干涉作用的三元论，其中波正是五构素说中的方向，并对应于广义物质中的虚物质范畴。可见，虚物质决定了物体在实现消费体系的运动场中体现自身特征与价值的大方向不变，从而规定和影响了一切事物发展的大体趋势，而不是事先计划或安排好了事物的一切。故虚物质论关于方向不变属大尺度范畴的概念正是相对论所研究的范畴。因为每秒30万公里速度的光子行进空间正常情况下是大尺度的，而相对论是在光速不变的支持下推导出来的，主要涉及到大尺度时空中宇宙根本律和运动总方向不变问题。虚物质论强调自由至高无上，因为自由在消费体系内容中位于最高层次，因为量子测不准原理表明粒子运动中存在无限自由；无限自由标志着没有运动相同的粒子，是任何高超的检测手段都测不出来的；虚物质论关于自由至上是低层物体（层次高尺度大），特别是量子世界的普遍要求。这些是虚物质论同量子力学相关的局部方向变化原理。由于广义物质范畴是指物体的虚、实二个层面，则可界定弦理论所描述的“弦”上的一个波动或振动模式为构成物体的一个最基本微观粒子（量子），即“波粒场”中定义波属虚物质范畴已触及到弦理论，说明物体的本质是实物质中潜在虚物质振动。虚物质振动体现物体意志，在实现消费体系的过程中表现出复杂的社会现象和矛盾事件。对社会现象和矛盾进行分析，人们得出人与自然的关系是生产力，人与人的关系是生产关系，生产力与生产关系的矛盾决定社会形态与制度。这证明实物质是广义物质的宏观显性表现，虚物质是广义物质的微观显性表现，二者是物体的二个层面，不可分离但可相互转化，以致人们日常从看到物体认知到实物质，虽看到事件矛盾却看不见虚物质。
能量转化为广义物质，广义物质包括虚、实二个侧面，二个面在一定场相位条件满足下构成物体。如果忽略虚物质其它范畴不计，则虚物质可展开为方向、时间、空间等。当将虚物质、实物质构成物体后的热量和力量抽离出来考虑时，物体构成要素则成了力热、实物质、方向、时间、空间五元。对虚物质中方向加以研究，发现的社会矛盾和运动规律可归结到方向不变原理和层次结构论上；结合数学推出五构素坐标系来观察宇宙得到遵循五大律使用三大模件去达成责权利一致原则的531理论，进而使管理经济学等人文社科理论数量化技术化。在这二个基础上，社会全员之能力信誉、需求欲望在网上按程序进行交换的意控式tmS网系作为解决社会问题与矛盾的先进平台就能形成。
世界观即微观、宏观、宇观，概称宇宙观。宇宙产生前先是空无后是能量汤，自宇宙大爆炸后的世界是能量的也是广义物质的，即能量、实物质与虚物质三者同时存在并共同构成事物而不能单独存在。如时空（虚物质范畴）决定（实）物质运动轨迹而（实）物质迫使时空发生变形，它们谁也不比谁优越，平权共处却不能单独存在。五构素只是描述宇宙观一个比较方便的坐标系，从广义物质范畴来看，也可以说世界是五构素的。一句话，能量、广义物质应是哲学上的主要概念，波粒场是物理学上的新学说，而五构素则可通过数理论而成科技中概念。世界统一于能量，宇宙是唯能量的。
参考文献
[1]赵峥著.黑洞与弯曲的时空[m].山西:山西科学技术出版社,2001.
[2]金致空.五构素物体论[p].广州:广东省版权局,著作权登字:19-2003-a-0013,2002.
[3][英]史蒂芬·霍金著,许贤明吴忠超译.时间简史[m].长沙:湖南科学技术出版社,2000.
[4][英]保罗·戴维斯著,徐培译.上帝与新物理学[m].长沙:湖南科学技术出版社，版本不详.
[5]金小明.物体存在法则暨管理规律理论新解[J].大众科技,2005年第2期.
[6][法]布鲁诺·雅罗森著,张莹译.科学哲学[m].北京:北京大学出版社,2000.
[7]郑庆璋崔世治著.相对论与时空[m].山西:山西科学技术出版社,2001.
[8][英]B·K·里德雷著,李泳译.时间、空间和万物[m].长沙:湖南科学技术出版社,2002
[9][美]史蒂文·温伯格著,张承泉等译.宇宙最初三分钟[m].北京:中国对外翻译出版公司,2000.
[10][美]普洛格D·G贝次著，吴爱明邓勇译.文化演进与人类行为{m}.辽宁：辽宁人民出版社，1988.
[11]李政道著,朱允伦柳怀祖编.对称与不对称[m].北京:清华大学出版社,暨南大学出版社,2000.
[12]金小明.531系统理论[a].中国社科院.管理学发展及其方法论[C].厦门大学出版,2005:103～111.
[13]金致空.论阴流子经济学[J].远东中文经贸评论（新加坡），2006（1）.
量子力学和广义相对论篇4
关键词等效原理，引力规范理论，自旋物质的引力耦合
abstractthehistoryoftheequivalenceprinciple(ep)isreviewed，andtheweakep(Galileo′sep)，strongep(einstein′sep)，andverystrongepareexplained.experimentsshowthatephasnotbeenviolateduptoanexperimentalaccuracyof10-13.inthelastpartofthepaperwepointouttheinsufficiencyofgeneralrelativity，whichcannotdescribethecouplingbetweenthespinofmatterandthegravitationalfield.asweknow，aspinparticleorarotatingbodycanbecharacterizedbyanasymmetricenergy-momentumtensorandaspintensor.However，thegravitationalfieldequationsingeneralrelativityonlyinvolvethesymmetriccomponentsbutnottheasymmetricpartoftheformertensor，norarethereanycontributionsfromthelattertensor.ontheotherhand，agaugetheory(withtorsion)ofgravitationdoesincludethecouplingofspinwiththegravitationfield.thetheorypredictsthatthemotionforaspinparticleorarotatingbodywoulddeviatefromageodesicone，andhenceviolateep.inordertotestthisviolationwesuggestexperimentsinbothalaboratoryontheearthandasatelliteinspace.
Keywordsequivalenceprinciple，gaugetheoryofgravitation，couplingofspinmatterandgravitationalfield
等效原理是物理学中的基本原理之一，长期以来物理学家们不断地在用实验进行检验.本文主要指出，旋转物体等效原理的空间实验在原理上不同于通常的弱等效原理及其实验检验(见图1).为了清楚地显示这种差别，我们使用伽利略自由落体型的示意图(图1和图2)进行阐述.
1通常的等效原理的陈述
通常的等效原理分为弱等效原理和强等效原理(甚至还有甚强等效原理).弱等效原理就是伽利略等效原理;强等效原理是爱因斯坦对弱等效原理的推广，所以又称为爱因斯坦等效原理.爱因斯坦广义相对论的基本假设之一不是弱等效原理而是强等效原理(它已经包含了弱等效原理).
弱等效原理可以这样进行陈述:在地球表面(即地面)之上的同样高度的真空管中，让二个不同物体(材料或重量不同)同时自由下落，在忽略管子中的残余空气的阻力并忽略地球表面弯曲的情况下，这两个做自由落体的物体将会同时落地.
如果使用牛顿力学第二定律和牛顿万有引力定律来描写这两个不同物体的自由落体运动的话，那么弱等效原理又可以说成是“物体的惯性质量与引力质量之比是个与物体的材料､重量等具体物理性质无关的常数”，适当选取质量的单位，则可以更简练地把弱等效原理说成“物体的惯性质量等于引力质量”.
等效原理在现代物理学中之所以非常重要，是因为爱因斯坦在1916年建立了广义相对论.这个理论基于(强)等效原理和广义协变原理.如上所述，强等效原理又称为爱因斯坦等效原理，它是对弱等效原理的一种推广[1—3]:在引力场中的任何位置和任何时间都能找到一个“局部惯性系(爱因斯坦比喻为自由下落的电梯)”，在其中一切物理定律与没有引力场时的惯性系中的形式相同.这里说的局部惯性系就是在引力场中自由下落的“局部实验室”，“局部”指的是在其中进行实验的时间和空间内引力场的不均匀性可以忽略不计(即测量仪器由于不够精确而测量不出可能具有的微小引力势梯度).
甚强等效原理在强等效原理的基础上把引力相互作用也包含在其中，即引力也不会造成等效原理的破坏.这可以在弱等效原理的描写中得到理解(见下面有关检验引力自能对等效原理的可能破坏).
2通常的等效原理的实验检验
回溯弱等效原理的实验必然会想到意大利的比萨斜塔和伟大的天文学家伽利略.据传说，伽利略在比萨斜塔演示过等效原理实验.但是并没有科学文献记载，只能见诸于他学生后来的追述.在纪念相对论100周年的世界物理年2005年，《旅游卫视》的一个栏目组到内蒙古的一座类似于比萨斜塔高度(54.5m)的铁塔(高为52m)上演示了自由落体实验，所用的两个铁球的重量(5kg和0.5kg)相差十倍.但是实验显示，两个金属球落地的时间相差很大.原因有三个，一是两球质心的初始高度不同;二是同时释放的时间有差别;三是空气对两球阻力的差别很大.这说明在日常环境下由于存在空气阻力而做这样的实验是不适合的.因此伽利略不可能在比萨斜塔真做过实验.
文献记载中第一个进行实验的是牛顿，他洞察到可能破坏等效原理的内在因素有两种:物体的重量和物体的材料.引力与材料无关的性质是其他类型的力所没有的.牛顿用单摆进行了实验:两个11英尺(1英尺(ft)=3.048×10-1m)长的单摆其末端各有一个木盒，其中一个木盒相继放入金､银､铅､玻璃､木头等;然后使这两个单摆同时开始摆动，结果表明，在千分之一的精度上，没有观测到摆动周期的不同，即单摆的运动与材料无关.
狭义相对论的质量-能量关系式e=mic2(mi是惯性质量，c是真空光速，e是能量)，表明任何类型的能量都有其相应的惯性质量.具体地说，物体由分子､原子组成，原子由原子核和电子组成，原子核由中子和质子组成，中子和质子又由夸克组成，等等.不同层次的结构具有不同的势能.这就是说，物体的能量e(和相应的惯性质量mi)与其内能有关，也就是与材料有关.一定的惯性质量mi又相应地有一定的引力质量mg.因此，一般说来，(1)式中的比例系数mg/mi可能会因物体材料的不同而不同，即不同的材料在外部引力场中可能会受到不同的新型作用力.因此，寻找等效原理的可能破坏也就是寻找新类型作用力，其重要的科学意义不言而喻.
2010年发射，拟在10-15精度上检验等效原理[5].
上述实验所用物体都是宏观物体，引力自相互作用太小.要想检验引力自能对等效原理的可能破坏，需要用天体:如果引力自能造成等效原理的破坏，那么地球和月球在太阳引力场中的自由落体加速度会不同，月球绕地球运动的轨道就要有畸变(文献中把引力自能的可能影响归并到了甚强等效原理).这种用天体系统检验等效原理的设想最早是牛顿提出来的，后来(1825年)拉普拉斯研究的“地-月”系统最适合于用来做这种检验，他得到η
爱因斯坦(强)等效原理的实验检验可以分为3种类型[2]:弱等效原理的检验(如上所述)､局部洛伦兹不变性的检验､局部位置不变性的检验.强等效原理之所以一定包含弱等效原理，是因为自由下落的电梯，无论它是用何种材料建造的，都必须具有相同的自由落体加速度，才能被看作是“局部惯性系”.第二类是验证“局部惯性系”中狭义相对论的正确性.第三类包括引力红移实验和非引力的基本常数的普适性测量:精确的引力红移实验大多是在上世纪六七十年代做的，结果都与广义相对论预言符合;非引力的基本常数包括精细结构常数､弱相互作用常数､强相互作用常数､电子-质子的质量比等，其数值可能与时间有关的猜测起源于狄拉克.观测这种可能的变化要在宇宙的时间尺度进行，最近有报道说，精细结构常数在宇宙早期的数值比今天的数值略小，这一新结果对等效原理有何影响还有待进一步研究.近年来，空间中的极高精度冷原子钟技术的发展为上述第三类的空间实验带来了希望.
上面的实验使用的都是宏观物体.自然的问题是:微观粒子是否满足等效原理?由于微观粒子(在低速情况下)需要用量子力学来描写，这会面临一些概念性问题.从20世纪60年代以来，人们就在理论和实验两个方面对微观粒子在引力场中的自由落体运动进行了许多研究.实验相当困难，精度也较低.1976年，中子自由落体实验的精度只有η≤3×10-4;近年来，冷原子干涉仪技术为极高精度的实验提供了基础[7，8]，预计精度高达10-15，甚至10-17.另外，微观粒子的自旋与地球引力场(地球自转)的耦合可能对等效原理的影响也在理论上开始了研究[9].
3物体的自旋对等效原理的可能破坏
既然微观粒子的自旋可以与引力场耦合，那么宏观物体的转动同样有可能与引力场相互作用.如图2所示，如果旋转物体与非旋转物体在地球引力场中受到的引力不同，那么旋转物体与引力场的耦合可能有三种效应存在:
第一，旋转物体受到一个力矩的作用，使其自旋轴的指向在自由落体过程中发生改变，这称为自旋方向围绕一个固定方向的进动.这种效应存在于爱因斯坦广义相对论的预言之中(当然，这种效应与等效原理无关).广义相对论预言了两种类型的这种进动:一是由于地球周围的空间弯曲造成的进动;另一个是所谓的“参考系的拖曳”效应(是1918年Lense和thirring首先用广义相对论方程计算获得的).到20世纪50年代，为了用陀螺检验这类效应而提出了Gp-B(Gravityprobe-B)的引力卫星探测器计划.1964年，美国国家航空航天局开始资助这项计划，40年之后的2004年10月24日，这颗实验卫星发射升空.迄今为止，实验数据仍在分析之中.
第二，旋转物体受到的力矩作用，使其自转速率发生改变.这种效应还没有相应的理论给出过预言.
第三，旋转物体的质心受到一个附加的引力作用，使其质心自由落体的加速度不同于非旋转物体，因而图2中的两个球体不会同时落地，在这种意义上说，旋转物体破坏了等效原理.广义相对论没有给出这类预言.
这类预言出现在超越爱因斯坦广义相对论的引力规范理论(或者称为einstein-Cardan型理论)之中.之所以要超越爱因斯坦，是因为广义相对论对于描写自旋粒子或自旋物体(或流体)有不足之处.描写一个自旋粒子或宏观自旋物体的物理量除了能量-动量张量之外，还要有与自旋有关的量即自旋张量.自旋张量也提供自旋粒子或自旋物体的能量，因而也应当对引力有贡献;但是广义相对论中没有包含这种贡献，这是其一;其二就是自旋粒子或自旋物体的能量-动量张量既有对称部分也有反对称部分，但是广义相对论中引力场的源只纳入了这里说的对称部分，而反对称部分对引力场没有贡献.引力规范理论通过引入一种新的传递引力相互作用的挠率场(torsion)把上述两种贡献包含了进去:自旋张量成为挠率场的源，能量-动量张量的反对称部分影响着挠率场的动力学.在这样的理论中，自旋粒子或旋转物体质心的运动将偏离测地运动，因而破坏等效原理(在此引用1973年我们文章中的结论[11]:在这样的理论中，“通常意义下的等效原理严格说来不再成立.这是因为，第一，有挠率时，作为引力势的联络在局部总是变不掉的;第二，自旋不同的粒子在引力场中的运动也不同.不过这种效应一般是很小的[12]，因而可以预期对等效原理的偏离一般也很小”).
使用引力规范理论计算一个有一定尺度的旋转物体的这类效应是非常复杂而困难的事情.为了量级上的估计，我们使用了与模型无关的唯象分析方法对旋转物体与地球引力场的相互作用进行了估算，结果表明[13]，在地球表面，一个现实尺度的旋转物体破坏等效原理的相对量级上限是10-14，进而提出了地面和空间的实验检验计划.在地面实验室，已经使用两个真空管进行了这类实验的观测:在一个真空管中，自由落体的陀螺高速旋转，另一个真空管中的自由落体陀螺没有旋转，结果表明，在10-7的精度内，等效原理成立[13].由于机械陀螺的摩擦力难于克服，高精度的实验需要在空间卫星上使用陀螺-加速度计进行，有关的空间实验还处于规划之中.
参考文献
[1]爱因斯坦.广义相对论基础.见:爱因斯坦论著选编.上海:上海人民出版社，1973.36
[2]willCm.theoryandexperimentingravitationalphysics.Cambridge:CambridgeUniversitypress，1993
[3]温伯格著，邹振隆等译.引力论和宇宙论:广义相对论的原理和应用.北京:科学出版社，1980
[4]SchlammingerS，ChoiK-Y，wagnertaetal.phys.Rev.Lett.，2008，100:041101
[5]microscope.onera.fr/mission.html
[6]williamsJGetal.phys.Rev.Lett.，2004，93:261101
[7]FrayS，DiezCa，Hanschtwetal.phys.Rev.Lett.，2004，93:240404
[8]DimopoulosS，Grahampw，HoganJmetal.phys.Rev.Lett.，2007，98:111102
[9]SilenkoaJ，teryaevoV.phys.Rev.D，2007，76:061101
[10]einstein.stanford.edu/
[11]郭汉英，吴咏时，张元仲.科学通报，1973，18:72[GuoHY，wuYS，ZhangYZ.Chin.Sci.Bull.，1973，18:72(inChinese)]
量子力学和广义相对论篇5
1、相对论是20世纪杰出的物理学家阿尔伯特·爱因斯坦提出的。相对论是关于时空和引力的理论，依其研究对象的不同可分为狭义相对论和广义相对论。
2、相对论和量子力学的提出给物理学带来了革命性的变化，它们共同奠定了现代物理学的基础。相对论极大地改变了人类对宇宙和自然的“常识性”观念，提出了“同时的相对性”、“四维时空”、“弯曲时空”等全新的概念。不过近年来，人们对于物理理论的分类有了一种新的认识——以其理论是否是决定论的来划分经典与非经典的物理学，即“非经典的=量子的”。在这个意义下，相对论仍然是一种经典的理论。
3、狭义相对论在狭义相对性原理的基础上统一了牛顿力学和麦克斯韦电动力学两个体系，指出它们都服从狭义相对性原理，都是对洛伦兹变换协变的，牛顿力学只不过是物体在低速运动下很好的近似规律。广义相对论又在广义协变的基础上，通过等效原理，建立了局域惯性长与普遍参照系数之间的关系，得到了所有物理规律的广义协变形式，并建立了广义协变的引力理论，而牛顿引力理论只是它的一级近似。
4、这就从根本上解决了以前物理学只限于惯性系的问题，从逻辑上得到了合理的安排。相对论严格地考察了时间、空间、物质和运动这些物理学的基本概念，给出了科学而系统的时空观和物质观，从而使物理学在逻辑上成为完美的科学体系。
（来源：文章屋网）
量子力学和广义相对论篇6
关键词：相对论
爱因斯坦提出了自经典物理学建立以来出现的一种全新的、关于时空和质能的科学理论—相对论，改变了人们的思维方式和世界观，影响了整个物理学乃至科学的发展。
相对论是上世纪物理学史上最重大的成就之一，其中狭义相对论变革了从牛顿以来形成的时空概念，提出了时间与空间的统一性和相对性，建立了新的时空观。虽然现在大多数人都知道有这一理论，但对它的认识却是千差万别，有的仅局限在对四维时空坐标的认识，而对运动物体的长度收缩、运动的钟“变慢”仍感到惊奇，对相对论中的质量、动量、能量关系的理解还不深入，脑海里留下了许多疑问。本文主要围绕“相对论”展开探讨。
玻恩曾说过，相对论“是人类认识大自然的最伟大的成果，它把哲学的深奥、物理学的直观和数学的技艺令人惊叹地结合在一起”。相对论并非传统理论的重复，而更是一种精确的用数学表述的方法。此方法中，科学的度量是相对的，长度和时间的概念也是相对的，它们离开了物体和观察者便没有意义。相对论揭示了物理世界各事物固有的绝对与相对性，标志着物理学的重大发展，使人们对一些基本物理概念的认识发生了根本改变。
相对论的理论是那样的革命，是那样的迥异于人们的惯常思维，以至于连当时的物理学家对它的理解，就像幼童想了解地球另一面的人为什么不从地球上掉下去那么困难。1905年，爱因斯坦关于狭义相对论的论文墨迹未干，对相对论进行验证的各种实验就开始热火朝天地搞起来了。但即便是现在，它也是现代物理学确认的最好的验证性理论之一。质能公式是狭义相对论最著名的推论，它导致了原子弹的诞生。而广义相对论所预言的引力透镜和黑洞，也相继被引力观测所证实。从质能方程可以看出，数量极少的质量能够释放出令人震惊的巨大能量，太阳有赖于这公式。甚至也可以说，地球上生命的盛哀兴亡都将和这个公式有关。
相对论又分为广义相对论和狭义相对论。狭义相对论是由爱因斯坦在洛仑兹和庞加莱等人的工作基础上创立的时空理论，是对牛顿时空观的拓展和修正。
伽利略曾经指出，运动的船与静止的船上的运动不可区分，也就是说，当你在封闭的船舱里，与外界完全隔绝，那么即使你拥有最发达的头脑，最先进的仪器，也无从感知你的船是匀速运动，还是静止。更无从感知速度的大小，因为没有参考。比如，我们不知道我们整个宇宙的整体运动状态，因为宇宙是封闭的。爱因斯坦将其引用，作为狭义相对论的第一个基本原理：狭义相对性原理。其内容是：惯性系之间完全等价，不可区分。
著名的麦克尔逊--莫雷实验彻底否定了光的以太学说，得出了光与参考系无关的结论。也就是说，无论你站在地上，还是站在飞奔的火车上，测得的光速都是一样的。这就是狭义相对论的第二个基本原理，光速不变原理。
由这两条基本原理可以直接推导出相对论的坐标变换式，速度变换式等所有的狭义相对论内容。比如速度变幻，与传统的法则相矛盾，但实践证明是正确的，比如一辆火车速度是10m/s，一个人在车上相对车的速度也是10m/s，地面上的人看到车上的人的速度不是20m/s，而是（20-10^（-15））m/s左右。在通常情况下，这种相对论效应完全可以忽略，但在接近光速时，这种效应明显增大，比如，火车速度是0.99倍光速，人的速度也是0.99倍光速，那么地面观测者的结论不是1.98倍光速，而是0.999949倍光速。车上的人看到后面的射来的光也没有变慢，对他来说也是光速。
广义相对论是爱因斯坦深入研究引力理论，于1913年提出的引力场的相对论理论。这一理论完全不同于牛顿的引力论，它把引力场归结为物体周围的时空弯曲，把物体受引力作用而运动，归结为物体在弯曲时空中沿短程线的自由运动。
牛顿的万有引力定律认为，一切有质量的物体均相互吸引，这是一种静态的超距作用。在广义相对论中物质产生引力场的规律由爱因斯坦场方程表示，它所反映的引力作用是动态的，以光速来传递的。广义相对论是比牛顿引力论更一般的理论，牛顿引力论只是广义相对论的弱场近似。所谓弱场是指物体在引力场中的引力能远小于固有能，力场中，才显示出两者的差别，这时必须应用广义相对论才能正确处理引力问题。
爱因斯坦一直把广义相对论看作是自己一生中最重要的科学成果，确实，广义相对论比狭义相对论包含了更加深刻的思想，这一全新的引力理论至今仍是一个最美好的引力理论。没有大胆的革新精神和不屈不挠的毅力，没有敏锐的理论直觉能力和坚实的数学基础，是不可能建立起广义相对论的。伟大的科学家汤姆逊曾经把广义相对论称作为人类历史上最伟大的成就之一。
物质在相互作用中作永恒的运动，没有不运动的物质，也没有无物质的运动，由于物质是在相互联系，相互作用中运动的，因此，必须在物质的相互关系中描述运动，而不可能孤立的描述运动。也就是说，运动必须有一个参考物，这个参考物就是参考系。
相对论对物理学的基本贡献，不但在于揭示了某些曾被认为是绝对的物理概念的相对性，更重要的是，在于确定了许多新的物理概念的绝对性，从而大大扩展和加深了人们对自然规律的认识。
量子力学和广义相对论篇7
1929年哈勃宣布：“宇宙正在膨胀着。星系之间的空间随时间线性增加，星系本身并没有改变；而且星系越远，离去得越快”〔1-p115〕。而后，由列梅特、伽莫夫等人发展为大爆炸理论，基本要点是：在100-200亿年之前，宇宙生之于一次大爆炸，物质、能量、时间和空间都由爆炸中创生，爆炸前那种原始的无限稠密被称为“奇点”,由爆炸引起的膨胀，现在仍在继续着。从30年代开始，膨胀的宇宙模型已经为大多数宇宙学家所接受，现在被称为现代宇宙学标准模型。现代宇宙学被定义为：“以广义相对论为理论基础，以哈勃定律为观测依据，并在宇宙学原理的假设下,研究整体宇宙的结构、运动和演化规律的一门学科”(2-p85)。
此前15年，斯利弗在美国天文学协会的一次会议上，公布的观察结果是：“一些明亮星云(后来被证实是星系)，既有蓝移的，也有红移的”；更远的弱光星云，“全都展示红移”(1-p111)。没有做出任何解释。哈勃有效地以“宇宙梯”法解决了确定星系距离的问题之后，通过对自己测定的24个河外星系距离的分析，发现红移量大致同星系距离成正比，即(λ1-λ0)/(λ2-λ0)＝d1/d2。当时普遍认为，这个结果“唯一可能的物理学解释便是河外星系都在以正比于它们距离的速度退离我们而去”〔3-p140〕，由此得出的h＝v/d，被称为哈勃定律。其中h为哈勃常数，d为星系距离，v为星系退离速度。d和v“都不是可测量的量”(8-p403)。
哈勃定律作为膨胀宇宙论的基础原典、现代宇宙学的观测依据，存在如下纰漏：1、该定律中既没有可观测的物理量，何以能成为“观测依据”?又缺乏作为必要条件的观测数据，如何判定其正确?
2、设星系在t内退离距离d=vt=hdt；依据哈勃关系式λ/λ=d/d，λ应随时间线性增加，即该定律成立的必要条件是红移谱线持续移动而不是红移。
3.取h=3×10-2m/s光年，代入λ/λ=d/d=ht=3×10-2m/s光年·t=10-10/年·t可知，任一星系的λ/λ都将以每年10-10持续增加。60年代观测精度(λ/λ～2.5×10-15)已达这个数据的4×104倍，要证明哈勃定律成立，就必须提供对同一星系λ/λ随时间线性增加的观测证据。
近40年来，新理论与新技术的结合，相继发现了一些不调和的红移现象。海尔天文台的阿普80年代末就宣称：“我们已知有38个不调和红移天体与24个星系相关联。这个数字之大，不允许我们将它一笔勾销”(1-p151)。依据这些佐证，至少在某些情况下，关于红移跟膨胀关联的传统解释是错的。
红移跟运动的关联确实并不具有唯一性。依据狭义相对论，运动物体发出的光被静止者观测时将发生频移，和声波频移机理相同，用多普勒效应解释没有错。依据广义相对论，具有强引力场的静止物体发出的光，在引力势较高处观测也要红移。即光的频移有两种机制，声波频移却仅有一种，用多普勒频移解释光现象就必然会丢失引力频移机制。通常的解释是：“引力不能定量解释星系的普遍红移，引力效应至少不占主导地位”(4-p509)，可以忽略不计；霍金的说法是：“星系的引力场没有足够强到对它有明显的效应”(5-p47)。
哈勃宣布宇宙在膨胀时，全世界能够理解广义相对论的人寥若晨星，“据记载，本世纪20年代初有一位记者告诉爱丁顿，说他听说世界上只有三个人能理解广义相对论，爱丁顿停了下，然后回答：我正在想这第三个人是谁”(5-p83)；50年代之前，“广义相对论大体上是数学的一个分支”，60年代之后才“从考察数学结构到开始按照物理来思考”(6-p72)；尤为重要的是，这个时期利用穆斯堡尔效应在高度差h=22.5m的条件下，“极其精密地测得57fe的一条γ谱线的紫移，波长相对变化仅有λ/λ≌gh/c2～2.5×10-15，与理论预告值在误差范围内符合”(7-p94)。引力频移被精确地测量出来后，就不得不承认“引力是一种极其巨大的力量”(6-p66)。即此不难算出，在地球引力场中γ光子通过22.5m，需时t1=h/c=22.5m/3×108ms-1=7.5×10-8s。
由哈勃关系λ/λ=d/d=ht=10-10/年·t；当λ/λ～2.5×10-15时，t2=2.5×10-15×3.15×107s/10-10=7.88×102s。
依据平直而各向同性的宇宙学原理,当λ/λ～2.5×10-15时，引力效应/哈勃效应=7.88×102s/7.5×10-8s=1.5×1010。很显然忽略引力效应肯定是个重大失误。
大爆炸——膨胀宇宙论被称为标准宇宙模型，存在3个问题：其一、不考虑引力效应就不符合现代宇宙学的定义；其二、40年前就测出的引力频移比膨胀效应大1010数量级，早已粉碎了“唯一的物理学解释”神话；其三、“广义相对论用时空结构的几何性质来表示引力场”(8-p328)，哈勃当时并不理解，用多普勒效应解释红移属于以偏概全；时至今日如果仍不考虑引力效应，宇宙常数偏小、退离速度偏大的错谬，将永远不可能得到纠正。
为了确定引力跟红移的定量关系，特作如下讨论：
一、改变高度差重做穆斯堡尔实验，依据两次测得的数据，可以确定：
1、红移相对变化量跟距离还是距离平方相关；
2、导出相关公式，为比较引力贡献和哈勃贡献提供依据。
二、有人认为，光在漫长的星际旅途中会受到无数恒星的影响，其左弯右折必然使红移量产生较大改变，无法予以判定。其实并非如此，可依据右图阐明如下：图中a为发光恒星，m、n为两个恒星，p为太阳；光线ab受它们影响的实际传播线路为ab、bc、cd、de、ef；f为地球，fa为依据经验认定的光传播线路。实际上bc是光在m附近沿能级相同的测地线通过的轨迹，能够影响红移的仅为b′c′。即此可得如下推论：
推论1、光无论受多少恒星影响发生左弯右折，决定红移或紫移的只有直线距离。
推论2、a使光红移，f使光紫移，由于m地《m恒，地球的影响可以忽略不计。
推论3、由实验得出的公式，可以用于定量解释星系的普遍红移，同时将成为确证哈勃定律正确与否的判据。
参考书目
1、(美)巴里·派克著爱因斯坦的梦湖南师范大学出版社1989年
2、薛晓舟等著现代物理学的哲学问题河南大学出版社1996年
3、袁正光主编领导干部科普知识全书改革出版社2000年
4、大百科全书编委会大百科全书·物理卷大百科全书出版社
5、(英)霍金著许明贤等译时间简史湖南科技出版社1995年
6、(英)霍金著胡小明等译时间简史续篇湖南科技出版社1995年
7、倪光炯等著近代物理上海科技出版社1979年
8、董光璧等著世界物理学史吉林教育出版社1994年
二、光速不变与波粒二象性
在讨论这两个问题之前，首先需要廊清物理学理论中的3种观念。
1、物理学不研究“物质”，正如没有人能够讲出“水果”是什么滋味一样，因为二者都是抽象的类概念。实际上物理学只研究质量、电量、能量跟时空的关系，“物质”属于误用的哲学概念。
2、从牛顿那个时代开始，物理学就分牛顿范式和非牛顿范式，前者研究孤立质点运动的规律，后者探讨热、光、电、磁的本质；现在已经非常清楚，热、光、电、磁现象的本质都是电磁波，统称为能量。
3、现代物理学理论可以分为以质量计量、用时空描述，以能量计量、用位形描述两大体系，物理客体理应分为质量系统和能量系统两大类。同理粒子物理学就应该分清质量子(即费米子)和能量子(即玻色子)，本质差异在于有没有静质量。
据此，先讨论光速不变问题。
所谓的光速不变是一种简称，实际所指是光速与光源运动的速度无关，或曰：光总是各向同性的。依据“质量是惯性的量度”，光子没有静质量，自然就应该与光源的惯性无关。人们通常表现出的“不理解”，根源在于误认为任何“物质”都具有惯性，忘记了惯性只与质量相关，属于牛顿范式独霸天下产生的常识性错误，不清楚物理客体应该分为质量系统和能量系统两大类。
讨论光的各向同性，首先必须依据两系统结构论确立如下观念：所谓的宇宙是质量体(包括电子、质子、原子、分子到其大无比的天球)悬浮在能量海洋(即连续辐射)中的巨系统。只有当能量(子)从质量体中放出(或被吸收)时，才表现出一份一份的粒子属性，被称为光子；而这种能量(团)在连续辐射的海洋中传播时，则总表现为波。只需要以石块掷入水中后，水波总是各向同性传播为类比，就很容易理解光波总是各向同性的道理。
得布罗意提出波粒二象性，至今已有七十余年，开始时说微观“物质”既是粒子又是波，后来改为既不是粒子又不是波；由于实际测量的结果是：用干涉仪得到衍射图象，用计数器记下的是粒子数，就将微观粒子的实在性跟意识联系起来，认为究竟是粒子还是波，由测量者的意识所决定，关键在于选用什么样的仪器。直到今天波粒二象性依旧是个说不清道不明的谜。
实际上只需要摈弃掉“物质”这个误用的哲学概念，并承认物理客体分质量、能量两个系统，问题即可以迎刃而解。光子的波粒二象性已如前述，只需要将在能量海洋中传播和由质量体吸收(或放出)分开考虑，答案就已经非常明确：波属于能量系统的属性，而粒子性总跟质量系统相关。
光子属于能量子，现在讨论质量子的问题。依据量子运动的特点，粒子永远不会停止运动。按en＝n2h2/8ml2被关在l＝4a箱内的电子(m=me=9.1×10-31kg)，最低能量状态(基态)也还有2.3ev能量，通常称它为电子的动能，又是一种植根于“物质”这个误用概念的常识性错误。量子场论承认微观存在分粒子和场，每一种粒子都对应着一种场，却讲不清二者之间的关系究竟如何。只需要将电子放到质能两系统结构论的框架去考察，就不难发现所谓的电子动能并非属于电子，而是网络态的能量海洋作用于电子的结果。任何粒子实际上都处在“树欲静而风不止”的被动状态，传统将这种能量理解为电子“自能”，是基于质、能不分产生的常识性错误。试想：空中悬浮的气球不能静止的原因在于空中能量分布不均衡，水中木屑的动能亦来自于水，都不属于气球和木屑自身所有；即此为类比就不难理解粒子性和波之间的相互关系。
结论：所谓的波粒二象性，是使用分别适用于能量或质量系统的仪器，检测由质量子和能量子构成的复合态产生的不同效应。
验证实验：同时使用干涉仪和计数器对质量子进行观测，当光栅的隙缝小于粒子的直径时，放在光栅背后的计数器就不会记下粒子数。理由是通过光栅的只能是能量海洋中传递的一列波，具有静质量的粒子将被“滤”掉。
三、绝对时间和相对相间
牛顿将时间分为“自身在那里流”的绝对时间和“可感知的及外界的度量”的相对时间。狭义相对论预言“动钟变慢”；广义相对论预言“一个钟所处的引力势越低(深)，它走得越慢”。通常都说相对论的预言被证实，说明牛顿的时间观念是错的；实际上恰恰相反，即此正好证明了时间确实有绝对和相对之分。
牛顿之前，惠更斯已导出单摆周期公式t＝2π(l/g)1/2，据此发明的摆钟至今仍在使用，其走时快慢与g直接相关：g越大，t越小，走时读数即变大；反之即被称为变慢。这个结果为什么正好跟广义相对论的预言相反呢?因为物理学研究的客体分两个系统：一是由牛顿范式沿袭而来的，用质量计量、用时间和空间描述运动的质量系统；一是由非牛顿范式沿袭而来的，用能量计量、用位形描述运动的能量系统。摆钟的读数属于质量系统计量的相对时间，可以通过调节摆长l使所有的钟走时一致，其作用直接源于发条的弹性势。刚旋紧发条时走时慢些，发条松弛时走时即变快。
用原子钟实测的结果正好跟广义相对论预言一致，这又是为什么呢?由于原子释放能量子跟它所处环境的能级直接相关，而能量子的t即代表该能级的内禀时间，由能密梯度g′决定，是无法人为改变的，故而称之为绝对时间。
如图所示，行星r从远日点n向近日点m运行时，动能(正能)逐渐增大，g亦随之增大；由m向n运行时，势能(负能)逐渐增大，g′亦随之增大。沿nm方向，正能密梯度g递增，负能密梯度g′递减。原子钟走时由g′决定，显示的是绝对时间；摆钟走时由g决定，显示的则是相对时间。
小结：绝对时间是弯曲时空(负能密梯度决定其曲率)的内禀时间，传统使用的摆钟“度量”的属于相对时间。当使用人为规定的时间标准去度量负能量海的内禀时间时，就必然会出现时间变快或变慢的实测结果。
验证实验：将在同一地点校准的摆钟和原子钟各一枚，用气球带上高空，依据电台播放的校钟讯号去校钟时，原子钟的读数要大些(变快)，摆钟则变慢。
意义：该实验可以确证：
1、狄拉克所说的负能量海即是充满连续辐射的广袤空域；
量子力学和广义相对论篇8
关键词：映象象似拟象象似隐语象似广告
一、研究现状
象似性，作为认知语言学的重要内容之一，过去三十年里受到国内外语言学家和学者的广泛关注。从1997年开始，每两年举行一次的象似性国际专题研讨会已举行了6届，出版了为数可观的论文和专著，研究范围从句法拓展到了语言学史、符号学以及文学等领域。我国学者也已从单纯的论证象似性的合理性转向象似性理论的构建与应用。他们不仅尝试从新的角度来研究象似性，拓宽研究领域，探求与语言学诸学科之间的关系，同时，又积极挖掘和发现其作为一种理论的理论意义和实践指导意义。王寅将象似性研究与社会语言学结合起来，探讨了社会文化与语言符号之间的象似现象。肖建安、肖志钦则探究了英汉性别标记言语的象似性。侯国金提出语用象似论，把象似性研究提升至语用学的研究范围，并服务于语言教学中语用能力、交际能力和隐喻能力的培养。
二、象似性与拟象象似
(一)拟象象似的定义。象似性，语言学家通常定义为语言的能指与所指之间有一种必然的联系，即两者之间的结合是可以论证的，是有理据的(motivated)。根据不同的能指与所指，象似性分为语言符号的音响形象和视觉形象对应于意义的映象象似(imagiciconicity)，语言符号内部结构关系对应于概念内部结构关系的拟象象似(diagrammaticiconicity)和通过隐喻而达到符号与对象象似的隐喻象似(metaphoricaliconicity)。映象象似是原始语言的本质特征之一。然而语言在经历数以万年的进化和发展后，映象象似主要存在相对较少的语言单位中，不再是共时语言的明显特征，也不是象似性研究的主要内容。隐语象似的研究则处于起步阶段，成果很少。但不管语言如何发展，其本质特征是反映人类的认知，语言结构必然映照概念结构。因此，拟象象似是语言的本质特征之一，拟象象似也成为象似性研究的核心内容，是近几十年来认知语言学、语言类型学和语言共性研究关注的焦点。历经几十年的努力，拟象象似研究取得了一些成果，总结出了一些带有普遍性的拟象象似性原则，如：距离象似性原则，数量象似性原则，顺序象似性原则和标记象似性原则。
(二)拟象象似的种类。
1.距离象似性。距离象似性可定义为：语符距离象似于概念距离。概念上的距离相近，同属一个义群或语义场，在思维时就容易将它们放在一起思考，共现的可能性就较大，在语言表达时符号间的距离也往往靠得近。
(1)a.wecandoitquickly,andwecandoitwell.
b.wecandoitquicklyandwell.
(1a)中斜体部分所表达的概念是在不同的场合里实现；而(7b)中斜体部分所表达的概念是在同一场合实现。这说明(7b)中斜体部分的概念距离比(7a)中的概念距离近。
(2)thebeautifulbigoldredwoodenhouse
“wooden”是房子的本质特征，所以，它与所修饰的中心词“house”距离最近。“beautiful”不是房子的本质特征，而纯粹是对房子的一种主观感受，而且不同的人对这座房子的感受不同，因此离中心词最远。“red”离中心词的距离比“old”近，原因是红色更容易引人注意，而且房子新旧会随时间的发展而变化，但颜色一般不会改变。“big”的主观性的色彩比“old”浓，但没有“beautiful”强，因此，它的位置介于“beautiful”和“old”之间。几个形容词的排列顺序反映出它们与所修饰的中心词的认知距离，体现出较强的距离象似性。
2数量象似性。数量象似性可定义为：语言单位的数量与所表示概念的量和复杂程度成正比象似，与可测度成反比象似。概念量越大，越复杂，所用语言的单位数量也就越多；信息的可测度越低,所用语言单位也就越多。越是复杂的概念，在思维时处理起来就需要更长的时间，语言表达时所用的单位数量也就相应的多。
(3)a.ontheBrightentrainfromVictoria,imether.
bontheBrightentrainfromVictoria,imetthisfair-haired,fragileandbeautifulcreature.
例3中，b的语符比a多，表达的信息量也比a表达的多。
(4)a.openthedoor.
b.pleaseopenthedoor.
c.willyouopenthedoor?
d.wouldyoumindopeningthedoor?
e.i’mwanderingifyoumindopeningthedoor?
上述5个句子表达同一个意思，就是让别人把门打开。五个句子的长度不同，反映说话人之间关系的亲疏程度。说话人之间越亲密，说话也就越直接，不太顾及说话后对别人产生不好的影响。如果说话人之间不太熟悉和亲近，说话就越客气，越礼貌，句子的长度就越长。语言符号的长度体现出说话人之间的心理和社会距离，也是一种数量象似性。
3顺序象似性。顺序象似性可定义为：思维的顺序与语言单位排列的顺序象似。
(5)BillpassestheballtoRon.Ronheadstheballtomike.mikeshoots.thegoalkeeperjumpsfortheballandmissesbyafraction.
例5中的5个动词以线性顺序描述了5个不同的动作，它们发生的先后顺序与事件发生的先后顺序、思维中的概念时间顺序互相映射，保持一致。
(6)a.Shegotmarriedandhadababy.
b.Shehadababyandgotmarried.
例6中两个句子都描述了两个基本事件：“她结婚了”和“她有了孩子”。但两句语言符号的出现的顺序不同，体现出这两个事件发生的不同时间顺序。
4标记象似性。标记象似性可定义为：标记特征象似于额外意义，标记性从无到有象似于认知的自然程序。无标记项比有标记项具有更一般化的意义，用于更广泛的语言环境中。在传统语法中叫“倒装句”就是一种有标记特征的句子，与正常语序比，传递了更多的信息，因而可使人们获得特殊的含义(王寅，2001)。
(7)iamstilltryingtorememberhowshemanagedtopushherselfinwithababyonherrightarm,atravelingbaginherlefthandandtwochildren,aboyandagirl,aboutthreeandfiveyearsold,followingafterher.
在该例中，主句后带有一个“超长”的伴随独立主格结构(如斜体部分所示)，该结构由三个依次加长的部分组成，行文似乎显得过于冗长拖沓――尤其令人费解的是，作者为何要指出两个孩子的具体年龄，甚至于性别？为何不用“andtwolittlechildrenfollowingher”而故意选用提供具体描述的“andtwochildren,aboyandagirl,aboutthreeandfiveyearsold,followingafterher?”根据标记理论，该句中所使用的“超长”状语形式属于有标记结构形式。而无论从结构上还是从语义上说，有标记成分的复杂度大于无标记成分。作者有意使用有标记数量象似，其目的是有意拉长这一独立结构，借以衬托、映照文中妇女因拖儿带女、携带行李而造成的旅行之艰辛，使读者视之即产生一种疲劳感，从而更好地理解作者的用意。
三、广告中的拟象象似
广告语言是一种实用性文体，它具有简单精练，生动形象，含义深刻，引人入胜，夺人视听等独特的特点。尝试从拟象象似角度分析广告语言，旨在扩大象似性的研究范围，并为广告设计提供理论和现实的指导意义。
图1(Fischer,1999:264).
图1是瑞士报纸Blick刊登的一幅歌迷对“辣妹组合”的新专辑的反映的广告。图中实际只有一个瑞士语单词Kreisch，英语中对应的单词为scream，“尖叫”的意思。Kreisch中的“i”重复了86次，整个单词被拉长了数倍，表达歌迷们对新专辑的狂热程度和对他们喜欢的歌手的喜欢程度。数量象似性的运用很好地达到了表意的效果。
图2.((Fischer,1999:255).
“上”和“下”是人对外部环境的身体体验，一般人们赋予“上”“积极的”、“增加”、“提高”等含义，而赋予“下”“消极的”、“下降”、“减少”等含义。图2和图3是一家保险公司“providentia”的两张招贴广告。图2中的单词“einsteign”的意思为“登上汽车或火车……等”。整个单词被撤成三部分，排列顺序逐渐上升，表达出买了“providentia”的广告后生活质量逐步上升的意思。
图3((Fischer,1999:256)
图3中的Risiko意思是“风险”，其排列顺序则是逐渐下降，表达买了“providentia”的广告后生活中的风险逐渐下降。图2和图3都使用了顺序象似来表达特殊的意义。
另外，图3也运用了数量象似。首先，Risiko中的字母大小逐渐缩小，体现风险逐渐减小。其次，图中的Risiko后面增加了两个“o”，其形状和数字“0”象似，而且也是逐渐变小，着重突出风险逐渐下降，直至为“零”的意义。
图4
图5
图4和图5是2008年5月12日中国四川汶川发生特大地震后网上出现的两幅公益广告。图4中的china中的“in”写成“川”，而且字体放大了。字体放大表示整个“四川”正受到全国人民的关注，里面使用了数量象似。“in”写成“川”，表达整个中国（china）把四川受灾人民紧紧拥抱在一起，全体中国人民的心与灾区人民的心连在一起，体现出距离象似。
图5中的“爱”字一撇下的三点也写成了“川”，向受灾人民表示出他们并不孤独，而是被“爱”紧紧包围，让他们树立生活的信心，和全国人民一起战胜这次特大灾害。这幅公益广告也运用了距离相似性原则。
图6.1000客户服务热线用心感受用心服务
图6是中国电信客户服务热线的一个广告。该广告是一个视频广告，本文截取其中几个画面，便于分析。第一个画面：宇宙中两个星球，距离25亿光年；第二个画面：两座高山，相距130公里；第三个画面：森林中的两棵大树，相距18米；第四幅画面：地上两棵小草，相距0.02米；第5幅画面：一个小男孩和一个小女孩，紧坐在一起，头上出现“0距离”，表示他们之间的距离为“零”；最后一幅画面(即图6)：出现一幅大草原天人合一的和谐画面，同时出现两排文字，第一排：1000客户服务热线；第二排：用心服务用心感受。整个广告的背景音乐为人的心跳声，表示中国电信在用“心”服务，中国电信与客户“心”与“心”的沟通。
这幅广告首先运用了距离象似性原则。该广告的主要意图是要体现中国电信在用心服务，与客户没有距离。从两颗星球之间的25亿光年到两个小孩之间的0距离，画面中图像（最直接、最原始的语言符号）的排列体现出了想要表达的概念。
其次，这辐广告运用了数量象似性原则，而且在多方面得到体现。第一：通常电话号码是7位或8位数字，但该广告中却是4位（1000）（中国电信现在的服务热线为10000），避免客户拨打时拨太多的数字，位数减少象似中国电信与客户之间的距离减小，体现中国电信的贴心服务。第二：该热线号码首位数是“1”，这是中国大陆电话号码开始位数的最小号码，最小数量单位象似中国电信与客户之间的最小距离。第三：“1”后面的三位数字都是“0”，“0”数量单位象似中国电信与客户之间的距离为“零”。整个号码最大程度地缩短位数，减小数量单位，减小用户记忆和拨打这个号码的难度，就是要体现一个宗旨：中国电信在用心服务，与客户没有距离。
上述六幅广告中也都使用了标记象似性。按照标记理论，无标记项表达常规的意义，而有标记项则表达特殊的含义。上述六幅广告都是通过语言符号的特殊使用来表达特定的意义，给人一种新颖、独特的感觉，从而达到广告的效果。
结语
灵活使用拟象象似，可以有效提高广告的吸引力和感染力,更好地与潜在的顾客和观众进行交流和沟通，充分实现广告的效果。因此，研究广告语言中的拟象象似，既能拓宽象似性的研究领域，也能为广告设计提供理论和现实的指导意义。
参考文献：
[1]nanny,max&olgaFicer.Formmimingmea-ning―iconicityinLanguageandLiterature[C].amsterdam:JohnBenjamins,1999.
[2]侯国金：《语用象似论》，《语言教学与研究》，2007.2。
[3]戚云方：《广告与广告英语》，浙江大学出版社，2003。
[4]沈家煊：《句法的象似性问题》，《外语教学与研究》，1993.1。
[5]王寅：《语义理论与语言教学》，上海外语教育出版社,2001。
[6]文旭：《语序的拟象性探索》，《外语学刊》，2001.3。
[7]肖建安、肖志钦：《论英汉性别标记言语的象似性》，《外语教学》，2003.3。.
量子力学和广义相对论篇9
abstract：thispaperproposestheassumptionthatthegravitonssendtogravitonwithreversespeedof1.5×1010m/s，andcalculatesthedeflectionangle（about1.75″）ofthelightandtheprecessionangleoforbitofmercuryperihelion（about0.104″）throughsunsurfacebygravitonanti-digitalmodel.theprecessionangleofacenturyofearthDayisabout43.1808″，thetheoreticalandmeasuredvaluesareexactmatch.Finallyitintroducedthecalculatingformulaofsolarsystemplanetaryprecessionangle：cos？驻？棕=■=■≈0.99°.
关键词：引力子；反速度；偏转角；进动角
Keywords：graviton；reversespeed；deflectionangle；theprecessionangle
中图分类号：G42文献标识码：a文章编号：1006-4311（2012）36-0273-041引力
1.1传递引力的粒子——引力子英国物理学家牛顿统一了天上和地下的力，发现了万有引力定律。根据万有引力定律，科学家成功地解释了行星、月球的运动，潮汐的成因等等，其中最伟大的成就是1846年发现了海王星。每隔76年回归一次的哈雷慧星也是因为太阳引力的牵制所致。今天，人类登上月球、卫星飞向蓝天、宇宙航行变成现实，哪一项离得开万有引力定律的计算？
同麦克斯韦的电磁理论相仿，爱因斯坦的引力理论认为，任何物体周围都存在着引力场，而存在引力场的空间是弯曲的空间，更确切地说，是弯曲的时空，因为在他的理论中，时间、空间和物质早已融为一体，相互不可分离。爱因斯坦的新引力理论得到了许多实验成果的支持，譬如水星近日点的进动，恒星的光线在太阳引力场中的弯曲，银河外星系光谱的引力红移。那么，引力场是怎样传播的呢，爱因斯坦从麦克斯韦那里得到启发，预言了引力波的存在。既然电磁场是通过电磁波传播的，那么引力场看来也是通过引力波传播的；电磁场是通过“光子”使物体相互作用的，那么引力场理所当然是通过“引力子”使物体相互吸引的，可见引力场也同电磁场一样具有“波粒二象性”。爱因斯坦的引力波理论，究竟能不能成立？引力子究竟是否存在，物理学界掀起了一场轩然大波，围绕着这个问题的辩论常常是唇枪舌剑，难解难分。看来，人们只有找到了引力子或探测到引力波，才能检验爱因斯坦的预言是不是正确。引力子、引力波成了新引力理论的试金石。
1.2引力子反速度的假设牛顿的万有引力定律成功的揭示了引力与质量、距离之间的数量关系，为人们认识宇宙创建了坚实的数学基础。但在牛顿的万有引力公式中出现这样的疑问：引力的本质是什么？引力能否量子化？引力产生的机制是什么？引力的传播速度是多少？这些是牛顿引力定律无法做出回答。后来爱因斯坦提岀了广义相对论，他认为宇宙时空因引力而成为弯曲的状态，他还认为引力以光速的速度传递着。这为人们认识引力又向前迈进了一大步。爱因斯坦的广义相对论得出宇宙时空是弯曲的局部正确的结论，后被日食后光线是弯曲的这一实验事实所证明。但爱因斯坦的广义相对论给出的引力空间只是一个几何场空间，说明了：引力场只是几何形式，还是无法回答引力的本质问题。而且他的光速是宇宙的极限速度概念极大的限制我们认识引力的本质。还有在广义相对论的理论框架中我们无法把引力量子化，因为在数学上出现了零为分母的现象，从而导致诸多的无穷大。无穷大可以说是数学上的灾难，将人们带进对宇宙永远无法认识的深渊！现在让我们摆脱爱因斯坦光速是宇宙的极限速度的概念，回过头来再看看牛顿的万有引力公式，我们会惊奇的发现引力的本质就隐藏在这个万有引力公式中。只要我们假设引力具有反速度这个概念，揭示引力本质的问题就能迎刃而解了。
我们假设引力子具有反速度这个概念并非空穴来风，而是源于万有引力公式与爱因斯坦的质能方程。在质能方程里能量与质量之比等于光速的平方，而万有引力公式中引力常数G的倒数正好等于质量与能量的比值，为此我们假设引力子具有反速度从理论上是可能的。那引力子的反速度等于1/G=1.5×1010m/s。有了引力子反速度这个概念，为我们打开认识宇宙反时空的大门，同样为我们打开认识暗物质的大门。这样我们就会突破认识引力的瓶颈。引力的本质就是引力子以1.5×1010m/s的反速度运动的结果，因这个过程总是吸收能量的，所以它表现出引力的效应。
我们知道万有引力常数G，表征着牛顿的万有引力定律：F=G■（1）
那我们问1/G是什么呢？我们变换万有引定律的公式得：■=■（2）
对上式两边平方得：■■=■■（3）
上式中（m1·m2）2表征是质量m
即（m1·m2）2m（4）
（F·r2）表征是能量e
即（F·r2）e（5）
由此推出：■■=■（6）
上式与爱因斯坦的质能方程c2=■正好相反，所以我们提出引力以反速度传递引力的假设是有道理的。
2用引力子反速度计算光线经过太阳表面的偏转角
爱因斯坦认为，由于太阳附近时空弯，从太阳表面附近通过的光线，轨道将发生偏转，偏转角由下式计算：
？驻？兹=■（7）
m和R分别为太阳的质量和半径，具体算出？驻？兹=1.75″。已知太阳的半径为R=6.95×108m，而引力子反速度为■=1.5×1010m/s。
那光线经过太阳表面时太阳中心对光子产生的引力使光线发生偏转，其偏转是太阳中心对光子的引力产生的，下面我画出光线经太阳表面所产生的偏转角如图1。
设一光线从点m出发，到达太阳表面的a点，假定光线不发生偏转继续沿着直线行走与太阳半径相同的路程到达B点，使四边形aBCo构成一个正方形，分别延长aB、oC到F、e，使四边形aFeo就构成一个矩形，则∠eaF就是光线经过太阳表面所形成的偏转角？驻？兹。
因为ao=aB，所以当光线不发生偏转到达B时所需时间为t，则t由下式计算：t=■=■≈2.346s（8）
由于引力子是以1.5×1010m/s的速度传递着引力，所以在约2.346秒钟的时间使光线在a点发生偏转正好到达了e，所以ae的距离由下式计算可得：
ae=t■=2.346×1.5×1010=3.519×1010m（9）
由于引力子传递引力时其反速度会产生变化，我们根据引力子反速度的数字结构可以求出引力子反速度的的变化率？驻■。
先列出引力子反速度的数字结构：
■=■■■■■■■■■■
≈1.5×1010×ms-1（10）
把■的一条27位联积数字链分成3条9位联积数字链，用n位联积数字链的JHH逐级收敛法则收敛得：
（1Б）
■■■■
■■■■■■■■■■■■■■■
■■■■■■■■■■■
■■■■■■■
■■■
（2）
■■■■
■■■■■■■■■■■■■■■
■■■■■■■■■■■
■■■■■■■
■■■
（3）
■■■■
■■■■■■■■■■■■■■■
■■■■■■■■■■■
■■■■■■■
■■■
把上述3个4级纳和数字的三联数字按顺序组合，用n位联和数字链的HH逐级收敛法则收敛得：
（4）
■■■■■■■■■
■■■■■■■■■■■■■■■
■■■■■■■■■■■
■■■■■■■
■■■
把■的另一条27位联积数字链分成3条9位联积数字链，用n位联积数字链的JHH逐级收敛法则收敛得：
（1）
■■■■
■■■■■■■■■■■■■■■
■■■■■■■■■■■
■■■■■■■
■■■
（2）
■■■■
■■■■■■■■■■■■■■■
■■■■■■■■■■■
■■■■■■■
■■■
（3）
■■■■■■■■■■■■■■■■
把上述3个4级纳和数字的三联数字按顺序组合，用n位联和数字链的HH逐级收敛法则收敛得：
（4）
■■■■■■■■■
■■■■■■■■■■■■■■■
■■■■■■■■■■■
■■■■■■■
■■■
通过上述运算，■数字结构的两条27位联积数字链，用n位联积数字链的JHH逐级收敛法则，最终收敛于同一个8级纳和数字的三联数字之中。
即：■■■
引力子反速度的变化率？驻■由下式求得：
？驻■=■（11）
代入数值得：？驻■=■=0.652
最后求出光线经过太阳表面时的偏转角？驻？兹
sin？驻？兹=■（12）
代入数值得：？驻？兹≈1.75″
1975年利用射电源进行观测？驻？兹的值，结果？驻？兹的值为（1.76±0.016）″与广义相对论的理论值符合的很好。
3用引力子反速度计算水星在太阳近日点的进动角
对水星近日点进动的计算实际上主要是根据牛顿定律进行，结果是每世纪＝5，557.62角秒的进动，其中的90％是由坐标系的岁差引起，其余的部分是由其他行星，特别是金星、地球和木星的摄动引起的；而实际观测值为=5，600.73角秒，二者相减得每世纪43.11角秒。
1915年，爱因斯坦发表了著名的广义相对论，成功地解释了这个问题。根据广义相对论，行星公转一圈后近日点进动为：
？驻？棕=■（13）
式中c为光速，t、a、e分别为轨道周期﹑半长径和偏心率。对于水星，此值与牛顿万有引力定律所得的差值为每世纪4303。这与观测值十分接近，成为天文学对广义相对论的最有力的验证之一。
但是，这里仍存在两个问题：首先，根据牛顿定律，水星近日点应有每世纪Δωn＝5，557.62角秒的进动，其中的90％是由坐标系的岁差引起，其余的部分是由其他行星，特别是金星、地球和木星的摄动引起的；而实际观测值为Δω0=5，600.73角秒，二者相减得每世纪43.11角秒。因此，岁差常数的任何微小变动，如有万分之一的变动，都会直接影响到对广义相对论的验证，而这种变化是完全可能的。其次，影响水星近日点进动的因素很多，任何一个微小的因素，例如太阳的扁率，对它都有直接影响。因此，这个问题尚需继续研究。
下面我们用用引力子反速度计算水星在太阳近日点的进动角，首先我们知道水星的轨道不是一个封闭的椭圆，也就是说当水星运行到第二次近日点时，水星的椭圆不再回到第一次的近日点上，而是在第一次近日点向太阳产生了轻微的进动，而第二次水星距近日点距离与第一次的距离都是r，但第二次的r与第一次的r不能重合，而是存在一个进动角Δω，而第二次的r投影到第一次r上的距离为r1，显然r1＜r。并且第二次的r与r1正好维成一个直角三角形。所以有cosΔω=■（14）
又因为水星第一次与第二次在近日点的引力是相等的，因此■=■（15）
上式中的n1，n2表示引力子的个数，m引为引力子的质量，变换上式得：cosΔ？棕=■=■（16）
引力子反速度的变化率Δ■由下式求得：
Δ■=■（17）
代入数值得：Δ■=■=■≈0.9815（18）
于是有：cosΔ？棕=■=■=■≈0.99（19）
最后得出：Δ？棕≈0.104″，于是每百年水星的进动值为43.1808″，与观测值准确相符。
其实在（19）式中Δ？棕的取值应在0.01～0.104之间都是可以的，所以Δ？棕在取值范围内取不同的值就可以算出其它行星的近日点的进动值，所以太阳系行星进动值的计算通式为：
cosΔ？棕=■=■≈0.99（20）
表2是根据Δ？棕的值推算行星百年地球日近日点的进动角Δ？棕引。
参考文献：
[1]郑庆璋，崔世治.相对论与时空.山西：山西科学技术出版社，2000年.
[2]罗先汉.天体演化.山西：山西科学技术出版社，2001.
[3]史斌星.量子物理学.北京：清华大学出版社，1992.
[4][美]S.温伯格.引力论和宇宙论.广义相对论的原理和应用.科学出版社，1984：218，225.
量子力学和广义相对论篇10
在建立科学理论体系的过程中，往往需要以一系列巨量的、通常是至为复杂的实验、归纳和演绎工作为基础。而且人们一般相信科学知识就是在这个基础上产生和累积起来的。但只要这种认识活动过程是为一个协调一致的目标所固有，只要它真正属于科学研究自我累进的进程，则不论其如何复杂，仍只是过程性的，而不从根本上规定科学的性质、程序，乃至结论。这就使我们在考察复杂的科学认识活动时，可以抽取出高于具体手段的，基本上只属于人类心智与外在世界相联络的东西，即科学语言，来作为认识的中介物。
要说明科学语言何以能成为这样的中介，需要先对科学的认识结构加以分析。
作为一种形式化理论的近现代科学，其目的是力图摹写客观实在。这种摹写的认识论前提是一个外在的、自为的客体和作为其思维对立面的内在的主体间的双重存在。这一认识论前提在科学认识方面衍生出一个更实用的前提，就是把客体看作是一种自在的“像”或者“结构”（包括动态结构，比如动力学所概括的各种关系和过程）。
这一自在的实在具有由它的“自明性”所保证的严格规范性。这种自明性只在涉及存在与意识的根本关系时才可能引起怀疑。而科学是以承认这种自明性为前提的。因此科学实际就是关于具有自明性的实在的思维重构。它必须限于处理自在的实在，因为科学的严格规范性（主要表现为逻辑性）是由实在的自明性所保证的，任何超越实在的描述都会破坏这种描述的前提。这一点对稍后关于量子力学的讨论非常重要。
上述分析表明，科学的严格规范性并非如有唯理论倾向的观点所认为的那样，是来自思维，也并非如经验论观点所认为的来自具体手段对经验表象的操作，也并不象当代某些科学哲学家所认为的纯粹出于主体间的共同约定。科学的最高规范是存在在客观实在中的，是来自客体的自明性。一切具体手段只是以这种规范为目标而去企及它。
在科学认识活动中，不论是一个思维过程还是一个实验过程，如果其中缺失了语言过程，那就什么意义都不会有。科学语言与人类思维形态固然有很大的关系，但是它们可能在一个很高的层次上有着共同的根源。就认识的高度而言，思维形态作为人类的一种意识现象，对它进行本质的追究，至少目前还不能完全放在客观实在的背景上。因此，在科学认识的层次上，思维形态完全可以被视为相对独立的东西。而科学语言则是明确地被置于实在自身这一背景之中的。这就使我们实际上可以把科学语言看作一种知识，它与系统的科学知识具有完全相同的确切性，即它首先是与实在自身相谐合，然后才以这种特殊性成为思维与对象之间的中介。这才能保证，既使科学语言所述说的科学是关于实在的确切图景，又使思维活动具备与实在相联络的手段。
科学语言作为一种知识所具备的上述特殊性，使它成为客观实在图景构成的基本要素，或科学知识的“基元”。思维形态不能独立地形成知识，但思维形态却提供某种方式，使科学语言所包含的知识基元获得某种特定的加成和组合，从而构成一种系统化的理论。这就是语言在认识中的中介作用。由于任何事物都必须“观念地”存乎人的意识中，才能为人的心智所把握，所以，在这个意义上，一个认识过程就是一个运用语言的过程。
二、数学语言
数学语言常常几乎就是科学语言的同义词。但实际上，科学语言所指的范围远比数学语言的范围大，否则就不会出现量子力学公式的解释问题。在自然科学发生以前，数学所起的作用也还不是后世的那种对科学的叙录。只是由于精密推理的要求所导致的语言理想化，才推进了数学的应用。但归根究底，数学与前面说的那种合乎客观实在的知识基元是不同的。将数学用作科学的语言，必须满足一个条件，即数学结构应当与实在的结构相关，但这一点并不是显然成立的。
爱因斯坦曾分析过数学的公理学本质。他说，对一条几何学公理而言，古老的解释是，它是自明的，是某一先验知识的表述，而近代的解释是，公理是思想的自由创造，它无须与经验知识或直觉有关，而只对逻辑上的公理有效性负责。爱因斯坦因此指出，现代公理学意义上的数学，不能对实在客体作出任何断言。如果把欧几里德几何作现代公理学意义上的理解，那么，要使几何学对客体的行为作出断言，就必须加上这样一个命题：固体之间的可能的排列关系，就象三维欧几里德几何里的形体的关系一样。〔1〕只有这样，欧几里德几何学才成为对刚体行为的一种描述。
爱因斯坦的这种看法与上文对科学语言的分析是基本上相通的。它可以说明，数学为什么会一贯作为科学的抽象和叙录工具，或者它为什么看上去似乎具有作为科学语言的“先天”合理性。
首先，作为科学的推理和记载工具的数学，实际上是从思维对实在的一些很基本的把握之上增长起来的。欧几里得几何学中的“点”、“直线”这样一些概念本身就是我们以某种方式看世界的知识。之所以能用这些概念和它们之间的关系去描绘实在，是因为这些“基元”已经包含了关于实在的信息（如刚体的实际行为）。
其次，数学体系的那种严密性其实主要是与人类思维的属性有关，尽管思维的严密性并不是一开始就注入了数学之中。如前所述，思维的严密性是由实在的自明性来决定的，是习得的。这就是说，数学之所以与实在的结构相关，只是因为数学的基础确切地说来自这种结构；而数学体系的自洽性是思维的翻版，因而是与实在的自明性同源的。
由此可见，数学与自然科学的不同仅表现在对于它们的结果的可靠性（或真实性）的验证上。也就是说，科学和数学同样作为思维与实在相互介定的产物，都有可能成为对实在结构的某种描述或“伪述”，并且都具有由实在的自明性所规定的严密性。但数学基本上只为逻辑自治负责，而科学却仅仅为描述的真实性负责。
事实正是如此。数学自身并不代表真实的世界。它要成为物理学的叙录，就必须为物理学关于实在结构的真实信息所重组。而用于重组实在图景的每一个单元，实际上是与物理学的基本知识相一致的。如果在几何光学中，欧几里德几何学不被“光线”及其传播行为有关的概念重组，它就只是一个纯粹的形式体系，而对光线的行为“不能作出断言”。非欧几何在现代物理学中的应用也同样说明了这一点。
三、物理学语言
虽然物理学是严格数学化的典范，但物理学语言的历史却比数学应用于物理学的历史要久远得多。
在认识的逻辑起点上，仅当认识论关系上一个外在的、恒常的（相对于主体的运动变化而言）对象被提炼和廓清时，才能保证一种仅仅与对象自身的内在规定性有关的语言描述系统成为可能。对此，人类凭着最初的直觉而有了“外部世界”、“空间”、“时间”、“质料”、“运动”等观念。显然，这些观念并非来自逻辑的推导或数学计算，它是人类世代传承的关于世界的知识的基元。
然后，需要对客观实在进行某种方式的剥离，才能使之通过语言进入我们的观念。一个客观实在，比如说，一个电子，当我们说“它”的时候，既指出了它作为离散的一个点（即它本身），又指出了它身处时空中的那个属性。而后一点很重要，因为我们正是在广延中才把握了它的存在，即从“它”与“其它”的关系中“找”出它来。
当我们按照古希腊人（比如亚里士多德）的方式问“它为什么是它”时，我们正在试图剥离“它”之所以为“它”的属性。但这个属性因其离散的本质，在时空中必为一个“奇点”，因而不能得到更多的东西。这说明，我们的语言与时空的广延性合若符节，而对离散性，即时空中的奇点，则无法说什么。如果我们按照伽利略的方式问“它是怎样的”时，我们正是在描绘它与广延有关的性质，即它与其它的关系。这在时空中呈现为一种结构和过程。对此我们有足够的手段（和语言）进行摹写。因为我们的语言，大多来自对时空中事物的经验。我们运用语言的主要方式，即逻辑思维，也就是时空经验的抽象和提升。
可见，近现代物理学语言是一种关于客观实在的时空形式及过程的语言，是一种广延性语言。几何学之所以在科学史上扮演着至为重要的角色，首先不在于它的严格的形式化，而在于它是关于实在的时空形式及过程的一个有效而简洁的概括，在于与物理学在面对实在时有着共同的切入点。
上述讨论表明了近现代物理学语言格式包含着它的基本用法和一个根深蒂固的传统，这是由客观实在和复杂的历史因素所规定的。至为关键的是，它必须而且只是关于实在的时空形式及过程的描述。可以想象，离开了这种用法和传统，“另外的描述”是不可能在这种语言中获得意义的。而这正是量子力学碰到的问题。
四、量子力学的语言问题
上文说明，在描摹实在时，人类本是缺乏固有的丰富语言的。西方自古希腊以来，由于主、客体间的某种相互介定而实现了有关实在的时空形式和过程的观念及相应的逻辑思维方式。任何一种特定的语言，随着时代的变迁和认识的深入，某些概念的含义会发生变化，并且还会产生新的语言基元。有时，这样的变化和增长是革命性的。但不可忽视的是，任何有革命性的新观念首先必须在与传统语言的关系中获得意义，才能成为“革命性的”。在自然科学中，一种新理论不论提出多么“新”的描述，它都必须仍然是关于时空形式及过程的，才能在整体的科学语言中获得意义。例如，相对论放弃了绝对时空、进而放弃了粒子的观念，但代之而起的那种连续区概念仍然是时空实在性的描述并与三维空间中的经验有着直接联系。
量子力学的情况则不同。微观粒子从一个态跃迁到另一个态的中间过程没有时空形式；客体的时空形式（波或粒子）取决于实验安排；在不观测的情况下，其时空形式是空缺的；并且，观测所得的客体的时空形式并不表示客体在观测之前的状态。这意味着，要么微观实在并不总是具有独立存在的时空形式，要么是人类无法从认识的角度构成关于实在的时空形式的描述。这两种选择都将超出现有的物理学语言本身，而使经典物理学语言在用于解释公式和实验结果时受到限制。
量子力学的这个语言问题是众所周知的。波尔试图通过互补原理和并协原理把这种限制本身上升为新观念的基础。他多次强调，即使古典物理学的语言是不精确的、有局限性的，我们仍然不得不使用这种语言，因为我们没有别的语言。对科学理论的理解，意味着在客观地有规律地发生的事情上，取得一致看法。而观测和交流的全过程，是要用古典物理学来表达的。〔2〕
量子力学的反对者爱因斯坦同样清楚这里的语言问题。他把玻尔等人尽力把量子力学与实验语言沟通起来所作的种种附加解释称之为“绥靖哲学”（Beruhigunsphilosophie）〔3〕或“文学”〔4〕，这实际上指明了互补原理等观念是在与时空经验相关的科学语言之外的。爱因斯坦拒绝承认量子力学是关于实在的完备描述，所以并不以为这些附加解释会在将来成为科学语言的新的有机内容。
薛定谔和玻姆等人从另一个角度作出的考虑，反映了他们以为玻尔、海森堡、泡利和玻恩等人的观点回避了经典语言与实在之间的深刻矛盾，而囿于语言限制并为之作种种辩解。薛定谔说：“我只希望了解在原子内部发生了什么事情。我确实不介意您（指玻尔）选用什么语言去描述它。”〔5〕薛定谔认为，为了赋予波函数一种实在的解释，一种全新的语言是可以考虑的。他建议将n个粒子组成的体系的波函数解释为3n维空间中的波群，而所谓“粒子”则是干涉波的共振现象，从而彻底抛弃“粒子”的概念，使量子力学方程描述的对象具有连续的、确定的时空状态。
固然，几率波的解释使得理论的数学结构不能对应于实在的时空结构，如果让几率成为实验观察中首要的东西，就会让客观实在在描述中成了一种“隐喻”。然而薛定谔的解释由于与三维空间中的经验没有明显的联系，也成了另一种隐喻，仍然无法作为一种科学语言而获得充分的意义。
玻姆的隐序观念与薛定谔的解释在语言问题上是相似的。他所说的“机械序”〔6〕其实就是以笛卡尔坐标为代表的关于广延性空间的描述。这种描述由于经典物理学的某些限定而表现出明显的局限性。玻姆认为量子力学并未对这种序作出真正的挑战，在一定程度上指出了量子力学的保守性。他企图建立一种“隐序物理学”，将量子解释为多维实在的投影。他以全息摄影和其它一些思想实验为比喻，试图将客观实在的物质形态、时空属性和运动形式作全新的构造。但由于其基础的薄弱，仍然只是导致了另一种脱离经验的描述，也就是一种形而上学。
这里所说的“基础”指的是，一种全新的语言涉及主客体间完全不同的相互介定。它涉及对客体的完全不同的剥离方式，也就是说，现行科学语言及其相关思维方式的整个基础都将改变。然而，现实地说，这不是某一具有特定对象和方法的学科所能为的。
可见，试图通过一种全新的语言来解决量子力学的语言问题是行不通的。这个问题比通常所能想象的要无可奈何得多。
五、量子力学何种程度上是“革命性”的
量子力学固然在解决微观客体的问题方面，是迄今最成功的理论，然而这种应用上的重要性使人们有时相信，它在观念上的革命也是成功的。其实，上述语言与实在图景的冲突并未解决。量子力学的种种解释无法在科学语言的基础上必然过渡到那种非因果、非决定论观念所暗示的宇宙图景。这就使我们有必要对量子力学“革命性”的程度作审慎的认识。
正统的量子力学学者们都意识到应该通过发展思维的丰富性来解决面临的困难。他们作出的重要努力的一个方面是提出了很多与经典物理学不同的新观念，并希望这些新观念能逐渐溶入人类的思想和语言。其中玻恩用大量的论述建议几率的观念应该取代严格因果律的概念。〔7〕测不准原理以及其中的广义坐标、广义动量都是为粒子而设想的，却又不能描述粒子在时空中的行为，薛定谔认为应该放弃受限制的旧概念，而玻尔却认为不能放弃，可以用互补原理来解决。玻尔还希望，波函数这样的“新的不变量”将逐渐被人的直觉所把握，从而进入一般知识的范围。〔8〕这相当于说，希望产生新的语言基元。
另一方面，海森堡等人提出，问题应该通过放弃“时空的客观过程”这种思想来解决。〔9〕这又引起了量子力学的客观性问题。
这些努力在很大程度上是具有保守性的。
我们试把量子力学与相对论作比较。相对论的革命性主要表现在，通过对时间和空间的相对性的分析，建立起时间、空间和运动的协变关系，从而推翻了绝对时空、绝对同时性等旧观念，并代之以新的时空观。重要的是，在这里，绝对时空和绝对同时性是从理论上作为逻辑必然而排除掉的。四维时空不变量对三维空间和一维时间的性质依赖于观察者的情形作了简洁的概括，既不引起客观性危机，又与人类的时空经验有着直接关联。相对论排除了物理学内部由于历史和偶然因素形成的一些含混概念，并给出了更加准确明晰的时空图景。它因此而在科学语言的范围内进入了一般知识。
量子力学的情况则不同。它的保守性主要表现在：
第一，严格因果律并不是从理论的内部结构中逻辑地排除的。只是为了保护几率波解释，才不得不放弃严格因果律，这只是一种人为地避免逻辑矛盾的处理。
第二，不完全连续性、非完全决定论等观念并没有构成与人类的时空经验相关联的自洽的实在图景。互补原理和并协原理并没有从理论内部挽救出独立存在于时空的客体的概念，又没有证明这种概念是不必要的（如相对论之于“以太”那样）。因此，量子力学的有关哲学解释看似抛弃旧观念，建立新观念，实际上，却由于这些从理论结构上说是附加的解释超出了关于实在的描述，因而破坏了以实在的自明性为保证的描述的前提。所以它实际上对观念的丰富和发展所作的贡献是有限的。
第三，量子力学内在地不能过渡到关于个别客体的时空形式及过程的模型，使得它的反对者指责说这意味着位置和动量这样的两个性质不能同时是实在的。而为了保护客观性，它的支持者说，粒子图像和波动图象并不表示客体的变化，而是表示关于对象的统计知识的变化。〔10〕这在关于实在的时空形式及过程的科学语言中，多少有不可知论的味道。
第四，人们必须习惯地设想一种新的“实在”观念以便把充满矛盾的经验现象统一起来。在对客体的时空形式作抽象时，这种方法是有效的。而由于波函数对应的不是个别客体的行为，所以大多新的“实在”几乎都是形而上学的构想。薛定谔和玻姆的多维实在、玻姆在阐释哥本哈根学派观点时提出的那种包含了无限潜在可能性的“第三客体”〔11〕，都属于这种构想。玻恩也曾表示，量子力学描述的是同一实在的排斥而又互补的多个影像。〔12〕这有点象是在物理学语言中谈论“混元”或“太极”一样，很难说对观念有积极的建设。
本文从科学语言的角度，对量子力学尤其是它的哲学基础的保守性作出一些分析，这并不是在相对论和量子力学之间作价值上的优劣判断。也许量子力学的真正价值恰恰在于它所碰到的困难是根本性的。
海森堡等人与新康德主义哲学家G·赫尔曼进行讨论时，赫尔曼提出，在科学赖以发生的文化中，“客体”一词之所以有意义，正在于它被实质、因果律等范畴所规定，放弃这些范畴和它们的决定作用，就是在总体上不承认经验的可能性。〔13〕我们应该注意到，赫尔曼所使用的“经验”一词，实际上是人类对客观事物的广延性和分立性的经验。这种经验是科学的实在图景成立的基础或真实性的保证，逻辑是它的抽象和提升。
在本文的前三节已经谈到，自从古希腊人力图把日常语言理想化而创立了逻辑语言以来，西方的科学语言就一直是在实在的广延性和分立性的介定下发展起来的。我们也许可以就此推测，对于人的认识而言，世界是广延优势的，但如果因此认为实在仅限于广延性方面，却是缺乏理由的。广延性优势在语言上的表现之一是几何优势。西方传统中的代数学思想是代数几何化，即借助空间想象来理解数的。不论毕达哥拉斯定理还是笛卡尔坐标都一样。直角三角形的斜边是直观的，而根号2不是。我们可以用前者表明后者，而不能反过来。可是一个离散的数量本身究竟是什么呢？它是否与实在的另一方面或另一部分（非广延的）相应？也许在微观领域里不再是广延优势而量子力学的困难与此有关？
如果量子力学面临的是实在的无限可能性向语言的有限性的挑战，那么问题的解决就不单单是语言问题，甚至不单单是目前形态的物理学的问题。它将涉及整个认识活动的基础。玻尔似乎是深刻地意识到这一点的。他说“要做比这些更多的事情完全是在我们目前的手段之外。”〔14〕他还有一句格言；“同一个正确的陈述相对立的必是一个错误的陈述；但是同一个深奥的真理相对立的则可能是另一个深奥的真理。”〔15〕
参考文献和注释
〔1〕〔3〕〔4〕《爱因斯坦文集》第一卷，商务印书馆，1994，第137、241、304页。
〔2〕〔5〕〔9〕〔13〕〔14〕〔15〕海森堡：《原子物理学的发展和社会》，中国社会科学出版社，1985，第141、84、82、131、47、112页。
〔6〕玻姆：《卷入——展出的宇宙和意识》，载于罗嘉昌、郑家栋主编：《场与有——中外哲学的比较与融通（一）》，东方出版社，1994年。
〔7〕玻恩：《关于因果和机遇的自然哲学》，商务印书馆，1964年。