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杨鸿智-后现代理论医学博客

《后现代医学》、《正反馈医学》、《自体原位器官重构技术》

 
 
 

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这是一个宣传后现代理论医学的博客.后现代理论医学是以系统理论为指导的新医学.该理论认为,在生命组织中干细胞是决定机体功能状态最基本的因素.通过调节机体内环境和为干细胞提供再生所需要的物质和能量,就可以使干细胞在患者体内原位再生,实现器官重构,使器质性病变得到治疗.现在,已经在北京医药信息学会内成立了后现代理论医学专业委员会,杨鸿智是主任委员.

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(11)科恩:相对论和量子论(1-2)  

2013-05-02 07:40:37|  分类: 干细胞病 |  标签: |举报 |字号 订阅

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11)科恩:相对论和量子论(1-2

科学中的革命

作者:科恩

鲁旭东 赵培杰 宋振山

http://www.tianyabook.com/kepu2005/kxzd/027.htm

 

  广义相对论

 

爱因斯坦曾经说过,即使他没来到这个世界上,狭义相对论也会出现,因为“时机已经成熟”(英费尔德195046),但广义相对论则不然。他怀疑,如果他未建立广义相对论,“它是否会为人所知”。广义相对论被称作“第二次爱因斯坦革命”(同上)。这是一次极大的飞跃,正当许多物理学家开始接受狭义相对论时,它再一次把他们抛在后面。普朗克曾以极大的热情欢迎狭义相对论并成为最早的支持者之一,他曾对爱因斯坦说:“现在一切都要解决了,你为什么还要招惹其它另一些事呢?”爱因斯坦之所以这么做是因为他是一位天才,远远走在了同时代人的前面。他懂得狭义相对论是不完满的,未能解决加速度和引力问题。他后来谈到导致他思想豁然开朗的主要思想(他曾将其称为“一生中最令自己兴奋的思想”,见佩斯1982178引用的爱因斯坦的回忆。)是190711月在伯尔尼专利局工作时产生的。这个思想是:“一个人在自由下落时,将感觉不到自己的重量。”他说,这一“最简单的思想”促使他天。始研究引力理论,但直到1915年,他才发表了比较完整的广义相对论理论,第二年他又发表了被一位传记作家称为“钦定版本”的广义相对论,这个理论的建立主要基于英费尔德所说的“三个主题”:引力,等效原理,几何学与物理学的关系。理论的核心则是新的引力场定律和引力场方程,有人说,麦克斯韦在电磁场上做过什么工作,爱因斯坦在引力场也做过什么工作。广义相对论引人注目的特征之一是将牛顿力学中的引力简化为四维时空中的弯曲。JH一吉恩斯在《不列颠百科全书》1922年第12版的相对论条目中写道:“宇宙图景”的新情景不再是“三维空间中一片以太海洋的受迫振动”,而是“四维空间世界线上的一个纽结”。

 

广义相对论提出了三个可检验的预言。第一个是水星的近日点的摄动,该现象指出,轨道上运动的行星在绕太阳运行时,每完成一个周期并非精确返回到空间的原来位置,而是稍稍有些前移。这一事实早在19世纪中叶就已发现,但经典的牛顿天体力学无法对摄动现象做出满意的解释。第二个预言是,光线在引力场中将发生偏转。按照这个说法,星光在经过太阳附近时,将受到太阳引力的影响而偏折。结果是恒星的机位会有一个变化。观测这一现象只有发生日全蚀时才能进行,否则太阳的强烈光线使地面上根本观测不到太阳附近的恒星光线(瑞士天文学家M.施瓦兹柴尔德对这个现象做了详细的定量描述)。第二个预言通常被称为谱线“红移”,即恒星辐射总是背离我们而去。这就是广义相对论提出的三项检验方法。但我们知道当时正是1915年,第一次世界大战的硝烟笼罩在各科学发达国家的上空。爱因斯坦正在柏林,不可能进行任何日蚀观测。

 

但爱因斯坦没有停止工作,1917年,他在《普鲁士科学院院刊》上发表论文,题为《广义相对论宇宙观》。尽管其中的结论已被抛弃,但这篇论文开辟了理论物理学的一个新领域。爱因斯坦指出,“义相对论能为我们的宇宙结构……问题带来希望之光”。科学的宇宙学研究由此创立,它把宇宙从形而上学的一个分支转变为物理学和天文物理学的一部分(英费尔德195072;“论爱因斯坦和宇宙学”,见佩斯1982&15)。

 

英国无文学家A.爱丁顿在战时研究了爱因斯坦的著作(见第25章),并很快成为爱因斯坦思想的忠实信徒和热情宣传者。他后来写了大量著作,包括权威性的《引力相对论理论报告》(1918),学术著作《相对论的数学理论》(1923),两部通俗著作《空间,时间和引力》(1920)以及《物质世界的本质》(1928),此外还有大量的演讲,文章和小册子。PAM.狄拉克回忆说,他在布里斯托尔大学读书时,就是通过爱丁顿的著作才最初接触到相对论的。更为重要的是,第一次世界大战刚一结束,爱丁顿立即在1919年组织了一支英国日蚀观测队,去检测星光经过日全蚀太阳时将发生偏转的预言。与预言相符观测结果立即震撼了全世界的科学家和公众。

 

今天很难想像1919年世界科学界的无限兴奋之情。两支观测队分别出发,一个派往巴西的索布拉尔,另一个由爱丁顿率领来到西班牙所属圭那亚海岸附近的普林西比岛。1919年秋,观测数据进行了整理和分析后,在116日召开的英国皇家天文学学会和皇家学会的联席会议上天文学家们宣布:“星光确实按照爱因斯坦引力理论的预言发生了偏折。”皇家天文学会的侧察部杂志和《皇家学会会刊》都对历史性的会议作了充分报道。著名科学家JJ.汤姆森是会议主席,他宣称:这是“自牛顿以来引力理论的一项最重要的成果”,是“人类思想的最伟大的成就”。第二天,1919117日,历来严谨的英国《泰晤士报》赫然出现了醒目的标题:“科学中的革命”,两个副标题是“宇宙新理论”,“牛顿观念被推翻”。118日,《泰晤士报》又发表了另一篇论述革命的文章,标题为“科学革命”,“爱因斯坦挑战牛顿”,“杰出物理学家的观点”。文章告诉读者,“这件事成了下议院热烈讨论的话题”;卓越的物理学家,皇家学会会员,剑桥大学J.拉莫尔教授“受到围攻,要求对牛顿是否被击败,剑桥大学是否垮台做出答复”。荷兰的报纸也迅速刊登了这一消息。HA.洛伦兹在119日的《鹿特丹报》上发表文章,《纽约时报》立即翻译转载。1123日,M.玻恩也在《法兰克福大众报》上发表文章。1214日,爱因斯坦的照片刊登在《柏林画报》周刊的封面上,照片下的文字说明宣称:爱因斯坦开创了“人类自然观的一场革命”;他的洞察力堪与哥白尼、开普勒和牛顿相比(佩斯1982308)。在124日《自然》杂志的一篇文章中,E.昆宁翰指出:爱因斯坦的“思想是革命性的”。

 

A.佩斯(1982309)曾核查了自1919119日开始《纽约时报》索引中有关爱因斯坦和相对论的文章标题或传奇故事。“爱因斯坦理论的胜利”与“十二智者书”连接在一起(其中谈到爱因斯坦警告出版商的话“全世界不会有再多的人懂得它”)。该报不仅刊登传奇故事,而且还发表了社论,相关文章持续见报,直至当年12月佩斯发现,从那以后直到爱因斯坦去世,《纽约时报》没有一年不刊登有关爱因斯坦的文章,爱因斯坦成了一位传奇人物。当爱因斯坦1921年去伦敦时,霍尔丹勋爵在皇家科学院的一次演讲中,把爱因斯坦引见给了大家。爱因斯坦住在霍尔丹的别墅里,当爱因斯坦来到他家时,霍尔丹的女儿见到这位著名的客人后,竟“激动得昏了过去”(佩斯1982312)。霍尔丹在皇家科学院介绍爱因斯坦时,谈到在这次演讲之前,爱因斯坦“已经到西敏寺大教堂瞻仰了牛顿的墓地”。

 

自那时起直至现在,科学家和非科学家,历史学家和哲学家撰写的著作都把(广义和狭义)相对论与“革命”紧紧地联系在一起了。1912年,霍尔丹在他的著作《相对论时代》(第4章)中谈到这个问题时写道:“爱因斯坦开创了我们关于物理学观念的革命”。对于哲学家K.波普尔(惠特罗196725)来说,爱因斯坦使“物理学革命化”。物理学家M.玻恩(19622)和S.伯吉亚(197982)的表述分别是:爱因斯坦的“革命时空观”和“爱因斯坦革命”。玻恩(19652)还说:“IM年的狭义相对论”是标志物理学“古典时期的终结和新纪元的开始”的一件大事。S.温伯格(197922)认为,爱因斯坦最伟大的成就是,“他第一次把时间和空间纳入了物理学的体系,从而脱离了形而上学的束缚”。按照数学家A.玻莱尔(19603)的说法,爱因斯坦“不仅带给我们新的物理学理论,而且教给了我们认识世界的新方法”。因此,“凡是学习过他的理论的人,不可能再按他们过去的思维方式进行思考了”。西班牙哲学家J0.伽塞特在他的著作中没有明确使用革命一词,但他却宣称:爱因斯坦的“相对论是当今最重要的智慧成果”。因此,爱因斯坦相对论在开创物理学革命的同时,也引起了一场哲学革命。

 

事实表明,广义相对论比狭义相对论更能满足本书第3章提出的科学革命的检验标准。但是,广义相对论的发展史比起狭义相对论来更显得艰难曲折。很长一个时期,只有天文学家(而且只是那些研究宇宙学的天文学家)对广义相对论感兴趣,物理学家则不然,S.温伯格(198120)指出:“在最基本的层次上研究物质的物理学的全部现代理论,在很大程度上依靠两大支柱”,一是“狭义相对论”,一是“量子力学”。塞格尔(197693)在回顾2O年代和30年代物理学家们的活动时,也特别指出:“与狭义相对论相对应的广义相对论,目前尚不是物理学家们感兴趣的前沿课题”。这也就是说,广义相对论与狭义相对论不同,它对于当时主要的研究课题如物质理论和辐射理论并不是必须的。例如,在我30年代末攻读物理学研究生时,几乎所有的课程如原子物理学,量子力学甚至一些基础课和专业基础课都涉及到狭义相对论,但只有少数数学家(在GD.伯克霍夫的激发下)研究广义相对论。另外,广义相对论暗示,建立得最为成功的理论物理学的一个分支——牛顿万有引力理论——犯了一个根本性的错误或说它并不完整,而且广义相对论还引进了“四维时空的弯曲”这一奇特的概念来解释引力。我们应当懂得,伟大的1919年日蚀实验只是定性地说明了光线传播将受引力场的影响,更精确的日蚀实验则是以后的事了。但是,在爱因斯坦最初提出的三项检验方法之外,再找到新的方法可能又要过去数十年。温伯格曾指出,只有在“爱因斯坦建立他的理论40年之后”(温伯格198121),才能构想出并完成新的更精确的实验,证实广义相对论。

 

第二次世界大战结束后的几十年间,世界发生了很大的变化,在实验室进行精确的验证实验已经成为现实。于是,人们对引力的本质,引力与自然界的其它几种基本力(电磁力,强相互作用,弱相互作用)的关系问题产生了新的兴趣。庞大的物理学和天文学“工业”日益兴起,集中研究广义相对论及其在宇宙学和宇宙论研究中的应用。其他的物理学分支也是如此。结果正如S.温伯格所预言的,人们一项重要的共识是,为了“弄懂超短距离的万有引力”,还需要“另一次伟大的飞跃”(198124),另一次革命,“建立更加普遍适用的原理”,而目前我们对此还没有任何概念。一句话,广义相对论今天已成为科学家乐此不疲的研究课题,热情之高或许是前所未有的。

 

 

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