空间基础物理学
第一章 基础
1. 研究对象
空间基础物理学是一种研究构想。在这一构想中,空间不仅被视为物质对象之间的几何关系,也不仅仅被视为用于描述其位置的坐标体系。
该构想的初始假设是:空间具有自身的物理状态,并能够参与那些表现为物质、场、运动和相互作用的过程。
这一假设改变了物理问题的提出顺序。通常的问题“物质如何在空间中相互作用?”被一个更深层的问题所取代:“空间本身的哪些状态,能够向观察者表现为物质和物理相互作用?”
因此,研究对象不仅是物质体的行为,也包括这些物质体所存在的介质可能具有的内部动力学。
下文中,我们将这种具有物理实质的连续介质称为“以太”。
这里,“以太”一词只是该模型中假设性物理基础的名称,并不意味着自动接受十九至二十世纪任何历史上的以太理论。它的性质必须由理论本身加以确定,并最终由实验来判定。
2. 方法论原则
空间基础物理学的主要任务,不是用一套术语替换另一套术语,而是建立物理概念之间的因果序列。
我们遵循如下要求:派生的概念不应被用来解释它自身所由之产生的基础。
如果能量是某一系统状态的特征,那么在没有额外依据的情况下,它就不能同时充当该系统的首要实体。
如果时间是变化的度量,那么它不应被自动视为一个独立的物理介质,仿佛变化是在其中发生的。
如果物质是一种稳定的物理结构,就会产生这样的问题:究竟是什么形成并维持这种结构?
因此,各概念必须按照其因果上的首要程度加以排列。
在工作模型中,采用如下序列:
空间 → 空间状态 → 状态变化 → 稳定结构 → 结构之间的相互作用 → 可观测物理量。
目前,这一序列只是模型的基础,而不是已经得到证明的自然结构。
它的价值应当取决于它是否能够:1)无矛盾地描述已知现象;2)用统一机制联系不同的物理过程;3)给出定量结果;4)预言可以通过实验检验的效应。
3. 空间作为首要物理介质
该构想首先把空间本身作为物理基础。
空间被视为一种连续介质,能够处于不同的局部状态。
这意味着,在该模型中,空间并不是绝对均匀且不变的空无。模型允许不同状态的存在,允许状态差异的传播与相互作用,也允许形成稳定构型。
在初步近似下,这样的空间至少应具备以下性质:
连续性——空间中相邻区域在物理上彼此关联;
状态性——不同区域可以处于不同的物理条件;
可变性——空间的局部状态能够发生变化;
相互作用性——一个区域的变化能够影响另一区域的状态。
正是从这四点出发,才有可能进一步构建过程物理学。
目前,我们并不主张空间“由什么构成”。更进一步说,在这一构想中,这个问题本身可能就是错误提出的:如果空间是首要介质,那么要求找到一种更深层的物质来构成空间,只不过是把问题再向下移动一层。
因此,最初的任务不是寻找“空间的物质”,而是确定空间可观测的状态参数。
