简论物理学的思想

　　方玉田、邢永忠编著的《简论物理学的思想》通 过简论时间和空间的演化、试论波粒二象性、光本性 认识的回顾、谈谈纠缠态、概念在物理理论中的地位 和作用、实验方法在物理学中的作用、论物理理论的 完备性等10个专题，比较详细地讨论了人类关于自然 界的一般思想如何转化成物理学思想，物理学思想与 哲学、数学及其他自然科学的思想之间的关系，表明 了正是物理学思想的发展才推动着物理学理论不断发 展，通过不断发展着的物理学理论才不断深化了我们 对物理世界的认识，也为我们改造客观世界提供了强 有力的理论武器。物理学的思想才是物理学的灵魂。
　　本书可供高等学校物理学专业及其相关专业在物 理学史的基础上增设有关物理学的思想或物理学的思 想史类的课程时作为教材或参考书使用，也可供对物 理学的思想感兴趣的读者参考。

一、简论时间和空间的演化
二、试论波粒二象性
三、光本性认识的回顾
四、谈谈纠缠态
五、概念在物理理论中的地位和作用
六、实验方法在物理学中的作用
七、论物理理论的完备性
八、物理理论是怎样产生的
九、物理实在的演化
十、物质概念的演化

　　牛顿的时空观只有通过经典力学的体系才能获得其确定的意义和价值。经典力学是关于宏观领域物体机械运动规律的理论，经典力学认为空间与时间是物质的存在形式和载体，因而与物质一样也是一种客观的存在，正是经典力学体系本身需要时问既没有起点，且均匀地、线性地流逝，展现出时间的无限性；其也需要空间是各向同性的、静止的、连续的，并具有无限性。时空观与经典力学体系互相适应，互相配合，共同表述了物体机械运动的规律。空间与时间的性与在经典力学理论的指导下取得的关于物体机械运动的经验资料一致。时空观也与日常生活的时空观十分接近，但对电磁学理论而言不仅难于适应，且成为经典电磁理论进一步完善的障碍。为了解决时空观与电磁学理论之间的矛盾，爱因斯坦提出了与狭义相对论相适应的狭义时空观，狭义时空观通过狭义相对论才获得了其确定的意义和价值。正是通过狭义相对论，我们才知道时间和空间不再具有性，而是具有相对性；也正是通过狭义时空观，我们才知道了时空观的局限性，也知道了经典力学体系的适用范围和局限。时空观和经典力学体系一样仅适用于宏观和低速的领域。时空观和狭义时空观的巨大差异是由于光速的有限性这一经验事实，在牛顿的时空观中是以假定光速为无限大作为其基础的。光速的测定是由于科学实践和实验技术进步到一定程度的必然结果，因此，由时空观到狭义时空观是科学实践和科学认识不断深化的必然结果，其与理论也是密不可分、息息相关的。正是通过狭义相对论，我们才知道时间和空间不再是相互独立、毫无联系的，而是相互联系、相互依赖的，也就是说离开空间无所谓时间，离开时间也无所谓空间，空间和时间共同构成了四维结构，时间和空问仅是这种四维结构的一种性质。狭义时空观具有一定的合理性已为许多高能物理的实验事实所证实，然而与时空观一样，狭义时空观也具有其适用的范围和局限。
　　不管是经典力学体系还是狭义相对论体系，都要求只有在惯性系中物理定律的形式才能保持不变，前者惯性系之间的转换服从伽利略变换，后者服从洛伦兹变换。在狭义相对论中不变的极限光速的引进是造成两种时空观之问差别的根本原因。由于惯性系处于优越的地位，这与理论所要求的普遍性相抵触，广义相对论正是在要求取消惯性系的优越地位的前提下发展起来的。广义相对论要求拥有和其自身相适应的时空观，进一步推动了时空观的变革和对时间、空间认识的深化，正是通过广义相对论我们才深刻地认识到“把物质、运动、时间、空问进一步统一起来，把物体运动的物理本质和时问空问的几何描述统一起来，建立了现代的时空和引力理论。”l40狭义时空观仅仅告诉我们时间和空间是相对的，且时间一空间构成一个四维连续区，正是通过广义时空观，我们才认识到时间、空问、物质、运动真正构成了一个有机的整体，时间和空间的性质取决于引力场，而引力场的时空特性取决于物质的质量及其分布，时间、空间、物质、运动处于平等的地位。通过广义时空观我们也认识到，时问、空问不再是物质、场和运动的载体和框架，时问、空间、物质和运动既互相联系，又互相规定。时空观和狭义时空观认为空虚的空间是可以存在的，广义时空观却认为空虚的空问是不可能存在的。通过广义相对论使我们的认识范围扩展到宇观领域，也认识到当引力场强到一定的地步时，空间就会发生弯曲现象，不再是平直的，也就是说空间不再是均匀的和线性的，时问也变成非均匀的和非线性的，关于空问的弯曲，1919年已被爱丁顿的日蚀观测所证实。狭义时空观和广义时空观的差别是由于参照系对于物理定律的表述是否等价而造成的，即是由广义相对性原理所造成的。