《水调歌头

夜梦发奇想，意将千百年来改变世界的物理数学大发现、自然本质逻辑规律及相关科学巨匠，歌颂在一首诗韵之中。七言律诗格调虽够大气，但字句结构规整，拘束不能恣意纵横，难以充分释放千年掠影、大师睿智、从无限小到无限大自然变换尺度跨越这一意境；现代自由诗歌轻快曲扬，太过细腻与松散白话，精练气势不足，也非我所长。试用《水调歌头》词曲吟咏之。 《水调歌头·时空观》

2015年12月6日 星期日

自然变无穷，解道尽豪英。 牛顿天才巨擘，经纶归一统。

麦克斯韦接力，量子群雄并举，光电磁路通。 神奇相对论，释秘物质能。 天地转，真理明，大师功。 时空相伴，宇宙弯曲圈巨星。

光子介子连理，核子电子成精，波粒变幻中。 万物各异性，本质自（确）相同。

背景、释义：

时空结构与关系是自然物质世界的数理逻辑基础。十七世纪中叶，数学物理哲学天才牛顿汇集百千年来前人的智慧，用平直立方的欧式几何空间基础逻辑，和相对独立且连续均匀变化的时空关系（即空间位移和时间关系），发现牛顿三定律和万有引力定律，并创建微积分和经典的牛顿力学，在当时的科学认知程度与精度水平上，建立了被认为可以解释自然界一切物体运动作用变化的基础理论体系。

实际上，时间、空间、物质是一体化的，相互依存且有相对变化关系，不能独立存在，而这种关系的纽带、媒介，是光子。没有光，即看不到“空间”、“物质”，“看不到”变化、“时间”，光速是时空关联变化的速度，是时间运动速度，一切物质运动变化速度不可能超越时间变化速度，所以光速C是个自然常数，与坐标系无关，光速最大也意味着牛顿定理决定的平直坐标系中无限直线加速物体的状态不能存在，高速运动的物体（粒子）不断加速的自然选择肯定是质能转化与空间压缩（也是时空弯曲的表象）。这些都是牛顿理论体系所不能达到的“高度”或与之相矛盾的。自然界物质运动变化规律，存在确定性和统计关联性（即不确定性）两种基本逻辑，确定性主要表现为个体的宏观机械运动，不确定性形式主要为群体的波动性、统计关联、物体微观粒子的集团热运动。个体确定的机械运动和群体的波动性是自然界两种基本运动形式（象爱因斯坦这样的现代物理大师也只是相信前者）；量子力学描述的正是微观世界粒子所表现出的波粒二重性。光是波粒二重性的典型。牛顿甚至已经发现光的“粒子性”（类似质点运动）。上帝自然知道光（子）的重要性，创生首先要有光。 牛顿之后约百年时间，同为英国人的贫民子弟法拉第，在没有受过任何正规知识教育的背景下，天才地直接从实验中直观发现几乎所有电磁关系定律。随后由麦克斯韦，英国杰出理论物理学家，在法拉第等前人的发现基础上，写出完美的麦克斯韦微积分方程组，其不仅完全

概括了所有电磁关系定律并能推导与描述所有物体的电磁变化关系，还可以从方程组中“解出”电磁波和光速常数，光波与电磁波同类，光、电、磁关系科学出现质的飞跃，人类也由此从牛顿力学主导的宏观机械功能时代，进入“虚幻细小”的但又更高速更强大更精准的光电时代。

差不多在同一时期，由数学大师高斯等发现非欧氏几何逻辑关系，并经过近半个世纪的发展完善，主要是黎曼等德国数学家的贡献，建立了更接近宇宙自然时空逻辑关系的黎曼几何，非平直空间概念确立。平行光在遥远的太空汇聚在一个星星点上，通过一个星点可以划出无数条“平行线”，宇宙空间是弯曲的，太空光线路径是“弯曲”的，时空是关联变化的。稍后，现代数学重要逻辑基础的集合论由德国数学家康托尔创立起来；到1930Ŝ，与基础物理理论紧密相关的、研究各种空间在连续变换（拓扑变换）下不变性问题的拓扑数学，经过一百多年的发展也成体系，重要贡献者包括欧拉、高斯、黎曼、康托尔、庞加莱、豪斯多夫等等数理逻辑天才。

20世纪初是现代理论物理发展的黄金时代。1897年汤姆森发现电子，1900年普朗克发现光量子化E=hν，1905年爱因斯坦创立狭义相对论（发现光速不变性、时空相对关联性、质能方程E=mc2）并用光量子概念解释了光电效应，1911年卢瑟福提出原子模型，1913年玻尔提出原子量子能级理论，1915年爱因斯坦借助黎曼几何等空间数学逻辑提出广义相对论、建立爱因斯坦引力场方程，1923年德布罗意提出粒子的物质波概念、确立微观粒子的波粒二重性，1925-1926年海森伯格建立量子力学矩阵方程理论体系并于1927年发现粒子的测不准关系，1926年薛定谔建立量子力学波动方程理论体系，1928年狄拉克提出（电子的）相对论性波动方程，等等。量子力学和时空相对论是现代物理的基础理论，伟大科学理论的诞生和科学天才人物的涌现，相得益彰。另外，量子力学的矩阵方程模式和波动方程模式，正是量子的波粒二重性肯定对应两种数学逻辑描述方式的体现；光的重要性也在两大科学理论体系发现过程中充分表现出来。 我认为（参见宋太伟《时空统计热力学》、《时空几何学》、《光的本质》等）：时间、空间、物质是一体化的、统一的、关联变化的，不同的对象以不同的时空形态为基础，平直立方无穷大空间只是一个宏观近似特例，高速运动个体物质的时空是弯曲的有限“局域化”的形态结构，流形只是时空空间的一种“几何化”描述方式；光子是时空介质、时间量子，光速是时间“流失”运动的速度，自然时空的拓扑变换实质上是时间变换，拓扑不变性的实质是物质属性不变性与质能守恒；自然界物质运动变化规律，存在确定性和统计关联性两种基本逻辑关系；统计关联（几何形态为分形）不仅是微观时空多粒子系统的基本运动变化逻辑关系，也同样是超距尺度意义上的宇宙时空中星体集合系统的基本变化逻辑关系。