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上帝的光環
川江
在20世紀即將結束的時候，一篇理論物理學<解析時空理論>的論文引起了學術界的騷動。這篇論文提出了一種新的時空觀念並在理論上統一了相對論和量子力學。它的神奇在于用非常簡明的物理概念和數學方法實現了長期以來無數科學家渴求把量子力學和廣義相對論統一的夢想。一位俄國科學家看過解析時空理論第一章后稱它讓我們看到了上帝的光環。這個光環顯然是指廣義時空偏轉效應。
人類對宇宙和自然的基本觀念來自物理學，而物理學的基礎是時空框架。我們所有的基本物理概念包括離散、連續、漲落、波動等都是建立在一定的時空框架中的。這個新時空理論的出現不是偶然的，它的意義非常重大。
相對論和量子論的建立構成了現代物理學兩大支柱，並為其他科學分支打開了廣闊的天地。但是，作為基礎的理論物理學曾經擁有的輝煌在近幾十年中黯淡下來，物理學早已經從"搜集材料的科學"發展成為了"整理材料的科學"，
過去幾十年的實驗僅僅驗証了已有的理論，並未揭示出需由新規律解釋的新現象；以至于越來越多的科學家不得不承認未來歲月不再有任何重大的新發現足以與牛頓、愛因斯坦賜給我們的那些發現相媲美；科學的任務只是補充大量的細節而已，產生枝節性結果；我們有了基本框架，只要填填漏洞就行了；越來越多科學書籍也停留在夸夸其談的水平。有人曾預言科學的沒落及非理性的複活將開始于本世紀末，我們所做的一切都不足以抑製物理學在總體上、在社會支持和社會價值上的衰退趨勢，我們無奈地看到物理學對人才的吸引力不斷減弱。物理學是一切其他科學的基礎，當我們沉浸在對科技發展帶來的社會經濟巨大利益的樂觀情緒時，一些西方學者看到了它的沒落，他們悲哀地預感物理學基本定律不斷被發現、激動人心、驚世駭俗的年代真的一去不複返了，求真、純粹和經驗的科學已經結束。
不過仍有許多科學家反對那種認為純科學已走到盡頭的觀點，他們普遍認為某些驚人的理論和發現已迫在眉睫，理論物理學更深入的發展即將蒞臨。人們期待的這種理論就是所謂的"大統一"理論，幻想某一天發現宇宙規則，從而一勞永逸地解決一切有待研究的基本理論問題。許多科學主義者也不得不用對"大統一"的期待來支撐自己的信念。這些現象表明科學對形而上學產生了從未有過的焦慮。科學家相信自然界複雜現象中必然有某種暗含的簡單規律在起作用，這些規律已經體現在量子論、相對論、自然選擇等理論之中。支配世界的行為法則肯定比現在的物理學定律更為玄妙，它有已知理論沒有的特征，具有某種不容質疑的自然主義色彩。我不敢肯定解析時空理論就是"大統一"理論，但我至少認為它向這個目標邁出了重要的一步，它的簡明性給了人們一種新的方法論啟迪。我想，如果對未知的追求走到了盡頭，還有什么能夠賦予我們存在的意義呢？終極理論會讓我們陷入解釋的無限循環之中，因此我堅信科學上不存在什么終極理論，除非人類淪落到由他們製造的機器智慧所支配的地步。
牛頓世界充滿了常識性知識，而量子場論和超弦理論都讓人摸不著頭腦。量子力學宣告關于微觀世界的知識總是不確定的，不可預測的。奇異的量子效應讓人的認知邏輯失效，量子實體具有同時出現在一個以上定點的能力更讓人難以理解。而解析時空理論用時空偏轉的概念合乎邏輯地解釋了量子效應，使量子力學神秘的原理變成了新時空理論的表象。科學原理的特征︰我們認定某種本質要么是一種猜想，要么是經驗公式、公理或定律(例如歐姆定律)，它們都不允許從現有的其他公式或原理推出。新理論的誕生就是把原有理論的猜想和假設變成其導出結論的一部分並糾正原有理論的缺陷。
愛因斯坦的狹義相對論把物質運動和信息傳遞的速度限製在光速范圍內，而解析時空理論把光速看作人類觀測物質運動速度的極限。解析時空對這個問題的論述與相對論的差異在哲學上的意義是巨大的，它在物理概念和數學描述中表明了我們對客觀的觀測結果與客觀存在是有差別的。由此我們看到了這個理論涉及到了精神與物質、主觀與客觀、意識與存在的最基本哲學問題。
越來越多的人感到物理學正變得越來越難以理解，它已經超出了我們固有的用以把握世界的觀念范圍，成為少數人玩弄玄妙概念和數學游戲俱樂部，逐步在喪失大眾、商業公司和政府的關注和耐心。這不由讓我想起著名的"奧卡姆剃刀"原理︰對于給定現象的最好解釋通常是最簡單、假設最少的那個。解析時空理論的基礎是兩個基本原理︰時空面積不變和時空偏轉。它們的數學表達式非常簡單。由這兩個原理出發推導出的結論涵蓋了相對論(狹義和廣義)和量子力學的基本公式，這使得物理學基礎中已有的重大思想都是它的副產品。它輕而易舉地攻克了困擾天文學界多年的DI海格立斯雙星進動的難題，而廣義相對論導出公式的計算值與實際結果相距甚遠。這個理論還給出有待驗証的兩個預測︰0.71c(c為光速)光錐頂點和光的雙折射。一些看過這篇論文的學者不論對其學術觀點持何種看法都提不出它在"范式"上的缺陷。它所應用的數學工具幾乎可以讓一般受過普通高等教育的人看懂。真正好的理論不僅具有豐富的內涵令人回味無窮，而且蘊含著美和一種使之具有啟示力量的簡單自明品質。如果一個物理理論基本原理的數學描述一開始就讓人頭大，我們很難相信它是個好理論。遺憾的是人們似乎已經習慣于把深奧當成物理學原理的發展和突破的方向。
在科學發展的每一個層次上，我們都把一些東西當成表象，而把另一些東西當作本質來解釋它們，但當我們進入到更深一個層次中時，原來的本質變成了表象，我們用更普遍的原理當作本質。無論認識發展到何種地步總有無法解答的基本問題，因此我們需要對上帝(本文中把存在看作上帝)的意志進行假設或猜想以合乎邏輯。
雖然這個理論的廣泛承認還需要有新的實驗驗証，但是所有對相對論和量子論的實驗驗証已經說明了它的生命力，因為它們是這個新理論的特例或導出結果。作為一種新的學說，解析時空理論還處于嬰孩階段，不可避免地存在不完善之處。任何新的學說開始面對強大而又成熟的現有理論時都會顯得弱小。如果它是正確的和有生命力的，承認它只是時間問題，華人終將會以此感到驕傲無比!目前海內外的讀者們已從新奇、興奮、懷疑和不解的種種心態中開始接納了它。盡管這個理論的后續章節尚未完成，但仍有越來越多的物理和天文學者開始研究或討論它並提出了有價值的觀點和誠懇意見。
解析時空理論的意義並非僅僅是把相對論和量子論統一起來，物理學時空原理的突破意味著我們要重新審視我們認識的一切，建立新的宇宙觀和哲學。新的時空大廈的建立才剛剛開始，未來它對技術和人文領域的影響將是不可估量的，我認為它對應用技術發展的重大影響最有可能是首先在微電子學、納米技術、量子器件和量子化學方面。現在誰也說不清利用這個理論會搞出什么令人吃驚的名堂。從現代物理學的發展看，新的數學方法的采用經常走在物理解釋的前面。
人們目前希望有一種新的理論對物質與能量，宇宙起源與演化，生命的起源與支配生命的法則，大腦意識的機理，系統論(包括信息論、控製論和混沌理論)與計算機技術，現代數學等注入活力。許多人對科學的信仰是︰世界(存在本身)是完全可知的系統，是由有限的普遍性規律決定的，人們可以掌握這些規律並理性地引導它們為自身利益服務。許多學者認為世界遵守某些基本物理定律。多數物理學家的科學觀至少是一元論唯物主義的，他們試圖証明世界上一切複雜的事物都不過是同一種東西的不同表現形式，眾多的解釋最后會收斂于越來越簡單的原理。科學家總是希望對我們世界的所有現象給出純粹的物理解釋，而不是形而上學的含義。物理學是我們認識世界的基礎，數學是它的工具，如果上帝不是一位數學家的話。所以物理學開始向包括社會、文化、心理和經濟等人文領域滲透，以試圖攻占神秘主義的最后領地。只要科學足夠發達，就能把神秘現象還原為平凡的事實，但是如果科學都無法解答的事情，其他方法就更解答不出來。解析時空理論也許會有助于支持這種信念，也許相反。
人文領域的不確定性與量子世界的奇異效應在物理觀上是類似的，根據解析時空理論我們有理由相信世界上一切事物都具有所謂的"波粒二象性"，它是時空波函數的表象。解析時空首次成功地在理論上把客觀規律的精確重複性與統計性統一了起來，即我們生活在一個矛盾著的二象世界，對這個世界本源的觀測遵循廣義的測不準原理。我們的經驗體系有科學和社會人文兩大類，即二象性。后者表象的漲落起伏具有模糊和不確定的性質，而且遵守統計學原理。有些科學家頑固的相信基礎理論不應當是統計的，如量子力學、社會學，經濟學，進化論等，今天解析時空理論可以打消這種懷疑。用時空波函數看待這些問題也許會有令人吃驚的結論。
解析時空理論推導出的時空結構讓我們豁然開朗，原來科學家尋找的所謂"隱秩序"或"隱變量"就是時空波的另半波﹗根據解析時空理論，場(包括所謂的引力場)或物體間相互作用力其實都是時空偏轉能量差(偏轉勢能差)造成的。能量的不連續是因為時空偏轉產生的“黑洞”造成的，宇宙的演化是個更大級別的時空波，所謂“黑洞”就是局部負時空區間。我們生活在這引起的某個起伏波浪之中某個位置(暴漲宇宙模型)，根據宇宙正在膨脹的事實，我們正處于這個波的上升中。將來到達我們這個半波頂后，宇宙在一種大收縮中開始自身坍塌直到一個"點"(解析時空理論消除了時空奇點﹗)，然后再爆炸走完另一個半波，一直這樣循環下去。每個周期要數百億年，也許上千億年。這種說法只是解釋一個物理表達式而已，我不想更多地發揮它。也許有人會以此証明宇宙、星球和生命的輪回和轉世，可這誰也管不了，任何新的宇宙和時空理論都會被神秘主義所利用。另外，新理論也為人們的豐富想象力打開了翅膀。
解析時空理論對光錐頂點性質的論証和預測讓我們看到了超經典時空旅行希望，當時空偏轉45度時，物體的相對運動將沒有空間約束，類似實物傳真。這個問題需要某種實驗結果和進一步討論。
根據解析時空理論，當某物體相對于我們的運動速度超過0.71c時，我們觀測的該物體自身行為將打破我們的因果邏輯性。這說明我們的因果觀是有適用范圍的。科學理論的發展會讓昨日的胡言亂語變成今天的常識，某些神秘甚至迷信荒唐的東西也許會在將來得到承認，這的確讓人有些尷尬。如果科學不存在適于宇宙萬物的終極理論，它就永遠不會戰勝宗教和其他神秘主義。如果這個理論能夠讓西方思想家認為的"東方神秘主義"複興和發揚光大(有科學的解釋)也許不是什么壞事。
人們普遍認為科學是知識的經驗形態，而哲學是知識的非經驗形態。這兩張皮導致了科學很難解決人文方面的問題。我們無法找到人類共享的經驗方式，也不能用語言描述普遍的人類經驗以及超越于文化和歷史之上的東西是什么。我實在難以想象物理學理論如何解釋羊肉泡饃的味道。科學認為文學批評或哲學不能對知識本身作出任何實質性的貢獻，它們只能利用科學來豐富我們的想象力。一方面人們認為科學不能解釋所有那些變幻莫測的人類思想文化，對模糊空泛的問題無能為力，另一方面當人們又意識到科學的威力以及科學那種可以淹沒人類思想和文化多樣性的巨大潛力時，不得不對此深懷恐懼。我在[科學的威脅]一文中曾經提到了這一點，因為在當時我看到了解析時空理論對解決意識和人工智能問題所蘊含的力量。
在量子力學中，一個量子特征值的獲得純粹是測量幾率的結果。在測量作用在粒子之前，自然界不能"決定"它的自旋方向。關聯粒子的"信息"傳遞不受時空限製。解析時空理論把量子效應和我們的觀測經驗限製在時空波的上(或下)半波區間，好比我們身體的感知界面上有二極管。而我們的大腦的意識是受時空全波支配的，這就是為什么我們永遠無法意識我們的意識，而且關于我們自身的知識也很不完整。時空波的表達式揭示了我們人類認識客觀的時空缺陷，時空的另半波是天堂還是地獄我們無法知曉。人們都會吃驚地問道，這是上帝造人時的偶然失誤還是上帝賦予我們智慧的必然法則？
世界的複雜性存在于觀察者的"眼光"裡，我們的知覺系統大大簡化了物理過程的複雜性，否則人就無法生存。意識被長期排除在科學研究范圍之外，因為人們認為單憑物理學不能解釋價值觀、意義和其他主觀現象。科學界認為一度流行的量子二元論違背了能量守恆定律，它的支持者是出于哲學或宗教動機。當今越來越多的人開始相信大腦是量子過程，量子現象在意識中起著重要作用，人甚至可以改變大腦之外的量子態。對意識問題的征服是科學的終極目標。科學家們研究量子計算機試圖實現真正的人工智能，新時空理論的推論也許會讓他們豁然開朗，將來也許會幫助人類在物質世界和精神世界的鴻溝上架起一座橋梁。
涉及生物學和進化論的觀點我就不多談了。從一顆受精卵發育成複雜生命的物理過程至今還是個迷。有人認為單憑物理學就足以理解這個世界，人們仍期待著對生命過程的純物理解釋，因為物理學總試圖看到事物的最簡單方面。
我的觀點是科學本身注定了我們人類的知識永遠只能滿足于不完備的"真理"，科學永遠不能達到完美或絕對真理。本文沒有涉及應用科學，因為應用科學一直傾向于對主導理論范式進行強化，而不是對它進行挑戰。
我們已經看到了上帝的光環，它能夠引導我們看清上帝的真面目嗎？它能夠讓我們領悟到上帝的精神嗎？也許我們至多能夠距上帝近一些而已，打開宇宙之門的鑰匙仍然在上帝手中。尋找永恆也許是錯誤的，但這個過程永遠激動人心!
1999.11.18
以下選摘科學、物理和哲學論壇上的部分討論觀點(經整理並略去發表者姓名或筆名，絕大部分已得到發表者的同意)︰
物理學的美學準則
“稻花香裡說豐年，聽取蛙聲一片”，無人不為這句詩詞所描繪的大自然的美景而感慨。自然界的美通常意味著一種和諧勻稱的景象，物理學也不例外，不過作為描述自然界中物質基本結構和運動規律的一門學科，它的美更朴實。本文要說的是︰什么是物理學中的美，即物理學中的美學準則是什么，它們在物理學中發揮怎樣的作用？
簡單、對稱、統一就是物理學之美。從某種意義上講，它們是評價物理學理論的最高標準。首先談談簡單性。自然界的現象是錯綜複雜的，然而背后隱藏的規律確是簡單的。物理學正是建築在這一基礎之上，任何物理理論，歸根到底只有少數幾條基本的假定︰經典力學建立在牛頓三定律之上，電動力學建立在法拉第的“場”和麥克斯韋方程組之上，狹義相對論建立在狹義相對性原理與光速不變假定之上，量子力學建立在波函數與薛定諤方程之上……這些簡單的假定是從大量的自然現象和物理實驗中抽取並提升出來的，然而，建之于上的物理理論反過來卻能解釋幾乎所有的自然現象，並在生產實踐中得到廣泛的應用，極大的推動生產力的發展。
有兩個理論，幾乎能解釋同樣多的事實，誰簡單，物理學將選擇誰。考慮一個簡單的問題，為什么人們最初都認為太陽及其它行星圍繞地球轉，而不是行星(含地球)圍繞太陽轉？這也是出于簡單性的考慮︰人們最初天文知識少，只能通過肉眼觀察；太陽朝起夕落，認為太陽及其它行星圍繞地球轉自然是方便的事情。但是隨著技術的進步，人們的天文觀測越來越精密，為了解釋“太陽系”的許多現象，如地球的四季變化，日食和月食，土星、木星位置的異常變化等，偉大的幾何學家托勒密在前人的基礎上創立了嚴密的“地心說”，解釋了當時的絕大部分觀察現象。“地心說”的基本要義是︰(１)地球是圓的，靜止地位于宇宙的中心；(２)太陽及其它行星繞地球轉動，基本軌道(稱為１級軌道)是圓周，一般來說，太陽或行星並不恰好處于１級軌道上，而是繞１級軌道上的點作半徑更小的圓周(稱為２級軌道)運動。這樣，整個“太陽系”就像一個齒輪嵌套體系︰１級軌道是一些大齒輪，２級軌道是一些較小的齒輪，大齒輪傳動小齒輪。最初齒輪數目還不多，但隨著觀察水平的提高，托勒密又不得不在小齒輪上套上更小的齒輪，越套越多，最后竟達８０個之多。面對著這么多的齒輪，天才的哥白尼站了出來，說︰“不，太陽系應該是簡單的﹗我們若將太陽和地球換個位置，托勒密的齒輪至少能扔掉一半以上，太陽系也就變得井然有序了。”這就是“日心說”，物理學最終選擇了它。試問︰從相對運動的觀點來看(不考慮動力學的原因)，選擇地球為參考系和選擇太陽為參考系，沒有理由說誰更優越，為什么要拋棄“地心說”而承認“日心說”呢？兩個字︰簡單---“日心說”后經開普勒的改造只剩三條定律，但太陽系各行星運動規律盡在其中。
接下來談對稱性。很早以前，古希臘人就認為球是最完美的圖形，為什么？球有幾大顯著特點︰(１)將它繞直徑旋轉任意角度仍與之重合；(２)將它相對于過球心的平面鏡作鏡像仍與之重合；(３)將它上的每一點與球心連線並在延長線上取到球心距離與該點到球心距離相等的點組成的圖形仍與之重合。這就是對稱，它們分別是我們通常所說的旋轉對稱、鏡像對稱和中心對稱，均屬于直觀上的幾何對稱。
物理學中的對稱則有更加深刻的含義，它是指某類對象的全體(在數學上通常稱為集合，用Ｓ標記)在某種操作(數學上稱為變換，用Ｔ標記)下不變的性質。為將這個抽象的概念解釋清楚，先介紹一下變換Ｔ，它是一種法則(記住︰它不一定能寫成顯明的表達式)，你在Ｓ中任意選一個元素(即上面所指的某類對象)，根據這種法則，我總可以在Ｓ中選一個元素與之對應。譬如，設Ｓ為全體實數，Ｔ為三次方運算，你給一個數，好比說是２，我就能在Ｓ中找到８，也就是說Ｔ將Ｓ中的２變換到Ｓ中的８；在高中我們就知道，Ｓ中的所有元素經Ｔ變換后得到的元素恰好布滿Ｓ，不多不少。我們將滿足這一條件的Ｔ稱為Ｓ上的滿變換，同時說Ｓ在變換Ｔ下是不變的，即Ｓ具有某種對稱性。
下面用這種抽象的對稱概念來考察一下前面提到的球的直觀的幾何對稱，譬如說旋轉對稱。為敘述方便，將球心放在坐標系(Ｘ，Ｙ，Ｚ)的原點，並取旋轉軸為Ｚ軸。設Ｓ為球上所有點組成的集合，Ｔ為使Ｓ上的任意一點繞Ｚ轉一個任意角度的變換，利用轉軸公式可証明Ｔ是Ｓ上的滿變換，根據我們的抽象定義就可以說球具有某種對稱性，這種對稱性與旋轉有關，故稱為旋轉對稱。對應于不同的旋轉角度就有不同的變換Ｔ，其中有一個特殊的變換，它對應的旋轉角度為零，稱為單位變換；將繞Ｚ軸旋轉一個角度(對應的變換記為Ｔ)后又繼續旋轉另一個角度(對應的變換記為Ｔ’)的總變換稱為變換Ｔ與Ｔ’的合成變換，在這裡它顯然滿足結合律；繞Ｚ軸順時針旋轉一個角度的變換與繞Ｚ軸逆時針旋轉一個相同角度的變換互為逆變換，因為它們的合成變換為單位變換。如果將繞Ｚ軸轉任意角度的變換的全體記為Ｇ，則Ｇ中包含單位變換、互逆變換和合成變換，且合成變換滿足結合律，這恰好符合“群”的四個條件，因而稱之為Ｓ的一個變換群，只要找到了Ｓ的所有變換群，就完全刻畫了它的對稱性。
所有的物理理論都有自己的變換群︰伽利略變換的全體構成牛頓力學的變換群；洛侖茲變換的全體構成電動力學和狹義相對論的變換群；時空的任意坐標變換構成廣義相對論的變換群……它們各自的基本方程在自己的變換群下形式是不變的，它們都是對稱的理論。廣義相對論之所以能震撼幾乎所有物理學家的心靈就在于它的變換群是我們四維時空中最廣泛、最一般的變換群。
每一種對稱性總伴隨著一個守恆量(諾德爾定理)︰空間平移對稱導致動量守恆；時間平移對稱導致能量守恆；空間旋轉對稱導致角動量守恆；電荷共軛對稱導致電量守恆；空間鏡相對稱導致宇稱守恆……
近五十年來，粒子物理與場論飛速發展，對稱性的指引在其中起了決定性的作用。在粒子物理中，物理學家根據對稱性預言並發現新粒子，正電子、歐米格負粒子和頂夸克等就是極好的例証。在場論中，“對稱決定相互作用”︰楊振寧和米爾斯根據某種對稱性提出了著名的楊－米爾斯場論，該理論的變換群決定了無質量的粒子(稱為“規范玻色子”)的數目和性質，規范玻色子在粒子之間來回跳舞就產生了相互作用，不同的玻色子決定不同的相互作用，如光子決定電磁相互作用，Ｗ或Ｚ玻色子決定弱相互作用，膠子決定強相互作用，據推測引力相互作用是由引力子決定的(未証實)。
對稱是美好的，然而在物理學中卻發生了一些奇特的事情︰楊振寧和李政道提出弱相互作用中宇稱不守恆並為吳健雄所証實；宇宙中正物質顯著的多于反物質；用楊－米爾斯場論產生有質量的粒子需要引進一個非對稱的希格瑪場。這些事實都要求對稱性自發破缺，自發破缺的機理是什么？這或許是下個世紀的問題。
最后談談統一性。統一就是要求理論在不附加太多的基本假定的基礎上盡可能前后一致地解釋更多的物理現象︰牛頓力學幾乎能描述所有宏觀低速的運動(也包括分子熱運動和聲)；電動力學能描述大多數電磁現象；量子力學能很好的解釋微觀粒子的運動……眾所周知，目前自然界普遍存在四種力︰強相互作用、弱相互作用、電磁相互作用和引力相互作用，它們決定了現今自然界的各種物質運動。物理學的終極目標就是要將四種力統一成一種力，即所謂的大統一。
向大統一進軍的先鋒當屬愛因斯坦，當它完成廣義相對論后，立即想到要將引力和電磁力統一為一種力(那時人們還僅知道這兩種相互作用)。愛因斯坦創立廣義相對論時考慮到空間的物質分布和等效原理(慣性質量和引力質量本質上是一個質量)將時空考慮成彎曲的，從而將引力幾何化，取得了非凡的成功。他的下一個思路是︰能否將引力場和電磁場的總場幾何化來統一兩種力，幾乎半個世紀，他未取得實質性進展，直至臨終時，他對一個朋友說︰“看來我是完成不了這項事業，不久它就會被遺忘，但終有一天它會被重新喚起。”果如其所料，不久楊振寧與米爾斯發表了著名的楊－米爾斯場論，為攻進大統一的城堡打開了一個缺口，在此基礎上，蓋爾曼、格拉肖、薩拉姆和溫伯格等人迅速建立了弱電統一理論，隨后格拉肖、喬治等建立了強弱電統一理論(也有人稱之為大統一理論)。看來離最終目標僅差一步，然而很多事實表明引力可能是個例外，這一步或許是難以逾越的鴻溝。令人哭笑不得的是︰引力是人類最先認識到的一種力，到頭來對它卻最沒有把握，甚至有人懷疑它是否真的是基本的。
以上談到了物理尤其是理論發展過程中簡單性、對稱性和統一性所起的作用。它們三者並不是孤立的︰對稱則統一，統一則簡單；它們構成了物理學的美學準則。在過去，它們是評價一個理論好壞的標準；在今天，它們已成為構造一個新理論的出發點，將新理論限製到只有少數幾種可能；在將來，它們將繼續指引我們物理前進的方向，從這個意義上來講，或許比實驗更重要。
科學沒有終極解釋
我們人類的思維邏輯使我們總能對任何科學解釋再問出需要解釋的新問題，所以依靠經驗的科學無法實現終極理論。科學僅無法回答自身的問題就實在太多了，正象許多人提出的詰難。按照經驗原則給出的每一個解釋都會招致一個新的問題。這表明所有物理解釋的方式都不足以滿足理性(reason)的需要。對終極理論的最強大阻撓恰恰是我們人類總能發現科學所不能解答的問題。
理論物理學或純科學具有人類經驗的共享性，這與哲學有本質的不同。正是由于這種共享性導致物質與精神的分裂。當科學發展到一定程度我們就會問︰人類能否與"上帝"共享經驗？如果回答否，我們就會懷疑在科學上(而不是哲學上)能否實現大統一或終極理論。
物理統一理論是相對的，在科學上不存在對Everything的大統一理論。科學沒有那么大的本事。任何終極解釋都必須具有主觀或經驗非共享的特征，這樣才能避免解釋的無限循環，例如當有人非要打破沙鍋問到底的話，我說︰這是上帝的意志，你去問上帝吧。上帝的意志具有主觀性(人格化)，我們又無法與其共享。
根據量子場論，我們感受的世界包括我們自身只不過是量子態的一種偶發形式，是一種巧合。這裡並非想討論世界是否可知這個問題，因為知識有哲學和科學兩種形態，
中國古代哲學中的天人和一、太極、陰陽、八卦等還有世界其他各民族的古老哲學和宗教都能夠在一定程度上給出終極解釋以完整人們認識的邏輯。在這一點上科學無法戰勝宗教和神秘主義。也許將來人類會製造出"上帝"
--- 超級人工智能"機器"，那時候我們人類的哲學和科學才真正"統一"了。
科學猜想的要素
一、純科學或物理學的猜想必須具有物理含義，即某種無法驗証或暫時無法驗証的現象。
二、其物理含義必須有數學表達式。
否則最多只能算是評論、哲學或宗教學說。
另外，描述是由基本原理來說明複雜現象，解釋是把複雜的現象還原為簡單的原理。無論描述還是解釋都不能循環論証。
一個平凡而又神奇的故事
我的一個朋友的父親是一位大專物理教師。1999年5月2日我在他家談論<<解析時空理論>>時，這位老師提出了我從不知道的一個著名雙星攝動難題。他說如果這個理論能解決這個難題就會接受它，這個新物理理論光涵蓋已有的結論還不令人激動，如果它能夠解決現有理論無法解決的問題，就會更加証明它的正確性，就象廣義相對論解決了水星攝動問題那樣。他從一本書中找到數據並抄在紙上，讓我帶給<<解析時空理論>>的作者。我回家后立即給作者打電話，把數據告訴了他。過了不到半個小時他回電話告訴我計算結果是0.66。我又馬上打電話到朋友家，這位老師告訴我實測值是0.64，而用廣義相對論推導的攝動公式計算結果是2.34! 一個困擾學術界多年的難題用新的時空理論竟在半個小時內就被解決了。
物理統一理論無法回避的問題
科學是人們經驗共享部分的知識。盡管我們都知道對事物的觀測結果並不等于客觀存在，但很少有人質疑依賴經驗的物理理論所反映的就一定是客觀存在。例如，幾乎所有的主流物理學家都說根據相對論物質運動和信息傳遞的速度極限是光速，因為我們從未觀測到比光速更快的東西。
物理學的統一理論必然面臨觀測結果與客觀存在之間是否存在差距及這種差距的大小和本質的問題(測不準原理並不能滿意地解釋這個問題)，因為除了在基本原理上進行猜想外，我們都是用現象解釋現象。這種用現象解釋現象的范式是把某種觀測的結果用來當作本質來解釋和預測其他現象。存在是個舞台，科學實驗和觀測都是在"電視轉播屏幕"前得到的。我們只能解釋和預測"電視屏幕"上的表演，這就是科學的局限性。在絕大多數情況下，這種局限性是不明顯的。
但是當科學研究到達一定層次時采用這種解釋方式就會發生極大的困難，在這個層次上用現象解釋現象就如同行為學理論通過觀測和研究人的行為來描述人的思想(行為)。
現代物理學在高速或微觀領域中觀測的結果是相對的(時空偏轉效應)，而觀察者使用的測量單位是絕對的(地球坐標系)。在經典物理學中沒有這個差別，因為經典物理可以被看作是純粹維象的。但是我們會發現現代物理學原理的基本數學表達式中並沒有區分兩者，物理學的維象主義導致了我們對物理原理產生了錯誤的信仰，即把觀測結果當成了被觀測對象的實際狀態。這種錯誤主要反映在我們對相對論的理解和宇宙學等方面。我們干嘛不把量子狀態的不確定性等效于我們的測量單位不確定呢(時空偏轉效應)?
上帝怎麼做並非是由我們眼光所限定的。
如果我們有勇氣承認科學觀測事實與客觀存在有差別，特別是在科學研究的某個層次上這種差別(包括測量作用)已經影響到了我們的描述和預測能力以及我們通常把握客觀的思維邏輯，那么我們可以認為物理學的進一步發展是無法回避這一重大問題的。回避這個問題會讓我們永遠也解釋不清物理學的基本問題，這就是為什么對量子力學和相對論佯謬的幾十年討論始終沒有令人滿意的結果。
未來的物理學或許會含有更多的哲學味道和藝術品位，盡管科學不需要假設上帝的存在。
公理化體系
今天，公理方法在數學研究中受到普遍重視，但在自然科學研究中卻受到普遍懷疑和抑製。這種情況是與科學發展的歷史相關的。眾所周知，公理化體系最先是由歐幾裡得創立的。所謂公理本意是指人們公認的、無需証明的道理。正因為如此，歐幾裡得的幾何學一度被認為是絕對真理。但非歐幾何的出現改變了人們關于公理的觀念，特別是，面對以互為否定的命題為前提建立的不同公理體系，數學家們開始困惑了︰數學能夠揭示真理嗎？這個問題又可分解為︰數學是反映什么的？數學真理是什么真理？公理理論是純數學的還是科學的共同理論？
根據統一論對數學本質的揭示，數學是研究各種空間體系的科學理論。不管是什么數學理論，它都有著固定的空間模式，幾何學是這樣，代數學也是這樣。當然，這個空間並不是我們生活在其中的空間，而是各種不同的數學模型。我們所生活的空間是個現實的空間，而科學理論中的空間是一些抽象的空間，是由數學理論所界定的。我們每一個人都生活在同一個現實空間中，但卻生活在不同的理論空間中，而這正是構成不同的人文環境的原因。不管是對自然界還是對社會的各個方面，比如對宇宙、對政治、對經濟、對文化等領域，我們每個人都有不同的理解，而空間就是由這些理解構成的。所以說，數學能夠揭示真理，但它揭示的是一種主觀真理。
科學真理包括主觀真理和客觀真理。所謂客觀真理當然是關于客體的，沒有對客體的科學認識，就談不上客觀真理。對客體的科學認識包括定性認識和定量認識，所謂定性認識是自然哲學的任務，而定量認識則是數學的任務。所以說，自然科學就是自然哲學加數學。牛頓把它的物理體系叫做"自然哲學的數學原理"，大概就是這個原因吧。同樣，社會科學就是社會哲學加數學。從這點來看，今天我們稱為社會科學的許多理論，它們並未應用數學或對數學的應用還很幼稚，這種理論實際上還沒有進入科學階段，還只能被叫做社會哲學。
前面說過，公理化理論由于非歐幾何的出現而受到質疑。但數學家們並未因此而氣餒，相反，公理方法在今天受到數學家們的普遍青睞。他們摒棄了舊的公理觀念，不再把公理看作不証自明的道理，而把它們當做不同理論體系的邏輯出發點。所謂一個公理化體系必須滿足三個條件，這就是體系的相容性、獨立性和完備性。相容性指的是體系內部的不矛盾性；獨立性要求各公理之間不能相互証明；完備性則要求體系內的任何命題都能被証明或証偽。這種追求邏輯統一性的公理化方法實際上已經成為一種綜合性的科學研究方法，不僅適合于數學研究，也適合于邏輯學、心理學的研究和各種自然科學、社會科學的研究。
可惜的是，這種方法並未得到科學家們的重視。他們仍習慣于用經驗命題作為建立體系的基礎，而不注重追求這種經驗命題的邏輯前提。經典科學是這樣，現代科學也是這樣。統一論在建立公理化的科學理論方面作出了一定的努力。
建立數學的完備性理論是二十世紀研究的主旋律，這是科學向完備性進發的前奏。二十一世紀一定將是建立科學的完備性理論的世紀。
無論是自然哲學的數學原理、廣義相對論，還是量子力學的代表性理論，無不在理論的數學完備性上下極大的功夫。理論的數學完備性是名副其實的理論物理學家學家追求的境界。
統一理論的范式
國內外許多所謂的"物理統一理論"都是是哲學方面的，而在哲學上發展或統一物理理論要么是發現科學所不能解答的問題，要么就是用形而上學(metaphysics)的方式重新解釋已知的現象和結論。后者與宗教說教似乎沒有什么區別。
任何科學理論的發展或物理學的統一都是基本原理的突破，它可以是某種猜想，但其直接推論要依賴實驗結果使我們能夠共享。原有的科學基本原理只能被涵蓋，成為新理論結論的一部分或特例，而不是被推翻。這個過程要靠物理學而不是哲學。
不少人一再論証相對論和量子力學的"錯誤"，可相對論和量子論總是不倒。科學上總是接受最好的解釋，如果自己沒有更好的理論而去批判別人，別人是不會倒的。
在哲學上談論大統一遠比在物理上搞大統一容易得多。這種站點有很多，物理學的發展從來就沒有聽過哲學家的告誡。
物理上的大統一也許是個漸進過程，很可能是一種非常簡單而又奇妙的方法，但肯定不是大家都認為或遵守的某種范式。科學上的重大理論和發現從來沒有蜂擁而至產生的，大家都認為可行的路通常是走不通的。
我們對世界或宇宙的認識、理解和描述都來自我們已有的經驗，純科學表現在對我們經驗共享部分的語言、文字和公式描述，這種描述必須符合我們的認識邏輯。我們的認識邏輯總能讓我們提出需要解答的問題，誰也無法阻止我們對任何解釋再問一個問題。科學不能給出我們認識的終極答案或者說僅靠我們有限經驗的共享部分不能夠解答一切。如果存在非形而上學的大統一理論的話，很明顯我們會陷入認識邏輯上的自我循環。
隱藏在神秘波函數背后究竟是什么?
今天，我們必須認識到，量子理論自身還存在許多問題，即使它已出現並被廣泛應用近四分之三個世紀，即使它的大多數創立者已樂觀地認為它是一個完善的理論，即使今天量子理論的正統解釋已為人們普遍接受，隱藏在神秘波函數背后的粒子的客觀運動形式還沒有被發現。人們甚至還不清楚波函數究竟是描述什么的，以及波函數的測量投影過程是客觀的還是主觀的，亦或是一種虛幻。因此人們自然無法真正理解由測量投影過程所導致的量子非定域現象的本質，他們所依據的只能是信仰和猜測，于是重建量子理論的概念基礎，發現量子理論的真正物理解釋也許是目前最迫切的一個問題。
首先，它沒有解決理論所描述的物理對象問題，人們對于理論中所出現的波函數還沒有一個滿意的物理解釋，人們放棄了粒子的經典運動圖像，卻沒有給出粒子真實的客觀運動圖像，這一問題一直被認為具有更多的哲學味道而使實用科學家們避而遠之，但是它的解決可能為我們解決所有其它問題提供第一條線索。
其次，量子理論本身沒有解決測量問題，它沒有描述理論與經驗的連接紐帶---測量過程。在目前的量子理論中，測量過程被簡單地當作是一種瞬時的、非連續的波函數投影過程，然而對于這一過程為何發生及如何發生它卻說不清楚。為了一致地解釋這一測量過程，正統解釋求助于微觀系統和測量儀器之間的量子邊界，但是它又無法確切地描述這一量子邊界，可以說，量子邊界的存在是正統解釋的取勝法寶，同時又是它的致命弱點，這一形勢被形象化地表述于Schrodinger貓佯謬中；另一方面，一旦將測量投影過程解釋為一種客觀的物理過程，它的存在將明顯與相對論不相容，即對這一過程的描述不可能具有相對論所要求的Lorentz不變性(注︰解析時空變換已經徹底解決了這一重大問題。)，這導致了人們一直在投影過程的客觀性和相對論的有效性之間猶豫不決，從而在很大程度上阻礙了對量子測量問題的解決，並進而阻礙了人們對波函數的物理含義的探求。應當指出，越來越多的物理學家已認識到量子測量問題是目前量子理論中最重要，也是最棘手的物理問題，它的最終解決將不僅使現有量子理論更加完善，同時也將為量子理論與相對論的結合鋪平道路。
解析時空理論后續章節暫時不在Internet上公開。
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