物理學是自然科學的典范,向來以其嚴密的邏輯體系和精細的實驗手段著稱。自從十七世紀前后,伽利略、牛頓等打破前人一些錯誤的樸素直覺思維的束縛,開創這門學科以來,幾百年間取得了豐富的成果,期間還出現了幾次激動人心的“顛覆性革命”,將物理學由“古典”時期發展到近現代時期,并深刻影響和塑造了人類文明的發展歷程。
近代科學之父伽利略
但是自二十世紀中葉以來,物理學的發展略顯“沉悶”,沒有出現什么“重大突破性進展”,以至于在二十一世紀的今天,不時有人發出“物理學的發展是否已經停滯”的感嘆。因此每當有物理學界聲稱取得“革命性”成果的新聞發布時,總是會引起公眾的廣泛關注,比如上半年的那波常溫超導體事件,引發了全球范圍內的關注和參與,但是事后成果被多方實驗證偽,虛驚一場!
另一方面,受上世紀初“顛覆性革命”成功經驗的鼓舞,在網絡空間上,亦可搜尋到一群為數不多但堅定執著的非職業研究人員的“爆炸性”物理學成果。他們職業可能是農民、建筑工人、卡車司機、大學保安、圖書管理員等等,但是他們的觀點卻相當“奔放、超前與驚世駭俗”,而且無一例外,都是對當今學界主流理論的批判、顛覆與重構。
攻擊的炮火主要集中在由上次“革命”催生的近代物理學兩大支柱:相對論與量子力學相關的前沿領域——這也是今天職業物理學家工作的主陣地。標靶上鐫刻著諸如“波粒二象性、量子糾纏、超弦、時空扭曲、黑洞、大爆炸”等普通吃瓜群眾“不明覺厲”的字眼,看上去熱鬧非凡,似乎是一場未曾完結的“革命”!而物理學“古典時期”的理論,如若不是有幸與這些前沿主題相關的話則無人提及,儼然穩固的“大后方”。
鑒于這種來自少數非專業人士的“無理取鬧”的歷史由來已久,遠超互聯網流行的歷史,主流學界應該已經形成了某種集體免疫機制。盡管不能排除這些非專業人士的聲音中是否夾雜著振聾發聵的真知灼見,但是局面早已經陷入了深度的混沌狀態,可以預見,真理在這片充滿了虛妄與謊言、光榮與幻想的區域,越辯越明的幾率幾乎為零,甚至可以索性直接歸為零!
然而科學的發展并不總是一帆風順,盡是諸如電影里面原子彈試爆成功時那種群情激奮的高能時刻,甚至有時會在意想不到的地方曲折彷徨、柳暗花明!
近日,某乎上的一篇名為《論角動量守恒定律及對稱性理論的崩潰》的博文引發了一眾網友的關注,甚至有網友將其與伽利略兩個鐵球的故事相比,“終于迎來一個普通人都能懂并可以參與其中的爆擊時刻!”難道這一次歷史將重演?
由于相對論與量子力學所涉及的速度(光速)和空間尺度(原子尺度或宇宙尺度)遠遠超出我們日常生活有償經驗的范圍,且這兩個理論即便在科學界內部也素以反直覺、反常識、深奧難懂而聞名,因此對于我等普通吃瓜群眾來說,除了“不明覺厲”之外,基本上無從置喙。但是這篇博文討論的角動量守恒,跟伽利略兩個鐵球的故事一樣,尚在我們宏觀日常生活經驗的范圍,應該人人都能懂,可以做出自己的判斷!
小學課本里面都學過的緣故,兩個鐵球同時落地的故事幾乎家喻戶曉。伽利略針對亞里士多德“重的物體比輕的物體落得快”的錯誤直覺,給出來了一個推理實驗:如果這一觀點是正確的,那么把輕和重的兩個鐵球拴在一起,落得慢的就會拖住落得快的,落下的速度應當比重的鐵球慢;但是,如果把拴在一起的兩個鐵球看作一個整體就更重了,落下的速度應當比重的鐵球快,由此導出矛盾,假若承認兩個鐵球同時落地則矛盾消失!
這個思維實驗邏輯清晰、通俗易懂,閃耀著理性的光輝!如果你能夠理解其中的“矛盾”,則不用真的從比薩斜塔扔兩個鐵球下去,也可以知道亞里士多德的樸素觀點是錯誤的!
跟著名的能量守恒和動量守恒定律并列,角動量守恒定律是物理學“古典時期”的基礎理論之一,說的是“對于一個系統,如果合外力矩為零,則系統的角動量守恒”。針對角動量守恒定律,該博文首先給出了一個“來自初等力學的、直截了當的反例”,即教科書上經常出現的使用角動量守恒求解的子彈與桿撞擊的經典例題,如下圖所示,傳統解法默認子彈在撞擊前有一個初始角動量,根據右手法則其方向垂直于紙面!
基于該例題,文中也進行了一個思維實驗,增加了另外一根垂直于紙面的細桿,位置剛好可以讓子彈同時撞擊這兩根桿。如果單獨看子彈和第二根桿的系統,按照傳統解法的思路,則子彈的初始角動量應該在位于紙面內的某個方向上,那么現在子彈同時撞擊這兩根桿,其初始的角動量應該在那個方向上呢?難道說可以同時在兩個垂直的方向上嗎?這顯然很荒謬!
至此,導出矛盾,如果承認“子彈初始時只是做勻速直線運動,應該只有動量而已”,則矛盾消失。但是這樣一來,系統的角動量守恒就無從談起了,只剩下文中所宣稱的:“在一定條件下,動量和角動量可以相互轉化和傳遞這一更為基本的事實”!
對于角動量守恒定律的誤會——如果存在誤會的話,該文進一步指出,其根源在于經典理論想當然的認為內力矩成對互相抵消,對系統的角動量沒有影響,但是這些互為作用力與反作用的內力是作用在不同的物體上,用作用在桿N上內力對桿M 的轉動中心取矩是毫無意義的!對此有網友評論稱:“這一論述一針見血,直達要害的本質,簡直是醍醐灌頂,太炸裂了!”。
真是踏破鐵鞋無覓處,得來全不費工夫!經典的角動量守恒定律,居然在子彈與兩根桿的碰撞面前就崩潰了,而且其錯誤的根源也如此的“淺層”和明晰!
難道我們將又一次掙脫某種錯誤樸素直覺思維的束縛,然后物理學進入新的時代?
此外透過對稱性理論,該文終于還是將戒尺揮向了物理學的前沿的陣地:“根據源于諾特定理的對稱性理論,空間的旋轉對稱性對應著角動量守恒定律,因而美妙的對稱性理論也是虛幻的!”,“脫離了因果律和具體情境,空談時空的對稱性和美學,恐怕只是一種隱秘的欺騙與迷惑!”。
可是這一切是真的嗎?是真的嗎?那個對稱性理論背后到底有何影響?還有更多更深層次的誤會和漏洞嗎?期待各位網友和有關機構對此發表進一步的看法和驗證!
角動量守恒定律和對稱性理論的“崩潰”,到底是現代物理學的至暗時刻還是新希望的曙光,又或者只是偶然的“虛晃一槍”,讓我們拭目以待吧!
(新媒體責編:wa12)
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