時空觀與物理學

摘 要：有別於現代物理學以牛頓力學方程和哈密頓方程為基礎的機械力學思維，本文提出了有機世界的基於關係實在的、本質性的廣義信息熵及最大流原理，建立了基於新時空觀的新物理學，導出了新動力學(ξ 方程)，對力也有更本質的理解，可以對時空、力、物質、生命、宇宙、有序結構、複雜系統等萬物基於關係實在的、滿足最大流原理的產生過程進行描述。新物理學框架可克服現代物理學遭遇到的幾乎所有問題;在應用方面，本理論提供一套解決問題的全新思路，在研究具體複雜系統方面也已有廣泛的運用。

關鍵詞：時空觀;力;關係實在;廣義信息熵;最大流原理(MFP)

1 引言綜觀整個現代物理學的發展史，自牛頓的獨立於物質的絕對時空觀以來，科學史曾經歷了時空和物質運動相耦合的相對論時空觀、量子力學的超弦高維時空觀等幾個階段，這些可以説是公認的時空觀革命。但這些時空觀出發點是基於主客觀分離的機械力學還原論邏輯，在時空背景上是定義質點、力、速度、加速度、動量、能量等參量(有可積的能量或哈密頓函數)，核心是牛頓力學方程和哈密頓方程。這決定了現代物理學的基調是大都具有決定性結構和時間可逆的機械力學特性，顯然與現實世界不相符合，藴涵着深刻的邏輯缺陷，只能是過渡階段的時空觀及物理學，目前正遭遇到重重困難：量子引力的統一場問題、宇宙起源、奇點、黑洞、量子測量坍塌、混沌、湍流、時間佯謬(熵)、自組織和生命悖論(負熵)、G?del 不完備性等等。現代物理學似乎已逼近一個非如此不可的邏輯結構，從某種程度上講，理論如此發展是因為再無它路可走。結合近幾十年來開始考慮的開放條件下的有機宇宙演化問題，我們可以合理地懷疑這些既成事實的理論的自然理性邏輯體系是不完備的、自洽的。

物理學是否有可能走面貌完全不同的另一條路?抑或物理學科至今人們對宇宙實在、力和時空的理解都是錯的或至少是片面的?起點不應是牛頓力學方程和哈密頓方程?為回答這個問題，有必要質疑，宇宙實在究竟是什麼?時空究竟是什麼?力是什麼?何為慣性系?物理學究竟該是什麼樣?對這些問題的回答無疑需要一次新的時空革命及新物理學大廈的重建。

我們認為，重建物理學大廈的前提是如何正確認識宇宙實在、時空和力的本性。由於世界的有機性、主客體融合性、無邊無際的耦合網絡性，主張“時間、空間、力、運動、流變是人類在洞察和區分差異的過程中產生的，是一種主客體融合的整體而不是可以按機械力學來還原的.，即與信息或熵聯繫在一起”是必要的。目前，沿着這條路徑，興起了熱力學時空、耗散結構時空、系統時空、自組織時空觀、周易時空、中醫時空、分形與混沌時空、TOPOS、湧現時空、非交換時空、自旋網絡、熱引力、黑洞熵、哈代及Jaynes、惠勒等人的量子信息觀、引力就是熵力的理論、Frieden 理論等諸多不成形的定性論述的時空觀及新物理學[1-3]。

這些新時空觀和物理學越來越接近原汁原味的自然整體，越來越傾向於認為時間與空間是我們人類在洞察和區分差異的過程中產生的，也即更多地關注了全息原理、熵和信息。可以説是從整體論的信息或熵的角度重新理解力(能量、哈密頓量或最小作用量)，從而實現對物理學的重建。只不過這些思路仍然深深地根植於現代物理學的還原邏輯(牛頓力學方程和哈本課題得到國家自然科學基金、國家重點基礎研究發展計劃資助。

可以説，“時間、空間、力究竟是什麼”至今仍是一個激起人們強烈感情和疑惑的問題。

2 理論

2.1 經典的處理方法，世界處於無窮無盡的耦合之中，對象本來是不可隔離的有機整體，或者説宇宙就像一張巨大的全息圖。

(1)式中，能量或哈密頓函數H 是可積的，即可分解或還原的。以此為基礎，逐漸出現了電磁場理論、相對論、量子力學和統計力學，形成了物理學發展的標準模式。

2.2 經典處理方法的的問題及挑戰不難看出，把注漿充填研究對象還原式地取出來後將它與其餘部分的相互作用或聯繫定義成一個抽象的力，建立牛頓力學方程(這種方法也表示對應有可積的能量函數、哈密頓函數或作用量函數，即哈密頓力學方程)，這種力(或能)其實是一種簡化和抽象。因此，更實質的問題就是，既然這種還原式的邏輯方式僅是一種簡化的處理方式而已，那麼我們或許應對它進行質疑：它是惟一的、不可爭議的建立物理學的途經嗎?牛頓力學方程或哈密頓力學方程是發展物理學的基礎方程嗎?

今天已有諸多的先驅研究表明，對還原邏輯進行質疑是必需的。普里高津學派長期反對物理學確定的、可逆的時空觀和動力學，認為物理學應有全新的時空和動力學，他發現了幾乎在所有領域，能量函數、哈密頓函數或作用量函數都是不可積的，深刻揭示了物理學的陰暗面;邢修三指出用牛頓力學方程(包括哈密頓方程、劉維方程)作為物理學的基本方程是有問題的，物理學可能先天就是隨機的，滿足反常劉維方程，這也是對物理學的挑戰;歐陽等人指出牛頓力學的規則理論沒法描述很多非規則現象，深刻地揭示了力學還原論的邏輯漏洞;楊本洛對整個自然科學體系的邏輯悖論進行了深刻的批判。另外，最新研究暗示，萬有引力乃至量子力學中描述奇異量子現象的電磁力、強相互作用力、弱相互作用力就是熵力或信息力，而熵力或信息力就是關係的不斷區分並會趨向最大化，是一種整體統計結果而已，這意味着自牛頓以來的所有的力都不是基本的和可還原的，是對現代物理學中力及相應時空觀的嚴肅質疑。

其實，顯而易見的是，根植於還原邏輯的現代物理學已直接導致了巨大的困惑。首先是量子引力，如彭羅斯等指出的，相對論中的奇點或黑洞熵、量子測量坍塌、相對論與量子力學的不統一就暗示着現代物理學或許從