时空观与物理学

摘要：有别于现代物理学以牛顿力学方程和哈密顿方程为基础的机械力学思维，本文提出了有机世界的基于关系实在的、本质性的广义信息熵及最大流原理，建立了基于新时空观的新物理学，导出了新动力学(ξ 方程)，对力也有更本质的理解，可以对时空、力、物质、生命、宇宙、有序结构、复杂系统等万物基于关系实在的、满足最大流原理的产生过程进行描述。新物理学框架可克服现代物理学遭遇到的几乎所有问题;在应用方面，本理论提供一套解决问题的全新思路，在研究具体复杂系统方面也已有广泛的运用。

时空观与物理学

关键词：时空观;力;关系实在;广义信息熵;最大流原理(MFP)

1 引言综观整个现代物理学的发展史，自牛顿的独立于物质的绝对时空观以来，科学史曾经历了时空和物质运动相耦合的相对论时空观、量子力学的超弦高维时空观等几个阶段，这些可以说是公认的时空观革命。但这些时空观出发点是基于主客观分离的机械力学还原论逻辑，在时空背景上是定义质点、力、速度、加速度、动量、能量等参量(有可积的能量或哈密顿函数)，核心是牛顿力学方程和哈密顿方程。这决定了现代物理学的基调是大都具有决定性结构和时间可逆的机械力学特性，显然与现实世界不相符合，蕴涵着深刻的逻辑缺陷，只能是过渡阶段的时空观及物理学，目前正遭遇到重重困难：量子引力的统一场问题、宇宙起源、奇点、黑洞、量子测量坍塌、混沌、湍流、时间佯谬(熵)、自组织和生命悖论(负熵)、G?del 不完备性等等。现代物理学似乎已逼近一个非如此不可的逻辑结构，从某种程度上讲，理论如此发展是因为再无它路可走。结合近几十年来开始考虑的开放条件下的有机宇宙演化问题，我们可以合理地怀疑这些既成事实的理论的自然理性逻辑体系是不完备的、自洽的。

物理学是否有可能走面貌完全不同的另一条路?抑或物理学科至今人们对宇宙实在、力和时空的理解都是错的或至少是片面的?起点不应是牛顿力学方程和哈密顿方程?为回答这个问题，有必要质疑，宇宙实在究竟是什么?时空究竟是什么?力是什么?何为惯性系?物理学究竟该是什么样?对这些问题的回答无疑需要一次新的时空革命及新物理学大厦的重建。

我们认为，重建物理学大厦的前提是如何正确认识宇宙实在、时空和力的本性。由于世界的有机性、主客体融合性、无边无际的耦合网络性，主张“时间、空间、力、运动、流变是人类在洞察和区分差异的过程中产生的，是一种主客体融合的整体而不是可以按机械力学来还原的，即与信息或熵联系在一起”是必要的。目前，沿着这条路径，兴起了热力学时空、耗散结构时空、系统时空、自组织时空观、周易时空、中医时空、分形与混沌时空、TOPOS、涌现时空、非交换时空、自旋网络、热引力、黑洞熵、哈代及Jaynes、惠勒等人的量子信息观、引力就是熵力的理论、Frieden 理论等诸多不成形的定性论述的时空观及新物理学[1-3]。

这些新时空观和物理学越来越接近原汁原味的自然整体，越来越倾向于认为时间与空间是我们人类在洞察和区分差异的过程中产生的，也即更多地关注了全息原理、熵和信息。可以说是从整体论的信息或熵的角度重新理解力(能量、哈密顿量或最小作用量)，从而实现对物理学的重建。只不过这些思路仍然深深地根植于现代物理学的还原逻辑(牛顿力学方程和哈本课题得到国家自然科学基金、国家重点基础研究发展计划资助。

可以说，“时间、空间、力究竟是什么”至今仍是一个激起人们强烈感情和疑惑的问题。

2 理论

2.1 经典的处理方法，世界处于无穷无尽的耦合之中，对象本来是不可隔离的有机整体，或者说宇宙就像一张巨大的全息图。

(1)式中，能量或哈密顿函数H 是可积的，即可分解或还原的。以此为基础，逐渐出现了电磁场理论、相对论、量子力学和统计力学，形成了物理学发展的标准模式。

2.2 经典处理方法的的问题及挑战不难看出，把注浆充填研究对象还原式地取出来后将它与其余部分的相互作用或联系定义成一个抽象的力，建立牛顿力学方程(这种方法也表示对应有可积的能量函数、哈密顿函数或作用量函数，即哈密顿力学方程)，这种力(或能)其实是一种简化和抽象。因此，更实质的'问题就是，既然这种还原式的逻辑方式仅是一种简化的处理方式而已，那么我们或许应对它进行质疑：它是惟一的、不可争议的建立物理学的途经吗?牛顿力学方程或哈密顿力学方程是发展物理学的基础方程吗?

今天已有诸多的先驱研究表明，对还原逻辑进行质疑是必需的。普里高津学派长期反对物理学确定的、可逆的时空观和动力学，认为物理学应有全新的时空和动力学，他发现了几乎在所有领域，能量函数、哈密顿函数或作用量函数都是不可积的，深刻揭示了物理学的阴暗面;邢修三指出用牛顿力学方程(包括哈密顿方程、刘维方程)作为物理学的基本方程是有问题的，物理学可能先天就是随机的，满足反常刘维方程，这也是对物理学的挑战;欧阳等人指出牛顿力学的规则理论没法描述很多非规则现象，深刻地揭示了力学还原论的逻辑漏洞;杨本洛对整个自然科学体系的逻辑悖论进行了深刻的批判。另外，最新研究暗示，万有引力乃至量子力学中描述奇异量子现象的电磁力、强相互作用力、弱相互作用力就是熵力或信息力，而熵力或信息力就是关系的不断区分并会趋向最大化，是一种整体统计结果而已，这意味着自牛顿以来的所有的力都不是基本的和可还原的，是对现代物理学中力及相应时空观的严肃质疑。

其实，显而易见的是，根植于还原逻辑的现代物理学已直接导致了巨大的困惑。首先是量子引力，如彭罗斯等指出的，相对论中的奇点或黑洞熵、量子测量坍塌、相对论与量子力学的不统一就暗示着现代物理学或许从

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