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创立标准时空论 开拓物理学的新视野——记著名物理学家谭暑生教授

2009-10-05

创立标准时空论  开拓物理学的新视野——记著名物理学家谭暑生教授


 科学是各代人的共同财富。靠人们前赴后继,世代积累,才能掌握部分大自然的奥秘。人生苦短,相隔数十年之后,主驭科学知识的人就要换代。不能说前人研究过的问题,无论曾经取得过多么辉煌的成就,下一代主人就不许更动。每代人都有继承和发展科学的责任和权利。国防科技大学谭暑生教授就用自己的努力证明,后人总会做得更好,超过前人。
 爱因斯坦1905年创立的狭义相对论,作为现代物理学的基础,统治物理学百余年,爱因斯坦本人也因此成为二十世纪人类最高智慧的象征。但是,科学总是要向前发展的,不会永远停留在一个水平上。随着人类对自然界认识的不断深化,实验检验和理论思维总是要揭露原有理论的困难和缺陷,为新理论的孕育和发展开辟道路。20世纪六十年代以来,越来越多的学者对相对论提出了质疑。国防科技大学谭暑生教授经过20多年的潜心研究,终于创立了标准时空论,为物理学的创新与发展做出了重大贡献。谭暑生教授的科学探索历程为科学技术创新者树立了优秀的榜样。
 谭暑生从小学到中学毕业的学业成绩几乎期期排名第一。大学成绩出类拔萃,名列前茅。他从中学开始,不仅用心学习正课,而且阅读了许多有关学习方法、健康知识的书籍,以及人物传记和哲学著作。当时能够找到的著名科学家和政治家等人物传记,他都会如饥似渴地阅读。十五、六岁开始读哲学著作,进入抽象思维的领域。当时,卫星和原子弹是一个国家强大的显著标志,物理学的成就给全世界带来了革命性的变化,在大力提倡中国人应当对人类有所贡献的年代,他选择物理学专业,希望发现以中国人名字命名的物理学理论、方程或定律。大学四年,是谭暑生刻苦求学的年代。直至毕业,他从未踏进过任何一个公园的大门。当时没有研究生报考制度,大学毕业后他立即制定了自学计划。在毕业之后文革期间,他系统地复习加深或攻读了从数学分析开始,包括微分几何和黎曼几何在内的15门以上数学课程,和普通物理学、理论物理学的各门课程,每门课程都读了两本以上的经典教程,写了详细的提要,并做完了书后的几乎全部习题。这为他开展科学研究打下了坚实的理论基础。
 大学毕业之后,谭暑生先后在西安仪表厂、上海光学精密机械研究所、重庆自动化仪表研究所等诸多单位从事技术工作。他一面系统攻读数学和物理学,一面读工作所需要的如真空技术、薄膜技术、激光技术等技术课程,以适用工作的需要。技术工作使他接触实际,理解实践,加深了对物理学的理解,训练了相应的动手能力。二十多岁时(1971年)他就编译出版了《大功率二氧化碳激光器》一书,约40万字,这在当时的政治环境下是非常稀罕的事情。1973年谭暑生调入现在的国防科学技术大学理学院,主要从事激光技术研究和物理教学工作。1984年任激光技术教研室主任。这个角色的转变对他而言几乎没有遇到什么困难。他的深厚的数学物理学基础,良好的写作和讲演能力,都为教学和科研创造了极好的完备的条件。他的讲述生动,逻辑性强,注意结合课程内容讲述科学史和科学研究方法;注意培养学生勇于探索,严谨治学的科学精神;注意理论知识与工程实践相结合。这样的讲授,大大拓宽了学生视野的深度和广度,使学生得以学到许多从书本上学不到的知识,激起学生对物理学以至一般自然科学的浓厚兴趣。他所讲授的物理学课程受到广大学生的热烈欢迎,经常讲台上下情绪交融强烈,几乎堂堂搏得学生的热烈掌声。学生们说:“听谭教授讲课是一种享受。”学生的广泛的、衷心的欢迎才是对教师的真正奖励。
 20世纪六十年代后,现代物理学的发展出现了许多令人不安的事件,对狭义相对论的两个基本假设和它最重要的推论即光速极限性原理提出了挑战。狭义相对论存在许多概念上的困难。例如,最新一期《科学美国人》(2009年第4期)发表题为“爱因斯坦错了”的长文,指出从20世纪七十年代开始的贝尔不等式的实验检验表明,世界是非定域的,这种非定域性要求一种绝对的同时性,它对狭义相对论构成了严重威胁,甚至撼动了整个物理学的基石。
 1979年,谭暑生教授开始酝酿标准时空论。标准时空论是将洛伦兹以太论完善化、系统化,以绝对参考系原理和回路平均光速不变原理为基本假设所建立的一个严谨的逻辑体系。绝对参考系原理和回路平均光速不变原理是许多物理学家早已提出过的建议,推广的伽利略变换早先也由几位作者提出过。然而由这两个基本假设出发严格地导出推广的伽利略变换,并建立整个标准时空论(包括标准时空论电动力学)的理论体系,则是谭暑生教授的独立贡献。
 标准时空论是有别于牛顿的绝对时空观和爱因斯坦的相对论时空观,又包含绝对时空观和相对时空观合理要素的一种新的时空理论。标准时空论在基本假设的合理性、逻辑简单性和逻辑自洽性上胜于狭义相对论。标准时空论证明:观察事实和实验事实并非一定需要通常的狭义相对论,它们也与一个意义上与狭义相对论很不相同的概念相一致;那些被认为否定存在以太和绝对参考系的物理学实验,其实按标准时空论也能得到很好的解释。标准时空论能够解释狭义相对论所能解释的所有的经验事实,也能够解释狭义相对论所不能解释的经验事实,如宇宙背景辐射,天体超光速膨胀和超光速实验现象,检验贝尔不等式的远距关联实验所揭示的爱因斯坦光速极限性原理或定域性原理的破坏等。标准时空论还预见了一些迄今没被预料的新经验事实。与狭义相对论不同,而与量子力学一致,标准时空论得到同时性的绝对性,因此它允许超光速运动存在而不违背因果律。狭义相对论是标准时空论在某种情况下的近似。
 谭暑生教授创立的标准时空论逻辑严谨、数学推导正确、物理意义清晰、符合当前所有实验。标准时空论于1983年9月2日投稿,在《国防科学技术大学学报》1984年第1期上发表,其他有关的论文也先后发表在几种杂志上,并于1992年出版了专著。2007年12月湖南省科学技术出版社出版了谭暑生教授的《从狭义相对论到标准时空论》一书,457页,约57万字。
 《从狭义相对论到标准时空论》一书对爱因斯坦狭义相对论作了深入和清晰的阐述;叙述了狭义相对论面临的疑难和挑战;同时第一次全面、详尽、深入地阐述了标准时空论;介绍了时空观理论研究和实验研究的最新进展,以及如何运用作者的标准时空论克服和应对狭义相对论面临的疑难和挑战。全书物理概念清晰、逻辑分析严谨、数学推导详尽准确,充分地体现了科学著作的严谨性、新颖性、通俗性和可读性。叙述连贯、流畅、透彻,深入浅出;语言规范、准确、生动。
 标准时空论发表之后,著名科学家钱学森,原中国工程院院长宋健、国际著名物理学家德•埃斯帕纳、贝尔,以及国内外许多知名教授都给标准时空论以高度的评价。
 白铭复教授认为,标准时空论是有别于牛顿的绝对时空观和爱因斯坦的相对论时空观的一种新的可能的目前物理学所允许的时空理论。法国理论物理学权威、著名物理学家德•埃斯帕纳给谭暑生教授的信中写道:“你有很好的观点,你完全独立地证明了,实验事实(包括闭合光路实验)并非一定需要通常的狭义相对论,它们也与一个意义上与狭义相对论很不相同的概念相一致。这一点,我以前是不知道的,与我讨论过这方面课题的物理学家中也几乎没有人知晓这个事实。”
 著名科学家钱学森早在1984年春节,看了谭暑生的论文,便向一位院士(当时为国防科技大学教授)说:“科大真有人才!”他写信指出“标准时空论成立”。从那时开始的十多年间,他先后亲自给谭暑生写了三十多封信,先后三次接见他,并多次向国防科技大学校长和政委提出建议,要学校支持谭暑生的工作。他给作者提出建议,推荐其论文到刊物上发表。他对作者“致力于理论工作表示敬意”,鼓励作者“什么也不怕,胜利总要到来!”“中国的事总是一步一步向前发展的,明年一定会比今年好!”“请相信日子会好起来!”
 中国科学院院士、中国工程院院长宋健为《从狭义相对论到标准时空论》写了序言。宋健院士在序言中指出:“谭暑生教授沥20多年的心血,创立标准时空论。作为一个自洽的新体系,它继承和综合了牛顿力学和爱因斯坦狭义相对论的基本思想和成就,蕴涵了已知,又有创新,廓清了原有的悖论,开拓了新的视野,对物理学的发展具有重要意义。”
 2007年9月18日,《科技日报》发表了题为《深耕基础 挑战权威——物理学家谭暑生教授创立标准时空论》的长篇报道。报道指出:“谭暑生教授这种敢于质疑权威、勇于科学探索的创新精神,在任何社会、任何时代都是值得称赞的。”
 中国科学院院士、全国人大教科文卫委员会副主任程津培2009年1月14日给谭暑生的信中写道:“我能通过您的书学习了解到近代物理学这项重大理论创新成果。我对您甘坐冷板凳,敢于挑战权威,几十年如一日地艰苦探索表示由衷的敬佩。中国太需要您这样毕生将追求真理为已任的科学家了!也对您所取得的科学成就表示衷心的祝贺。” “一个具有本质性的原创理论的确立和被接受,可能需要漫长的过程,几十年甚至更长。真正的科学家有这个耐心,您几十年的理论追求也已充分证明了您的这种优秀特质,极为难得和弥足珍贵。但我相信我们都应该能够等到这一天。”
 新书出版之后,读者反响很好。此书获得中华人民共和国新闻出版署颁发的第二届(2008年)中国原创图书奖。往后的首要任务是筹措经费,开展时空理论判决实验的检验和证实。
 谭暑生教授说:“人类的科学创新发展史在某种意义上可以说是一部蒙难史。哥白尼(日心说)、伽利略(力学)、玻尔兹曼(统计物理学)、麦克斯韦(电磁理论)、伽罗华(群论)、康托尔(集合论)等等(还有许多例子)都有遭受长期冷遇、辱骂攻击,不得善终的结局,尽管现在我们几乎人人、几乎天天都得益于他们的理论发现。不能认为,今天这种情况已经有了根本的改观。”“尽管人类思维的惰性和民族百年屈辱史的阴影是一种可怕的力量,但是每当我想到,中国人民和中华民族其实很需要有中国人自己创立的为世界科学共同体所接受的自然科学的基本理论发现来增强自信和壮我国威,我就更感到应当好好努力和好好争取之。不论社会怎么评价,我将努力地追求,目标始终如一,期待着对科学作出贡献,并且最终获得社会的承认。即使面对麦克斯韦式的困境,我依然会不懈地探索,愉快地面对未来和人生。”
 我们期待,谭暑生的标准时空论会在后续的实验研究中不断得到证实,取得更加辉煌的成就。
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