刘泰祥匆匆地去了又归来,前后仅仅两个月的时间。妻子静静地听他讲述这两月的经历,听到他提起课堂上的失望,心里竟然有那么一丝儿高兴;当听到他还要在这条路上继续走下去时,却还是表示了支持。
早在《系统相对论导论》初稿完成时,刘泰祥就先后向《中国科学》、《物理》、《自然杂志》、《山东大学学报》等期刊投稿。当他豪情万丈沐浴着明媚阳光一头钻进“相对系统论”的创建工作中时,随着一封封接踵而至的退稿信,像被一场瓢泼大雨凉透了火热的心。退稿信仅寥寥数语,刘泰祥看着它们陷入了沉思:
“也许他们把我视为了社会上那些质疑现代科学而又拿不出充分理由的众多‘民科’中的一员,这才采取了‘不否定’、‘不理会’的惯用方式予以处理。毕竟当今这样的‘民科’众多,他们也许早已习以为常见怪不怪。他们有自己的期刊政策和选文标准,退稿自有他们的道理。更何况,即便是名扬天下的爱因斯坦,他22岁时的博士论文,不也被理工高校的导师批得体无完肤,惨遭退货!”想到这里,刘泰祥的心情顿然平静,他长嘘一口气后开始反观自身:
“倾注我全部心血的稿件,毕竟还仅仅处于有了一个新的想法的阶段,论点都是一些‘离经叛道’的新观点,怎么可能让编辑们接受!更何况,‘系统相对论’是一种研究方法,就像是仅仅有了盖房子的工具,而房子还只是大脑中的一幅想象图;更重要的是,房子要建在什么基础上也还一无所知……”
刘泰祥忍不住笑了,他是在笑自己。笑过之后,他的心境平复如水,赶紧把《系统相对论导论》再认认真真地修改一遍,于5月初把定稿发给曾被聘为中科院过程工程研究所的蔡博导和大学同窗马小可。
蔡博导在阅读了刘泰祥《系统相对论导论》后,于2010年5月8日率先对刘泰祥表示了自己的看法:“发现这些现代物理学没有给出解释的现象很有意义,我赞赏你致力于创新现代物理学知识、挑战现代物理学难题的精神。”
“信仰是个鸟儿,黎明还是黝黑时,就冲着曙光而讴歌了。”对于一个具有创新天赋的人来说,刘泰祥是个每天都会涌出大量新想法的人。把资料寄出去之后,他对《系统相对论》第0版立刻又有了修改的愿望,并且有了一天多似一天的具体完善内容。可这次他忍着,一直忍着,想等看到大学同窗马小可的评论后再做。
2010年5月27日,刘泰祥终于看到了马小可的回复邮件。马小可在邮件中充满激情地对他说:
“如果,你认为你的理论是正确的,哪怕是一小部分是正确的,那都是对理论物理学的巨大贡献。因此,你要坚持不懈地完善你的理论,直到将其完善,或者将其埋葬。大道至简,但我认为获得大道的过程并不简单……应重点论述你的理论基石,你对世界和物理的认知,就像哲学中的世界观和方法论,尽量做到深入浅出……”
作为一个内心充满谦卑和感恩的科学家刘泰祥,博导和挚友的评价与鼓励都超出了他的预期。他不止一次地读着他们的真诚指教和温馨鼓励,眼里充盈着泪水。对于马小可这位挚友,刘泰祥是充满感恩的。他后来曾向笔者说:“包括后来与马小可的无数次交流,对系统相对论的构建是不可或缺的,他的一些建议,在我犹豫彷徨时帮我明确了努力的方向,在我遇到困难和挫折是给予我力量,使得后续工作得以不断推进。”
“人生最高之理想,在求达于真理。路漫漫其修远兮,吾将上下而求索。”刘泰祥忍不住拿出纸笔写下这两句话,将整个身心和全部精力,再次投入到寻找系统相对论根基的工作中。
他如饥似渴地研读各种物理书籍——近代物理、引力理论、原子核物理、光学、电磁学、量子力学、普通天文学、物理学词典、量子物理、普通物理学等——近二十本书,常常同时有多本翻开在那里,书中写满各式的批注,刘泰祥要深解物理理论,透彻不同理论、概念之间的内在联系。他还成了新华书店里的常客,“在学习中研究”成了他的一种工作方式。
经过一番充电后,2010年7月,刘泰祥在梳理了几个月以来的研究与思考后,决定继续沿着3月份提出“本原物质存在不同状态”的假设进行研究。经过一番深思熟虑后,刘泰祥试着做出了一个新论断:“物质是指宇宙中的一切客观存在,它存在自由态和束缚态两种状态;自由态的物质称作光子,束缚态的物质称作物体;光子是物质的一般形态,物体是物质的特殊形态、是物质的高级形态,在一定条件下二者可以相互转化。”
这是刘泰祥探究物质本质的第二次尝试。可喜的是,这一次将3月份 “按有无质量区分的物质两种状态” 的假设提升为“自由态”和“束缚态”的“二态物质”观点,不自觉中甩开了“质量”概念的羁绊。现在看来,这个观点的具体内容是有局限性的,但甩开了“质量”概念羁绊的“二态物质”概念却已经在他的内心深处扎下了根,这为后来“一元二态物质观”的最终建立铺平了道路。
接下来,刘泰祥的思维一直在“自由态”与“束缚态”、“光子”与“物体”、“相互转化”等概念中间来回穿梭;他是那样迫切地渴望理清这些概念之间的内在联系,结果却处在一种欲理还乱的感觉中;直到2010年7月15日那个凌晨之后的第八天的又一凌晨,他在窗前站了很久。远处的天际从黝黑变得模糊,然后一点鲜红从中透出,渐渐地扩散开来……
“这些概念之间的内在联系到底是什么?”从站在窗前的那一刻开始,刘泰祥就一直反复不断地这样问自己。
疲惫不堪的他终于闭上眼睛。他想养一养神,由着脑子漫无目的地惯性空转一会;但心却不愿停下,仍然不由自主地反复问着:“这些概念之间的内在联系到底是什么?”他突然感到灵光在心中闪现,睁开眼来,却惊讶地看到太阳初出地平线的那一刻:
耀眼的光芒刺破苍穹,整个城廓瞬间明亮起来;金色阳光照耀下的远山近树,更是美得不可语言。刘泰祥的心被深深地震撼着,一时变得格外柔软。“她温暖你几度韶华,你却从没用心欣赏过她!”他的这句打油诗刚刚出口,心中倐然冒出两个字:“概念!”
他禁不住眼前一亮,喃喃自语道:“对,‘概念’!‘物理概念’!”当刘泰祥冷静下来后,立即开始着手研究物理学中众多概念的物理意义及其内在联系。
当“二态物质”研究推进不下去的情况下,刘泰祥不自觉地又一次调整了研究的方向。现在看来,这些研究方向的调整都是极其重要的,因为这都是为最终解决“二态物质”问题而架桥铺路。
刘泰祥深知“概念”在物理学中的基础性和重要性,在接下来的工作中,他努力地尝试着把物理学中众多概念一一分类,进行仔细而深入的研究。
通过对众多物理概念不断地对比分析、综合概括,刘泰祥发现,有些物理概念是对物质世界基本属性的定义,比如时间、长度等都是基本概念;有些物理概念是在基本概念基础上建立起来的,比如速度,它是两个基本概念――长度与时间的比值,是从基本概念衍生出来的。
功夫不负有心人,十余天后刘泰祥终于得出一个新的论断:
“物理学中的概念可分为基本概念和衍生概念两大类;基本概念是对物质本性的不同侧面属性的一种定义,是第一性的,是物质的一级概念;衍生概念是从基本概念推导出来概念,是第二性的,是物质的二级、三级甚至多级概念;基本概念是物质的本质概念,衍生概念是对物质在特定条件下所呈现性质的一种定义,属现象概念范畴;一切用衍生概念建立的理论,都可以在找出它的适用条件后用本质概念进行有效解释。”
这是一个非常有价值的想法。一路走来,类似这样的想法有很多;正是这诸多有价值的想法,不断地充实着他的物理理论积淀,不断地丰富着系统相对论的内涵,也使最终解决“二态物质”问题的条件日趋成熟(只是当时并没有充分认识到这一点罢了)。看着系统相对论一天天在充实,刘泰祥愈发自信满满。回想到几个月以来的酸甜苦辣,他情不自禁地哼唱起《让我飞得更高》。
2010年8月,刘泰祥在研究质量概念的过程中又提出了一个思想实验:“在没有外界引力的真空中,圆球A表面上有一个物体B,B沿着A的表面不断加速运动,当速度超过v0时,B就会飞离A。现在根据相对性原理,以B为参照系来描述这个过程:紧挨着物体B的球A,自转角速度ω不断提升,当转速超过ω0时,A就会漂离B。这时B感受到A的质量为零。”由此他得出这样一个观点:“物体的自转,会改变它的外观质量。”
在接下来的几天里,刘泰祥全神贯注,沿着这样的一个思路继续研究;结果得到了一些诸如“相对质量”、“负质量”这么些新概念,却发现这只是现有理论的另外一个视角而已,无法得到他真正想要的东西。
刘泰祥深知:创建一个新理论绝对不可能是一帆风顺的,走一些弯路、遭受各种挫折都是难以避免的,也是必须要经历的,重要的是,发现方向出错或推进不下去时,能够勇于承认并敢于进行新的尝试,从而重新摸索到正确的道路上来。明白了这一点,刘泰祥再次调整了思考的方向,结果很快有了可喜的收获。9月初,刘泰祥对温度概念进行了一个论证:
“现代物理学认为真空也是有温度的,而我们知道真空中是充满光子的。常温下火焰温度高,是因为火焰中的化学反应释放出大量光子,致使火焰中的光子密度较高。因此温度的本质就是光子的能量密度,温度的高低是由光子密度的大小决定的。”
刘泰祥一字一字的念完这个论证后,提高声音大声喊着:
温度的本质就是光子的能量密度!
刘泰祥为这个颠覆性的结论兴奋不已,两眼放着习习的光辉。他迫不及待地把这个结论放在整个宇宙中去思考,很快就得出一个对宇宙全新的理解:
“如果将宇宙中所有光子看作是一个光子池,那么自然界中所有物体都浸在这个光子池中,宇宙本身就是光子和物体的混合物。不论任何物体,随着光子密度的增大,都会由固态变为液态、气态、等离子态直至被光子池完全溶解为光子。”
刘泰祥为自己这个源自于灵感的理解宇宙的新视角激动不已,深深地感到一个梦寐以求的创新理论已经越来越近!这样的自信凝聚了他的全部精力,更加废寝忘食地投身于研究中。在对量子场论,尤其“真空涨落”和“真空凝聚”进行深入学习研究后,刘泰祥再提出一个大胆的构想:
“真空中是含有大量光子的,没有光子的绝对真空是不存在的。因此,对于‘真空涨落’和‘真空凝聚’,我们完全可以这样来进行描述,即:光子是物质存在的基本形式,光子之间可以发生相互作用。一方面,光子会出现凝聚和裂解(所谓消失应是光子飞出观测范围或裂解为更小的光子而观测不到);另外一方面,光子的凝聚会产生有质量的粒子,有质量的粒子会凝聚成更大的粒子,当然这些有质量的粒子也会裂解为较小的有质量粒子或光子。”
在这里,刘泰祥初次建立了无质量的光子与有质量粒子相互转化的关系,不觉中预言了质量起源,然而这时他的注意力并没有放在这儿。接着,在这个构想的启发下,结合以前关于光子的一系列思考,刘泰祥灵感涌现,提出了一个全新的基本粒子(物质基元粒子)模型和光子模型:
基本粒子是构成光子的基本单位,(后来)称作cn粒子。cn粒子是物质的最基本粒子,也是最小的光子。我们可以假定cn粒子是类似硬币的极其微小的圆片,它以圆片中心垂直线为轴线高速旋转,并形成自旋场(可以理解为磁场),圆片的两个面就是场的两极N和S(引用磁场的表示方法)。cn粒子携带一份能量。光子就是由cn粒子叠加而成的棒状粒子。
至此,刘泰祥终于用他的“系统相对论”研究方法,找到了他梦绕魂牵的那个宇宙中最小的“系统”——cn粒子!这就是刘泰祥所构建的“宇宙之砖”的最早雏形!这一天是2010年9月19日,是值得纪念的日子!
虽然这个基本粒子模型还很粗糙,但cn粒子的提出,无疑是一个重大的突破性进展!这时的刘泰祥,比以往任何时候都更加自信!而对那些劝他迷途知返甚至冷嘲热讽的人更加不屑一顾,同时对那些鼓励他坚持不懈和继续前行的人心怀感激。是的,刘泰祥所构建的新的物理大厦就要奠基了!
一个人的生命实在太过短暂,而我们面临的无知却是无限的存在。个人的努力或许微不足道,可今天人类对世界的一切认知,开始都是由无数单个人的努力首先探究到的。就在2010年9月的那个夜晚,刘泰祥对自己说:“我现在已然找到一个支点,正在撬动整个地球。”因为兴奋,他将这句话连说了三篇,然后来到窗前,透过窗棂,刘泰祥对着幽幽蓝天中伫立的一轮洁净月亮发誓:
“我必须竭尽全力去追求一个伟大的结果,过程中的艰辛与冷落,我都必须欣然面对,只当成是激发自己勇往直前的动力。”
月亮赞许地闪了闪,赞赏地点点头隐进深色的云层中。刘泰祥知道月亮一定还会再露面,只是他需要去寻找系统相对论的根基,等不及再看一眼快步地走到书橱前。刘泰祥抽出一本书,神遊于字里行间……
“广义相对论和量子理论都包含有若干正确的内容,否则它们不可能有如此强大的生命力;可是相对论和量子理论的互不相容说明:两者不可能都正确,至多有一个是正确的,或者它们都错了。这么看,天才的爱因斯坦以及他那伟大的相对论,在科技发展历史的长河中也许只能是来去匆忙的过客。”刘泰祥的脸上露出一丝遗憾,他为自己崇拜的爱因斯坦惋惜。
“其实这应该是件好事,科学的发展,就是出现新的观念来替代旧的。既然广义相对论和量子理论在认识宇宙中出了问题,现在正确的做法,就应该综合人类迄今为止的全部智慧,以精确实验和观测结果为基础,构建一个普适的物理理论,进而解决当前面临的各式各样的问题……”
刘泰祥想了很多,想得很深很深。临末他告诉自己:“有一点我必须坚持:一定不能排斥相对论的有益结果,承认并且善于利用相对论和量子理论包含的正确成分。我必须借助于巨人的肩膀,才能站得更高,看得更远。”
手中已经有了cn粒子模型和光子模型后,刘泰祥已经清楚地意识到:这个棒状光子模型就是爱因斯坦提出的光子的具体化,而这个cn粒子似乎与普朗克提出的“能量子”存在着某种关联。于是,刘泰祥开始重新审视起普朗克的能量子和爱因斯坦的光子来。
1900年,普朗克从适用于高频的维恩位移定律和适用于低频的瑞利-琼斯分布公式,拟合出了普朗克黑体辐射公式,这个公式完全符合于实验。为了给出公式的解释,普朗克认为,产生电磁波的源可看成是“谐振子”,进而假设谐振子的振动能量(Er)只可能取离散值,即Er=nhv0=nε0。与此不同,1905年爱因斯坦假设电磁波(光)本身是量子化的,即光由粒子组成,这种粒子称为光子,光子的能量Ev=hv,进而给出了光电效应的解释。
经过一番考查与研究,刘泰祥终于弄清了普朗克的量子公式和爱因斯坦光子公式的内在关系,论证道:
谐振子的概念是普朗克为了理解他的黑体辐射公式而提出的一种假设,它未必是一种真实的存在,因为谐振子无法被直接观测。事实上,实验中是通过观测谐振子发出的光子来间接理解它的。换言之,谐振子的能量Er是通过它发出的光子的能量Ev反映出来的,可见Er与Ev是完全等价的概念。于是有:Ev= Er =ε0。在这个公式中,ε0不再是谐振子中的能量子,而应理解为光子中的能量子。
刘泰祥结合提出的由cn粒子构成的光子模型,得出结论:
cn粒子就是普朗克的能量子,就是人类梦寐以求的“宇宙之砖”。
由此,刘泰祥站在普朗克和爱因斯坦的肩膀上,实现了cn粒子与普朗克能量子的统一,进而实现了普朗克能量子和爱因斯坦光子的统一。
实际上,cn粒子与普朗克能量子的统一意义远超出了“统一”本身。这个“统一”更大的意义在于,普朗克黑体辐射公式成为“cn粒子”存在的理论依据,人们做过的黑体辐射实验成为“cn粒子”存在的观测证据。换言之,刘泰祥提出的“cn粒子”在一百多年前就已经从理论和实验观测这两方面给予证实,只是当时人们把它误认为了“谐振子”的“量子性”罢了。即使一百多年后今天,让人们接受“cn粒子”这个事实,也不是一件容易的事情。
这个具有划时代意义的统一,能够进一步统一电子、质子等更多的粒子吗?
注:本文根据杨雪舞著《拿到解开宇宙万物之谜钥匙的奇人刘泰祥》一书的第三章“cn粒子横空出世 实现普朗克能量子与光子统一”整理,该书是杨雪舞著合集《百姓的故事》的一个单印本。返回搜狐,查看更多