牛頓說：“如果說我比別人看得更遠些，那是因為我站在了巨人的肩膀上。”科學(xué)的金字塔正是這樣一代一代壘成。要能站到巨人的肩膀上并非易事，而從塔尖上看到的風景的廣袤和壯美，遠不是常人可以想見的

譚暑生教授

        少有人走的路

        我們從小就處在普世真理的包圍之中，對于那些發(fā)現(xiàn)真理的科學(xué)家總是充滿景仰。那些為人類發(fā)展做出卓越貢獻的學(xué)術(shù)巨擘，例如牛頓、愛因斯坦，單是提到他們的名字就會讓人心生敬意。在人們的眼中他們是真理的化身，少有人去質(zhì)疑，更鮮有人去挑戰(zhàn)，去超越。
        17世紀前后的歐洲科學(xué)界可謂眾星璀璨，大師云集，哥白尼、伽利略、開普勒、笛卡爾等人在天文學(xué)、力學(xué)、光學(xué)、數(shù)學(xué)等方面均做出了非凡的創(chuàng)見。在這種學(xué)術(shù)氣氛中，一代學(xué)術(shù)巨匠應(yīng)運而生。
        牛頓總結(jié)和發(fā)展了伽利略等前人的知識，獲得了輝煌的成功。1687年牛頓出版了著作《自然哲學(xué)之數(shù)學(xué)原理》，以牛頓運動三定律和萬有引力定律為主線，以微積分為工具，巧妙地構(gòu)造出他的力學(xué)體系。牛頓經(jīng)典力學(xué)體系的建立，是物理學(xué)史上第一次偉大的綜合，是人類認識史上的一次重大飛躍。牛頓的《原理》被公認是科學(xué)史上最偉大的著作，是科學(xué)文獻皇冠上的一顆寶石。300多年來，它一直是全部天文學(xué)和物理學(xué)思想的基礎(chǔ)。中世紀的人都認為，古希臘人最聰明，牛頓的成就，恢復(fù)了人類的自信。
        牛頓運動定律并不適用于所有的參考系。究竟什么參考系才是牛頓運動定律成立的慣性參考系，牛頓力學(xué)的理論框架本身并不能給出明確的答案。牛頓完全了解自己理論中存在的這一薄弱環(huán)節(jié)。他的解決辦法是引入一個客觀標準—絕對時間和絕對空間，用以判斷宇宙萬物所處的狀態(tài)究竟是處于靜止、勻速直線運動，還是加速運動之中。牛頓承認時間和空間的客觀實在性；牛頓認為，絕對時間是一種自身的持續(xù)的均勻的流逝，絕對空間是處處均勻、永不移動的，絕對空間構(gòu)成一個絕對的慣性參考系。牛頓認為，絕對時間和絕對空間與有形物質(zhì)的運動沒有任何聯(lián)系，對有形物質(zhì)的運動沒有任何影響。這就是牛頓的絕對時空觀。
誠如德國物理學(xué)家勞厄所說，當時的經(jīng)典力學(xué)和經(jīng)典物理學(xué)已“結(jié)合成一座莊嚴雄偉的建筑體系和動人心弦的美麗廟堂”。物理學(xué)家們莫不對此頂禮膜拜。他們以為宇宙秘密無不盡辟，后人只需墨守成規(guī)，稍加修補。至于發(fā)現(xiàn)新事物、創(chuàng)造新原理，前人已不留余蘊，根本無須為此勞心竭力。
        19世紀末科學(xué)實驗的進展（首先是邁克耳遜-莫雷實驗）揭示了由牛頓的絕對時空觀導(dǎo)出的伽利略坐標變換或伽利略速度相加定律是不能成立的。19～20世紀之交最有成就的理論物理學(xué)家，當時公認的國際理論物理學(xué)共同體的領(lǐng)導(dǎo)人洛倫茲認為絕對時間和絕對空間是有意義的概念，他提出長度收縮假說和時間延緩假說解釋了這些新的實驗事實。但是，洛倫茲以太論是不系統(tǒng)和不徹底的，不符合邏輯簡單性和邏輯自恰性原則。1905年，瑞士伯爾尼專利局名不見經(jīng)傳的26歲猶太青年愛因斯坦抓住了這個弱點和機遇，通過否定絕對時間和絕對空間，把“相對性原理”推廣到極致，并加上他的約定性假設(shè)即單程光速不變原理，創(chuàng)立了狹義相對論，把19～20世紀之交物理學(xué)達到的認識囊括在他的理論解釋之中。
愛因斯坦繼續(xù)追問，光速不變，只有時間和距離是變量才能成立。用這個尺度來量度運動，發(fā)現(xiàn)了一個大問題：原來時間、空間都沒有固定的標準，它是相對的，可變的。接著，愛因斯坦得出了幾個重要結(jié)論，如時間、距離會因運動快慢而變化；著名的愛因斯坦方程：E＝mc2；質(zhì)量和速度的關(guān)系，運動物體的質(zhì)量隨著其運動速度的增大而增加，充分地揭示了牛頓力學(xué)體系所沒有揭示的物質(zhì)運動的相對性，即物質(zhì)的時空性質(zhì)對物質(zhì)運動的依賴關(guān)系，并用以解釋了經(jīng)典物理學(xué)無法解釋的許多實驗事實，開辟了物理學(xué)的新紀元。
        一項理論的建立從來都不是一蹴而就的，這種站在塔尖上看到的風景在更多的時候常常被眾多站在平地上的人的思維慣性所淹沒。對愛因斯坦引入的這些全新的概念，大部分物理學(xué)家包括相對論變換關(guān)系的奠基人洛侖茲都難以接受。這一新物理理論直到一代人之后才為廣大物理學(xué)家所熟悉，就連瑞典皇家科學(xué)院1922年將諾貝爾獎金授予愛因斯坦時，也只是說“由于他對理論物理學(xué)的貢獻，更由于他發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)的定律”，只字未提相對論。
        作為二十世紀物理學(xué)的兩大基礎(chǔ)的相對論和量子力學(xué)，使人類從未如此刻深刻地認識世界和改造世界。它們已成為人類無比偉大、無比榮耀的智慧與思想的象征，而愛因斯坦與玻爾的論戰(zhàn)，又使得相對論和量子力學(xué)在專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)得以更加廣泛地傳播開來。
        愛因斯坦說過：“一個人的真正價值首先決定于他在什么程度上和在什么意義上從自我中解放出來?！迸ｎD從物理學(xué)的一片混沌中解放了自己，創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)體系，愛因斯坦又從牛頓力學(xué)的局限中脫離出來，創(chuàng)立了相對論。
        挑戰(zhàn)權(quán)威，挑戰(zhàn)固有思維，這是一條只有勇敢者、只有甘于寂寞者才會選擇的道路，愛因斯坦走下去了，譚暑生也在朝著這條道路進發(fā)。

        現(xiàn)代物理學(xué)的新形勢

        事情要從上世紀70年代說起。愛因斯坦與玻爾去世了，但他們之間為探索科學(xué)真理而進行的論戰(zhàn)到上世紀70年代卻對現(xiàn)代物理學(xué)理論基礎(chǔ)—狹義相對論帶來了沖擊。這場爭論激勵著人們?nèi)ブ匦聦彶楝F(xiàn)代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)，以促進現(xiàn)代物理學(xué)的進一步發(fā)展。
        在與玻爾的論戰(zhàn)中，愛因斯坦慧眼識珠，找到量子力學(xué)的“弱點”即“非定域性”。1935年，愛因斯坦、波多爾斯基和羅森一起發(fā)表了題為《能認為量子力學(xué)對物理實在的描述是完備的嗎？》一文，提出了著名的EPR佯謬。愛因斯坦等人通過對兩個相干系統(tǒng)的分析，不僅完成了邏輯上的詰難，而且還具體地構(gòu)造了一個滿足“排除了干擾的測量”要求的體系，用以說明量子力學(xué)對物理實在的描述是不完備的。非定域性是量子力學(xué)與狹義相對論的矛盾之所在。
        《科學(xué)美國人》（2009年第3期）發(fā)表題為《愛因斯坦錯了》的長文，指出從20世紀70年代開始的貝爾不等式的實驗檢驗表明，世界是非定域的，這種非定域性要求一種絕對的同時性，它對狹義相對論構(gòu)成了嚴重威脅，甚至撼動了整個物理學(xué)的基石。文章寫道： “過去幾年來，這種擔憂終于得以步入物理學(xué)殿堂，成為嚴肅思考的課題和學(xué)術(shù)爭論的中心。這樣的爭論最終可能會瓦解、扭曲、重構(gòu)或者從根本上腐蝕這個物理學(xué)的根基?！?nbsp;
        狹義相對論斷言，不可能存在超光速信號。但是，自上世紀70年代以來，現(xiàn)代物理學(xué)實驗（包括貝爾不等式的實驗檢驗）表明，超光速運動是存在的。正如沈致遠先生在《科學(xué)》（2010年第3期）發(fā)表的《物理三問》一文所述：“糾纏光子之間具有超光速作用，是許多實驗證明的客觀存在。我們必須放棄主觀偏見，承認糾纏態(tài)中超光速傳遞信息是客觀事實?！痹S多著名的物理學(xué)家都認為，我們必須接受超光速運動和超光速信號的概念。
        譚暑生，這個從湖南省醴陵縣玉堂村走出的農(nóng)家子弟，在讀大學(xué)時就基本上學(xué)懂了相對論，不僅能夠從愛因斯坦的兩個假設(shè)出發(fā)從數(shù)學(xué)上導(dǎo)出相對論的整個理論框架，而且可以直接從這兩個假設(shè)（特別是其中的光速不變性原理）出發(fā)，給它的理論結(jié)果以合乎邏輯的解釋論證和理論說明。但是他發(fā)現(xiàn)，狹義相對論的純相對性的結(jié)論是令人難以置信的，它也無法與量子力學(xué)的非定域性相協(xié)調(diào)；應(yīng)當接受超光速運動和超光速信號的概念。因此，他從1979年開始醞釀，到1983年初步成形，再到1992年和2007年成書，構(gòu)建了標準時空論的完整的理論體系。到現(xiàn)在，標準時空論已經(jīng)陪伴譚暑生經(jīng)歷了30個年頭。譚暑生說：“創(chuàng)立標準時空論并不是我個人的自我標榜，無事生非，而是現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展形勢使然?！?BR>        在他的專著《從狹義相對論到標準時空論》的前言中，譚暑生這樣寫道：“如果標準時空論發(fā)表在20世紀初，人類一定會接受它，而不接受狹義相對論。只要細讀了擺在讀者面前的這本書，就會承認這并非狂言，而是一句真話?！?BR>那么，是什么樣的理論體系使得譚暑生有這樣的底氣和自信？
        著名科學(xué)家錢學(xué)森早在1984年春節(jié)看了譚暑生的論文后，便指出“標準時空論成立”。從那時開始的10多年間，他先后親自給譚暑生寫了幾十封信，并多次接見他。他給譚暑生提出建議，推薦其論文到刊物上發(fā)表。他對譚暑生“致力于理論工作表示敬意”，鼓勵他“什么也不怕，勝利總要到來！”
        是什么樣的理論讓老科學(xué)家如此關(guān)切、如此信心滿懷？

        標準時空論

        標準時空論是譚暑生教授原創(chuàng)性的理論研究成果，是作者從中國古代元氣論出發(fā)，將洛倫茲以太論完善化、系統(tǒng)化，以絕對參考系原理和回路平均光速不變原理為基本假設(shè)所建立的一個超越愛因斯坦理論的嚴謹?shù)倪壿嬻w系。
        愛因斯坦狹義相對論否定存在絕對參考系，它實際上恢復(fù)了真空是一無所有的虛空的圖像。但是，實驗事實表明：真空不空，一無所有的虛空是不存在的。虛空的存在是古希臘原子論的觀點。另一種對立的關(guān)于絕對空間的圖像，即空間為一種連綿的彌散態(tài)媒質(zhì)所充滿，這正是中國古代元氣論的基本觀念，也出現(xiàn)在16世紀法國笛卡兒的哲學(xué)之中。中國人稱這種媒質(zhì)為“元氣”，笛卡兒稱它為“以太”(Ether)。中國古代元氣論認為：“太虛無形，氣之本體”；“知太虛即氣，則無無”；“凡虛空，皆氣也”；“陰陽二氣充滿太虛，此外更無他物，亦無間隙”；“太虛非虛，充塞無余”。牛頓引入絕對空間的概念，用以判斷宇宙萬物所處的運動狀態(tài)。實際上，牛頓的科學(xué)思想更進一步，即認為連綿的彌散態(tài)媒質(zhì)所充滿的絕對空間理所當然地是一個絕對的慣性參考系或簡稱為絕對參考系。1960年代宇宙微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)證實了牛頓的絕對參考系的預(yù)見。標準時空論以存在絕對參考系作為基本假設(shè)之一，它是從中國古代元氣論出發(fā)所建立的邏輯體系。
        標準時空論的另一個基本假設(shè)是回路平均光速不變原理，它有著堅實的實驗基礎(chǔ)，它是大量實驗事實的總結(jié)。愛因斯坦的(單程)光速不變原理只能是一種約定，無法直接用實驗來檢驗。如果愛因斯坦的(單程)光速不變原理成立，則回路平均光速不變原理也一定成立，但是，回路平均光速不變原理成立，并不能導(dǎo)出（單程）光速不變原理成立的結(jié)論。
        標準時空論在基本假設(shè)的合理性、邏輯簡單性和邏輯自洽性上勝于狹義相對論。狹義相對論否定絕對空間、絕對運動和絕對參考系，從而完全否定了物質(zhì)運動的絕對性。這是不能不付出代價的。其代價包括一無所有的虛空、同時性的相對性、光速極限性和愛因斯坦定域性，而這些都被實驗所否定。與狹義相對論不同，而與量子力學(xué)一致，標準時空論得到同時性的絕對性，它允許超光速運動存在而不違背因果律。標準時空論給出了亞光速運動和超光速運動的統(tǒng)一描述。愛因斯坦狹義相對論是標準時空論在某種情況下的近似。
        標準時空論證明，觀察實驗事實并非一定需要通常的狹義相對論，它們也與意義上與狹義相對論很不相同的標準時空論的概念(如絕對參考系、絕對運動等概念)相一致。以前被認為否定存在絕對參考系的幾個實驗（如邁克耳遜-莫雷實驗、塞達霍爾姆實驗、特魯頓-諾布爾實驗等等），標準時空論的確給出了自然的和圓滿的解釋。標準時空論完滿地解釋了以前的所有實驗結(jié)果，包括狹義相對論無法解釋的幾大類實驗事實：(1)單極磁感應(yīng)實驗；(2)宇宙微波背景輻射；(3)超光速實驗；(4)遠距關(guān)聯(lián)實驗。預(yù)見了一些迄今沒有預(yù)料的新的經(jīng)驗事實，等待著這些實驗的檢驗和證實。
        盡管標準時空論得到了與狹義相對論相近的公式，預(yù)言了許多同樣的觀察效應(yīng)，兩種理論的時空觀念是很不相同的，標準時空論具有了與狹義相對論的非約定性成分尖銳沖突的內(nèi)涵。這表現(xiàn)在那些與狹義相對論對立的原理、概念和推論上。正是從這些對立的原理、概念和推論出發(fā)，標準時空論預(yù)言了與狹義相對論根本不同的一些觀察效應(yīng)。
        中國工程院院士、物理學(xué)家趙伊君在評論中認為：“譚暑生教授創(chuàng)立的標準時空論，是一個自洽的新的理論體系。標準時空論是有別于牛頓的絕對時空觀和愛因斯坦的相對論時空觀，又繼承和綜合了二者的合理要素的一種新時空理論。它的建立，豐富和發(fā)展了人們對時空的認識，對物理學(xué)的發(fā)展具有重要意義?！睒藴蕰r空論得到這樣的結(jié)論，即運動既是相對的，也是絕對的。標準時空論關(guān)于時空性質(zhì)的數(shù)學(xué)演算所導(dǎo)出的主要關(guān)系式，都可以獲得自然和明晰的物理理解。標準時空論反映了物質(zhì)和運動、空間和時間的客觀性、相對性和絕對性，以一種具體的嚴謹?shù)睦碚撔问浇沂玖丝臻g和時間的緊密聯(lián)系，以及空間時間與物質(zhì)運動的相互依賴關(guān)系。標準時空論為理解和描述物理世界以至自然現(xiàn)象提供了一個更為合適的時空框架。這樣的新理論肯定代表著人類認識自然的一個進步。
2007年12月，湖南科學(xué)技術(shù)出版社出版了譚暑生教授的《從狹義相對論到標準時空論》一書，約56萬字。此書于2008 年入選新聞出版總署第二屆“三個一百”原創(chuàng)圖書出版工程。

        科學(xué)創(chuàng)新  需要社會的寬容和制度的保障

        中國科學(xué)院院士、全國人大教科文衛(wèi)委員會副主任委員程津培給譚暑生教授的信中寫道：“我能通過您的書學(xué)習了解到近代物理學(xué)這項重大理論創(chuàng)新成果。我對您甘坐冷板凳，敢于挑戰(zhàn)權(quán)威，幾十年如一日地艱苦探索表示由衷的敬佩。中國太需要您這樣畢生將追求真理為已任的科學(xué)家了！也對您所取得的科學(xué)成就表示衷心的祝賀。” “一個具有本質(zhì)性的原創(chuàng)理論的確立和被接受，可能需要漫長的過程，幾十年甚至更長。真正的科學(xué)家有這個耐心，您幾十年的理論追求也已充分證明了您的這種優(yōu)秀特質(zhì)，極為難得和彌足珍貴。但我相信我們都應(yīng)該能夠等到這一天?！?BR>        30年來，譚暑生深感原創(chuàng)性研究要想獲得認可所要付出的艱辛。他在著作中寫道：
        “人類科學(xué)的創(chuàng)新發(fā)展史在某種意義上可以說是一部蒙難史。哥白尼（日心說）、伽利略（力學(xué)）、玻爾茲曼（統(tǒng)計物理學(xué)）、阿貝爾（橢圓函數(shù)論）、伽羅華（群論）、康托爾（集合論）、拉馬克（進化論）、邁爾（能量轉(zhuǎn)化和守恒定律）、麥克斯韋（電磁場理論）、魏格納（大陸漂移說）等等都有遭受長期冷遇、辱罵攻擊，不得善終的結(jié)局，盡管現(xiàn)在我們幾乎人人、幾乎天天都得益于他們的理論發(fā)現(xiàn)。這是因為創(chuàng)新就意味著對傳統(tǒng)思維和傳統(tǒng)理論的一定程度的否定，所以，即使一流的科學(xué)家也不一定能做出正確的判斷，要人們百分之百贊成它，更是根本不可能的事情?！?BR>        “人類思維的惰性和民族百年屈辱史的陰影是一種可怕的力量，但是，每當我想到，中國人民和中華民族其實很需要有中國人自己創(chuàng)立的為世界科學(xué)共同體所接受的自然科學(xué)的基本理論發(fā)現(xiàn)來增強自信和壯我國威，我就更感到應(yīng)當好好努力和好好爭取之。不論社會怎么評價，我將努力地追求，目標始終如一，期待著對科學(xué)作出貢獻，并且最終獲得社會的承認。即使面對麥克斯韋式的困境，我依然會不懈地探索，愉快地面對未來和人生?！?BR>        一個新觀點、一種新理論要成為真理，反映自然的本來面目，不是單憑想象、任意杜撰能夠得出來的。需要從經(jīng)驗事實出發(fā)進行嚴謹?shù)膶嵤虑笫堑睦碚撗芯坎⒔邮軐嶒灥臋z驗。評價一個理論的關(guān)鍵因素有兩個：第一是邏輯，即概念的明確性和合理性，邏輯的簡單性和自洽性，包括所有邏輯推理和數(shù)學(xué)演算的正確性。第二是經(jīng)驗事實，即觀察實驗事實的檢驗和證實。一個進步的新理論應(yīng)當做到：能夠解釋甚至能夠更好、更準確地解釋前理論所能解釋的經(jīng)驗事實；能夠解釋前理論所不能解釋的經(jīng)驗事實；能夠預(yù)見一系列迄今沒有預(yù)料的新的經(jīng)驗事實，并且獲得觀察實驗的檢驗和證實。概括地說，自然科學(xué)理論成果的評價標準并不是已有的理論和理論權(quán)威，凡滿足新穎性、創(chuàng)造性、自洽性、包容性、可實驗檢驗性評價標準的科學(xué)理論，肯定代表著人類認識自然的一個進步，都是科學(xué)發(fā)現(xiàn)者對人類社會的貢獻，都應(yīng)得到科學(xué)界乃至整個社會的接納、承認、支持和尊重?？茖W(xué)創(chuàng)新需要社會的寬容和制度的保障。
        基礎(chǔ)研究靠厚積薄發(fā)，需要長期積累才能取得重大成果。只有寬容的文化精神，才能容許和激勵基礎(chǔ)研究以至科學(xué)文化的創(chuàng)新和繁榮，才有利于國家的強盛和科學(xué)家個人的幸福。
        最近，胡錦濤總書記在兩院院士大會上的講話中指出，“要充分調(diào)動廣大科技工作者的創(chuàng)新積極性，提高全社會創(chuàng)新意識，積極營造誠信、寬松、和諧的學(xué)術(shù)環(huán)境，鼓勵自主探索，保護知識產(chǎn)權(quán)，發(fā)揚學(xué)術(shù)民主，提倡學(xué)術(shù)爭鳴，使一切創(chuàng)新想法得到尊重、一切創(chuàng)新舉措得到支持、一切創(chuàng)新才能得到發(fā)揮、一切創(chuàng)新成果得到肯定。” 
        挑戰(zhàn)經(jīng)典、質(zhì)疑權(quán)威，創(chuàng)立自己的理論體系，這條道路注定人跡罕至。譚暑生的標準時空論已經(jīng)取得了十分重要的科學(xué)成果。在現(xiàn)在這樣一種良好的氛圍下，我們相信，譚暑生教授的標準時空論一定能夠得到社會各方面的關(guān)懷、支持和尊重，并取得更加輝煌的成就。


簡介

譚暑生，男，湖南省醴陵人，國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)理學(xué)院教授，從事激光技術(shù)、自然辯證法和物理學(xué)基礎(chǔ)理論研究。E-mail: tansst@vip.sina.com