世界的统一性在于它的物质性,物质和运动是不可分割的。因此,物质的统一性是运动的统一性的最终根源。现代自然科学提出了关于运动统一的新观念。一切运动都服从于共同的规律,这是运动统一性的重要表现之一。要寻求运动的统一,就必须寻求各种运动所遵循的共同规律。列宁说:“规律是现象中统一的东西”,又说:“规律的概念是人对于世界过程的统一和联系、相互依赖和整体性的认识的一个阶段。”[5]数学应用的普遍性是运动的统一性的强有力的证据。数学在天文学上的应用,使开普勒发现了行星运动三定律,这就把各个行星的运动统一起来了。天体力学反映天上物体的位移规律,它与地上物体的位移运动规律是否也相同呢?牛顿力学的建立,统一了地上物体和天上物体的位移运动规律,证明了宇宙间运动的统一性。这样一来,牛顿力学运动规律就被认为是宇宙的普遍规律了。对于任何一个惯性参考系,物体的运动保持伽利略变换的不变性。这是近代自然科学关于运动的统一观。
科学的发展进一步揭示了物质运动的更高层次的统一性,说明经典力学只是对宏观低速条件下的物质运动规律的描述。伽利略相对性原理只适用于力学的惯性参考系,对电磁运动的惯性参考系则是不适用的。爱因斯坦创立狭义相对论的功绩,在于把力学惯性参考系和电磁惯性参考系统一起来,以狭义相对性原理代替经典力学伽利略相对性原理,认为物理定律相对于任何惯性参考系都是等效的。相对于任何惯性参考系,一切运动对于洛伦兹变换都具有不变性,从而揭示了低速运动和高速运动、力学运动和电磁运动的统一性,在更加广阔的范围内证明了运动的统一性。
广义相对论的建立,萌发了用统一场论来描述运动的统一性的思想。爱因斯坦将后半生的全部精力放在统一场论的研究上,企图把电磁场和引力场统一起来。尽管他没有获得成功,但仍然抱着最终胜利的希望。他曾在一封信中说过,我完成不了这项工作了,它将被遗忘,但是将来会被重新发现。历史上这样的先例很多。历史证明,爱因斯坦的预言是正确的,今天,统一场论已经被重新发现了。
场的统一也就是相互作用的统一。自然界中的四种相互作用,实际上是同一种相互作用的不同表现,可以用同一个理论模型把它们统一起来,这就是统一场论的基本思想。爱因斯坦的统一场论企图把引力相互作用和电磁相互作用统一起来,因为这种相互作用强度差别很大,当时尚未发现除这两种相互作用之外,还有弱相互作用和强相互作用,所以,在那时要完成统一场论的研究,条件并不成熟。爱因斯坦的失败,并非纯属偶然,它反映了时代条件的限制。20世纪60年代,温伯格、莎拉姆和格拉肖等人,提出了弱电统一理论,把电磁相互作用和弱相互作用统一起来,用来说明弱电统一的理论,叫量子味动力学。这个理论预言中间玻色子Z(0)是一种中性流,1973年,西欧粒子中心等处用实验证实了这个预言,使弱电统一理论被人们所接受,而且,在1979年温伯格、莎拉姆和格拉肖的理论获得了诺贝尔物理学奖。
在弱电统一理论的鼓舞下,不少人从事大统一理论的研究,企图把强相互作用也统一进去。20世纪70年代,为了描述强相互作用,发展出了量子色动力学,为大统一的研究提供了理论工具。美国物理学家格拉肖等人通过选择一种新的规范群,建立了弱、电、强三种相互作用统一的描述。这种理论认为三种相互作用在高能时,它们只是同一种相互作用;在低能时,则表现为三种不同的相互作用。有人计算,这个高能的标度大约为1015Gev(1Gev=109ev,ev为1个电子伏特z0)的数量级。这么高的能量,可能只有在宇宙的极早期才具备,因此,在宇宙大爆炸的后期,由于能量很高,当时可能只有一种相互作用,后来由于宇宙温度的下降,才逐步地分化为四种不同的相互作用。大统一理论还预言,质量是不稳定的,它要发生衰变,它的衰变期需要1031至1032年。这么长的衰变期,平常难以观察,需要难度很大的实验加以证实。如果质子的衰变被证为事实,将是对大统一理论的一个有力支持。
当前,人们已经不满足于大统一理论,于是开始向超统一理论迈进。不仅把弱、电、强三种相互作用统一起来,而且还要把弱、电、强、引四种相互作用统一起来。超统一理论,也叫超引力理论或超对称理论,它力图把重整的规范理论同引力相互作用结合起来,实现四种相互作用的统一。自然科学的进一步发展,必将证明这种运动统一的正确性。
【注释】
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[1][德]恩格斯:《自然辩证法》(单行本),第1版,第79页,北京:人民出版社,2015。
[2][德]恩格斯:《自然辩证法》(单行本),第1版,第223页,北京:人民出版社,2015。
[3][德]恩格斯:《自然辩证法》(单行本),第1版,第218页,北京:人民出版社,2015。
[4][德]爱因斯坦:《物理学的进化》,第1版,第155—159页,上海:上海科学技术出版社,1979。
[5][俄]列宁:《哲学笔记》,《列宁全集》第38卷,第2版,第158—159页,北京:人民出版社,1990。
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