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书1 5.3 暗物(或虚物 )
宋文淼 （wenmiaosong@gmail.com） 上传2007.10 浏览67
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《信息时代的物理世界——实物与暗物的数理逻辑》
第五章 实物与暗物
§ 5.3 暗物(或虚物 )
暗物( 或虚物) 是与实物相反相成的组成物质世界的另一类物质的总称。暗物与实物具有许多相反的性质，但时人们对于暗物认识要比实物的认识更少。暗物具有下面的基本特性：
(1) 暗物的空间共容性
空间共容性是暗物的基本特性。 这一性质正好与实物的空间占有性相反。它是暗物的其他性质的基础。 每一种实物不论它的自身存在形式，还是它的运动形式，都有相应的暗物与之对应。但是与实物不同的是，与它们相联系的暗物之间都是空间共容的，因而暗物是不分层的，在整个空间内组成了也许可以称为“以太”的物质。这种物质是布满全空间的，以后我们仍把所有暗物的集合称为以太，而把以太中的每一种具有相同性质的物质称为一种暗物。所有不同性质的暗物在同一空间中也是互不相干地存在。也就是说，以太是一种特殊的物质的集合，这些物质布满全部空间，存在于以太中的每一种暗物都保持自己本身的性质而不受其他暗物的任何影响。
(2) 暗物的分类：背景场与辐射场
暗物可以分为两类：一类是与实物的自身存在相对应的，我们称之为实物的背景场，另一类则为与实物的运动相联系的，称之为辐射波。
背景场就是牛顿所寻找的物质与物质之间发生相互作用所依赖的东西，牛顿说一个物体把相互作用和力通过虚空作用于另一个物体是极大的荒唐，但是在他的时代又没有一种数学方法可以描述出这样一种物质存在，所以就不得不临时性地依靠超距作用来表达力的数学关系。所谓背景场是指这种场是与实物的存在的一种背景，所以它与实物之间的空间关系是不变的，它的运动也是与实物一起的，即在运动过程中它与实物的空间关系总是保持不变的。所以说背景场的传播速度是没有意义的。但是它是传递实物与另一个实物之间的相互作用的，这种传递相互作用的速度是瞬时的。所以看起来好像有了无限大的“速度”，其实这本来是没有意义的一件事，是因为相对论中假设了一个光速不可超越性才把人们的思维搞糊涂了。实际情况只是，一个球形的实物带有一个与距离 (半径) 平方成反比的背景场，在空间中保持不变的形状，一起运动，就那么简单。任何一个具有最初等的思维能力的人都可以想象得清清楚楚。不管这个背景场延伸得多远 (因为从逻辑上说它的延伸没有限制 )，都不存在逻辑上的困难，因为这一场的分布是与半径平方成反比的，随着距离很快地衰减，即使到了无限远的地方暗物的总量 (物理上说是指总能量 )仍是常数。当然实物转起来这些暗物也跟着转，在逻辑上对于很远很远的地方，它们的速度就会超过光速。为什么一定不可以呢？背景场是与实物的自身存在相联系的。实物的自身存在只是一个没有方向性的标量，所以背景场本质上也只是一个没有方向性的标量，当然在相互作用中看起来是一个矢量，我们把它称为“一维”的矢量。背景场只存在能量而没有动量。
辐射场也就是波，它是与实物运动相联系的，波的产生是一个不容易说得很清楚的问题：只有实物在运动过程中与那类波发生了相互作用，交出了能量给波才能产生更多的波，相反如果吸收了波，就会使波减少。所以如果本来就没有波，就无法进行相互作用，也就无法产生波。但是我们不必为此而担心，正像是先有鸡还是先有蛋一样，反正人类诞生很久很久以前，宇宙已经充满以太了。鸡和蛋都已经有了，但是在逻辑上我们不论在讨论电磁波的产生或传播的时候都要先假定已经有了这样的电磁波。这是电磁场工程科学家所早已清楚的，讨论一个振荡器时，必须假定有一个初始的波，在计算电磁波的传播时也必须初始的电磁波，如果初始值是零，就什么也算不出来了。总之，波是一种与背景场不同的暗物，它不仅有能量还有能流，因而一定意义上它也许还可以有与动量相对应的物理量，但是它的动量不论物理内容和数学形式都是极端复杂的。
波也许是一种非常复杂的物质形态，但是我们现在只知道与最简单的两个层次实物 (中性物质和带电粒子 )相联系的波：中性粒子的波 (力学波) 和电磁波。我们在前面已经简要地讨论过这两类波。它们都是“二维的矢量”场。它们大概都与极性有关，有了极性才能产生散度以外的力。也就是说有了极性才使外积与某种物理存在产生确定的对应关系。当然这种外积是指三维物理空间上的外积，任何非三维 (不论大于三维或小于三维 )的空间上的外积没有物理内容。
(3) 暗物的物理存在和逻辑存在
我们前面讨论的暗物主要是讨论它的物理存在，暗物的空间可容性和背景场与波两种形式是暗物物理存在的主要形式。当然那里的有些分析就已经超越物理存在的范围了。物理存在是逻辑存在的物质基础。也就是说，暗物与实物的相互联系性所造成的背景场和辐射场两类不同的形式和暗物与实物的对立性所造成的空间可容性，这里两点是暗物物理存在的主要内容。它是所有暗物逻辑存在的基础，即是我们描述暗物的各种数学形式和产生各种理论的根据。
暗物的物理存在中不需要无穷大和无穷小的概念，即不必去讨论暗物的连续性还是局域性的问题。因为如果一定要把那些特性加在客观实在上面有时候会产生完全相反的效果，但是这些性质在暗物的数学分析中却是常常用到的，没有这样一些数学性质我们又不可能建立任何理论。所以逻辑存在当然是必要的，但是任何逻辑存在，即对暗物的逻辑界定中一定要强调它的有限论域性。 对暗物来说我们说它由线性叠加性是指不考虑实物存在的情况下，一旦实物存在暗物之间就可以通过实物进行相互作用；我们常常说它有空间连续性，这也只是暗物空间共容性的一种数学描述，当追究它的产生过程时，它却是以一个一个有限的能量子的形式产生的，也是以一个一个有限的能量子的形式被吸收的。总之，只要一涉及暗物与实物相互作用时它的那些性质就要受到限制。但是我们现在实在还搞不清楚很多很多问题， 我们的逻辑存在以及由此给出的数学表达式都是对于那些现在已经得到一些与感性材料能够建立正确结果的有限论域才成立的。 实际上只要一涉及到相互作用，特别是与实物个体的相互作用，一切就都变得难以把握。但是我们相信从这样一条路进入量子领域比从时空关系进入量子领域要实在得多。
(4) 暗物的数理逻辑及其对于科学的影响
暗物的数学表达式实际上也就是暗物逻辑存在的一种表示，而逻辑存在只是为了描述物理存在的某些形式。暗物的共容性给暗物的逻辑描述带来很大的困难。因为共容性把各种不同性质的暗物都共容于同一空间中，我们现在还无法用一种由确定性逻辑自洽的数学方法去描述这种共容于一个空间的“以太”，我们只能描述暗物中那些可以按一定得数学形式叠加的那些暗物。也就是暗物的共容性从数学上说也可以称为暗物的可叠加性，但是这种可叠加性可以具有种种不同的数学性质。对于普遍的，即任意暗物之间的可叠加性我们还没有一种在时间和空间上的统一的逻辑自洽的数学形式来表示它们。它的困难就在于时间和空间有联系的那种叠加在数学形式上是非常复杂的，可以肯定任何通过僵化的四维空间几何来建立的叠加是没有物理内容的，也就是说这种数学上的四维空间几何的逻辑结构不满足暗物之间的在时空叠加的逻辑关系。但是我们可以分别来讨论某一类暗物之间的叠加关系，寻找它们的逻辑结构：我们只能讨论同一类暗物之间的叠加性，不同类暗物 (理学场与波、电磁场与波 )之间的叠加性似乎很难找到同一逻辑界定，我们这里不予讨论，这里只讨论同一类暗物的叠加性。同一类背景场之间的可叠加性只是空间的叠加性，由于没有时间的参与，成了三维几何空间上的几何叠加，这是一种很简单的逻辑关系。引力场的叠加性是最特殊的例子，所有的实物产生的引力场都可以按三维空间上三标量加法叠加在一起，所以可以形成巨大空间范围的同一的引力场位函数。带电粒子的背景场 (空间电荷场) 由于存在极性，所以满足三维几何空间上标量的加和减法的叠加原理，实物总体的电中性，使它只存在那些极化的局域区间内。同一类波 (力学波或电磁波) 之间的普遍的，即任意不同频率、模式、不同初始相位的波之间的叠加性大概只有能量的叠加性；所能得到的就只有一个标量的噪声电平。同一频率，任意相位关系的波之间可以得到时间平均的空间能量分布，这也就是所谓的波的干涉现象； 同一频率且满足相位相干条件的波才可以进行时间和三维几何空间上波形的叠加，电波传播就是研究这类问题的一个学科，这里还涉及到许多问题，最重要的一个是频率的问题：所谓同一频率又只是逻辑概念而不是物理概念，物理上没有绝对的单一频率；另一个就是信息的问题，信息就是有确定时空关系的波所具有的一种属性。 相干波的频域与时域的表达，是两种既有联系又不相同的表达形式，只有在理想条件下这两种表达形式才能够进行等价的变换。大家都把现在的社会称为信息社会，但是在信息和波传播的基本物理问题我们实在还没有离出一个头绪。现在技术上掌握的只是单一模式的在一定频宽范围内“线性电磁波”的各种转换和应用，所谓线性电磁波是指频率和幅度的变化符合某种准线性关系的电磁波。但是仅有这些就已经足以使信息产业成为社会上规模和影响最大的产业。 信息社会已经为人类提供了认识自然界的全新的工具和方法，现在的理论物理学家从理论上说应该是一批掌握对于自然界的最高深知识的人，但是却不大了解和关心信息技术对人类从自然界获取和分析知识的方法，而信息科学技术工作者则更是必须面对瞬息万变的市场，也不可能有精力去理解信息技术对于人类了解大自然和人类自身的思维方式所产生的巨大影响。现在我们所做的工作从形式上看是要结束与爱因斯坦的名字联系在一起的相对论时空框架对物理世界的束缚，重新建立以物质运动规律为基础的物理世界。爱因斯坦也确是提出了一些常人很难准确理解的假设，那是因为他要解决那些问题，在当时情况下是无法用已经确定了的思维模式去解决的。但是我们可以看到正是爱因斯坦最敏锐地感觉到我们现在所提到的几乎所有的那些关于物理学和人类思维相关的基本问题，我们现在描述暗物和获取信息中必须把时间和空间联系在一起的思想就是相对论的最基本的思想。 当然由于当时的历史条件，他不可能说清楚那些具体的物理关系。
(5) 暗物的基本数学表达形式
所谓满足叠加性原理的那些暗物，不论对背景场还是辐射波( 当然这里指相干波) ，描述它们运动形式的基本方程组都是矢量偏微分方程，关于矢量偏微分方程在文献 [7,8]中有详细讨论，它们既有共同性又有差别。但是总的说来就是它们都不能直接在欧式空间上通过对笛卡尔坐标的基矢方向的分离来进行求解，而必须在矢量偏微分算子空间的子空间内进行分离，分离成标量波动方程后才能求解。所不同的只是对于背景场来说它的时间微分部分为零，因为背景场时表示实物存在本身的一种外延性质，它当然也是可以随实物一起运动的，但是其形状是不随时间而变化的，所以波方程中时间微分项为零，简化为拉普拉斯方程。而波是由两个模式模式所组成，基本的方程都可化为标量波动方程，但标量波动方程不能直接求场，而只能求态函数，再通过对态函数进行不同的矢量偏微分运算后才能得到场。背景场退化为拉普拉斯方程，所以对于背景场来说，它的数学形式也退化为可以在欧式空间内求解，即时间可以从方程组中分离出来，这就是牛顿理论框架中时间和空间的分离形式。而对于波来说，它的运动形式中时间和空间是不可分离的，单独说某一时刻的空间分布或单独说某一空间位置的时间分布，虽然也可表示出来，但是那种形式不反应物理性质。但是如果把波用复数形式表述，它的解在复域上时间和空间是可以分离的。这就是爱因斯坦批评牛顿时空观的主要内容，这一点爱因斯坦是对的，光有这一点爱因斯坦对科学发展就作出了不可估量的贡献，但是他把时间和空间的联系固定为光在真空中的传播速度，虽然也能解决一些牛顿框架下难以解决的问题，但是这种解决方法的逻辑不严密，不是一种真实的物理关系。
在表达实物的运动形式时，必须采用拉格朗日方法，在欧式空间中对确定的局域分布的粒子来求解，它所用的都是一些经典的参数像速度、加速度、轨迹等，这时，所有的场都要表示成欧式空间中的力。而表达波的运动形式时，实物运动的量必须首先变换为矢量表函数空间中的射影，才能在矢量波函数空间内进行自洽的求解。如果直接在欧式空间中求解场，虽然经典场论中确是这样做的，常常需要作些近似变换，会产生一些误差，虽然经典场论的大量经验积累，已相当好的解决了一些实际问题的求解，但是要进一步严格化求不可能了，为了更严格的描述波与实物的相互作用，为了更精确地描述复杂的与波相作用的实物粒子的运动过程，如漩涡运动下的实物运动、等离子体中的离子运动等，也为了从相互作用过程中获得更多的信息，严格的现代电磁场理论是必须的。
(6) 波的不可视性
与可视性是实物的最直观性质相反，不可视性作为暗物的性质却并不容易为人们所理解，因为我们看惯了大洋中的海浪、大地上的麦浪，总是把这些与波联系在一起，其实这些表面的起伏确实具有波的某些特性，但是它们都不是物理上的波，物理上的波是三维空间内的某种能量传播过程。人们可能更不能理解光的不可视性，因为是“光”才使我们看到了一切，但是光确实是不可视的：我们看到的都是发光体的空间形状和颜色，如果我们看到了充满整个空间的光，就会像大雾天一样，什么实物都看不到了。波的不可视性是波的空间连续性的一种直观形式。
(7)波运动中的物理量
由于暗物有空间共容性而没有占有性，因而以空间位置为特征的物理量都失去了的内容，波的速度与实物速度是完全不同的概念，波没有加速度，所以惯性质量自然没有物理内容。波是在与实物运动之间的相互作用中产生，存在并被吸收的。实物与暗物之间的量就只有时间、空间和能量。但是由于波是与实物的相互作用中产生，并在与实物的相互作用中消失的，所以研究波与实物的相互作用是物理学中的一项重要的内容，在相互作用过程中总是要对两种不同形式的物质存在进行比较，而比较过程中总是喜欢用人们已经熟悉的实体物质在欧氏空间中的物理量做为标准，来寻找波函数空间中的暗物能与之对应的量。在这些比较有时候会给我们带来一些方便之处，但是更多的是带来一些错误的概念。这些错误概念之一就是速度，在第二章中我们已经讨论过了，由于概念的不恰当造成物理学的混乱。现在有很多人都在做各种快光速、慢光速、零光速以及负光速的实验，在所有实验中只是光路 (或微波电路)的其中某一段有了稀奇古怪的光速，而整个光路中其他地方还是光速。这是什么意思呢？我们只要相信在光路的任意截面上功率是守恒的，那么这些速度是什么意思呢？当然为了说明光速不变性的原理是不存在的，这些实验是有意义的，但是这些实验中大多数并不是物理上的传播速度，而是从一些公式计算出来的，这些公式就是爱因斯坦所说的十九世纪末那些想把麦克斯韦理论放入牛顿理论框架的科学家们所做的工作。其实从更简单、更直接的物理原理就可以辨别哪些结果的合理性。还有一个更大的问题，似乎很难以为一般人们所接受，那就是那种有质有形的光子是不存在的。光从本质上说只是一种波，但是这种波也是从实体物质中，其实就是从电子中，一份一份的辐射出来的，也是一份一份地被吸收的，每一份就是一个光量子，这其实是很正常的事，波也和任何其它物质一样有一个最小的单位，也可以是不连续的。我们从来没有把连续性和与此相联系的无穷小的概念加给物理实在。我们为了逻辑分析时才引入无穷小的概念，这种无穷小的概念是有条件的，那就是考虑的问题中有足够多的光量子。但是这丝毫也改变不了光的波动性，每一份光量子依然具有波动性，它依然没有空间占有性，没有可以测量得到的大小，不会与其它光量子发生碰撞。这些性质是我们生活中时时可以感受到的，如果光具有实物粒子那样的性质，不同方向来的光子发生作用和碰撞那么我们就什么也看不清楚了。
波运动的本质和概念现在实际上还没有为物理学界所接受，深入研究和发展波运动的理论和波与实物相互作用的理论是物理学理论的一个至关重要的问题。
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2009.06.05 书4.2.3 6.69KB
2009.06.05 砂、水分流——虹吸排沙的设想 12.01KB
2008.09.28 书4.1.3.4力学中的时间和空间的关系 5.14KB
2008.09.28 书4.1.3.3力、场与波——物质及物质间的相互作用 35.22KB
2008.09.28 书4.1.3.2牛顿物理框架与力学 23.99KB
2008.07.05 让我们一起来读好“大自然”这一本书 19.17KB
2008.05.01 书4.1.3.1万有引力与引力质量 13.07KB
2008.05.01 书4.1.3力学——关于物质、运动与相互作用的科学 15.2KB
2008.04.21 书4.1.2.4寻找新的物理世界的数理逻辑基元 7.91KB
2008.04.21 书4.1.2.3 电磁理论中的粒子、场与波 16.55KB
2008.04.21 书4.1.2.2简振模式下的经典电磁场理论 24.39KB
2008.04.21 书4.1.2.1 粒子与场 11.09KB
2008.04.21 书4.1.2 电动力学与电磁场理论 6.8KB
2008.04.21 书4.1.1.4牛顿理论框架的数学体系 6.39KB
2008.04.21 书4.1.1.3牛顿的时空观 13.37KB
2008.04.21 书4.1.1.2牛顿力学模型是一个没有结构的物质模型 14.14KB
2008.04.21 书4.1.1.1 人类认识物理世界的历史过程 20.16KB
2008.04.21 书4.1.1 牛顿力学 1.14KB
2008.04.21 书4.1 经典物理学 4.21KB
2008.03.30 让科学之风吹遍人间（《自然科学体系梳理》第二版序） 14.34KB
2008.01 文2.1 学习张志杰，一生做社会与科学的义工 10.21KB
2007.12 书4 前言 20.63KB
2007.11 书3 2.1.1 逻辑思维和形象思维 4.24KB
2007.11 书3 2.1 数字、运算与“数字”概念的扩展 8.68KB
2007.11 书3 2 关于数字、运算和数学的逻辑体系 3.47KB
2007.11 书3 1.4 逻辑的自洽性和自闭性 11.04KB
2007.11 书3 参考文献 2.39KB
2007.11 书3 4.4 小结——关于什么是真实知识的讨论 11.29KB
2007.11 书3 4.3 关于氢原子光谱讨论 12.53KB
2007.11 书3 4.2 现代数学发展中的数理逻辑问题 13.85KB
2007.11 书3 4.1 数理逻辑框架的探讨 5.25KB
2007.11 书3 1.3 数理逻辑体系 7.23KB
2007.11 书3 4 数理逻辑——人类思维发展的新阶段 2.92KB
2007.11 书3 3.4.4 理论物理学发展的正确方向 8.82KB
2007.11 书3 3.4.3 量子现象的物理内涵 4.29KB
2007.11 书3 3.4.2 波粒二象性不是一个科学的物质模型 6.28KB
2007.11 书3 3.4.1 关于相对性原理的讨论 6.73KB
2007.11 书3 3.4 关于“波粒二象性”和量子模型 3.63KB
2007.11 书3 3.3.4 关于宇宙常数 3.6KB
2007.11 书3 3.3.3 电磁波的数学体系和数理逻辑 4.53KB
2007.11 书3 3.3.2 牛顿粒子说的实质是什么 7.28KB
2007.11 书3 3.3.1 牛顿物理框架中的数理逻辑体系 5.32KB
2007.11 书3 1.2 关于逻辑前提或逻辑基元的讨论 8.23KB
2007.11 书3 3.3 关于物质的逻辑前提 1.66KB
2007.11 书3 3.2.4 关于无限大域下的函数和函数空间 7.65KB
2007.11 书3 3.2.3 关于复数和复数空间的讨论 5.83KB
2007.11 书3 3.2.2 时间与空间的相互联系性 8.22KB
2007.11 书3 3.2.1 时间逻辑前提的物理实在基础 6.26KB
2007.11 书3 3.2 时间逻辑界定和时间与空间的联系 2KB
2007.11 书3 3.1.4 三维空间中的矢量和矢量函数空间 3.3KB
2007.11 书3 3.1.3 希尔拜特的逻辑化的几何学 8.34KB
2007.11 书3 3.1.2 欧氏空间和非欧空间 5.72KB
2007.11 书3 3.1.1 作为数学原初逻辑前提的点和线的概念 5.65KB
2007.11 书3 1.1 关于形式逻辑的一般讨论 6.49KB
2007.11 书3 3.1 关于空间的概念 5.29KB
2007.11 书3 3 物理学与逻辑学 2.71KB
2007.11 书3 2.4.4 科学思维的发展道路 8.23KB
2007.11 书3 2.4.3 唯心主义和唯物主义 10.25KB
2007.11 书3 2.4.2 形而上学与辩证法 9.53KB
2007.11 书3 2.4.1 哲学与逻辑学的关系 3.1KB
2007.11 书3 2.4 关于哲学和逻辑中的一些概念的探讨 1.71KB
2007.11 书3 2.3.4 数学逻辑与数理逻辑 6.7KB
2007.11 书3 2.3.3 关于无限问题的数学逻辑 3.39KB
2007.11 书3 2.3.2 从幂运算到复数与复数运算和复数空间 9.67KB
2007.11 书3 1 关于逻辑学和哲学的一般讨论 6.5KB
2007.11 书3 2.3.1 幂运算与实数空间理论 7.23KB
2007.11 书3 2.3 关于运算和无穷概念的讨论 2.66KB
2007.11 书3 2.2.4 从幂运算和极限建立实数空间概念 13.65KB
2007.11 书3 2.2.3 关于现代数学的逻辑悖论和逻辑体系的探讨 10.04KB
2007.11 书3 2.2.2 牛顿时代的是怎样解决这些问题的 15.62KB
2007.11 书3 2.2.1 十九世纪数学家是怎样建立“实数空间”的 11.01KB
2007.11 书3 2.2 关于实数和实数空间的讨论 2.29KB
2007.11 书3 2.1.4 数学发展历史上的第一个逻辑悖论 9.5KB
2007.11 书3 2.1.3 数字概念与运算方法的扩展 4.56KB
2007.11 书3 2.1.2 数字的可运算性 4.99KB
2007.11 书3 前言 15.92KB
2007.11 书3 物理学原理（第二卷）哲学、数学、物理学 目录 3.97KB
2007.10 书2 2.3 亚里斯多德与逻辑学 13.29KB
2007.10 书2 2.2 亚里斯多德关于物质和运动的观念 9.42KB
2007.10 书2 2.1 亚里斯多德时代的宇宙学说 14.47KB
2007.10 书2 2 古希腊文化中的物理学 10.39KB
2007.10 书2 1.4 关于中华古文明的思考 7.57KB
2007.10 书2 1.3 从盖天说到浑天说 6.58KB
2007.10 书2 1.2 测量时间(光阴)的科学 12.85KB
2007.10 书2 参考文献 2KB
2007.10 书2 4.4 现代物理学与牛顿的物理框架 13.64KB
2007.10 书2 1.1 关于易经的历史传说 5.7KB
2007.10 书2 4.3 光与牛顿物理框架的关系 12.55KB
2007.10 书2 4.2 热力学与牛顿物理框架的关系 12.31KB
2007.10 书2 4.1 关于力与质量的讨论 21.91KB
2007.10 书2 4 从牛顿到二十世纪的物理世界 14.07KB
2007.10 书2 3.4 牛顿的第一和第三运动定律 7.65KB
2007.10 书2 3.3 牛顿理论体系的“有限论域”讨论 18.04KB
2007.10 书2 3.2 牛顿的质点动力学体系的核心——对于质量的逻辑界定 17.94KB
2007.10 书2 3.1 从开普勒、伽利略到牛顿的物质运动理论 12.58KB
2007.10 书2 3 从伽利略到牛顿的古典力学世界 16.24KB
2007.10 书2 2.4 希腊古文明对我们的启示 12.13KB
2007.10 书2 1 中华传统文化中的物理学 2.52KB
2007.10 书2 物理学原理（第一卷）时间、空间、质量 目录 1.96KB
2007.10 书2 前言 15.12KB
2007.10 书1 2.3 波函数空间理论的数理逻辑和实践基础 8.53KB
2007.10 书1 2.2 为什么不能把波理论纳入经典理论的框架 4.57KB
2007.10 书1 2.1 电磁场的算子理论和电磁场基本方程组 8.83KB
2007.10 书1 2 现代电磁场理论 3.4KB
2007.10 书1 1.4 关于自然哲学的数学原理 5.28KB
2007.10 书1 1.3 关于光本质的讨论 4.2KB
2007.10 书1 参考文献 2.35KB
2007.10 书1 7.3 结束语 8.56KB
2007.10 书1 7.2 量子理论的未来 4.01KB
2007.10 书1 7.1 自然科学体系的逻辑重建 8.93KB
2007.10 书1 7 科学的未来是什么 3.2KB
2007.10 书1 6.4 爱因斯坦哲学观和对我们时代的贡献 5.18KB
2007.10 书1 6.3 有关相对论实验的分析 6.05KB
2007.10 书1 1.2 相对论与量子理论矛盾的实质——波粒二象性 4.57KB
2007.10 书1 6.2 爱因斯坦的广义相对论和霍金的广义相对论 11.51KB
2007.10 书1 6.1 狭义相对论的回顾和讨论 9KB
2007.10 书1 6 相对论 2.26KB
2007.10 书1 5.4 实物与暗物的数理逻辑体系 6.53KB
2007.10 书1 5.3 暗物(或虚物 ) 12.89KB
2007.10 书1 5.2 实物 6.51KB
2007.10 书1 5.1 物质存在及其运动的基本形式的探讨 11.82KB
2007.10 书1 5 实物与暗物 2.19KB
2007.10 书1 4.4 关于绝对运动和绝对速度问题 8.84KB
2007.10 书1 4.3 逻辑时空中的数学问题 10.37KB
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2007.09 文1.1 人类有史以来的几次自然哲学大论战 8.5KB
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书1 5.3 暗物(或虚物 )
宋文淼 （wenmiaosong@gmail.com） 上传2007.10 浏览67
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《信息时代的物理世界——实物与暗物的数理逻辑》
第五章 实物与暗物
§ 5.3 暗物(或虚物 )
暗物( 或虚物) 是与实物相反相成的组成物质世界的另一类物质的总称。暗物与实物具有许多相反的性质，但时人们对于暗物认识要比实物的认识更少。暗物具有下面的基本特性：
(1) 暗物的空间共容性
空间共容性是暗物的基本特性。 这一性质正好与实物的空间占有性相反。它是暗物的其他性质的基础。 每一种实物不论它的自身存在形式，还是它的运动形式，都有相应的暗物与之对应。但是与实物不同的是，与它们相联系的暗物之间都是空间共容的，因而暗物是不分层的，在整个空间内组成了也许可以称为“以太”的物质。这种物质是布满全空间的，以后我们仍把所有暗物的集合称为以太，而把以太中的每一种具有相同性质的物质称为一种暗物。所有不同性质的暗物在同一空间中也是互不相干地存在。也就是说，以太是一种特殊的物质的集合，这些物质布满全部空间，存在于以太中的每一种暗物都保持自己本身的性质而不受其他暗物的任何影响。
(2) 暗物的分类：背景场与辐射场
暗物可以分为两类：一类是与实物的自身存在相对应的，我们称之为实物的背景场，另一类则为与实物的运动相联系的，称之为辐射波。
背景场就是牛顿所寻找的物质与物质之间发生相互作用所依赖的东西，牛顿说一个物体把相互作用和力通过虚空作用于另一个物体是极大的荒唐，但是在他的时代又没有一种数学方法可以描述出这样一种物质存在，所以就不得不临时性地依靠超距作用来表达力的数学关系。所谓背景场是指这种场是与实物的存在的一种背景，所以它与实物之间的空间关系是不变的，它的运动也是与实物一起的，即在运动过程中它与实物的空间关系总是保持不变的。所以说背景场的传播速度是没有意义的。但是它是传递实物与另一个实物之间的相互作用的，这种传递相互作用的速度是瞬时的。所以看起来好像有了无限大的“速度”，其实这本来是没有意义的一件事，是因为相对论中假设了一个光速不可超越性才把人们的思维搞糊涂了。实际情况只是，一个球形的实物带有一个与距离 (半径) 平方成反比的背景场，在空间中保持不变的形状，一起运动，就那么简单。任何一个具有最初等的思维能力的人都可以想象得清清楚楚。不管这个背景场延伸得多远 (因为从逻辑上说它的延伸没有限制 )，都不存在逻辑上的困难，因为这一场的分布是与半径平方成反比的，随着距离很快地衰减，即使到了无限远的地方暗物的总量 (物理上说是指总能量 )仍是常数。当然实物转起来这些暗物也跟着转，在逻辑上对于很远很远的地方，它们的速度就会超过光速。为什么一定不可以呢？背景场是与实物的自身存在相联系的。实物的自身存在只是一个没有方向性的标量，所以背景场本质上也只是一个没有方向性的标量，当然在相互作用中看起来是一个矢量，我们把它称为“一维”的矢量。背景场只存在能量而没有动量。
辐射场也就是波，它是与实物运动相联系的，波的产生是一个不容易说得很清楚的问题：只有实物在运动过程中与那类波发生了相互作用，交出了能量给波才能产生更多的波，相反如果吸收了波，就会使波减少。所以如果本来就没有波，就无法进行相互作用，也就无法产生波。但是我们不必为此而担心，正像是先有鸡还是先有蛋一样，反正人类诞生很久很久以前，宇宙已经充满以太了。鸡和蛋都已经有了，但是在逻辑上我们不论在讨论电磁波的产生或传播的时候都要先假定已经有了这样的电磁波。这是电磁场工程科学家所早已清楚的，讨论一个振荡器时，必须假定有一个初始的波，在计算电磁波的传播时也必须初始的电磁波，如果初始值是零，就什么也算不出来了。总之，波是一种与背景场不同的暗物，它不仅有能量还有能流，因而一定意义上它也许还可以有与动量相对应的物理量，但是它的动量不论物理内容和数学形式都是极端复杂的。
波也许是一种非常复杂的物质形态，但是我们现在只知道与最简单的两个层次实物 (中性物质和带电粒子 )相联系的波：中性粒子的波 (力学波) 和电磁波。我们在前面已经简要地讨论过这两类波。它们都是“二维的矢量”场。它们大概都与极性有关，有了极性才能产生散度以外的力。也就是说有了极性才使外积与某种物理存在产生确定的对应关系。当然这种外积是指三维物理空间上的外积，任何非三维 (不论大于三维或小于三维 )的空间上的外积没有物理内容。
(3) 暗物的物理存在和逻辑存在
我们前面讨论的暗物主要是讨论它的物理存在，暗物的空间可容性和背景场与波两种形式是暗物物理存在的主要形式。当然那里的有些分析就已经超越物理存在的范围了。物理存在是逻辑存在的物质基础。也就是说，暗物与实物的相互联系性所造成的背景场和辐射场两类不同的形式和暗物与实物的对立性所造成的空间可容性，这里两点是暗物物理存在的主要内容。它是所有暗物逻辑存在的基础，即是我们描述暗物的各种数学形式和产生各种理论的根据。
暗物的物理存在中不需要无穷大和无穷小的概念，即不必去讨论暗物的连续性还是局域性的问题。因为如果一定要把那些特性加在客观实在上面有时候会产生完全相反的效果，但是这些性质在暗物的数学分析中却是常常用到的，没有这样一些数学性质我们又不可能建立任何理论。所以逻辑存在当然是必要的，但是任何逻辑存在，即对暗物的逻辑界定中一定要强调它的有限论域性。 对暗物来说我们说它由线性叠加性是指不考虑实物存在的情况下，一旦实物存在暗物之间就可以通过实物进行相互作用；我们常常说它有空间连续性，这也只是暗物空间共容性的一种数学描述，当追究它的产生过程时，它却是以一个一个有限的能量子的形式产生的，也是以一个一个有限的能量子的形式被吸收的。总之，只要一涉及暗物与实物相互作用时它的那些性质就要受到限制。但是我们现在实在还搞不清楚很多很多问题， 我们的逻辑存在以及由此给出的数学表达式都是对于那些现在已经得到一些与感性材料能够建立正确结果的有限论域才成立的。 实际上只要一涉及到相互作用，特别是与实物个体的相互作用，一切就都变得难以把握。但是我们相信从这样一条路进入量子领域比从时空关系进入量子领域要实在得多。
(4) 暗物的数理逻辑及其对于科学的影响
暗物的数学表达式实际上也就是暗物逻辑存在的一种表示，而逻辑存在只是为了描述物理存在的某些形式。暗物的共容性给暗物的逻辑描述带来很大的困难。因为共容性把各种不同性质的暗物都共容于同一空间中，我们现在还无法用一种由确定性逻辑自洽的数学方法去描述这种共容于一个空间的“以太”，我们只能描述暗物中那些可以按一定得数学形式叠加的那些暗物。也就是暗物的共容性从数学上说也可以称为暗物的可叠加性，但是这种可叠加性可以具有种种不同的数学性质。对于普遍的，即任意暗物之间的可叠加性我们还没有一种在时间和空间上的统一的逻辑自洽的数学形式来表示它们。它的困难就在于时间和空间有联系的那种叠加在数学形式上是非常复杂的，可以肯定任何通过僵化的四维空间几何来建立的叠加是没有物理内容的，也就是说这种数学上的四维空间几何的逻辑结构不满足暗物之间的在时空叠加的逻辑关系。但是我们可以分别来讨论某一类暗物之间的叠加关系，寻找它们的逻辑结构：我们只能讨论同一类暗物之间的叠加性，不同类暗物 (理学场与波、电磁场与波 )之间的叠加性似乎很难找到同一逻辑界定，我们这里不予讨论，这里只讨论同一类暗物的叠加性。同一类背景场之间的可叠加性只是空间的叠加性，由于没有时间的参与，成了三维几何空间上的几何叠加，这是一种很简单的逻辑关系。引力场的叠加性是最特殊的例子，所有的实物产生的引力场都可以按三维空间上三标量加法叠加在一起，所以可以形成巨大空间范围的同一的引力场位函数。带电粒子的背景场 (空间电荷场) 由于存在极性，所以满足三维几何空间上标量的加和减法的叠加原理，实物总体的电中性，使它只存在那些极化的局域区间内。同一类波 (力学波或电磁波) 之间的普遍的，即任意不同频率、模式、不同初始相位的波之间的叠加性大概只有能量的叠加性；所能得到的就只有一个标量的噪声电平。同一频率，任意相位关系的波之间可以得到时间平均的空间能量分布，这也就是所谓的波的干涉现象； 同一频率且满足相位相干条件的波才可以进行时间和三维几何空间上波形的叠加，电波传播就是研究这类问题的一个学科，这里还涉及到许多问题，最重要的一个是频率的问题：所谓同一频率又只是逻辑概念而不是物理概念，物理上没有绝对的单一频率；另一个就是信息的问题，信息就是有确定时空关系的波所具有的一种属性。 相干波的频域与时域的表达，是两种既有联系又不相同的表达形式，只有在理想条件下这两种表达形式才能够进行等价的变换。大家都把现在的社会称为信息社会，但是在信息和波传播的基本物理问题我们实在还没有离出一个头绪。现在技术上掌握的只是单一模式的在一定频宽范围内“线性电磁波”的各种转换和应用，所谓线性电磁波是指频率和幅度的变化符合某种准线性关系的电磁波。但是仅有这些就已经足以使信息产业成为社会上规模和影响最大的产业。 信息社会已经为人类提供了认识自然界的全新的工具和方法，现在的理论物理学家从理论上说应该是一批掌握对于自然界的最高深知识的人，但是却不大了解和关心信息技术对人类从自然界获取和分析知识的方法，而信息科学技术工作者则更是必须面对瞬息万变的市场，也不可能有精力去理解信息技术对于人类了解大自然和人类自身的思维方式所产生的巨大影响。现在我们所做的工作从形式上看是要结束与爱因斯坦的名字联系在一起的相对论时空框架对物理世界的束缚，重新建立以物质运动规律为基础的物理世界。爱因斯坦也确是提出了一些常人很难准确理解的假设，那是因为他要解决那些问题，在当时情况下是无法用已经确定了的思维模式去解决的。但是我们可以看到正是爱因斯坦最敏锐地感觉到我们现在所提到的几乎所有的那些关于物理学和人类思维相关的基本问题，我们现在描述暗物和获取信息中必须把时间和空间联系在一起的思想就是相对论的最基本的思想。 当然由于当时的历史条件，他不可能说清楚那些具体的物理关系。
(5) 暗物的基本数学表达形式
所谓满足叠加性原理的那些暗物，不论对背景场还是辐射波( 当然这里指相干波) ，描述它们运动形式的基本方程组都是矢量偏微分方程，关于矢量偏微分方程在文献 [7,8]中有详细讨论，它们既有共同性又有差别。但是总的说来就是它们都不能直接在欧式空间上通过对笛卡尔坐标的基矢方向的分离来进行求解，而必须在矢量偏微分算子空间的子空间内进行分离，分离成标量波动方程后才能求解。所不同的只是对于背景场来说它的时间微分部分为零，因为背景场时表示实物存在本身的一种外延性质，它当然也是可以随实物一起运动的，但是其形状是不随时间而变化的，所以波方程中时间微分项为零，简化为拉普拉斯方程。而波是由两个模式模式所组成，基本的方程都可化为标量波动方程，但标量波动方程不能直接求场，而只能求态函数，再通过对态函数进行不同的矢量偏微分运算后才能得到场。背景场退化为拉普拉斯方程，所以对于背景场来说，它的数学形式也退化为可以在欧式空间内求解，即时间可以从方程组中分离出来，这就是牛顿理论框架中时间和空间的分离形式。而对于波来说，它的运动形式中时间和空间是不可分离的，单独说某一时刻的空间分布或单独说某一空间位置的时间分布，虽然也可表示出来，但是那种形式不反应物理性质。但是如果把波用复数形式表述，它的解在复域上时间和空间是可以分离的。这就是爱因斯坦批评牛顿时空观的主要内容，这一点爱因斯坦是对的，光有这一点爱因斯坦对科学发展就作出了不可估量的贡献，但是他把时间和空间的联系固定为光在真空中的传播速度，虽然也能解决一些牛顿框架下难以解决的问题，但是这种解决方法的逻辑不严密，不是一种真实的物理关系。
在表达实物的运动形式时，必须采用拉格朗日方法，在欧式空间中对确定的局域分布的粒子来求解，它所用的都是一些经典的参数像速度、加速度、轨迹等，这时，所有的场都要表示成欧式空间中的力。而表达波的运动形式时，实物运动的量必须首先变换为矢量表函数空间中的射影，才能在矢量波函数空间内进行自洽的求解。如果直接在欧式空间中求解场，虽然经典场论中确是这样做的，常常需要作些近似变换，会产生一些误差，虽然经典场论的大量经验积累，已相当好的解决了一些实际问题的求解，但是要进一步严格化求不可能了，为了更严格的描述波与实物的相互作用，为了更精确地描述复杂的与波相作用的实物粒子的运动过程，如漩涡运动下的实物运动、等离子体中的离子运动等，也为了从相互作用过程中获得更多的信息，严格的现代电磁场理论是必须的。
(6) 波的不可视性
与可视性是实物的最直观性质相反，不可视性作为暗物的性质却并不容易为人们所理解，因为我们看惯了大洋中的海浪、大地上的麦浪，总是把这些与波联系在一起，其实这些表面的起伏确实具有波的某些特性，但是它们都不是物理上的波，物理上的波是三维空间内的某种能量传播过程。人们可能更不能理解光的不可视性，因为是“光”才使我们看到了一切，但是光确实是不可视的：我们看到的都是发光体的空间形状和颜色，如果我们看到了充满整个空间的光，就会像大雾天一样，什么实物都看不到了。波的不可视性是波的空间连续性的一种直观形式。
(7)波运动中的物理量
由于暗物有空间共容性而没有占有性，因而以空间位置为特征的物理量都失去了的内容，波的速度与实物速度是完全不同的概念，波没有加速度，所以惯性质量自然没有物理内容。波是在与实物运动之间的相互作用中产生，存在并被吸收的。实物与暗物之间的量就只有时间、空间和能量。但是由于波是与实物的相互作用中产生，并在与实物的相互作用中消失的，所以研究波与实物的相互作用是物理学中的一项重要的内容，在相互作用过程中总是要对两种不同形式的物质存在进行比较，而比较过程中总是喜欢用人们已经熟悉的实体物质在欧氏空间中的物理量做为标准，来寻找波函数空间中的暗物能与之对应的量。在这些比较有时候会给我们带来一些方便之处，但是更多的是带来一些错误的概念。这些错误概念之一就是速度，在第二章中我们已经讨论过了，由于概念的不恰当造成物理学的混乱。现在有很多人都在做各种快光速、慢光速、零光速以及负光速的实验，在所有实验中只是光路 (或微波电路)的其中某一段有了稀奇古怪的光速，而整个光路中其他地方还是光速。这是什么意思呢？我们只要相信在光路的任意截面上功率是守恒的，那么这些速度是什么意思呢？当然为了说明光速不变性的原理是不存在的，这些实验是有意义的，但是这些实验中大多数并不是物理上的传播速度，而是从一些公式计算出来的，这些公式就是爱因斯坦所说的十九世纪末那些想把麦克斯韦理论放入牛顿理论框架的科学家们所做的工作。其实从更简单、更直接的物理原理就可以辨别哪些结果的合理性。还有一个更大的问题，似乎很难以为一般人们所接受，那就是那种有质有形的光子是不存在的。光从本质上说只是一种波，但是这种波也是从实体物质中，其实就是从电子中，一份一份的辐射出来的，也是一份一份地被吸收的，每一份就是一个光量子，这其实是很正常的事，波也和任何其它物质一样有一个最小的单位，也可以是不连续的。我们从来没有把连续性和与此相联系的无穷小的概念加给物理实在。我们为了逻辑分析时才引入无穷小的概念，这种无穷小的概念是有条件的，那就是考虑的问题中有足够多的光量子。但是这丝毫也改变不了光的波动性，每一份光量子依然具有波动性，它依然没有空间占有性，没有可以测量得到的大小，不会与其它光量子发生碰撞。这些性质是我们生活中时时可以感受到的，如果光具有实物粒子那样的性质，不同方向来的光子发生作用和碰撞那么我们就什么也看不清楚了。
波运动的本质和概念现在实际上还没有为物理学界所接受，深入研究和发展波运动的理论和波与实物相互作用的理论是物理学理论的一个至关重要的问题。
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2009.06.05 砂、水分流——虹吸排沙的设想 12.01KB
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2008.03.30 让科学之风吹遍人间（《自然科学体系梳理》第二版序） 14.34KB
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2007.11 书3 4.1 数理逻辑框架的探讨 5.25KB
2007.11 书3 1.3 数理逻辑体系 7.23KB
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2007.11 书3 3.4.4 理论物理学发展的正确方向 8.82KB
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2007.11 书3 3.3.3 电磁波的数学体系和数理逻辑 4.53KB
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2007.11 书3 2.4.4 科学思维的发展道路 8.23KB
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2007.11 书3 2.4.1 哲学与逻辑学的关系 3.1KB
2007.11 书3 2.4 关于哲学和逻辑中的一些概念的探讨 1.71KB
2007.11 书3 2.3.4 数学逻辑与数理逻辑 6.7KB
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2007.11 书3 2.3.2 从幂运算到复数与复数运算和复数空间 9.67KB
2007.11 书3 1 关于逻辑学和哲学的一般讨论 6.5KB
2007.11 书3 2.3.1 幂运算与实数空间理论 7.23KB
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2007.11 书3 2.2.3 关于现代数学的逻辑悖论和逻辑体系的探讨 10.04KB
2007.11 书3 2.2.2 牛顿时代的是怎样解决这些问题的 15.62KB
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2007.11 书3 2.2 关于实数和实数空间的讨论 2.29KB
2007.11 书3 2.1.4 数学发展历史上的第一个逻辑悖论 9.5KB
2007.11 书3 2.1.3 数字概念与运算方法的扩展 4.56KB
2007.11 书3 2.1.2 数字的可运算性 4.99KB
2007.11 书3 前言 15.92KB
2007.11 书3 物理学原理（第二卷）哲学、数学、物理学 目录 3.97KB
2007.10 书2 2.3 亚里斯多德与逻辑学 13.29KB
2007.10 书2 2.2 亚里斯多德关于物质和运动的观念 9.42KB
2007.10 书2 2.1 亚里斯多德时代的宇宙学说 14.47KB
2007.10 书2 2 古希腊文化中的物理学 10.39KB
2007.10 书2 1.4 关于中华古文明的思考 7.57KB
2007.10 书2 1.3 从盖天说到浑天说 6.58KB
2007.10 书2 1.2 测量时间(光阴)的科学 12.85KB
2007.10 书2 参考文献 2KB
2007.10 书2 4.4 现代物理学与牛顿的物理框架 13.64KB
2007.10 书2 1.1 关于易经的历史传说 5.7KB
2007.10 书2 4.3 光与牛顿物理框架的关系 12.55KB
2007.10 书2 4.2 热力学与牛顿物理框架的关系 12.31KB
2007.10 书2 4.1 关于力与质量的讨论 21.91KB
2007.10 书2 4 从牛顿到二十世纪的物理世界 14.07KB
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2007.10 书2 3.2 牛顿的质点动力学体系的核心——对于质量的逻辑界定 17.94KB
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2007.10 书2 2.4 希腊古文明对我们的启示 12.13KB
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2007.10 书2 物理学原理（第一卷）时间、空间、质量 目录 1.96KB
2007.10 书2 前言 15.12KB
2007.10 书1 2.3 波函数空间理论的数理逻辑和实践基础 8.53KB
2007.10 书1 2.2 为什么不能把波理论纳入经典理论的框架 4.57KB
2007.10 书1 2.1 电磁场的算子理论和电磁场基本方程组 8.83KB
2007.10 书1 2 现代电磁场理论 3.4KB
2007.10 书1 1.4 关于自然哲学的数学原理 5.28KB
2007.10 书1 1.3 关于光本质的讨论 4.2KB
2007.10 书1 参考文献 2.35KB
2007.10 书1 7.3 结束语 8.56KB
2007.10 书1 7.2 量子理论的未来 4.01KB
2007.10 书1 7.1 自然科学体系的逻辑重建 8.93KB
2007.10 书1 7 科学的未来是什么 3.2KB
2007.10 书1 6.4 爱因斯坦哲学观和对我们时代的贡献 5.18KB
2007.10 书1 6.3 有关相对论实验的分析 6.05KB
2007.10 书1 1.2 相对论与量子理论矛盾的实质——波粒二象性 4.57KB
2007.10 书1 6.2 爱因斯坦的广义相对论和霍金的广义相对论 11.51KB
2007.10 书1 6.1 狭义相对论的回顾和讨论 9KB
2007.10 书1 6 相对论 2.26KB
2007.10 书1 5.4 实物与暗物的数理逻辑体系 6.53KB
2007.10 书1 5.3 暗物(或虚物 ) 12.89KB
2007.10 书1 5.2 实物 6.51KB
2007.10 书1 5.1 物质存在及其运动的基本形式的探讨 11.82KB
2007.10 书1 5 实物与暗物 2.19KB
2007.10 书1 4.4 关于绝对运动和绝对速度问题 8.84KB
2007.10 书1 4.3 逻辑时空中的数学问题 10.37KB
2007.10 书1 1.1 物理学发展的历史回顾 9.27KB
2007.10 书1 4.2 时空框架的历史发展过程 10.01KB
2007.10 书1 4.1 物理时空和逻辑时空 4.87KB
2007.10 书1 4 时间和空间 2.29KB
2007.10 书1 3.5 引力场、力学波、引力波及其与电磁场和波的比较 7.74KB
2007.10 书1 3.4 流体力学中数理逻辑结构的进一步推讨 6.13KB
2007.10 书1 3.3 流体力学中涡与波 5.53KB
2007.10 书1 3.2 流体力学中的两种分析方法 6.42KB
2007.10 书1 3.1 牛顿力学与引力场 9.18KB
2007.10 书1 3 宏观力学中的数理逻辑问题 3.98KB
2007.10 书1 2.4 关于光速、光速的测量和超光速问题 8.05KB
2007.10 书1 1 20世纪物理学进展与问题 2.15KB
2007.10 书1 信息时代的物理世界——实物与暗物的数理逻辑 目录 3.05KB
2007.10 书1 前言 10.08KB
2007.10 文1.6 终结——为后信息社会的到来做好真备了吗？ 10.35KB
2007.10 文1.5 画在水晶球面上的最后一个圆——悼章钧豪先生 10.14KB
2007.10 文1.4 微观世界的太阳系——氢原子光谱 10.87KB
2007.10 文1.3 基础科学研究决定国家和人类的未来 9.59KB
2007.09 文1.2 科学的品格——兼谈“科学共同体” 8.51KB
2007.09 文1.1 人类有史以来的几次自然哲学大论战 8.5KB
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