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金煊 原创 | 2010-1-7 14:54 | 投票 | 阅读:325 点击：325
关键字： 能量 守恒 宇称
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能量守恒定律对于十九世纪的物理学家来说是至关重要的，这一原理在他们看来意味着整个自然界的统一。[21]（P151）能量守恒定律说，动能与势能之和在运动过程中保持不变，无论在化学、热学、电学、磁学和生物学之间的转换，总的能量是守恒的。[21]（P149）能量守恒定律与时间平移不变性相关联，在时间变化中对称。熵和能量都是可传递的物理量，科学家认为孤立系统的能量守恒，而熵则不必守恒，它会在自身的不可逆过程中产生出来。[20]（P24）1865年克劳修斯指出，宇宙的能量是常量，而熵趋于最大。[21]（P163）
李政道
上世纪50年代来，物理学家先后发现一些守恒定律有时并不完全满足对称性。20世纪，物理学概念上的革命在基本粒子和宇宙学，以及宏观物理学的层次上进行着。[21]（P27）作为基本粒子的镜像对称，科学界在1956年前一直认为宇称守恒,也即是说一个粒子的镜像与其本身性质完全相同. 然而1956年美籍华人李政道和杨振宁却提出宇称不守恒定律，并由吴健雄用钴60验证了在弱相互作用中,互为镜像物质运动的不对称。
李政道出生于中国上海，祖籍江苏苏州，父亲李骏康是金陵大学农化系首届毕业生。李政道曾在东吴附中，江西联合中学等校上学。1943年考入迁至贵州的浙江大学物理系，从此走上物理学之路，师从束星北、王淦昌等教授。1945年他转学到时在昆明的西南联合大学就读二年级，师从吴大猷、叶企孙等教授。1946年赴美进入芝加哥大学，师从费米教授。[7](P11-15)
杨振宁
1950年李政道获得博士学位之后，从事流体力学的湍流、统计物理的相变以及凝聚态物理的研究。1953年，他被聘任为哥伦比亚大学助理教授，主要从事粒子物理和场论领域的研究。三年后，29岁的李政道，成为哥伦比亚大学二百多年历史上最年轻的正教授。他开辟了弱作用中的对称破缺、高能中微子物理以及相对论、重离子对撞物理等科学研究领域。此后转向高温超导波色子特性，中微子映射矩阵，以及解薛定谔方程的新途径的研究,直到如今耄耋之年的他仍奋斗在物理研究的第一线，不断有所创新发现。
杨振宁是安徽合肥人，1922年10月1日出生，他在小学读书时，数学和语文成绩就都很好。1938年他刚16岁，中学尚未毕业就考入了西南联大。1942年，20岁的杨振宁大学毕业，随即考入西南联大的研究院。两年后，他以优异成绩获得了硕士学位，并考上了公费留美生，于1945年赴美进芝加哥大学，1948年获博士学位。
1949年，杨振宁进入普林斯顿高等研究院做博士后，开始同李政道合作进行粒子物理的研究工作，其间遇到许多困惑人的现象和难题。他们大胆怀疑小心求证，最终除残去秽推翻了宇称守恒律，别树一帜解决了问题。
杨振宁涉猎物理学的范围很广，包括粒子物理学、统计力学和凝聚态物理学等皆作出了贡献。除了同李政道一起发现宇称不守恒之外，杨振宁还率先与米尔斯（R.L.Mills）提出了“杨-米尔斯规范场”，与巴克斯特（R.Baxter）创立了“杨-巴克斯方程”。物理学家戴森在石溪为杨振宁退休所举行的学术讨论会上说：“杨振宁对数学美妙的品味照耀指导着他所有的工作。即使他的不是那么重要的工作,也由此成为精致的艺术品，使他深奥的推测点石成金。”这使得他“对于自然神秘之结构比别人看得更深远得多”。
吴健雄1934年毕业于中央大学物理系，后赴美国留学，先后获得加利福尼亚大学、普林斯顿大学、耶鲁大学、哈佛大学等院校的理学博士学位。1954年加入美国籍。1973年，她当选为美国物理学会会长，并为英国爱丁堡皇家学会荣誉会员，美国国家科学院院士、美国艺术与科学院院士。1994年，她获得全美华人杰出成就奖。西方科学家称吴博士是中国的居里夫人，也曾是诺贝尔奖得主的艾米里·肖格莱博士誉她为"垂帘听政的核子物理学女王"。
1．宇称不守恒定律提出的背景。
所谓“宇称”，我们可以形象地理解为“左右对称”，按照此理“宇称守恒不变性”亦就是“左右交换不变”。或者“镜象与原物对称”。在日常生活中，左和右之间屡见不同。然而对称的现象却普遍存在于自然界中，事物运动变化的规律左右对称也是人们的普遍认识。在物理学中，对称性具有更为专业的含义，指的是物理规律在某种变换下的不变性。
具体地说，在微观世界里，基本粒子通常有三个基本的对称方式：一个是粒子和反粒子互相对称，即对于粒子和反粒子，定律是相同的，这被称为电荷(C)对称；一个是空间反射对称，即同一种粒子之间互为镜像，它们的运动规律是相同的，这叫宇称(P)；一个是时间反演对称，即如果我们颠倒粒子的运动方向，粒子的运动是相同的，这被称为时间(T)对称。[3]（P54-55）这样也就从经典物理学开始到近代物理学（包括力学、电磁学、引
力场、弱作用理论、原子、分子和核子构造等），一切一切的物理理论，在1956年 4月以前，都认为是左右对称的。正是因为每一门物理理论都有大量的实验作证明，所以物理学家们也就弊于一曲暗于大理，想当然地认为“左右对称”在粒子物理学中也已经被充分证明了，一个粒子的镜像与其本身性质完全相同也就是勿庸置疑的了，是自
然界不明自证的真理，宇称守恒是天经地义的。
根据左右对称性也就引伸出“宇称守恒定律”：由许多粒子组成的体系，不论经过相互作用发生什么变化（包括可能会使粒子数发生变化），它的总宇称保持不变，即原来为正，相互作用后仍就为正；原来为负，相互作用后仍就为负。这一定律对于许多情况总是正确的，象强相互作用和电磁相互作用便是如此,于是人们先入为主地癔断对于弱相互作用也不言而喻也同此理。
弱相互作用下的宇称守恒的这一主观武断看法竟为人们稀里糊涂地维持了三十年。直到1954~1956年间人们在粒子物理研究中遇到了一个难题才有所发觉，即所谓的“τ-θ之谜”，就是荷电的κ介子有两种衰变方式，一种记为τ介子，一种记为θ介子。这两种粒子的质量、电荷、寿命、自旋等几乎完全相同，以致于人们不能不以为它们是同一粒子。然而另一方面，它们的衰变情形却不相同，表现为宇称不相同，当τ粒子衰变时，产生三个π介子，它们的宇称为负（根椐已确定了的π介子的宇称为-1和宇称守恒定律），而θ粒子衰变时产生两个π介子，它们的宇称为正，也就是说，τ粒子与θ粒子衰变时具有完全相反的宇称。
对此现象的解释可供选择的答案唯有两种：其一是承认宇称守恒定律，则τ粒子与θ粒子是两种不同的粒子，因为它们的宇称不同，相互作用过程宇称应不变，但无法解释为什么θ、τ粒子性质如此相同。其二是确认τ和θ是同一种粒子，可是宇称守恒定律也就不成立了。
1956年，李政道和杨振宁在深入细致地研究了各种因素之后，谨权量审法度最终大胆地断言，τ和θ是完全相同的同一种粒子(后来被称为K介子)，但在弱相互作用的环境中，它们的运动规律却不一定完全相同，通俗地说，这两个相同的粒子如果互相照镜子的话，它们的衰变方式在镜子里和镜子外居然不一样！用科学语言来说，“θ-τ”粒子在弱相互作用下是宇称不守恒不对称的.
1956年李政道、杨振宁在研究这个问题时，仔细地查阅分析了有关宇称守恒的各种实验资料，发现至少在弱相互作用领域，宇称守恒定律竟从未得到过实验的验证，而只不过是一个理论上想当然的推断而已。因此根据“τ-θ之谜”的启示，他们提出在弱相互作用过程前后，宇称可能不守恒，并且还指出可以用β衰变（也是一种弱相互作用）的实验来证实或否定他们的推测。说来也教人难以置信，人们对于弱作用的研究亦已有了相当长的历史，从发现β放射性算起，已经历了半个多世纪;即使从费米提出β衰变理论算起，也过去了二十多个年头。在这漫长岁月中，人们对于弱作用，尤其对于β衰变，已经作过大量实验，然则人们却集体遗忘了宇称是否守恒却没有一个实验曾经证明过。这是因为左右对称性从未有人怀疑过，人们宁一直取次相信之，应用之，却偏偏从未想去检验之，岂非荒诞不经？这告诉了我们正是那些人们习以为常的地方可能却藏匿着惊人的错误，对所谓勿用置肄不证自明的论断可能已是错不斟言了，还是少盲从为妙。李政道和杨振宁正是在彻底研究了所有已经作过的弱作用实验，并发现还没有一个实验曾证明过宇称是否守恒后，才顺势提出弱作用中宇称可能不守恒的猜测。[7](P13)
究竟宇称是否守恒，还是让实验来检验吧。为此，李政道和杨振宁设计了一系列可用来检验宇称是否守恒的实验方案，即安排两套实验装置，它们严格地互为镜象，然后在这两套装置中观测弱作用过程，看看两套装置中出现的是不是互为镜象的现象。[3]（P55）1957年1月9日吴健雄与安布勒（E ． Ambler）、海沃德（R．W．Hayward）、霍普斯（D．D．Hoppes）等科学家从观测钴60（60Co）的衰变的实验证实了这项推测，吴健雄用两套实验装置观测钴60的衰变，她在极低温(0.01K)下用强磁场把一套装置中的钴60原子核自旋方向转向左旋，把另一套装置中的钴60原子核自旋方向转向右旋，这两套装置中的钴60互为镜像。实验结果表明，这两套装置中的钴60放射出来的电子数有很大差异，而且电子放射的方向也不能互相对称，实验结果推翻了物理学上屹立不动达三十年之久的宇称守恒定律（在强相互作用和电磁相互作用中宇称一直是守恒的）。[3]（P58）1957年1月15日，美国哥伦比亚大学物理系举行新闻发布会，公布了吴健雄小组的实验结果，并且宣布宇称守恒这个物理学基本定律在弱相互作用中被推翻了。
由于这一发现，瑞典皇家科学院立即将1957年的诺贝尔物理奖，颁发给杨振宁和李政道两位博士，表彰他们攘弃了过去科学家的 过错，更开启基本粒子"弱交换作用"一些规则的研究，使人类对物质结构内层的认识迈进了一大步。[7](P13)普林斯顿大学授予吴健雄博士荣誉哲学博士学学位时，校长郑重地宣布：吴健雄博士已充分获得被称誉为世界上最伟大物理实验学家的权利。
2.宇称不守恒定律
宇称不守恒定律:在弱相互作用中,互为镜像的物质的运动不对称。
放射性元素的发现显示出一种新的相互作用，在β放射现象中，一个电荷Ζ的原子核自发地放射出电子和中微子，同时衰变为电荷Ζ+1的原子核。这样的反应，电磁相互作用和引力相互作用都不能促成，所以一定有一种新的相互作用。从β衰变的寿命可以推出，这种相互作用的强度大约是电磁相互作用的1/1012，故此我们称之为弱相互作用。[8]（P324）它虽然很弱，但还是比引力相互作用强得多了，不过它的有效力程很短，也就是说，它的强度随着距离的增加按指数律减小，所以它在宏观物体之间是不起作用的，但在核反应中却起着关键的作用。
我们亦已知道，所谓“宇称不变性”也就是“左右交换不变”。镜象反射不变，是指把一个过程换成它的镜象后仍然服从原来的规律，即不能用物理实验来区分左右。[9]（P224）不妨用一个类似的例子来说明问题。假设有两辆互为镜像的汽车，汽车A的司机坐在左前方座位上，油门踏板在他的右脚附近；而汽车B的司机则坐在右前方座位上，油门踏板在他的左脚附近。现在，汽车A的司机顺时针方向开动点火钥匙，把汽车发动起来，并用右脚踩油门踏板，使得汽车以一定的速度向前驶去；汽车B的司机也做完全一样的动作，不过是左右交换一下——他反时针方向开动点火钥匙，用左脚踩油门踏板，并且使踏板的倾斜程度与A保持一致。现在，汽车B将会如何运动呢？
也许大多数人会认为，两辆汽车应该以完全一样的速度向前行驶。遗憾的是，他们犯了想当然的毛病。吴健雄的实验证明了，在粒子世界里，汽车B将以完全不同的速度行驶，方向也未必一致！——粒子世界就是如此不可思议地展现了宇称不守恒。
3.宇称不守恒原理的深远影响。
3.1不对称不守恒现象的普遍规律。许多人说："很难想象，假若没有杨和李等的工作，今天的理论物理会又该如何？宇称不守恒可谓是对物理学中的基本信念的一个巨大冲击。[9]（P224）
宇称不守恒定律提出后，科学家很快又发现，粒子和反粒子的行踪变化并非皆有节概！真空也不对称，因而夸克可被禁闭，不同的中微子间可以互相转换变化，连质子也可能不稳定…。一些科学家进而提出，或许正是由于物理定律存在轻微的不对称，使粒子的电荷(C)不对称，导致宇宙大爆炸之初生成的物质比反物质略许多了一点点，即此时能量守恒定律并不成立。大部分物质与反物质湮灭了，剩余的物质才形成了我们今天所认识的世界。如果物理定律严格对称，例如能量守恒定律等所示，有一定量的正能量就有相应数量的负能量，宇宙连同我们自身就都不存在了——如若宇宙大爆炸之后诞生了数量相同的物质和反物质，因为正反物质相遇后就会立即湮灭，那么，星系、地球乃至人类就都没有机会形成了。现代宇宙理论曾认为，宇宙大爆炸之初应该产生等量物质和反物质，但当今的宇宙却主要为物质世界所主宰，这一现象一直让人困惑。欧洲核子中心新实验证明，反物质转化为物质的速度要快于其相反过程，因此它为宇宙中物质量为何远远超过反物质量提供了部分答案。
接下来，科学家发现连时间本身也不再具有对称性了！可能大多数人原本就认为时光是不可倒流的。1998年年末，物理学家发现首例违背时间对称性事件。欧洲原子能研究中心的科研人员发现，正负Ｋ介子在转换过程中存在时间上的不对称性。这一发现虽然有助于完善宇宙大爆炸理论，但却动摇了"基本物理定律应在时间上对称"的观点。日常生活中，时间之箭永远只向一个方向变化嬗迁，“逝者如斯”，过去与未来的界限泾渭分明。而在物理学家眼中，时间却一直被视为是可逆转的。比如说一对光子碰撞产生一个电子和一个正电子，而正负电子相遇则同样产生一对光子，这两个过程都符合基本物理学定律，在时间上是对称的。如果用摄像机拍下其中一个过程然后播放，观看者将不能判断录像带是在正向还是逆向播放——从这个意义上说，时间没有了方向。
时间、宇称和电荷作为一个整体被认为应该守恒，后来物理学家们也曾猜想说，时间在特定情况下会违背对称性。欧洲核子中心的成果首次证实了这一猜想。1998年年末，物理学家们却首次在微观世界中发现了违背时间对称性的事件。欧洲原子能研究中心由来自九个国家近百名研究人员组成的这一小组在实验中研究了Ｋ介子反Ｋ介子相互转换的过程。介子是一种质量比电子大，但比质子与中子小，自旋为整数，参与强相互作用的粒子，按内部量子数可分为π介子、ρ介子和Ｋ介子等。科研人员发现，正负K介子在转换过程中存在时间上的不对称性：反K介子转换为K介子的速率要比其逆转过程——即K介子转变为反K介子来得要快。这乃是物理学史上首次直接观测到时间不对称之现象。
至此，粒子世界的物理规律的对称性全部破碎了，一切冰雪消融，世界从本质上被证明了是不完全对称的，破缺不整齐的。欧洲原子能研究中心的一个小组经过长达三年的研究终于获得了突破。他们的实验观测首次证明，至少在中性Ｋ介子衰变过程中，时间违背了对称性。
1999年3月，科学家称直接观测证明电荷宇称定律有误。美国费米实验室宣布说，该实验室以前所未有的精度，基本"确切无疑"地证明中性Ｋ介子在衰变过程中直接违背了电荷宇称联合对称法则。这一结果被认为是涉足物质和反物质研究领域的一项重要进展。[1]（P107-145）
3.2粒子世界的物理规律的对称性全部破碎了。
对称从字面上讲就是两样东西相对而又相称，把这两个东西对调变换一下，好像没有动过一样。[5]（P5）阿.热认为“终极设计者只会用美的方程来设计这个宇宙”。“对称等同于美”H.邦迪说，“爱因斯坦深信，美是探求理论物理学中重要结果的一个指导原则。”[4]（P10-16）爱因斯坦的广义相对论把惯性系和非惯性系之间的对称绝对化了，企图抹杀二者之间的一切差异和不对称性，又引出了双生子佯谬。[10]（P24，P35）甚至于在物理学中，人们机械地先从对称性出发，然后再得到方程。有时候，如果你遵循你的本能提供的通向美的向导而前进，你会获得深刻的真理，即使这种真理与实验是相矛盾的。[11]（P5）现代许多大物理学家反复强调美对物理学中研究工作的重要性。[11]（P6）在李政道和杨振宁发现弱弱作用中宇称不守恒之后中，经过物理学家的研究，很快就确认弱相互作用的运动规律在粒子和反粒子互换的正反粒子变换二不再保持不变，但是弱相互作用的运动规律在正反粒子变换和空间反射变换的联合变换（CPT）下仍然是不变的。[1]（P108）[4]（P287）
现在世界从本质上被证明了是不完美的、有缺陷的。李政道指出，目前的理论都建立在对称性原理上，其实大多数对称性量子数都不守恒。[7]（P14）如同建筑和图案一样，只有对称而没有它的破缺，看上去虽然很规则，但同时显得单调和呆板缺乏生气。唯有基本上对称而又不完全对称方才构成美的建筑和图案。大自然正是这样的建筑师。不守恒不对称仅仅在极其特殊的条件情况下发生，而对称平衡才是主旋律。人世间诸多事物进化发展过程中不可能是绝对对称不变的，总会存在种种对称性的破损，苏式封建专政制度在时间上超平衡态对称守恒，因此难以进步。但是如果太多的不对称太严重的失衡就会造成不稳定，乃至系统的涨落放大一直到系统的坍塌。所以，社会稳定又需要平衡对称，各阶层的权利平等对称，“振困穷，补不足。”而苏式体制在社会中划分革命阶级先进团体和英明领袖的阶级民主平等，产生特权阶级，频生社会极端的不平衡不对称和偏陂，最终必然导致社会行止屈申淘汰退步和解体。
在经过P不守恒和CP对称性破缺再次冲击后，尽管还有CPT对称堡垒可以固守，但是，大多数物理学家毕竟从哲学高度重新审查了自己以往对称性的信念，且有不少人放弃了对称的绝对性这样根深蒂固的旧信念，而转向对称和不对称互补的新观念。[10]（P24）因此，对称性的破坏是事物不断发展进化的原因，是事物变得丰富多彩的原因，对称与不对称的共存才互补为整体的世界。在开放系统中事物的变化相对于时间是不对称的。日常生活中左右常常是不对称的不完美的，过分地追求完美对称反而不现实的，对称与不对称彼消此涨轮流转换。不如意的事常占七***，完美无瑕万事如意的事反而仅仅占了一二而已，故人若知道明白了此道理，学会俯仰屈伸也就知足常乐了。
3.3 作为运动的基本规律的能量守恒定律并非于任何领域正确。
被恩格斯赞誉为19世纪自然科学的三大发现一是细胞学说，二是能量守恒和转化定律，三是生物进化论。[17](P44) 恩格斯说：“如果说，新发现的、伟大的运动基本规律，十年前还仅仅概括为能量守恒定律，仅仅概括为运动不生不灭这种表述，就是说，仅仅从量方面概括它，那么这种狭隘的、消极的表述日益被那种关于能量的转化的积极表述所代替，在这里过程的质的内容第一次获得了自己的权利，……”. [16]他说的是那时消极表述日益被积极表述所代替，能量守恒定律在那时的知识领域内是正确的，而我们现在可以说其正确性在任何领域也不是对称不变而守恒的。能量守恒定律如今被人们普遍认同，但是并没有严格证明，严格讲仍然属于假说。弱相互作用宇称不守恒的确立告诉人们，各种守恒定律的适用范围也可以是不守恒对称的，各种物理量则唯在某些相互作用过程中方是守恒的。[1]（P107）
譬如动量守恒定律是物理定律在空间平移下的不变性的体现；能量守恒定律与时间平移不变性相联系，即如果物体的运动规律在时间平移下是不变的，则物体运动的能量守恒，否则能量守恒定律则未必成立；角动量守恒定律是物理定律空间旋转对称性的体现等。在研究各种守恒定律时，相加性守恒量还是相乘性守恒量，都要审慎注意并周密研究这些守恒定律的适用范围。
尽管人们仍相信在孤立系统和宇宙宏观世界里能量是守恒的（即能量无以创造也无以消失），但在亚原子量子领域这个定律却失效了，能量可随时自发地出现无可预知的变化。所考虑的时间间隔越短，变种量子随机涨落就越大。实际上，粒子可以从我们无从知道的某个地方借来能量，只要这份能量马上归还就行。海森堡不确定原理的准确数学形式要求大宗的能量借贷必须快速归还，而少量的借贷则可保留较长的时间。。。通常认为的真空确实充满着川流不息过眼烟云般的一群群这类瞬时存在即生即灭的粒子，它们不仅有光子，还有电子、质子或别的所有粒子，人们把这种瞬时存在的粒子称之为虚粒子，而永久存在的粒子称为实粒子。如果用某种方法从外界（譬如说从电磁场）借来补充足够的能量偿还海森堡能量借贷的话，那么虚粒子就会变性为实粒子。[2]（P23-24）扩大延伸至科学理论中，并非每个领域都具有实在的特性，而只是对有关变换不变的那些主体概念才具有实体事物的特性。[6]（P194）
自然定律在空间的每一个方向上、以及在任何的时刻都相同，这分别等价于在任何物理过程中的总旋转量（即所谓的“角动量”）守恒和总能量守恒。…如果你打算对宇宙之诞生给出某种科学解释，那么立即就可能出现这样的异议，你是在企图从无中得到什么东西，因为你必须突然产生出一个具有能量、角动量和电荷的宇宙。这就违背了自然定律（3个守恒量）…因此宇宙从无创生不可能是那些定律的结果,因为此时那些守恒定律并不成立。…从奇点出现大爆炸宇宙这种传统图景，严格地说，乃是从绝对的无中创生宇宙。没有先在的时间，没有先在的空间，也没有先在的物质。… 这诱使某些宗教思想家对此种状况采取了天堑神司的朴素信念，即相信宇宙之始乃是科学事业永远无法填平的一道鸿沟。[15]（99-101）
任何物理学定律都需要经过严格的，反复的检验，特别是在把特定领域里发现的定律移植到其他相关领域的时候，往往会发生定律被破坏的情况，比如宇称守恒定律在弱相互作用和电磁相互作用中先后被实验打破。即使是被人类社会广泛认同的定律，在没有经过严格检验又不断涌现出来的新领域内，仍然不能依赖老经验一厢情愿地认为它是正确的，仍然需要研究分析重复排患释疑解纷乱。焦耳在研究机械能和热能的基础上提出能量守恒定律，当时科学界还不了解电磁相互作用，所以能量守恒定律没有经过在电磁相互作用下的检验。我们知道，在一般情况下电磁能是符合能量守恒定律的，但也不能排除特殊情况下的例外，比如宇称守恒定律也曾经被证明在一般电磁相互作用中是正确的，但是后来被发现在Anapole的特殊结构中就不正确。由于电磁结构的多样性和复杂性，给物理学定律的检验带来很大的困难，导致这样的检验是漫长的，没有止境的。自然科学是如此,社会科学更是如此,判天地之美,析万物之理皆不可迷信权威和祖宗或人们习以为常的定论,我们可以说某些学说假说和定律在现有的知识领域内是正确的，但是如若说它在任何领域，任何情况下永远正确就不是科学研究者应有的态度。因此,我们在运用某些结论观念作为三段论大前提时,首先要检验其正确性和适用范围，切忌随便乱用。
3.4宇宙热寂说和宇宙孤立系统
十九世纪下半叶,德国物理学家克劳修斯在发现热力学第二定律上作出了重大的贡献,继而他把这一定律推广运用到整个宇宙,并把宇宙看成是一个封闭系统,提出了热寂说.他认为,宇宙的总能量虽然是守恒的,但一切形式的能量都必须转化为热能,而热能只能从由温度较高的物体传到温度较低的物体,使得热能逐渐均匀地消散在整个宇宙,直到热的平衡,使热能失去进一步转换的可能,于是宇宙热寂就来临了.那时,宇宙总的能量没有减少,但是却再也动不起来了。针对宇宙热寂说，恩格斯认为，对于能量守恒和转化定律，不能仅仅从数量上去把握，还必须从质量上去把握，即质量也会转化为能量(质能守恒)，任何一种物质本来都具有其运动形式能够从自身产生出转化为其他运动形式的条件。其实我们可从质能转变守恒定律知道，质量、能量和热量都是可以互转的，当热寂来临时，热量实际上已经转变为能量继而转变为质量。
恩格斯说过，“一种运动，如果它失去了使自己转变为它所应当具有的各种不同的形式的能力，那么即使它还具有潜在力，但是不再具有活动力了，因而它部分地被消灭了。但是，这两种情况都是不可想象的。”[18]（P460）这里恩格斯向他们的信徒说了句不可能和不可想象便万事大吉了，他并未能分析并告诉人们这两种情况为什么不可想象，即运动何以不可能失去转变为其他应有的不同形式的能力，又何以运动不能部分地被消灭了。马克思主义中到处都存在着这样不求甚解，半调子摸不着头脑的话。
有人说，耗散结构论从宇宙是一个开放系统来否定热寂说，[19]（P100）但整个宇宙若是开放的，这岂不是说总的宇宙外还有一个宇宙，那么这显然与宇宙之定义矛盾，宇宙其定义就是指所有星际的全体，故此整个宇宙或者说所有宇宙的宇宙应该是孤立的。[20](P12)我们从整个宇宙的运动可归结为一个热能高度聚集的炽热状态大爆炸后向热量均匀分散状态转化的过程，[2](P7)那么如此说来又需回答这个最初的炽热状态究竟从何而来？这样就必然设想有上帝的存在，牛顿的“第一推动力”变成了克劳修斯的“第一炽热”。而且当宇宙处于死寂状态后，只有靠上帝重新上紧宇宙大钟的发条，宇宙才可能重新运动起来。[19]（P101）上帝一次次重新起动宇宙，“通过母宇宙中智慧生物的操纵创造出来的，并有意把生命和意识的必要性质赋予宇宙”[2]（P107）使宇宙产生大爆炸创造出宇宙，不断地膨胀，然后由热力学定律，能量退化热辐射越来越冷，乃至宇宙坍蹋热寂为一个热能和质量高度聚集的炽热状态，重复循环涨落。辩证唯物主义对此则无以回答，而只是说可能不会朝宇宙热寂这个方向发展，他们不能肯定说决不会朝热寂这个方向发展。那么如果朝这个方向发展了又该作如何解释呢？辩证唯物主义则不得而知了。他们无法理喻“上帝不仅掷骰子，而且有时还把骰子掷到人们看不到的地方去，使人们迷惑不解。”（霍金）[14]（P23）今天，我们主体和客体之间的分界线已经模糊不清，再任定主体第一性还是客体是第一性已经没有裨益了。从波恩的唯物和唯心二元互补理论,科学家们既根据实在信息,又受主观观测的制约和观测者的干扰，使用我们有意识的思维技术， [6]（P3，193，195）感悟且提出种种假说。宇宙爆炸循环理论说明，宇宙无始无终，膨胀和再收缩组成的循环或许将永远进行下去，这有力地证明了印度教和佛教的主张，即创生与灭亡构成的轮回，神学论也由此颇增添了丰富的素材。[2]（P108）
3.5能量守恒定律发现给我们的启发。最后我们再回过头来回顾一下能量守恒定律发现的故事，能量守恒定律指自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应，不同形式的能量之间可以相互转化，某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定对称相等．某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定对称相等。在相对论里，质量和能量可以相互转变，故也称在这种情况下的能量守恒定律为质能守恒定律。
令人难以置信的是，被称为19世纪自然科学的三大发现之一能量守恒和转化定律，却是小医生与啤酒匠发现的科学新理论。
这个被称为“疯子”的医生名叫迈尔（1814~1878），德国汉堡人，最初在汉堡独立行医。他对万事总要寻根问底，而且事必亲自观察，研究，实验。1840年2月22日，他作为一支船队的随船医生来到印度尼西亚。一日，船队在加尔各达登陆，船员因水土不服都生起病来，于是迈尔依老办法给船员们放血治疗。迈尔看到，在这里病人静脉里流出的血仍然是鲜红的。对此迈尔想到，人的血液所以是红的是因为里面含有氧，氧在人体内燃烧产生热量，维持人的体温。这里天气炎热，人要维持体温不需要燃烧那么多氧了，所以静脉里的血仍然是鲜红的。那么，人身上的热量到底是从哪儿来的？这是靠人吃的食物而来，不论吃肉吃菜，都一定是由植物而来，植物是靠太阳的光热而生长的。太阳的光热呢？迈尔越想越多，最后归结到一点：能量如何转化（转移）？
他一回到汉堡就写了一篇《论无机界的力》，并用自己的方法测得热功当量为365千克米/千卡。他将论文投到《物理年鉴》，却得不到发表，只好发表在一本名不见经传的医学杂志上。他到处演说：“你们看，太阳挥洒着光与热，地球上的植物吸收了它们，并生出化学物质……”可是知音难求,言之者虽诚而闻之者未譬，即使物理学家们也领会不了他的话，竟枉诎他为“疯子”，而迈尔的家人也怀疑他疯了，竟寻药问医来为他治病。他因世人处处讥讽叱啧，无奈跳楼自杀了，令人不胜叹息。[21]（P151-154）
和迈尔同时期研究能量守恒的还有一个英国人——焦耳（1818~1889），他曾在道尔顿门下学习过化学、数学、物理，他一边经营父亲留下的啤酒厂，一边搞科学研究。他发现无论化学能，电能所产生的热都相当于一定功，即460千克米/千卡。1845年，他带上自己的实验仪器及报告，参加在剑桥举行的学术会议。他当场做完实验，并宣布：自然界的力（能）是不能毁灭的，哪里消耗了机械力（能），总得到相当的热。可台下那些赫赫有名的大科学家们对这种新理论都哧之以鼻，连法拉第也怀疑地说：“这不太可能吧。”更有一个叫威廉•汤姆孙（1824~1907）的数学教授乃是一位奇才，而今天听到一个啤酒匠在这里乱嚷一些奇怪的理论，就非常不礼貌地当场退出会场。
焦耳不把人们的不理解放在心上，他回家继续做着实验，一直把热功当量精确到了423.9千克米/千卡。1847年，他带着自己新设计的实验又来到英国科学协会的会议现场。在他极力恳求下，会议主席才给他很少的时间让他只做实验，不做报告。焦耳一边当众演示他的新实验，一边解释：“你们看，机械能是可以定量地转化为热的，反之一千卡的热也可以转化为423.9千克米的功……”突然，台下有人大叫道：“胡说，热是一种物质，是热素，他与功毫无关系”此人正是汤姆孙。焦耳冷静地回答到：“热不能做功，那蒸汽机的活塞为什么会动？能量要是不守恒，永动机为什么总也造不成？”焦耳平淡的几句话顿时使全场鸦雀无声。台下的教授们不由得倾耳以听认真思考起来，有的对焦耳的仪器左看右看，有的就开始争论起来。
汤姆孙也开始思考起来，还自己亲自做试验找资料，没想到竟发现了迈尔几年前发表的那篇文章，其思想与焦耳的完全一致！他带上自己的试验成果和迈尔的论文屈就去找焦耳，他抱定负荆请罪的决心，要请焦耳共同探讨这个发现。
在啤酒厂里汤姆孙见到了焦耳，看着焦耳的试验室里各种自制的仪器，他甚钦敬重深深为焦耳献身科学且坚韧不拔的精神而感动。汤姆孙拿出迈尔的论文，说道：“焦耳先生，看来您是对的，我今天是专程来认错的。您看，我是看了这篇论文后，才感到您是对的。”焦耳看到论文，脸上顿时喜色全无，悲从中来不无悲痛地说，“汤姆孙教授，可惜您再也不能和他讨论问题了。这样一个天才因为不被人理解，已经跳楼自杀了，虽然没摔死，但已经神经错乱了。”汤姆孙难过得低下头半晌无语。少顷抬起头来深表歉疚地说道：“真的对不起，我这才知道我的罪过。过去，我们这些人给了您多大的压力呀。请您原谅，一个科学家在新观点面前有时也会表现得很无知的。”正也应了古语所云:富于万篇,有时而贫于一字。这也警示我们那些师出名门的学者当学习汤姆孙的胸怀平等地对待业余科技工作者。
理妙者吝可洗，一切都变得光明了，迈尔的成就终于拨云见日得到了人们的认可。汤姆孙和焦耳两人并肩而坐触膝而谈，开始研究起实验来。1853年，两人引笔铺纸终于共同完成能量守恒和转化定律的精确表述。[21]（P149-151）
能量守恒定律的创建过程再次告诉我们，忽视自学成才和业余科研的发现发明完全是错误的，历史上有许许多多人才都是通过自学成才的，他们在人类历史上留下的成就纷葩烂漫。2002年获得化学奖的田中耕一既不是什么硕士博士，更不是教授研究员，就是岛津制作所的一个普通职工，因为蛋白质的质量分析方法而得奖。1987年得奖的美籍挪威日本混血儿查尔斯•佩德逊（Charles John Pedersen），而连硕士学位都没有。科学发展史一而再地说明，许多科学发现是在无意状态下产生的，许多专利发明是由民间创造的。
科学发现不出于计划，在科学研究中仍然坚持计划管理是中国科学技术步履维艰的一个很重要的原因。2002年在北京举办的第24届国际数学家大会上，中国学者未能获得菲尔茨奖，吴文俊对此总结了四条原因，其一原因在于不认可不支持民间数学家的研究。
要鼓励发明创新，一个重要工作是重视全社会的科学化，在苏式体制下六十多来中国科学社会化和社会科学化大踏步后退，科学环境继续恶化不适合业余学者的生长，这种状态不能再继续下去了。各地都要注重城乡图书馆室的建设，科学学会工作都要正常化，要天天活动开放，为民间科技人员信息交流讨论提供良好的条件。也有利于热化地方科技活动，促进地方树立学习科学、热爱科学的风气。
其次在科学界要纠正对民间科学家、发明家的歧视，清史专家阎崇年曾拒绝常州业余爱好者进行对话的要求，在他看来，常州业余爱好者与他不是一个档次的实在太为狂妄了，千仞之高，岂可轻凌？民间有大量科学家是按部就班学习的，而且民间科学家，在没有得到良好的条件就能学习高等的科学知识，有所开发研究创新发明，说明他们的智商相当高，尤为难得的是具有科学家最宝贵难得的科学童心兴趣和投入精神。
再次，要把科学社会化和社会科学化列入科技管理工作目标任务中去，化大力气优化科学环境以适合业余人才的生长，在课题选择、科研时间、经费扶助和资料设备上为民间发明家创造良好的环境。
第四、改革用人制度，革除一切政治体制弊端。要以科技成果作为选拔人才的主要标准，理其璞而得其宝，使一切人才都能脱颖而出人尽其才得到重用。对民间发明者要一视同仁，以期多出人才多出成果，在新时代涌现出浩浩荡荡的发明创新的大军。
参考文献
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22. laiqia杨振宁简介与生平 http://www.thn21.com
23. 饼干 粒子照镜子，里外不一样——宇称不守恒http://zww.cn/CGZ 2002-7-28
24. lewuyang 宇宙大爆炸 百度百科
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