２）“热寂实验”．假定宇宙无限，并假定已处于热寂状态．系统处于平衡
态时，应当是在热作用、机械作用和质量作用三方面都达到平衡，与这些相互作
用分别对应的强度量温度、压强和化学势都不可以具有梯度，意味着所有的物质
都均匀地分布在整个宇宙空间．这种情况正是爱因斯坦设想过的静态宇宙．由于
存在引力相互作用，所以这种平衡只能是属于不稳定平衡，是不可能持久的．根
据金斯不稳定理论，这种系统必然自发分裂，然后其碎片在引力作用下收缩，势
能转化为动能，造成温度差，甚至引起化学反应、核反应，意味着力平衡、热平
衡、化学平衡全部消失．这就表明，熵增加原理不能适用于整个宇宙．
我的物理哲学之路－潘根
科学出版社出版了我的《基础物理述评教程》(以下简称《述评》)，书中提
出了引－电统一场论，用逻辑方法导出了量子力学，对大爆炸宇宙论提出了尖锐
的批评．不少人对此发生兴趣，他们希望能知道与这些工作有关的背景．本文就
是为此而写，并顺便对最大概率原理、宇宙学原理、引力佯谬、粒子结构、电荷
失恒、超光速之类的问题作补充说明．
一、特殊的环境和经历
我的书具有鲜明的个性，这是由我所处的特殊环境和特殊经历决定的．
Ⅰ．特殊的家庭环境
我出身在江苏南通教师世家，祖父曾被清末状元张謇聘为家庭教师，父亲是
语文教师．家中有不少古书，文史类、伦理类、哲学类、书画类都有．因而我在
家中首先是受中国传统文化的熏陶．
父亲是个怪人，他不信鬼神，却喜欢结交和尚、道士，祭祖时也总是非常虔
诚．建国前，他每天早晨都要背诵中山遗嘱，晚上则背诵观音经．我在童年时代
常跟他到庙里去玩，站在旁边听他与和尚、道士聊天，
读初中时，我问起鬼神问题，父亲说：“我从来就不相信鬼神．孔夫子说祭
如在，这就表明他也不信鬼神，只是在祭祀时假定有鬼神存在．不能把祭祖当做
迷信，中国人烧纸类似于外国人献花圈，只是怀念的形式．一个人如果连父母都
不爱，还能相信他爱民吗？我念经只念观音经，只不过是一种精神寄托．我在通
州师范时有三个要好的同学，后来他们，一个成为红十四军的领导人，一个出家
当了和尚，一个蓄发成为道士．和尚工于书法，道士擅长绘画．其实，和尚并不
信佛，道士也不信仙，只是为了摆脱世俗的烦恼才以寺庙为栖身之地．我到庙里
去只是为了在工作之余放松一下，切搓诗文书画和哲学．哲学能使人进入高尚的
境界．佛、道、儒是不同的哲学，但都是教人从善．以善为本，存仁于心．家里
有不少哲学书，将来你应当读一点．要览百家之说，以防一家之偏．”
进高中后，语文课本里有了几篇古文．父亲翻了翻课本，说：“太少．搞现
代文也需要有古文根底．”随即拿出一本《论语》，说：“要从如何做人、如何
做学问学起．”我读了第一页，“子曰学而时习之不亦悦乎”，但怎么也不能使
我“悦”得起来．父亲也不勉强我，说：“挑你自己最感兴趣的书读吧．多读一
点总会有好处，但不要影响学校里的正常功课．”我对《庄子》较感兴趣，因为
它是通过故事来阐明哲理．它的第一篇就让我骑着鲲鹏入海上天．天之苍苍，其
本性也，其远无极．我顿时感到：万物都在宇宙之中，宇宙则在庄子书中．
先秦诸子的书很难读懂，那倒也好，学五柳先生不求甚解，读不懂就猜．猜
就是独立思考．猜对了等于读懂，猜错了就算是修正或发展了前人的思想．宋以
后的书就比较好读了．父亲偶尔要考考我，发现我在某些方面是在胡说八道，便
取出明末哲学家王夫之的《船山文集》，说：“看来学古文需要由近及远．此书
深入浅出，值得一读．”此后不久，我就接受了王夫之的关于物质不生不灭和万
物统一于阴阳二气的思想．后来我把阴阳元气论同爱因斯坦的场本原论联系起来
思考，把阴阳二气理解为引力场和电磁场，我的引－电统一场论就是立足于此．
家中缺少科技方面的书籍，好在我家离当时全市最大的新华书店只有两三百
米，该书店里对于我来说是一个开架的图书馆，我在星期天多半是全天站在书店
里阅读，科普作品使我对多种学科产生了兴趣．特别是各种稀奇古怪天体的诱惑
力和宇宙的神秘性，使天文学成为我的业余爱好之一．高一时已经知道爱因斯坦
有限无界宇宙模型的大意，一度成为大爆炸宇宙论的虔诚信徒．后来进一步思考
并亲自论证，才认为大爆炸宇宙论是物理学有史以来最具有欺骗性的无稽之说．
Ⅱ．多变的专业方向
我于１９５７年考入南京大学物理系．该校有一个“庙小而菩萨大”的天文
学系．物理系所有的基础课和理论物理课都是与天文系合班上课，这种条件是国
内其他高校没有的，而天文学又偏偏是我的业余爱好，因而天文系的一些教材就
自然地成为我业余自学的对象．这是我与物理系的其他学生不同之处．
１９５８年教育革命开始，使我有机会在读完一年级之后就接下了研制红外
线防护镜的任务，随后创办工厂．这种实践使我意识到综合性知识的重要性．
１９５９年５月，我被分配到原子核物理专业．
１９６０年７月，在核物理专业刚读完三年级，就奉命转到无线电专业担任
预备教师，迫使我利用暑假补学无线电专业的电路分析课．
１９６０年９月初，我还没有来得及以预备教师的身份前往无线电教研室上
班，就接到“前往学校举办的自然辩证法学习班报到”的通知．
１９６１年２月回到物理系，承担电动力学与相对论习题课的教学任务．
１９６１年７月得到高教部关于预备教师一律回班学习的通知，重新成为学
生，但又一次以工作需要的名义要我改读半导体物理专业，因而整个暑假都用于
按新专业的需要来自学所缺的课，直到五年级第二学期才跟上同班同学的进度．
这种涉猎多种专业的求学经历不是一种享受，幸好物理系的不同专业有不少
课是相同的，而专业课又都比基础理论课易学．总算是熬了过来．
Ⅲ．多变的教学任务
１９６２年毕业留校，但不是留在半导体物理教研室，而是定位于纯属教学
编制的基础物理教研室，并担任学生的政治辅导员，兼任团总支副书记．这就意
味着，今后不仅没有机会接触科研设备，而且连接触教学仪器的机会也没有．
当年的教学编制与科研编制是分得很清的．科研人员可以兼搞教学，教学人
员如果主动要求兼搞点科研，那就会被认为是有“白专道路”之嫌，就要开会帮
助帮助你．政治辅导员又不同于一般教师，兼搞教学是可以的，但不能脱离他所
带领的年级，所以只能采用跟班教学的办法，每个学期换一门新的习题课．当年
的助教是要承担答疑任务的，要应付学生有可能提出的各种问题，总不能留给学
生一问三不知的印象，所以这种每学期都换新课的兼职教学工作是很苦的．
１９７３年“复课闹革命”，文革前的骨干教师已有一批归天或靠边，我已
步入中年教师的行列，开始担任主讲教师．此后奉命对多门课进行教改试点，十
年里开了十门新课．不久就连续担任国家教委理科普通物理教材组秘书达十年之
久．秘书有起草会议纪要的义务，开会时不能思想开小差，被迫集思广益．
我的满荷的大班课教学任务从未能有一学期间断，因而在科研方面只能是利
用业余时间搞那种自选的不需要经费和设备的纯理论性课题．
这种特殊的背景，注定了我在教学和科研方面都有与众不同之处．
二、对运动基本形式的认定
１９６０年暑假．
上文已经说过，我在读完三年级以后，突然接到由原子核物理专业调到无线
电专业的通知，迫使我自学无线电专业的课程．在这之前，我刚刚读完量子力学
课．电动力学和相对论课也只比量子力学早一个学期，因而印象也很深．相对论
使我明确了这样一点：四维空时框架应当适用于自然科学的一切领域．量子力学
使我获得这样的印象：波粒二象性似乎是物质在运动形式方面的基本特征．
在自学无线电专业课程的过程中，我发现了傅里叶分析这个数学工具的重要
性．在对无线电信号进行频谱分析时是使用一维傅里叶变换，在对光学信号进行
频谱分析时是使用二维傅里叶变换．我想到，完备的空时是四维的，因而产生出
这样的想法：如果把傅里叶分析应用于四维空时，那么就应当能得到具有普遍意
义的结果．于是发现：波动是一切物质运动的惟一基本形式．推论是：
１）未来的量子力学应当以波动一元论取代目前的波粒二元论，粒子应当是
波包，终极意义下的基本粒子根本不可能存在；
２）单色波是一切波的基本成分，它是连续函数，只在无限多种单色波叠加
之后才会出现间断区，这就表明连续性是绝对的，不连续性是属于假象；
３）连续性意味着因果律是绝对的，目前在量子力学领域内占统治地位的基
本观点应被推翻，量子力学迟早会回到爱因斯坦因果决定论的立场；
４）单色波在空间上和时间上都是无限的，因而宇宙应当是无限的．
作为一种数学工具，傅里叶分析应当是普遍适用的．因此，在认定波动是物
质运动的惟一基本形式之后，传统的那种把机械运动、热运动、电磁运动之类都
当做“基本运动”的观点，从此从我的脑海里一扫而空．在《述评》中，量子力
学所需的力学量算符全部是用四维傅里叶变换来导出的(见《述评》 p.670)；在
推导薛定谔方程时，也是以四维傅里叶分析为数学工具(见《述评》 p.809)．
三、对物质基本成分的认定
１９６０年９月至１９６１年１月．
１９６０年暑假一过，我就进入了学校专为培训理科各系教师而举办的自然
辩证法学习班．郭影秋校长向学员们提出了“关起门来好好读书”的要求，又向
各系领导人打招呼：要把学习班看作是办在外地，不许以任何理由干扰学员们的
学习．这在当年政治运动连续不断的社会环境里，是极为难得有的读书机会．在
学员里，我是情况最特殊的一个，特殊之处是：
１）我是惟一的预备教师，年龄最小，孤身一人，因而读书的时间比任何人
都多，每天的读书时间不少于１４小时，节假日也不例外．
２）我是惟一来自物理系的学员，并且是刚刚学过哲学气味很浓的相对论和
量子力学，是带着物理学中的哲学问题进入学习班的．
３）哲学本来就是我的业余爱好，上级指定的哲学著作多半是我过去已经自
学过的，所以我的大部分时间是用于阅读科学史、哲学史和逻辑学方面的著作．
４）由于在学习班里提出了一个与科技战略问题有关的哲学观点，使我意外
地结识了国内的一流天文学家戴文赛教授和一流哲学家孙叔平教授．
在引－电统一场论这个课题方面，有一半关键性的工作是在自然辩证法学习
班学习期间完成的．
在认定波动是物质运动的惟一基本形式之后，我的注意力就集中到“物质的
基本成分究竟是什么”的问题上．我把已有的物理学知识以及从科学史、哲学史
中学到的知识立即同这个问题联系起来，并注意到：古代哲学中的元素论、原子
论、元气论、道本原论、数本原论，实际上已经把“本原”的各种可能性都包括
了．因而认为：现实世界的本原物质应当是属于上述五种可能性中的某一种．要
想从中把具有现实性的那一种挑选出来，就应当提出一种让各学派都能接受的判
据．我注意到：尽管各种哲学流派在基本观点上有原则性分歧，但都认为基本的
东西应当具有简单性．因而可以把简单性原则当做一种判据．
光有“简单”这个概念还不够，因为不仅一元论、二元论是简单的，稍许复
杂一些的四元论、五元论也还是相当简单．因此，如果要把简单性原则当做判据
来使用，那么就应当首先对它所包含的概念进行规范．爱因斯坦所追求的简单是
指“尽量简单”，这是前人未能强调的．用数学语言讲，“尽量”就是表示要追
求极限．在物理学中，能让机械运动与随机运动共存的分支学科是热学，因而热
学能够最全面地反映自然，其中的熵增加原理清楚地反映了自然界具有追求极限
的自发倾向，因而我认为爱因斯坦的观点与现实世界的实际情形是一致的．
我同意简单性原则，但又认为应当把简单性与它的对立面复杂性统一起来认
识．简单性是就世界的本原本身来说的，由本原构成的展现在人们面前的现实世
界是表现为无限制的复杂性．如果本原只有一种，那就意味着不存在对立面，只
能形成单质的世界，单质的世界只能是表现为简单，这就与观察到的现实世界不
符．因此，叙述简单性原则时，应当把对立统一的思想包括进去．我所作的表述
是：尽量简单而又能保持对称性．这里是说“尽量简单”而未说“最简单”，没
有把话讲绝．最简单的对称性是两极对称，也就是说，自然界至少需要有一对最
基本的物质．实际上，只要有了一对最基本的物质，就总能通过各种组合、叠加
之类的方式得到任意复杂的事物，所以我在使用简单性原则时是选用两极对称．
我们首先看看欧洲特有的数本原论．该论是古希腊哲学家和数学家毕达哥拉
斯提出的，认为“数支配着世界”．当初的数是专指正实数．如今知道，完备的
数应当是复数，包含实数和虚数的对立统一，因而可以认为数本原论完全符合简
单性原则．但该论是把数与物的关系搞颠倒了．由于把数视为本原，所以不需要
考虑物质能否生灭的问题．目前宇宙学领域内的主流派也是完全不考虑物质能否
生灭的问题，认为单纯地从数学方程中就能导出整个物质性的宇宙．可以认为这
是数本原论的现代表现．
再看看中国特有的道本原论．该论是老子提出的，认为万物源出于道，复归
于道．道作为一种本原，不是静止的，它自身隐含着对立面．因而可以认为道本
原论完全符合简单性原则．但是，道不是物质，而是先天地生的、超物质的理性
原则．在该论中，物质是能生能灭的．在欧洲，与道本原论类似的哲学是二十世
纪才出现的玻尔哲学．玻尔哲学实际上是直接来源于老子的道本原论，他把道解
释为非决定论意义下的随机性规律，并以不确定关系式为数学依据、以电子衍射
实验为实物依据，认定这种哲学为量子力学的灵魂，对隧道效应作出了违背能量
守恒原理的解释．这种观点至今统治着物理学界．
元素论、原子论和元气论都属于唯物论范畴，可被统称为物本原论．
古希腊哲学中的四元素论和中国的五行论最初是以探索基本物质为目的，后
来的事实表明，四元素或五行实际上是指四类物质或五类物质，每类物质都很复
杂，分明不符合简单性原则．
古希腊原子论中所说的原子就是今人所说的基本粒子，认为万物都是由基本
粒子构成．这种哲学观点在欧洲曾长期占主导地位，并且成功地指导了化学和原
子物理的发展．中国先秦哲学中的“至小无内的小一”也是基本粒子的意思，但
这种思想未能流传．如今，“万物由基本粒子构成”的思想在粒子物理领域内仍
占主导地位．目前人们预测，认为基本粒子总共有６０种．从基本粒子品种数量
方面看虽不够简单，但对称性倒是具有的．电子和夸克都存在着无法用参考系的
变换来消除的自旋，这就表明其内幕的复杂性使人们摸不着头脑，谈不上与简单
性原则一致．
元气论是中国特有的，萌芽于公元前七世纪的精气论，公元前二世纪明确为
阴阳二气，十一世纪时实现系统化，十七世纪时为王夫之所发展．王说：“阴阳
二气充满太虚，此外更无他物，亦无间隙．”该论显然完全符合简单性原则．在
欧洲，直到二十世纪二十年代，与元气论类似的哲学观点才由爱因斯坦提出，他
一开始就是立足于现代物理学．起初是因为受到德布罗意波的启发，提出“粒子
的每一运动都伴随着一个波场”的观点．这种提法是属于波粒二元论．后来他认
为，原则上应当能用逻辑方法从广义相对论中导出粒子，这就意味着已让粒子隶
属于波场．我把他的这种哲学称为场本原论．
我在中学时代已接受元气论，因而也容易接受场本原论．元气论中已经明确
元气只有阴、阳两种，但完全没有回答、并且完全没有条件回答“元气究竟是什
么物质”的问题，没有论证“为什么只有两种元气”的问题．场本原论中已经明
确地提出了引力场，但没有回答“总共有多少种场”的问题．我的想法是：元气
既然是“无间隙”的，那就应当正是今人所说的场，阴阳二气应当是代表有联系
的两种不同的场，引力场是其中之一，另一种应当是电磁场．
为什么说基本的场只有两种？为什么说基本的场应当是引力场和电磁场？我
是从以下三个方面来论证的：
１）利用简单性原则来论证，“场只有两种”是最简单的方案，根据“尽量
简单”的原则，应当认为该方案在各种可能的方案中是概率最大的一种．
２）利用数的特点来论证．我从自己所反对的数本原论中吸取营养，把“数
支配着世界”改为“数反映着世界”．也就是说，认为可以通过数的特点来认识
物的特点．完备的数只包含实数和虚数两部分，暗示着完备的物理量也应当是这
样．物理量的种类虽然很多，但都可以采用无量纲的形式．物理方程中的物理量
一旦采用无量纲的形式，那么就变为纯粹的数字关系．这就意味着：用数来描绘
基本物质时，只需考虑实与虚组成的一对矛盾．
３）利用粒子物理方面实验结果来论证．这一点是最重要的．尽管粒子的种
类很多，但描述它们的性能时都是以质量、电荷量之类为参数，意味着它们周围
的场都是引力场和电磁场．粒子与反粒子相遇时都是化为光子．反过来，光子在
一定条件下也能产生出粒子和反粒子来．光子是电磁场，具有质量，因而应当伴
有引力场．
结论：万物皆由引力场和电磁场构成，别无他物．推论是：引力场和电磁场
都是以波的形式运动，意味着波动是物质运动的惟一基本形式．这个推论与用傅
里叶分析法导出的结论完全相同．
至此，我自己心里对基本物质的认识是已经清楚了．但是，能否说服别人则
是另一个问题．在我面前仍存在非常棘手的问题，因为道本原论和数本原论也都
符合简单性原则，它们与物本原论之间的分水岭是在物质能否生灭问题上，人们
在这个问题上的认识不是很容易统一的．
四、关于物质能否生灭问题
１９６０年１０月１日凌晨．
这一天正是国庆节，几十万人的队伍要提前四五个小时到马路上的指定
地段等候．无事可做，星空就成为我与蔡建华教授的聊天话题．我们从星星谈到
宇宙，从宇宙谈到物质．
蔡说：“爱因斯坦居然能用逻辑方法证明宇宙有限，这样的超人智慧不仅是
空前的，恐怕也是绝后的．”
我说：“但是，超人毕竟还是人，而不是神，仍可能有考虑不周的时候．宇
宙是否有限与物质能否生灭，实际上是同一个问题的两种不同的提法．如果爱因
斯坦的有限无界宇宙模型是正确的，那么物质就应当是凭空创生的，意味着要否
定物质不灭原理．这个原理是唯物论哲学的核心．它一旦遭到否定，唯物论哲学
以致整个物理学就都完蛋了．在我看来，物质不灭原理是可靠的．”
蔡说：“我们确实从未见过物质创生和消灭的事件，可是，从逻辑上讲，又
怎能凭眼前的经验就说生灭事件过去从未发生、并且将来也永远不可能发生呢？
所以，物质不灭，物质创生，都只不过是哲学信仰．信仰是靠不住的．真正可靠
是实验和逻辑．你说物质不灭原理是可靠的，你能用逻辑方法证给我看看吗？”
当时我被问住了．开始之后，我仍在思考这个问题．
我有个怪观点，就是，认为探索性的工作类似于写诗，需要有灵感．灵感是
外界景物诱发的结果．如果希望获得灵感，那就应当主动为“触景生情”创造条
件．因此，每当我碰到问题而又久思不得其解的时候，就索性决定把问题暂搁一
下，然后环顾周围的一切，并且希望看到尽量多的不同事物，看看在它们表现出
的多种情态之中，是否存在着一种与我所考虑的问题有相似之处的情态．
时，最具有动感的自然是队伍本身，其特点是具有整齐性，但不是
绝对整齐，而是存在着随机性的偏离现象．如果把“队伍具有整齐性”这句
话理解为物理学中的经验定律，那么就可用误差来衡量该定律的正确程度．这件
事启发了我，使我觉得可以利用概率论来估算物质不灭原理的置信度．
当天夜里，我还作了具体的计算．做法是：首先假定“物质不灭”和“物质
创生”这两种可能性都存在着，然后假定各种守恒定律的实验误差都有可能是由
物质创生或物质消灭引起的，最后用概率论计算出这两种可能性的概率，结果发
现，“物质凭空创生”的概率几乎等于零(见《述评》 p.3)．从此，物质不灭原
理就成为我心目中的不容怀疑的哲学信条．
《述评》一书正是以物质不灭原理为基本的哲学信条．正因为承认物质不灭
原理，我才能让质量守恒原理和电荷守恒原理在引－电统一场论中处于基本定律
的位置．
五、关于宇宙是否有限问题
１９６０年１０月至１９６１年５月．
既已肯定了物质不灭原理，那么就必须认定宇宙具有无限性．一般说，从物
质世界的统一性角度看，确实应当允许利用物质不灭原理来推出“宇宙无限”的
结论．但现在不能简单地采用这种常规推理法，因为现代宇宙学是绕过了物质不
灭原理，在另一种逻辑体系里建立宇宙模型．人们可以简单地提出以下两条驳斥
物质不灭原理的理由：
１）有限无界宇宙模型是爱因斯坦亲自以广义相对论为理论依据、用逻辑方
法导出的．纯粹的逻辑推理还能有误差吗？
２）大爆炸宇宙模型能用电脑仿真实验来检验，人们已经从屏幕上看到了活
龙活现的宇宙大爆炸的景象．实验结果还能不正确吗？
单凭上面两条，行外人士还敢说半个“不”字吗？
前面我曾说过，我曾是大爆炸宇宙论的虔诚信徒，但后来变成为该宇宙论的
叛徒．这究竟是怎么回事呢？事情是这样：
１９５５年５月，爱因斯坦逝世后不久，报纸上有一篇悼文中提到：爱因斯
坦利用广义相对论导出了有限无界宇宙模型．当时我是南通中学高中一年级的学
生，弄不懂“有限无界”究竟是什么意思，于是到新华书店里查看了一本科普小
册子．这才注意到，悼文是说“利用广义相对论导出”，而不是说“单纯地利用
广义相对论导出”，也就是说，除了广义相对论以外，还需要有其它的论据．
根据广义相对论的基本原理，空间的几何性质由物质决定，因而一般是弯曲
的．弯曲程度要用空间曲率ｋ来描述．存在着以下三种可能性：
①如果ｋ＜０，那么就得到双曲型的罗巴切夫斯基空间；
②如果ｋ＝０，那么就得到平直的欧几里得空间；
③如果ｋ＞０，那么就得到椭圆型的黎曼空间．
上述三种可能性中，前两种空间都是开放的、无限的，后一种空间则是闭合
的、有限的．也就是说，宇宙不仅有可能是无限的，也可能是有限而无界的，都
不违背广义相对论的基本原理．至于现实的宇宙究竟属于这三种可能性中的哪一
种，这是广义相对论本身回答不了的，因为广义相对论提供的空间曲率ｋ是一个
抽象的代数符号，而不是具体的数值．所以，必须要有其它条件才能下结论．
１８２６年，奥伯斯曾证明：如果宇宙无限，那么利用光度学平方反比定律
就能证明天空无限明亮．这个与观测不符的论断叫做光度佯谬．１８９４年，西
利格证明：如果宇宙无限，那么利用牛顿引力理论就能证明空间引力场的强度是
发散的．这个与观测不符的论断叫做引力佯谬．爱因斯坦正是以“无限宇宙会导
致佯谬”为理由，才把“宇宙无限”的可能性排除了，结论只能是“宇宙有限而
无界”．可见，宇宙有限论实际上是以两个佯谬为基本论据．
爱因斯坦原先得到的是静态宇宙模型，不可能稳定．但其基本思路为后人沿
袭，使膨胀模型、大爆炸模型相继问世．这些模型都似乎合乎情理．
科普小册子里未用数学式对两个佯谬进行推导，但思路是清楚的．１９５８
年，我在学过微积分之后，独立地导出了两个佯谬．次年又在参考书上看到了奥
伯斯对光度佯谬的论证，还从爱因斯坦自己的书上看到了西利格对引力佯谬的论
证，发现我自己的证法与他们的证法完全相同，从此成为大爆炸宇宙论的虔诚信
徒．但是，１９６０年９月进自然辩证法学习班后不久就突然发现：大爆炸宇宙
模型意味着整个宇宙是从虚无中创生的．这种判断与十多年后霍金提出的“宇宙
创生于无”是相同的．所不同的是，霍金是肯定此结论，而我是否定此结论．
如果宇宙有限，那么就会违背物质不灭原理；如果宇宙无限，那么就会出现
引力佯谬和光度佯谬．由此可见，如果宇宙学是立足于广义相对论，那么宇宙无
限论就必须以物质不灭原理为基本论据；宇宙有限论必须以佯谬为基本论据．
既然这两种宇宙论都不违背广义相对论的基本原理，那么就得看谁的基本论
据来得可靠．因此，我立即重新审查当年我对两个佯谬所作的论证，但未能查出
问题．直到我与蔡建华先生辩论之后，才敢断言：物质不灭原理肯定没错．虽说
该原理是以经验定律为依据，未能绝对排除实验的测量误差，但两个佯谬也都是
由经验定律导出的，而且在所涉及的经验定律的数量和精度方面都不如前者．
既然已敢肯定物质不灭原理没错，那就表明两个佯谬的证法肯定有问题，只
要仔细检查，迟早会查出问题来．凭这种信念，我开始了新的核查过程．查了一
遍又一遍，查不出来就搁一两天再查．这项工作从１９６０年国庆节后开始，到
１９６１年５月，历时半年，终于发现：两个佯谬本身的逻辑前提，都存在着非
常隐蔽的错误．
奥伯斯在论证光度佯谬时，悄悄地使用了这样的一条假设：“星球是只能发
光、不能吸光的几何点式光源，宇宙空间是绝对透明的，没有任何尘埃．”西利
格在论证引力佯谬时，悄悄地使用了这样的一条假设：“引力是超距作用．”这
两条基本假设分明是与事实不符的．奥伯斯和西利格论证佯谬时所列出的前提条
件中，都没有明确地把上述假设写出来，演绎过程中也都是悄悄地使用．爱因斯
坦也是如此．我在１９５８年独立地导出这两个佯谬时也犯了同样的错误．这些
错误一旦纠正过来，两个佯谬就都消失了(见《述评》 p.823)．
对于一个理论体系来说，基本论据是最重要的．基本论据错了，其他问题就
根本无必要讨论了．就大爆炸宇宙论而言，即使不看它的基本论据，也还是不能
轻率地相信的．例如该论关于“宇宙的温度与宇宙半径成反比”的论断，分明是
与普朗克辐射定律对不上号的理论性错误；又如该论认为，由宇宙在４０万岁时
光子脱耦温度４０００Ｋ可以导出１５０亿岁时的现代宇宙背景温度３Ｋ，但这
两个数据与理论公式根本对不上号，甚至是数量级上的错误．理论公式方面和具
体数据方面都有错误，又怎能宣布“理论与观测相符”呢？
在广义相对论证明了“宇宙有限”和“宇宙无限”这两种可能性都与广义相
对论的基本原理不矛盾的情况下，既然宇宙有限论的基本论据(两个佯谬)已被证
明是属于虚构，而宇宙无限论的基本论据(物质不灭原理)经过概率论的考验之后
变得更为坚固有力，那么就应当完全可以肯定：大爆炸宇宙论一开始就是属于无
稽之谈，宇宙无限论在广义相对论框架内实属逻辑的必然性．
至于“大爆炸宇宙模型已被电脑仿真实验证实”之说，实属骗人．诚然，电
脑原则上能模仿任何自然现象，但唯独不能模仿宇宙大爆炸，这是因为大爆炸宇
宙模型的最大特色不是在“宇宙演化”方面，而是在“宇宙起源”方面以“无中
生有”的方式创生出宇宙．宇宙诞生之后的演化过程无疑可以用电脑来仿真，唯
独最初的“无中生有”是肯定模仿不了的．如果谁能在电脑开机之后不输入任何
信号而居然能突然在屏幕上出现大爆炸图样，那就令人信服了．如果是要在输入
信号之后才出现大爆炸图样，那就表明是“有中生有”而非“无中生有”．
《述评》一书既然是以物质不灭原理为基本信条，那就意味着全书都是在宇
宙无限论的时空框架内．一个意外的发现是：只要以宇宙无限为前提条件，就能
单纯地用逻辑方法推翻超距作用观点(见《述评》p.66)．
六、对时间的定量化认识
仍然是在１９６０年１０月至１９６１年５月期间．
物质、空间和时间，是物理学中的三个最基本的概念，也是哲学中要讨论的
基本问题．恩格斯的《反杜林论》和《自然辩证法》都是自然辩证法学习班里规
定的必读教材，这两本书以及物理学史、哲学史方面的书里都讨论过这些基本概
念．物质和空间都是人们的视觉器官能够直接感知，比较好办．时间的概念太抽
象，就很难说清了．因此，时间成为我思考的重点对象．
Ⅰ．对时间的定性认识
历史上有不少人试图给时间下定义，但都不十分成功．
牛顿认为，时间是一种绝对的、均匀的、与任何外部事物都无关的流．这种
观点在物理学界统治了两百五十年．直到相对论问世之后，人们才知道牛顿的提
法是全面地错了．但是，我们还不能完全抛弃牛顿的提法，如果不承认时间的均
匀性，那么整个物理学就要彻底乱套了．如果允许有条件地继续使用均匀流逝的
时间，那么就应当从理性认识角度提出合乎逻辑的理由．
与牛顿同时代的哲学家莱布尼兹提出：时间是事物的序列．在我看来，这是
迄今最好的提法，但它被人们遗忘了．
我在思考时间问题时，想起了童年时代在农村碰到的一件事：邻家有人从外
地回家，天黑后走进乱坟仓，怎么也走不出来，吓得魂不附体．天明后总算是回
到了家，但发高烧、讲胡话．当天傍晚，他家请来神汉招魂．神汉装模作样，口
中念念有词：“×××回来吧！”随即用筷子将水滴入碗中．待积累了半碗水之
后，指着豆油灯的火苗在水中晃动的倒影给病人看，说：“这就是你的魂．喝下
去就没事了．”病人把“魂”喝进肚后就呼呼大睡了整整一昼夜，醒来后的第一
句话是：“我好象睡了一会儿．”但他的所谓“一会儿”实际上是２４小时．二
十多年后，我向自己提出了这样的一个问题：“病人为什么会有这种错觉？”答
案是：“病人全然不知道日月星辰已经转了一圈．他只记得入睡之前是傍晚，醒
来之时仍然是傍晚，似乎一切依旧，因而感觉不到时差．”由此，我得出这样的
结论：时间实际上是物质运动的表现．如果一切都处于静止状态，那么时间就失
去了意义．于是确立了这样的观念：运动是比时间更为基本的概念．运动是人们
的感觉器官能够直接感知的，时间是对运动的抽象．
人们清醒的时候总能感知时间的存在，即使周围环境未变也还是如此，这是
因为他总还会有自己的脉搏和呼吸．这时，我们至少可以把脉搏的序列或呼吸的
序列命名为时间．但是，脉搏和呼吸都是特例．我们还可以得到更多的实例，然
后从中把共性提炼出来，作哲学的概括，用“事物”这个术语来代表一切可能出
现的事情，这样就能得到莱布尼兹的提法．这种提法的好处是：抽象的时间一旦
同直观的运动联系起来，它的实在性就不容怀疑了．
如果采用爱因斯坦的时空观，那么就会发现莱布尼兹的提法仍有历史的局限
性．各种事物之间可能有因果关系，也可能没有因果关系，莱布尼兹未能像爱因
斯坦那样把这两种不同的情况区分开来．如果没有因果关系，那么事物的序列就
不能具有确定性．因此，我把莱布尼兹的提法修改成：时间是由有因果联系的事
物构成的序列．这种提法中未说所涉及的序列是否均匀，因而仍然是定性的．但
这种提法已经明确地把时间同因果律联系起来，这就意味着肯定了时间的流逝具
有绝对的单向性．
Ⅱ．对时间的定量认识
时间的定性的定义未能使我满足．我向自己提出了“能否用逻辑方法给时间
以一种严格的定量化的定义”的问题．在探讨此问题的过程中，首先是受到热力
学中的“温度定理”的启发，认为有可能存在“时间定理”．接着是受到统计力
学中的“相空间”概念的启发，提出了“广义相空间”的概念．结果发现，利用
广义相空间的概念可以导出“时间定理”(见《述评》p.30)．
时间定理表明：各种运动都能用来标定时间．但是，一旦选定了其中的某一
种序列，那么其它的序列就不能被视为时间了．该定理中所涉及的任何一种序列
都是限于由有因果关系的事件组成的，因而时间的单向性是属于逻辑必然性．
时间定理不仅揭示了“时间是物质运动的表现”这个本质，而且一开始就能
明确地否定牛顿的绝对时间．
时间定理为时间的标定提供了理论依据．该定理允许时标具有任意性，因而
允许根据牛顿第一定律的要求来选取适当的时标(见《述评》p.34)．这样就使运
动学中的时间的概念同动力学中的惯性的概念一开始就结合在一起了，不仅选定
了时标，而且使牛顿第一定律成为纯理性的、绝对没有测量误差的基本原理．
我把这种对时间的认识同前面谈到的对物质基本成分、运动的基本形式结合
起来，作出的判断是：从感性认识的过程看，物理学中的最基本的三个概念是物
质、空间和运动；从定量测量的角度看，与这三个最基本的概念对应的基本量是
质量(包括电荷量)、长度和时间；从更深层次上看，质量是引力场和电磁场的自
相干和互相干的表现．对于建立整个物理学理论体系来说，三个最基本的原理是
惯性原理、相对性原理和等效原理．甚至可以把相对性原理理解为惯性原理的逻
辑推论．这就是我的引－电统一场论的基本指导思想．
Ⅲ．与时间有关的鸡毛令箭
１）牛顿时空观被否定之后，教科书里在时间问题上自然不宜再采用牛顿的
提法．二十世纪六十年代以后，许多书上把恩格斯的关于“空间和时间是物质的
存在形式”的提法拿来当做定义使用，这是不恰当的，因为恩格斯只是说空间和
时间都与物质有联系，而不是给空间和时间下定义．
如今有人说：“恩格斯是革命家而不是科学家．过去的书上实际上是拿着鸡
毛当令箭．”此话有点道理，但带有情绪和偏见．
革命家就不能有科学知识吗？革命家讲的话就一定是谬论吗？在空间和时间
问题上，与恩格斯的判断相反的判断是“空间和时间不是物质的存在形式”，能
认为这种判断是真理吗？在我看来，在相对论问世之前，在牛顿的“时间与任何
外部事物无关”的观点占统治地位的历史背景下，能把空间和时间同物质联系起
来思考，已属很不容易．恩格斯确实不是自然科学方面的专家，但无疑是通晓自
然科学的革命家和哲学家．他的知识面以及对当时最新科学成果的理解深度，至
今仍非一般人所能相比．他的著作无疑应当算是十九世纪的思想家们留给后人的
精神财富的重要组成部分．对他作出评论，应当是在读过他的著作之后．
２）如今有些书上改用爱因斯坦“时间是幻觉”的提法．此提法是出自爱因
斯坦的一封吊唁贝索的书信，原话是：“过去、现在和未来之间的区别，只不过
是一种顽固地坚持着的幻觉而已．”这是为了安慰贝索的亲人而写下的话．搞科
学哪能随便把名人的吊唁信当做正式发表的学术论文来引用？科学家的话就能保
证句句是真理吗？在我看来，乱贴“时间是幻觉”的现象，实际上也有“拿着鸡
毛当令箭”之嫌，会在物理学界和哲学界引起思想混乱．
爱因斯坦从未专门对时间下过什么定义，但他的时空观在他的正式发表的相
对论中已经表述得很清楚．他在讨论“同时性”问题时，是把“有因果联系的事
件”与“无因果联系的事件”严格地加以区分的．因果律是他的基本信条．母子
之间的关系是因果关系，在任何参考系中，总是先有母后有子．这种先后次序是
绝对的．正是因为承认因果律，他才导出了“机械速度不可能超过光速”的著名
论断．如果两件事之间本来就无因果联系，那么谁先谁后就与选用的参考系有关
了，先后次序就可以通过参考系的适当的变换颠倒过来．只是在这种情况下，才
可以说先和后的差异只是人们的幻觉．即使是在这种场合，使用“幻觉”这个生
理学名词也还是属于“用词不当”，因为参考系之间的变换仍然是有规律的，是
能由不同的人得到相同的结果的．而任何人的幻觉都是不能由别人来重复的．爱
因斯坦那封唁信里所说“人们的幻觉”实际上是指：无因果联系的事物所表现出
的先后次序，是人们在各自选用的特定参考系里所得到的感觉，这种感觉到的先
后次序是因人而异的．当然，对于吊唁信里的用词，我们也无必要吹毛求疵．
七、主攻课题的选定和实施
１９６０年１２月至１９６１年５月．
我在自然辩证学习班学习期间所思考的那些问题，虽然对于建立引－电统一
场论来说是重要的，但在当时根本没有考虑把统一场论选定为科研主攻目标．我
本来是喜欢实验性课题，学生时代就是因为研制红外线防护镜取得成功、并办厂
投产，才获得校级优秀学生称号．受此鼓舞，从此更加喜欢实验性课题，甚至立
即提出书面报告，要求在半导体材料方面开辟新战场，指望赶在外国人之前搞出
硅来．直到自然辩证法学习班结束之时，我仍未考虑过选择纯理论性课题．但最
终还是决定搞引－电统一场论，这个决定实际上是后来的环境逼出来的．
Ⅰ．选题指导思想的形成
１９６０年１２月下旬，自然辩证法学习班把“否定之否定”确定为讨论会
的专题．前一天晚上，我在阅读库恩的《科学史》一书时，有意识地从战略角度
留意自然科学的总体发展规律，特别是着重分析自然科学的现状，提出对策．我
注意到，自然科学自诞生以来，经历了三个大的阶段：
１）公元七世纪以前，人类对于自然界的认识基本上是属于感性经验，谈不
上是科学．在这之后的大约五百年里，中国和希腊都出现了从一般哲理角度对各
种自然现象作综合研究的热潮，出现了自然哲学．此后一千多年中是在这种框架
内充实素材．这个时期的主要特征是“综合”．科学本身还缺少理性认识．
２）到了文艺复兴时代，各类素材已丰富到能够自成体系的阶段，此后就陆
陆续续从自然哲学的母体中分离出来，形成为彼此独立的分支学科．这个时期的
主要特点是分化．最初出现的一批巨人都还具有知识面广而深度不够的特点，直
到牛顿时代，自然科学仍带有相当浓厚的哲学气味．后来的分类研究就越来越各
自为政、老死不相往来了，全力充实本学科的内容，并使之系统化、理论化．这
种彼此独立的分类研究法在当时的历史条件下是加快了各分支学科的发展速度．
３）十九世纪后期，许多分支学科已进入枝丰叶茂的阶段，分支学科之间出
现了相互交叉、相互渗透的现象，显示出跨学科的综合研究法已成为可能，原先
彼此独立的静电学和静磁学仅仅是因为形式相似才硬拼在一起，此时已经以电与
磁在物质本质上的同一性为依据，把两者综合成为统一的电磁理论了，使物理学
出现了继牛顿以后的第二次飞跃．电磁理论向光学渗透，使光学发生了质变．热
力学向化学渗透，产生出物理化学，使化学发生了革命．相对论和量子论是物理
学的第三次飞跃．这一切，标志着自然科学跨进了一个新的以综合为主的时期．
在新时期里，尽管原有的分支学科里仍有大量的课题可用传统的分类研究法
来处理，甚至从实用角度来看仍然是社会眼前需要的主体，但从科学自身发展的
需要来看，传统方法提供的成果必然多半是增加同类型的枝叶．能够代表科学新
水平、并能加快科学发展速度的应当是新学科．新学科的出现，固然有可能是从
传统学科的某个质变点上生长出来，但更多的是要以跨学科的沟通为途径，甚至
在技术领域内的具有革命意义的课题也需要使用跨学科的知识．
次日上午，我在专题讨论会上把“综合为主”的观点提了出来．天文学系主
任戴文赛先生得知后非常欣赏，提议撰文发表．１９６１年１月，文成，又得到
副校长孙叔平先生的欣赏，立即在由他担任主编的《江海学刊》上发表出来，稍
后被《文汇报》转载．从此，“综合为主”就成为我科研选题的指导思想．有了
这种指导思想，并不意味着对综合性的纯理论题发生兴趣，当时我心里很明确的
一点是：学习班一结束，我就得回无线电专业，我应当在本专业范围内选题．同
样明确的是：要利用自己知识面较宽的特点，在技术领域内从事综合性的研究．
Ⅱ．主攻课题的确定
上述“综合为主”一文发表后，在全校教师中引起了几场大辩论，《人民日
报》也报道了这件事．我成为被围攻的对象．除了戴文赛先生慷慨陈词、力排众
议、继续撰文阐明“综合为主”思想以外，我听到的几乎是一边倒的反对声．特
别是个别老师有在反右斗争中培养起来的断章取义和骂人的习惯，刺伤了我的感
情．我属于“小”字辈，感到这种辩论会缺少平等待人的气氛，并觉得这种空对
空的辩论会只能是各说各的，是浪费时间，所以干脆退出会场．但不是认输．我
觉得，对于我来说，最重要的是要自己能拿出“综合为主”的成果来说明问题．
当时自然辩证法学习班已经结束，我正在担任电动力学和相对论习题课的教
学．由于是初次搞教学，又是碰到答疑任务较重的一门理论课，所以原先根本没
有考虑兼搞科研，更从未考虑搞引－电统一场论．但四月份的那场辩论会激怒了
我，因而决定立即选个综合性的课题搞搞．起初不敢碰引－电统一场论，但又觉
得：眼下分明没有条件搞实验性课题；理论性的综合题多半是难啃的，虽说引－
电统一场论的难度可能更大，但惟有这个题目能同我目前的教学任务紧密结合起
来；我的知识面较广，特别是在天文学和哲学方面的知识，恰恰是能在引－电统
一场论课题中用得上的；我在基本物质、运动的基本形式等方面的新认识，很可
能是引－电统一场论所需的哲学信条．这样一想，就觉得还是该课题较为合适．
我征求了部分老师的意见，他们多半是善意地劝我放弃这个念头．惟有戴文
赛先生说：“有这种想法很好啊．自古英雄出少年，有志者事竟成．周期长的大
题目也总得有人搞．正因为周期长，就更应当由年轻人去碰．当然，风险是存在
的，要有作出牺牲的思想准备．探索性的工作哪能是只许成功、不许失败？科学
事业从来就是接力赛．大题目总是由小题目组成的，实施的时候还是要从小题目
入手．纵然最终目标达不到，阶段性的成果多少总能取得一些的．大题目上的阶
段性成果的科学意义未必比不上小题目上的完整的成果．所以，没有必要把大题
目看得那么可怕．我历来主张中国人要创立自己的学派．五八年就已经呼吁，今
后还要呼吁．如果大题目都是留给外国人搞，还能谈什么‘赶超’？”听他这么
一说，我就不再犹豫了．那一天是我永远难忘的，是１９６１年５月２０日，正
是我校一年一次的“庆祝校庆科学报告会”开幕式散会后，在大礼堂门口同戴先
生谈了十分钟，这十分钟决定了此后一辈子的道路．
大学毕业后，定位于教学编制，并且是担任政治辅导员．把这种现实情况同
当年的人事制度联系起来一想，就意识到：这辈子再也没有机会接触任何科研设
备了．于是铁了心，决定在教学等方面满工作量的情况下，一门心思把全部业余
时间放在不需要经费、不需要设备、不需要立项备案、自选的纯理论课题上．
Ⅲ．实施途径的选择
在同戴先生谈过心之后，当天晚上就开始考虑实施方案问题．我对爱因斯坦
的工作进行了分析，拿定的主意是：要相信爱因斯坦指引的方向，但决不能走他
走过的老路．
爱因斯坦的路子是：以广义相对论的基本原理为出发点，在一般的弯曲空间
里用逻辑方法导出一些结果来，然后利用对应原理把物理学的各分支学科统一进
来．这条路未必是绝对走不通，但难度肯定极大．如果说这条路对于爱因斯坦本
人来说是“此路难行”，那么对于我来说就是“此路不通”．
我决定采用相反的做法：首先在平直空间里改造现有物理学各分支的逻辑体
系，使基本假设减少到最低限度，然后根据各分支学科的共性，把它们纳入狭义
相对论的框架，最后把它们同等效原理联系起来思考，纳入广义相对论的框架．
广义相对论中涉及的弯曲空间有无限多种，面临着无限多个未知数，只能采
用高度抽象的数学式；狭义相对论涉及的平直空间只有一种，直观性强，而且现
有的物理学已经提供了大量的已知数．因此，料想我所选的路子有可能走通．
主攻目标和实施方针明确后就立即上马，并且最初的进展速度连我自己也感
到意外．１９6 １年５月份完成了力学逻辑体系的改造，７月份完成了电磁学逻
辑体系的改造，紧接着就把牛顿引力论由静力学发展成动力学，１２月份完成了
狭义相对论意义下的引－电统一场论，都是在学生时代完成的．但随后就在量子
力学方面陷入了长达３９年之久的困境，直到２０００年７月取得全线突破．
八、对力学逻辑体系的改造
１９６１年５月２１日．
这是主攻方向确定后的第二天．就是在这天晚上，整个工程正式开工，并且
在半小时里就完成了改造力学逻辑体系的工作．
我的非常明确的指导思想是：
１）要抓住孤立系统，因为孤立系统的行为与外界无关，具有基本的意义．
２）要让改造后的各分支学科的逻辑体系都能直接或间接地与狭义相对论挂
上钩，以便最终纳入广义相对论的框架．
３）真正的基本定律，一般应当能引入新的基本量．除了基本量以外，其他
的物理量要尽量用定义的方式来引入．与这些导出量相关的经验定律原则上应当
能用逻辑方法导出．
整个物理学中的最基本的概念是从力学中引入的，因而对物理学各分支的逻
辑体系逐个进行审查和改造的工作应当是从力学开始．
Ⅰ．对运动学体系的改造
当时我正在担任电动力学与相对论习题课的教学工作，该课在５月下旬进行
的教学内容恰巧是相对论力学．在５月２１日下午的科学报告会上，基础物理教
研室副主任沈世武先生作了一篇关于光速不变原理问题的报告．当天晚上开始思
考力学的逻辑体系问题．确切地说，应当认为这项工作是从早些时候思考时间定
理之时开始的．沈世武先生的报告促使我把光速不变原理同时间定理联系起来思
考，产生了建立光学时标的想法，再同相对性原理联系起来，就发现能用逻辑方
法导出光速不变原理(《述评》p. 178)．这就意味着，力学中的运动学部分一开
始就能进入狭义相对论的框架．
Ⅱ．对动力学体系的改造
力学中的基本量只有三个，长度和时间是单纯依靠运动学来引进的，质量是
动力学中惟一新出现的基本量，意味着动力学的三条基本定律中或许只有一条是
真正基本的定律．在牛顿三定律中，惟有第一定律所涉及的物体是孤立系统，因
而该定律肯定是真正的基本定律．该定律的推论是：
１．质量的概念与速度恒定性结合起来，就得到质量守恒原理．
２．恒定的质量乘上不变的速度，又得到动量守恒原理．
３．质量乘上任意常数，并以一个新的符号代表乘积，就得到新物理量．尽
管新物理量在本质上还是代表质量，但总可以取一个新名称．假如所乘的常数适
当，并将所得的量取名为能量，那么能量的定义式就可被称为质－能关系式，于
是又能得到能量守恒原理．
打开物理学史，一眼就看到马赫对牛顿力学的批评．他认为牛顿力学体系中
存在着逻辑循环，认为牛顿第二定律实际上是力的定义式．我认为马赫的批评是
中肯的，但又觉得他的建议还不够漂亮，因为相对论已经表明牛顿第二定律只在
低速条件下才近似地成立，该定律不能使力的概念具有精确性．我注意到：动量
定理与第二定律在牛顿体系中是等效的，它在相对论力学中仍然严格正确．因而
意识到：应当从动量定理的角度引进力的精确的定义式．如果把动量的变化理解
为力引起的效果，那么就可以利用动量的变化率来量度力，这样就不仅使力有了
严格的定义，同时又得到了动量定理．利用低速条件对动量定理取近似，就得到
牛顿第二定律，这就表明该定律确实不是基本定律．
牛顿第一定律中所涉及的物体不能是几何点．如果是几何点，那么，一旦把
它同万有引力定律结合起来，就会出现自能发散问题．既然不能是几何点，而相
对论又不允许有理想化的刚体，那么就应当认为任何物体都能分割．因此，牛顿
第一定律又能被理解为质点组的能量守恒原理和质点组的动量守恒原理．如果把
这种质点组分为两半，再同力的定义式(即动量定理结合起来)，那么就能导出牛
顿第三定律(见《述评》p.59)．由此可见，第三定律中也不是真正基本的定律．
Ⅲ．运动学与动力学的统一性
在我的力学体系里，惯性参考系不是利用牛顿第一定律来定义的，而是以空
间属性为前提条件，单纯用逻辑方法确定(见《述评》p.28)．牛顿第一定律也已
不是经验定律，它与时标是用逻辑方法同时确定的，因而是不存在实验误差的基
本原理(《述评》p.34)．这就使运动学与动力学有机地统一起来．由此导出的一
切，只要未取近似，就都是严格的．但该体系未考虑引力效应，因而有局限性．
九、对电磁学逻辑体系的改造
１９６１年５月至７月．
接在力学后面，本应改造热学逻辑体系，但因误以为热学体系已经欧氏几何
化，所以就跳过热学，转向电磁学．
改造电磁学逻辑体系的工作并不像改造力学逻辑体系那样顺利，自１９６１
年５月下旬开始后的一个半月里，毫无进展．７月上旬，期末考试来临了，学生
们纷纷来问问题，问得最多的是：“位移电流究竟是怎么回事？”我解答后，他
们仍表示“很难理解”．他们说：在麦克斯韦方程组的四个方程里，除了磁场的
旋度方程以外，其它的方程都容易理解．我注意到：学生们能够接受的三个方程
都是直接来源于经验定律，惟独磁场的旋度方程与经验定律对不上号．与磁场有
关的经验定律是毕奥－沙伐尔定律和安培定律，由这些经验定律已经导出了稳恒
磁场的环路定理和旋度方程，学生们已经接受了，位移电流是麦克斯韦在没有任
何实验根据的情况下强行引入了旋度方程，学生感到困惑的正是在这方面．这也
难怪，当年开尔文读了麦克斯韦的论文之后也是接受不了，赫姆霍兹和玻尔兹曼
都是用了几年时间才算是弄明白了．这些大物理学家尚且如此，一般学生又怎么
可能立即理解呢？
学生的提问使我回想起自己做学生时的情景，记得当初我自己也曾感到位移
电流像是从天而降的，直到麦克斯韦方程组的自洽性得到证明之后，才相信了位
移电流．麦克斯韦方程组的自洽性不能单纯地依靠该方程组本身的四个方程来证
明，在证明磁场的旋度方程与电场的散度方程之间的统一性时，必须利用电荷守
恒原理．具体做法是：首先要对磁场的旋度方程取散度，接着是电场的散度方程
对时间求偏导数，最后利用电荷电流连续性方程，这样才使自恰性得到证明．回
忆到这里时，我突然产生了疑问：为什么由四个方程组成的体系需要用五个方程
来证明它的自洽性？从逻辑上讲，这五个方程中必定有一个是不独立的．这时才
发现：在磁场的旋度方程、电场的散度方程和电荷电流连续性方程中，真正彼此
独立的方程实际上只有两个．利用这三个方程中的任意两个都能导出第三个．
电场的散度方程是库仑定律与叠加原理的推论，连续性方程是电荷守恒原理
的数学表述．这就表明：只要把库仑定律、叠加原理同电荷守恒原理结合起来就
可以导出位移电流．再利用总电流密度场的无散性，就可以导出磁场．如此得到
的是磁场所满足的微分方程．解此方程，并把它应用于稳恒电流，就可以得到毕
奥－沙伐尔定律(见《述评》 p.393)．在导出磁场后，借助于相对性原理，就可
以导出法拉第电磁感应定律．也就是说，整个电磁理论实际上只须以电荷守恒原
理、库仑定律、叠加原理、相对性原理为基本假设，缺一不可，多一不必．
由于已经使用了相对性原理，所以新体系直接进入了狭义相对论的框架．在
这种框架内，磁场完全失去了独立性，因而《述评》中把电磁学改名为电学．
十、狭义引力论的建立
１９６１年７月．
接在电学后面，本来应当能够自然地转向光学，但我没有这样做，而是立即
转向牛顿引力理论，因为发现：电磁学的这套新的逻辑框架完全能适用于牛顿引
力理论体系．引力理论中的质量守恒原理、万有引力定律在数学形式上分别地与
电磁理论中的电荷守恒原理、库仑定律相同，而叠加原理和相对性原理是两个理
论体系共同拥有的．可见，只要以质量守恒原理、万有引力定律、叠加原理、相
对性原理为基本假设，就能导出整个引力理论体系，而且是举手之劳．果然，紧
接在电磁理论之后，引力问题只用了半天时间就解决了．
如此建立起来的引力理论是在狭义相对论框架内，因而我把它称为“狭义引
力论”．该理论包含了牛顿引力论的全部内容，但其中的动力学成分是牛顿引力
论所没有的，因而它是把牛引力理论由静力学发展成为动力学．
狭义引力论还提供了一个令人吃惊的结论，即：引力场是一种具有负能量和
负质量的物质．这与电磁场的情况恰巧相反．这是因为：在库仑定律的数学表达
式中，比例系数是正的；而在万有引力定律的数学表达式中，比例系数前面要加
一个负号．其结果是：引力场的能量密度公式中就必定会比电磁场的能量密度公
式中多一个负号，否则就会触犯能量守恒原理．与此相应，根据质能关系式，引
力场的质量密度也只能是负的．
按理说，负质量的出现，应当是一个非常值得重视的事件，因为它预示着要
引出一些意想不到的新效应．但是，人们历来认为“质量只能是正的”，这种观
念是根深蒂固的．我在一次宴会上向朋友透露：“我已经导出了负质量．”朋友
说：“你是不是喝醉了？”我暗自感叹：“先入为主造成的偏见实在是太难纠正
了．学术界的偏见都是披着‘科学’的外衣，因而比宗教偏见更为顽固．”
我意识到，如果不拿出观测结果来，那么负质量就只能成为人们的笑柄．因
此，我决定寻找证据．由于引力场是负质量物质，所以，与电磁辐射阻尼力相对
应的引力辐射阻尼力公式中也多一个负号，也就是说，引力辐射阻尼力实为牵引
力．把这种负阻尼力应用于双星系统，就可以证明，双星系统的公转周期是按负
指数律衰减的(见《述评》 p.784)．反之，如果引力辐射阻尼力是正的，那么双
星系统的公转周期就应当按正指数律增加．但是，很遗憾，我未能查到所需要的
资料．隔了１３年，即到了１９７４年，脉冲双星系统公转周期变化的现象才被
胡尔斯（R. Hulse）和泰勒（J. Taylor)发现．他们观测的数据虽不足以体现指
数律，但已表明脉冲双星系统的公转周期是在缩短而非增长．
十一、引－电统一场论的建立
１９６１年７月至１２月．
在“电磁战役”和“引力战役”连续告捷后，立即拉开“引电战役”帷幕．
三大战役都是以“综合为主”为指导思想，但又有各自的特点．电磁战役中
是把“吞并”叫做“综合”，电和磁都是事先知道的，由电吞并磁；引力战役中
是把“网罗”叫做“综合”，类电的引力场ｇ是事先知道的，但类磁的ｂ场是事
先不知道的，只是根据相似性原理推测“水中有鱼”，然后撒下逻辑网；引电战
役将是把“联合”叫做“综合”，引、电双方已在同一个逻辑网中平起平坐，不
能指望相互吞并，只能促进联合．
既然已有现成的素材和现成的逻辑框架，那么就似乎能料定难度不大．我原
指望用半天时间拿下第三战役，并立即上马，但很快就发现此事不那么简单，因
为已有的信息只是表明引、电在形式上相似，不能认定它们能够像电、磁那样具
有本质上的统一性．
引电战役开始后不久，突然接到“预备教师回班学习”的通知，并说“由于
工作需要”，把我由无线电专业调到半导体专业．我顿时感到问题严重：大学五
年只剩下最后一年，虽说五年级课程较少，但我首先要补半导体专业四年级全年
的课．即使利用暑假自学一个学期的课，开学后仍然是双份学习任务．当时不是
采用学分制，我在核物理专业和无线电专业学过的课程都是半导体专业不能认帐
的．形势逼人，只好当机立断把引－电统一场论问题抛到脑后．
虽说已决定立即刹车，但实际上忘不掉．此后四个月里的零碎时间里还是经
常要想引－电统一场论问题．１１月中旬，学校开运动会，规定要全天观看．看
到运动员在到达终点后仍要向前冲一段路，我把这件事同正在思考的引电问题联
系起来，提出这样的问题：“假如这些运动员是质量为零的纯电荷，那么将会怎
样呢？”通过对这个问题的思考，我发现：电性也是一种惯性．理由是：在均匀
的、各向同性的、貌似绝对空虚的空间里，静止的电荷应当保持静止状态，否则
就会碰到这样的问题：原先静止的电荷为什么会得自发地向左运动而不是向右运
动．这种情况与“各向同性”是矛盾的．既然静止的电荷能够保持静止状态，那
么它在另一种惯性参考系中就应当是表现为“保持匀速直线运动状态”．由此可
见，电荷像质量一样，完全符合“惯性”的定义，单纯地用质量来量度惯性是片
面的．把这个结论与等效原理结合起来就可以证明：在引力场中，纯电荷所能获
得的引力加速度与纯质量获得的引力加速度应当完全相等．
１２月上旬，我把自学的两门课考掉了，顿时感到轻松了许多．一考完就开
始思考这样的问题：统一场论应当是具有完备性的理论，这就意味着要求物理量
本身具有完备性．惯性作为一种最基本的观念，它必须要有完备的描述．如何让
一个物理量既能反映质量又能反映电荷量？突然想起去年此时在自然辩证法学习
班学习时思考过的毕达哥拉斯的数本原论，反其意而用之，把他的“数支配着世
界”的提法改为“数反映着世界”，从而作出判断：既然完备的数是复数，那么
完备的物理量就应当是复量．又想起电路分析课里把电阻和电抗统一于复阻抗而
获得完备性的事实，这种信念就坚定了．于是引进了“复质量”的概念，让它的
实部和虚部分别代表质量和电荷(反过来也行)．有了复质量，就可以用逻辑方法
定义“复动量”、“复力”等等．接着，我们就可以把质量守恒原理和电荷守恒
原理综合为统一的复质量守恒原理，把万有引力定律和库仑定律综合为统一的复
力定律，再加上叠加原理和相对性原理，就可以得到狭义相对论意义下的引－电
统一场论．它所使用的逻辑框架与电磁理论所使用的框架确实是完全相同的．在
这种体系中，复场的实部和虚部分别代表引力场和电磁场．
尽管我心目中早已把粒子理解为波包，但在此刻得到的理论中还是暂时把粒
子和场看作是并列的概念，因而这种理论是不彻底的场论．
十二、在宇宙学上走过的路
１９６２年至２０００年．
上述不彻底的统一场论应当算是带有一定突破性意义的进展，但我还是决定
暂不公布，并且让它搁置了３９年．这是因为要考虑以下两个因素：
１）引－电统一场论不可能不涉及引力场，引力场总是要占据整个宇宙空间
的，这就必须同宇宙模型联系起来，不同的宇宙模型要求引－电统一场论采用不
同的形式．本理论既然是以复质量守恒原理为基本假设之一，那就意味着已经认
定宇宙是无限的，不得不批评爱因斯坦的宇宙有限论．一个尚未毕业的大学五年
级学生，居然要批评全球的头号权威，有哪个杂志敢发表这种文章？
２）爱因斯坦在１９１８提出的统一场论是要求“把力学、电动力学和量子
力学统一在单一的逻辑体系里”，如何用逻辑方法导出量子力学？这个问题困扰
了我３９年，直到２０００年７月才取得全线突破．
对于我来说，宇宙学问题已在心里有底，只存在如何说服别人的问题；而在
量子力学问题方面，还完全不知该从何处入手．因此决定：先将宇宙学方面已完
成的工作以及引－电统一场论所需的逻辑框架分阶段发表．我注意到：爱因斯坦
在论证有限无界宇宙模型时只使用了引力佯谬，未提光度佯谬问题．心想：如果
文章里要驳引力佯谬，那么，审稿人只要知道作者是学生，就能轻松地以“爱因
斯坦”这个名字为真理的判据来下结论了．因此，我决定先把光度佯谬当做孤立
的专题抽出来撰文，完全不提引力佯谬问题，也完全不提宇宙是否有限的问题．
１９６２年５月，我把题为《对奥伯斯佯谬的新探讨》的论文寄了出去，不
久退回．审稿人的意见有两条：
①文中的指数衰减律正是早已被否定的光子老化假说．
②文中未给出宇宙空间物质吸收系数β的具体数值，因而无法与观测对照．
审稿从来就是相互的，作者对审稿人写的评语也是要审查的．我的评论是：
１．光子老化假说是说光子在运动过程中能量不断减少，波长变大，表现为
红移．我文章里的指数衰减律是说星光在传播过程中必然会被宇宙尘埃之类的物
质吸收掉一部分，使光子数减少，光强度变弱，这与红移问题风马牛不相及．
２．我确实未给出β的具体数值，确实无法与观测对照．如果能给出β的具
体数值，当然是最好．但这个要求实在是过分苛刻了．宇宙即使不是无限大，也
已是大到无法对β作直接测量的程度．奥伯斯佯谬说天空亮度是无限大．我虽未
给出β的具体数值，但已给出β的理论公式，已经肯定β大于零，从而肯定天空
亮度不可能是无限大．虽说是定性的判断，但把无限大纠正为有限大，这是质变
性的定性．探索性工作哪能像工程上那样按现成的格式来设计图纸？爱因斯坦在
探索宇宙模型时所给出的空间曲率ｋ不也是抽象的代数符号吗？后来，他虽然以
西利格用超距观点导出的引力佯谬为基本论据，选择了ｋ＞０，但还不是具体数
值．最后定出ｋ＝１，那是用猜测法，惟一的理由是：ｋ＝１是最简单、最优美
的方案．玻尔兹曼关于熵与热力学概率的对数成正比的著名公式，起初连一个抽
象的比例系数也没有给出，完全是定性的．如今人们看到的比例系数ｋ，那是隔
了二十多年之后由普朗克引入的．物理学中的许多基本常数，有哪一个是由提出
常数的人亲自测出的？β的具体数值是多少，应当是天文台的测量任务．科学事
业是社会性的，现代科学更是需要通过社会协作来逐步完善．诚如恩格斯在研究
科学发展史后所得出的结论：只要自然科学在思维着，它的发展形式就是假说．
退稿后，我未考虑答辩．心想：换一个人审，估计不会再提出光子老化，但
还会要你拿出β的具体数据来．这是由中国学术界的“不许假说问世”的“慎重
观”决定的，不是哪一个人的问题，而是有广泛社会基础的窒息性传统观念．
文革期间，觉得社会正处于由“测不准关系”支配的时期，因而未参加任何
群众团体．一门心思攻量子力学和统计力学，终于在文革结束后不久的１９７７
年用统计方法得到了β的具体数值．１９７８年５月在本校科学报告会上再次提
出充实了新内容的论文，但仍回避引力佯谬，最初的题目是《对奥伯斯佯谬和宇
宙背景辐射的新探讨》．戴文赛教授在病危期间两次嘱咐“赶快发表”．有人提
醒我：“还应当考虑引力佯谬．”使我意识到引力佯谬问题无法回避，于是立即
在文章里加了一节，将题目改为《对奥伯斯佯谬、西利格佯谬和宇宙背景辐射的
新探讨》，于１９７９年１月寄出．该文因编委会里有两派意见而搁浅．
１９８０年１０月，中国科技大学的副校长、宇宙学家方励之教授到我校讲
学，介绍并发挥老子的“道生一”和“有生于无”的哲学思想，阐述大爆炸宇宙
论的哲学意义．“一”是指“至大无外的大一”，即宇宙；至于“道”，老子说
它是“先天地生”的．方励之教授把“道”解释成“物理规律”．
散会时，我把自己的宇宙学论文手稿赠给了他，并提醒他：“奥伯斯的光度
佯谬中完全未考虑‘星球和宇宙尘埃都具有体积’这个无可争议的事实，人为地
使天空亮度的理论值变成为无限大．”他回答说：“即使考虑体积，也还是无济
于事．如果过去的时间已经是无限大，那么现代宇宙就应当是处于热平衡态，整
个天空到处都会像恒星表面一样明亮，还是与观测不符．”
光度佯谬的早期提法是以光度学平方反比定律为理论依据，该经验定律是早
已得到人们公认的，因而早期提法必须认真对待．对于光度佯谬的现代提法，我
本来并未给予重视，因为它是以宇宙热寂论为理论依据，而热寂论本身是至今尚
有争议的问题，不能拿来当做论据．但是，既然现代宇宙学掌权派坚持以热寂论
为论据，那么光度佯谬就仍然是悬案．对于宇宙无限论来说，两个佯谬中只要有
一个能够成立，就足以致命，因而不能不讨论“宇宙是否可能热寂”的问题．
我和方励之先生只交谈了几分钟，但这几分钟的谈话使我回家后思考了整整
一通宵．就是在那个不眠之夜，我构思了以下两个理想实验：
１）“大爆炸实验”．该理想实验是模仿宇宙大爆炸，但只着眼于熵，因而
无必要考虑物质成分的变化．设想一团理想气体原先被约束在小区域内，某时刻
突然发生爆炸，出现与宇宙大爆炸有点类似的景象．然后利用理想气体熵的公式
进行计算，结果表明：如果宇宙无限，那么宇宙就无终态，宇宙熵无极限，熵增
加原理不能适用于无限宇宙；如果宇宙有限，并且有固定的边界，那么就能达到
热寂，但熵增加原理也只能保证在接近于平衡态时才成立(见《述评》 p.276)．
２）“热寂实验”．假定宇宙无限，并假定已处于热寂状态．系统处于平衡
态时，应当是在热作用、机械作用和质量作用三方面都达到平衡，与这些相互作
用分别对应的强度量温度、压强和化学势都不可以具有梯度，意味着所有的物质
都均匀地分布在整个宇宙空间．这种情况正是爱因斯坦设想过的静态宇宙．由于
存在引力相互作用，所以这种平衡只能是属于不稳定平衡，是不可能持久的．根
据金斯不稳定理论，这种系统必然自发分裂，然后其碎片在引力作用下收缩，势
能转化为动能，造成温度差，甚至引起化学反应、核反应，意味着力平衡、热平
衡、化学平衡全部消失．这就表明，熵增加原理不能适用于整个宇宙．
上述两个理想实验，分别从正、反两个方面排除了宇宙热寂的可能性．“热
寂实验”是对“大爆炸实验”的重要补充，但忘了把它写入《述评》，现在觉得
这是一个令人遗憾的疏忽．上述两个理想实验还表明：即使是有限大小的孤立系
统，当它离开平衡态很远时，它的熵并不是单调地增加．这就向人们提出一个问
题：即使对于有限大小的孤立系统来说，熵增加原理是否总能无条件地成立？
熵增加原理被认为是热力学第二定律的数学表述，后者是经验定律．我注意
到，该定律所依赖的实验都是在地球表面附近的实验室的尺度内完成的，实际上
未考虑引力场所能引起的效应．如果把范围扩大，疑点就出现了．例如，地球物
理学家们已经计算过地球的引力场在地表附近的大气中所引起的压强梯度和温度
梯度(见艾伦《物理量与天体物理量》 p.151)，这就带来了这样的问题：如果没
有温差，则压强梯度所应引起的漂移效应原则上可由引力作用来平衡；但温度梯
度是不可避免的，必然引起热扩散，这是引力场阻止不了的；压强梯度和温度梯
度有着相同的方向，因而不能指望单纯地利用压强梯度来与热扩散抗衡；惟一可
以考虑的方案是，让引力作用超过压强梯度引起的效应，相消一部分以后，使压
强的余下部分具有反向的梯度，但这种方案仍然无效，因为压强是与分子热运动
速度的一次方成比例，而温度是与分子热运动速度的平方成比例，所以热平衡和
力平衡根本不可能同时出现．
根据热力学的现有理论，系统只有在热平衡、力平衡和化学平衡都实现之后
才算是到达了平衡态，这时，系统内的温度差、压强差和化学势差都为零．这种
平衡态确实已被人们无数次地观察到了，但都是在引力效应可以忽略的条件下观
察到的．一旦引力效应不容忽略，那么就不仅温度差和压强差不可避免，甚至还
会出现化学势差，因为在压强和温度足够高处将会发生相变、化学反应以致核反
应．所以，单凭引力场的效应这一点，就完全可以肯定：不论宇宙是否有限，都
是在任何情况下都根本不可能到达热寂状态．
我审查了熵增加原理的推导过程，注意到：
１）克劳修斯是利用可逆循环导出熵(见《述评》 p.269)，这就表明，他只
是给平衡态的熵下了定义．从逻辑上讲，平衡态可以看作是非平衡态的极限，因
而由非平衡态的运动规律原则上可以推出平衡态的规律，可惜这个命题是不可逆
的．逻辑结论只能是属于逻辑前提中已经隐含的东西．因此，由平衡态的熵导出
非平衡态的熵(即广义熵)是违背形式逻辑的基本原则的．
２）尽管逻辑上不允许由平衡态的熵导出广义熵，但事实上以往的教科书里
都已经导出了广义熵(见《述评》 p.271)．这就奇怪了．仔细一看才发现：以往
教科书里实际上是利用早期热质说中的热质守恒定律来推导的，而热质守恒定律
只有在机械作用和质量作用都不存在时才能成立(见《述评》 p.272)，所以如此
得到的熵增加原理只能保证在系统已经接近于平衡态时才是靠得住的．
这样看来，把熵增加原理说成是热力学第二定律的数学表述，并不是完全正
确的．确切地说，应当是：熵增加原理是热力学第二定律在近平衡条件下特有的
数学表述．它不能成为宇宙热寂论的依据
１９８６年，在华东六省一市物理学会联合年会上，我第三次提出《对奥伯
斯佯谬、西利格佯谬和宇宙背景辐射的新探讨》．此后《天文学报》编委会表达
了准备发表的意向．我研究宇宙学，是为了替引－电统一场论选定空时框架，既
然我的宇宙观即将与读者见面，那么引－电统一场论所需的逻辑框架就也该是到
了应当让读者初步了解一下的时候了，心想：“第一步应当是要让读者熟悉一下
逻辑框架．如果一开始就提出负质量、虚质量之类的概念，那就又不知道要搁浅
多少年．从策略上考虑，最好以电磁理论教学研究的名义发表．”于是写了一篇
题为《略论电磁理论的基本假设和逻辑体系》的论文．高教出版社的编审胡南奇
教授立即来函，表示“非常欣赏”．于是，该文和上面提到的宇宙学论文都是在
１９８７年分别在《教材通讯》和《天文学报》上与读者见面，后者立即被国外
期刊 《Chinese Astronomy and Astrophysics》全文译载．
１９８８年，我开始考虑建立自己的宇宙模型．我注意到：尽管大爆炸宇宙
模型能提供一幅合乎情理的宇宙演化(不是指“宇宙起源”)的图像，但它在反物
质、宇宙射线的来源、γ射线大爆发等方面遇到的困难是无法排除的．１９９６
年，我在研究了黑洞理论之后，就发现那些问题在宇宙无限框架内是很容易解释
的，于是提出“岛－洞宇宙模型”，但论文受阻．这时才意识到：功利问题不是
政界特有的，只要传统的“文责共负”的观念未能被“文责自负”取代，就不能
指望让反潮流的学术论文在学术杂志上与读者见面．每个时代都有占统治地位的
学说，在不同的时代以不同的方式扼杀异端．所以，在人类只知道有理数的时代
里，毕达哥拉斯的门徒竟因利用三角形证明了无理数的存在而被抛入大海；在中
世纪，哥白尼的日心说只能秘密出版；在封建社会向资本主义社会过渡时期，赫
姆霍兹的能量守恒原理只能自费出版，鲍耶的非欧几何只能以数学游戏的名义放
在书的附录里出版．血淋淋的科学史提醒了我，使我于２０００年作出决定：把
自己的宇宙模型放在教材正文后面的探索篇里，让后人评说．
十三、对热学逻辑体系的改造
１９８１年１２月．
１９６１年以后的将近２０年里，我的注意力一直放在毫无进展的量子力学
上，看来是很大的失策．如果早一点把注意力转移到热学和光学上，那么就或许
能早很多年打破僵局．直到１９８０年才发现，在宇宙学领域内还有十分棘手的
熵增加原理要解决．此时实际上已接触到热学的深层次问题，但着眼点不是放在
热学体系上，因此，在１９８１年弄清了熵以后，就又回到量子的死胡同里．
幸好社会处在变革时期，偶然性往往会迫使人们调整计划．十年“文革”使
教师队伍出现半代人的断层，恢复高考制度后的第四年使学生队伍出现洪峰，改
革开放使青年教师出现了出国热和下海热．一学期只教一门课和专教某一门课的
传统不能在所有教师身上都继续实行，年富力强的中年教师自然是首当其冲．这
年１２月份接到通知，要我下学期同时开出电路基础和热学这两门互不相干的课
程．我过去教过很多门课，惟独没有教过热学，于是只好把满脑子的量子丢到一
边，立即转向热学．也正是在备热学课的时候完成了改造热学逻辑体系的工作．
Ⅰ．关于热力学的逻辑体系
十九世纪中期，在热力学开始形成体系之时，它的基本假设只有两条，即热
力学第一定律和第二定律．二十世纪初增加了一条第零定律和第三定律．从此人
们就一直认为该理论体系需要有四条彼此独立的公设．但我注意到，该理论体系
中只有内能和熵是真正具有基本意义的态函数，温度实际上是导出的．为什么拥
有四条基本假设的理论体系只能提出两个具有基本意义的态函数？这使我想起力
学中的牛顿三定律所涉及的基本量只有一个的情景，因而产生出一种直觉：热力
学中真正基本的定律很可能只有两条．
在判断问题时，凭直觉作出初步的判断虽不是总能十分可靠，但直觉常常是
属于各种可能性中的概率最大的那一种，因而常常能使人少走一点弯路，带有指
导性意义．在热力学问题上，我凭直觉作出的初步判断是：内能和熵分别属于第
一定律和第二定律，因而这两条定律应当是基本的．有了这种初步的判断，接下
去就直接思考“如何证明其余两条定律不是基本定律”的问题．这个问题实际上
包含两个命题，分别讨论：
１）首先是从逻辑学角度进行分析，发现：由第零定律和第二定律都能独立
地导出温度定理，第零定律与温度定理之间存在可逆性，第二定律与温度定理之
间却不存在可逆性．这就表明：第零定律与温度定理是等效的，第二定律与温度
定理是不等效的．于是得出结论：第二定律中已经隐含着第零定律，但它们是不
等价的．第零定律只涉及平衡态，第二定律则是把平衡态与非平衡态联系在一起
了．因此，第零定律肯定不是真正基本的定律(见《述评》 p.268)．
尽管第零定律不是真正基本的定律，但从教学角度看，温度是最能反映热运
动特性的物理量，应当让它尽早出现，所以《述评》中还是把第零定律单独列出
来，并且放在最前面．
２）接着考察第三定律．该定律是能斯特发现的．我注意到，能斯特本人不
承认该定律有资格摆在基本定律的位置上，他把可逆卡诺循环同第二定律的开尔
文表述结合起来，三言两语就把第三定律导出了，用的是反证法．
在中国，王竹溪先生的《热力学》是影响最大的热力学教材，是我学生时代
的主要参考书，我至今仍认为，从总体上看，这是一本难得的好书．惟独在第三
定律问题上我不能同意我所敬重的前辈．
站在这两位卓越的科学家之间，我只能把亚里斯多德“真理更可贵”的格言
当做惟一正确的指导思想．我注意到：
①能斯特所使用的是很典型的反证法，在逻辑上找不出任何漏洞．
②王先生首先是从认识论上驳能斯特，但他在这一点上是很典型的实证论．
③王先生接着是利用熵增加原理来驳能斯特，却在基本概念上犯了物理学中
的大忌，他在比较两个态的熵值时使用了两个不同的参考点．熵函数是一种态函
数，类似于保守力场中的势能函数，要在公共的参考点选定之后才能对某两处势
能的高低进行比较．王先生正是在这个关键性问题上疏忽了．
最后，我按王先生所允许的方法，同样是以熵增加原理为理论依据，还是导
出了第三定律(见《述评》 p.290)．至此已能肯定：热力学逻辑体系里的四条基
本假设中，确实只有第一定律和第二定律是真正的基本定律．
顺便指出：
１．我的证法与能斯特的证法是等效的，但能斯特的证法要比我的证法简单
得多．在《述评》里，我的任务是要对两种相反的观点进行鉴定，如果仍然是采
用能斯特的反证法，那就分明是没有说服力的，因而不得不按王先生所能同意的
方式来论证．但从教学角度讲，不会有哪一种证法能比能斯特的证法更好．
２．一旦用逻辑方法导出第三定律(此时宜改名为定理)，那就会使该定律在
教学中不再属于“难关难点”．虽说它本来是经验定律，但它不能像库仑定律之
类的经验定律那样用成对的实验数据来说明问题，因为它是属于否定式命题，是
说某种极限“不可能达到”，但实验只能证明“未能达到”，在逻辑上不能等同
于“不可能达到”．该定律又不同于热力学第二定律那样的否定式命题，因为热
传导、摩擦生热等方面的单向性事例是人们在日常生活中随时能够获得的，而第
三定律所涉及的低温条件是在课堂里无法提供的．一旦改用逻辑方法导出第三定
律，那就不仅提高了理论的置信度，而且也使学生容易接受．
Ⅱ．关于统计力学的逻辑体系
在完成了热力学逻辑体系的改造之后，我把注意力转向统计力学．这时，从
方法论上讲，我采用的是一种基于逻辑必然性的类比法．
类比法有两种，一种是以形式上的相似性为依据的，另一种是以本质上的同
一性为依据的．前者是基于偶然性和可能性，带有碰运气的成分，但碰上的概率
相当大，因而不失为一种重要的方法．后者是属于内在联系决定的必然性，原则
上是一定能够成功的．热力学和统计力学是从不同角度研究同一个物理对象，这
就意味着这两种理论体系在本质上是同一回事，因而它们在基本假设和基本方程
方面都应当有基于逻辑必然性的一一对应的关系．
但是，我注意到，在以往的两种理论体系中，并不是在一切方面都表现出对
应关系．例如，统计力学中未出现与热力学第零定律、第三定律对应的定律，也
未出现与热力学基本微分方程相对应的统计力学基本微分方程．热力学的理论并
没有把物理问题分为经典问题与非经典问题，统计力学有经典统计和量子统计之
分，缺少描述共性的方程．
根据“应当一一对应”的原则，应当认为：凡属于已经对应的部分，就应当
肯定下来；凡属于缺少对应关系的部分，如果不是属于多余的，那就必定是属于
遗漏．凭这种认识，我决定仿照改造后的热力学逻辑体系的格式来改造统计力学
的逻辑体系．于是，立即仿照热力学第一定律和第二定律写出了与此相对应的统
计力学第一定律和第二定律，并写出了数学表述．但是，当我试图单纯地依靠这
两条基本定律导出与热力学基本微分方程相对应的统计力学基本微分方程时，就
发现这是不可能的．而在引进了近平衡条件(见《述评》 p.311)之后，就在几分
钟里导出了统计力学基本微分方程(见《述评》 p.312)．至此，改造统计力学逻
辑体系的工作就完成了．
在新体系中，除了两条基本定律以外，实际上，近平衡条件也应当算是基本
假设，因此，明确一点讲，应当把这种统计力学称为“近平衡态统计力学”．与
此对应的热力学应被称为“近平衡态热力学”．
在《述评》一书中，在介绍统计力学时，已经明确地列出了近平衡条件．而
在介绍热力学时，还是基本上采用传统写法，只在“插话”里评论传统理论时提
出了近平衡条件．实际上，在热力学里也必须明确地把“近平衡条件”列入基本
假设的行列，否则广义熵的前提条件就缺乏充分性．如果没有广义熵，那么热力
学基本微分方程就根本建立不起来．
改造后的逻辑体系具有以下优点：
１．新的逻辑框架非常简洁，容易掌握．
２．统计力学基本微分方程对经典统计和量子统计都适用．
３．热力学中的熵Ｓ和统计力学中的拉格朗日乘子α、β、γ的物理意义分
别是什么，本来都是很费口舌的问题．如今只要把热力学基本微分方程同统计力
学基本微分方程对照一下，用不了十分钟，这四个参数的物理意义就全清楚了．
４．利用统计力学中的近平衡条件，很容易排除宇宙热寂的可能性．这是因
为“广义坐标不变”是两类近平衡条件之一．体积是任何一种热学系统都要使用
的一种广义坐标．对于无限大的宇宙来说，体积是无限大．从数学角度讲，无限
大不是确定的数，因而宇宙根本不存在“体积不变”的情况，这就意味着整个宇
宙永远不存在近平衡条件，因而熵增加原理对于整个宇宙来说根本不能适用．
改造热学逻辑体系的工作只用了半个月的时间，但这项工作实际上应当是从
开始研究熵增加原理之时算起，前后总共用了大约一年时间．
十四、对光学逻辑体系的改进
１９８２年１月至６月以及１９８４年１月至９月．
就在改造热学逻辑体系的工作完成后不久，本校安排给我的两门课还没有开
始，又要我在同一学期里开第三门课．这是因为，南方的广西大学在教师队伍青
黄不接以及出国热、下海热方面造成的形势比我校更为严峻，他们学校物理系理
论物理专业毕业班的课已开不出来了，于是向我校、北大和华中理工大学求援．
当时已临近寒假，我校所有教师下学期的任务已经安排就绪，很难调整．主
管教学的老师是我的隔壁邻居，他在当年的历史背景下哀求教师上课有多难，我
是看在眼里．近水楼台先得月，他把这个美差交给了我，要我把下学期在本校的
两门课集中在前半学期上完，后半学期到广西大学开傅里叶光学．这样，对于我
来说，是创造了一项在一学期里开三门不同课程的迪尼斯纪录．
真是酸甜苦辣难逆料，原先总以为这是苦差使，到了广西以后就发现这是难
得有的美差，因为在本校时总会有开会之类的杂差、家务和社交活动，到广西后
这一切就全免了；讲义是我在１月份专为此课编写的，根本不需要备课．每周除
了上１０节课以外，其它时间全部由自己支配．晚上看露天电影，白天就闲得难
受了．这就为改进光学逻辑体系之事提供了充裕的时间，而且此事与教学任务是
紧密结合的．不仅如此，对光学的深入思考还为量子力学问题提供了线索．
其实，麦克斯韦电磁理论问世之后，波动光学已被纳入电磁理论体系，已经
有了新框架．我只是重新梳理了一下，使线索更加清楚一些，所以我在这方面的
工作只能算是“改进”而不能说是“改造”，但含有“纠错”的成分．
我的比较特殊的工作是针对以往教材中的旧痕迹来进行的．菲涅耳创立波动
光学时是采用以太模型，这个模型在本质上是错的．后来人们引进了电磁波的模
型，但多半只使用电场波，不提磁场波，使许多公式与电磁场理论对不上号．有
些教材中还说菲涅耳反射折射公式是波动光学的理论基础．实际上该公式在理论
上是有一点毛病的，只是在实验精度范围内还经得起检验．我是搞电动力学的出
身，所以轻轻松松地利用电磁场理论导出了所有的公式，而且未取任何近似．结
果发现：用同一个界面模型可以同时地把波动光学中的与界面有关的反射、折射
方面的六条定律从同一组方程里同时地全部推导出来(见《述评》 p.581)．这就
表明，它们是同一条定理的不同侧面，因而我把它们合称为“界面定理”．有了
这条定理就能发现以往教材中的失误，还发现著名的布儒斯特定律并不是严格的
定律(见《述评》 p.590)，半波损失理论也有小毛病(见《述评》 p.592)，光波
在各向异性介质中的传播机制也需要进一步推敲．
上述工作，大部分是在广西大学完成的．回到南京后进行了复核．
在光度学方面，人眼的光见度函数是整个物理学中惟一未能进入理性认识阶
段的部分，因为它不是单纯的物理问题，还涉及到生理学和生物进化等方面的问
题．从理性方面看，它连初步的定性解释也没有；从感性方面看，它连一个粗糙
的经验公式也没有．我在学生时代已看到了这一点，但未深究．１９８４年，因
病在夜间猛咳时感到额前有闪光，于是思考视觉机理．根据人眼的光学结构，把
多光束干涉理论、谐振理论、波导理论以及各种换能机制联系起来思考，导出了
人眼的光见度函数(见《述评》 p.642)，最后利用生物进化论中的自然选择律确
定了公式中的参数，填补了生理光学在理论方面的一个空白点．这年９月，在全
国光学年会报告了这项工作．
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- 评论人：v 2007-12-06 16:50:40
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我在《述评》中找出来很多错误，该找谁联系啊 |
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- 评论人：v 2007-12-06 16:50:39
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我在《述评》中找出来很多错误，该找谁联系啊 |
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- 评论人：v 2007-12-06 16:50:20
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我在《述评》中找出来很多错误，该找谁联系啊 |
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- 评论人：gdlzx 2007-02-21 20:13:34
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潘先生的《基础物理述评教程》是我看过的最有创意的物理书。我非常喜欢。虽然目前书中的观点未得到普遍认可，但我相信时间总会接受真理的。 |
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- 评论人：anonymous 2006-09-29 16:02:50
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总有那么一些具有大师头脑的人却没有成为物理学大师总有那么一些没有物理头脑的人却自以为就是理论物理学大师述评的作者本可以埋头钻研把每一部分的最新成果发表在国际最有影响的期刊上带来理论物理一个纯蓝的天空可是他没有有这样去或者把思想献给了那些贪婪无术的人我感到遗憾 |
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