我认为这是一个非常重要的话题。例如速度和动量。在这项研究中,让我们根据它们的尺度对所有使用的物理术语进行分类。
物理学史上许多概念混淆的主要原因是属于不同尺度的参数在同一平面上被解释。
在我看来,物理量不仅应该被分为“标量-矢量”或“基本-导出”,还应该从其尺度水平(scale level)的角度进行分类。
1. 初级运动学尺度
这些是直接描述运动的量。
| 参数 | 尺度 |
| 空间 (x,y,z) | 几何 |
| 时间 (t) | 几何 |
| 位移 | 运动学 |
| 速度 (v) | 运动学 |
| 加速度 (a) | 运动学 |
| 角速度 | 运动学 |
| 角加速度 | 运动学 |
在这个层面上还没有物质的概念。
例如:
𝑣 = 𝑑𝑥 / 𝑑𝑡
完全从几何学中推导出来。
2. 惯性尺度
在这里,物质进入了系统。
| 参数 | 尺度 |
| 质量 (m) | 惯性 |
| 转动惯量 | 惯性 |
| 密度 | 惯性 |
重要提示:
质量是与速度不同尺度的参数。
速度是几何/运动学变量。
而质量则代表了物质的尺度。
3. 动量尺度
在这里,两个不同的尺度结合在一起。
𝑝 = 𝑚𝑣
动量:
= 质量尺度 × 运动学尺度
因此,动量是比速度更高层级的变量。
| 参数 | 尺度 |
| 动量 | 混合 |
| 角动量 | 混合 |
速度是尺度-1。
动量是尺度-2。
它们不是同一回事。
4. 动力学尺度
相互作用在这里出现。
𝐹 = 𝑑𝑝 / 𝑑𝑡
| 参数 | 尺度 |
| 力 | 动力学 |
| 力矩 | 动力学 |
| 压强 | 动力学 |
力不再仅仅是运动。
它是动量的变化率。
这实现了向更高尺度的过渡。
5. 能量尺度
能量是更高层级的组织。
𝐸k = (1/2) 𝑚𝑣2
| 参数 | 尺度 |
| 动能 | 能量 |
| 势能 | 能量 |
| 内能 | 能量 |
注意:
能量也处于比动量更高的尺度上。
因为:
它可以被认为是 𝐸 ∼ 𝑝𝑣。
6. 场尺度
在这里,场取代了粒子成为解释的主体。
| 参数 | 尺度 |
| 电场 | 场 |
| 磁场 | 场 |
| 引力场 | 场 |
| 势 | 场 |
7. 量子尺度
| 参数 | 尺度 |
| 波函数 | 量子 |
| 概率幅 | 量子 |
| 自旋 | 量子 |
| 算符 | 量子 |
8. 统计尺度
许多粒子的集体行为。
| 参数 | 尺度 |
| 熵 | 统计 |
| 温度 | 统计 |
| 自由能 | 统计 |
| 配分函数 | 统计 |
9. 从分形的角度
| 层级 | 参数 |
| 几何 | x, t |
| 运动学 | v, a |
| 惯性 | m |
| 动量 | p |
| 动力学 | F |
| 能量 | E |
| 场 | 场 (Fields) |
| 量子 | ψ |
| 统计 | S, T |
| 分形/集体 | 赫斯特 (Hurst), D, 多重分形谱 |
这里出现了一个非常重要的观察结果:
𝑥, 𝑡 → 𝑣 → 𝑝 → 𝐹 → 𝐸
形成了一条链。
也就是说:
速度和动量不在同一个层级。
动量和能量不在同一个层级。
能量和熵也不在同一个层级。
我认为我的“尺度分离”理念对于分形相对论尤其关键。因为在这种方法中,每个物理量都可以对应一个不同的分形组织层。也许在未来,基本方程应该包含一个不仅根据物理量的单位,而且根据它们的尺度等级进行排序的层次结构。在这种情况下,可以为每个参数分配一个“尺度阶数” 𝑠:
𝑠(𝑥) = 0, 𝑠(𝑣) = 1, 𝑠(𝑝) = 2, 𝑠(𝐹) = 3, 𝑠(𝐸) = 4
这种尺度代数可能成为分形物理学中一个非常有趣的研究方向。
正如我在 inovatiffizik.com 上发表的关于“尺度盲点”(ölçek körlüğü)的文章中所指出的信息那样,尺度错觉会导致我们在物理假设和理论中犯错。从这个角度来看,让我们通过在尺度方面检查现有知识,来分析它们是否自洽。
我认为“尺度盲点”理念对物理学最强大的一点在于,它迫使我们在判断一个理论正确与否之前,先质疑该理论是从哪个尺度出发进行讨论的。在 İnovatif Fizik(创新物理)对尺度盲点的定义中,主要强调的是人类大脑将适用于不同尺度的概念还原为单一现实平面的问题。
当我们用这种视角审视当前的物理学时,得出了一些有趣的结果。
1. 牛顿力学在尺度方面很大程度上是一致的
例如:
位置 → 速度 → 加速度 → 力的链条在同一个尺度家族内推进。
𝑥 → 𝑣 → 𝑎 → 𝐹
这里没有严重的尺度混合。
然而,牛顿力学的局限性在于:
当扩展到微观尺度和宇宙学尺度时,同样的概念就显得不够用了。
因此,牛顿的理论并没有错,它只是一个有尺度界限的理论。
2. 质能等价是一个尺度转换
爱因斯坦的
𝐸 = 𝑚𝑐2
方程实际上连接了两个不同的尺度。
质量 → 惯性尺度
能量 → 动态能力尺度
这个方程在实验上得到了非常有力的证实。
然而在概念上,许多人将其解释为:
“质量就是能量。”
也许更准确的表述应该是:
“质量和能量是同一物理结构在不同尺度下可以相互转换的表现形式。”
在这里,尺度盲点可能会产生解释上的错误。
3. 量子力学中可能存在严重的尺度混合
例如,将波函数:
𝜓
与被测量的粒子放在同一个本体论层面上思考会产生问题。
因为:
𝜓 可能是一种概率结构
而电子可能是被观测的物理客体。
也就是说,尽管
𝜓 ≠ 电子
但许多解释却将这两者置于同一个尺度上。
围绕哥本哈根诠释的许多争论可能正是源于此。
4. 温度概念是尺度错觉的经典例子
温度:
𝑇
不是单个粒子的属性。
它是一个集体的统计量。
谈论单个分子的温度在技术上是有问题的。
事实是:
分子具有能量。
群体具有温度。
在这里同样:
微观尺度参数与宏观尺度参数被混淆了。
5. 关于熵的尺度盲点非常普遍
熵:
𝑆 = 𝑘 ln 𝑊
不是单粒子物理量。
它是微观状态的集体统计。
尽管如此,有时还是会使用这样的表达:
“电子的熵”
“光子的熵”
如果不仔细定义这些概念,它们可能会造成尺度偏移。
6. 宇宙学中的暗物质与暗能量
在这里也应该进行尺度检查。
也许:
在星系尺度上似乎缺失的效应
并非源于局域物理定律
而是源于尺度转换。
这目前尚未被证实。
但从尺度盲点的角度来看,提出这个问题是合理的:
我们是否在把定义在局域尺度的动力学直接照搬到宇宙尺度上?
7. 从我的分形方法来看最关键的一点
这些等式:
𝑝 = 𝑚𝑣
𝐹 = 𝑑𝑝 / 𝑑𝑡
𝐸 = ∫ 𝐹 𝑑𝑥
实际上展示了物理量的层次结构构建。
如果我们在这里定义一个尺度等级:
| 参数 | 尺度等级 |
| x, t | 0 |
| v | 1 |
| a | 2 |
| m | 独立轴 |
| p | 3 |
| F | 4 |
| E | 5 |
| 场 | 6 |
| ψ | 7 |
| S | 8 |
就可以建立起这样的一个结构。
