目录
摘要……………………………………………………………………………………2关键词…………………………………………………………………………2Abstract …………………………………………………………………………2Ke y wo r d s ………………………………………………………………………2引言…………………………………………………………………………3
1．哲学和科学……………………………………………………………………3
2．关于以太的研究………………………………………………………………5
2. 1实验矛盾的存在………………………………………………………5
2.2以太是存在的………………………………………………………………6
2.3“经济”的相对论公式…………………………………………………………7
3．结构科学……………………………………………………………………9
3. 1结构科学的发展………………………………………………………9
3.2电子结构的微观意义………………………………………………………9
4．宇宙来源的猜测……………………………………………………………………10
4. 1宇宙的形成………………………………………………………10
4.2宇宙的加速膨胀原理………………………………………………………10
5．总结与展望……………………………………………………………………11参考文献…………………………………………………………………………………11
哲学发展·科学进步·微观结构
摘要：本文将以通俗的语言绘出科学的发展和哲学的进步,阐述科学的宏观和微观的关系。科学的发展和哲学的进步是相辅相成的，哲学的发展会引起科学的变革；同时，哲学的过于肯定也给以后科学的进步埋下隐患。一战以来，科学的中心在德国形成,那里有爱因斯坦、普朗克、爱森堡等一流的科学家。这也不是偶然的，但科学的发展不是一帆风顺，这决定了他们的思想不是绝对真理,西方哲学到一定时间也要显露出其弊端，是这些弊端影响着科学的进步;在此有一些预测提供参考。
关键词：以太实证主义形而上学结构科学宇宙射线
The Developments of Science and Philosophy ·MicroStructure Abstracts:In this thesis, it would show the relation between the developments of science and philosophy, the macro world and the micro world by using common words. The developments of science and philosophy are supplementary to each other. The developments of philosophy could bring about the revolutions of science; meanwhile, the excessive trust in that philosophy would lead to lurking perils of the development of science. After the First World War, the center of science settles in German, just like Albert Einstein ，Plank,Heisenberg, etc. This was not coincidence. But the developments of science are not always going smoothly. This is to say their minds were not absolute reality, so the west philosophy would show its drawbacks, and it blocked the development science; and here are some pieces of forecast.
Positivism Metaphysics Structure of science Key Words:Ether
Cosmic ray
引言
哲学和科学的关系是一个古老的话题，但也是一个年轻的话题。它始终是科学界革命的中心，也就是说科学的变革大多是由于哲学的重新认识而引起。从唯心主义到唯物主义，从绝对时空到相对时空，实际上对科学家来说是很大的事情。所以，当我们在考虑基础科学问题时，也应对它的哲学基础进行必要的沉思。本文从哲学发展出发，分析近年科学理论、科学实践和人类思维之间的矛盾，阐述了一个微观粒子结构的假说。
1.哲学和科学
“科学的进步过程中百分之九十九来源于实践，百分之一来源于哲学。”普朗克语。看上去哲学在科学发展中的地位不是很重要，但这里却蕴涵着经常被人提起的水桶效应：当百分之一的哲学不发展，实验的丰富也不能促进科学的进步。
每一位伟大的科学家都有着坚定不移的信念，我们只有知道他们的各自伟大的思想，才有可能真正知道科学的来历和深刻的理解这种理论。而大师们的思想并不是天生的，并且，这些思想很大程度受他们生活的文化背景所影响。
近代科学的中心在德国，这并不是说德国人比任何民族的人聪明，而是德国当时哲学这百分之一的发展十分“彻底”。著名的德国哲学家兼社会心理学家马尔库塞（H.Marcuse,1898-1979）曾写过《理性与革命》这本书，据马尔库塞分析：德国当时唯心主义这朵精神之花之所以能繁荣起来，主要是两大社会原因：十六世纪宗教改革运动和十八世纪法国大革命对德国思想的深远影响。在新教中一个自由、道德的圣光普照的精神王国渐次出现在日耳曼民族意识中。自宗教改革以来，幻想、内向和深沉便渐渐成为了德国人性格的一个重要侧面[1]。
据爱因斯坦晚年回顾，当他还是一个相当早熟的少年时，他就深切的意识到了尘世间的追逐是不能满足一个有思想有感情的人的精神需要，爱因斯坦便转向了信仰宗教。但他在读到一些科学论著时又很快否定了宗教。由此可见，爱因斯坦的科学研究道路也是一条宗教探究的道路。和爱因斯坦一样，普朗克的物理学研究也是如此，即对宇宙的和谐性和合理性表示深笃信仰和敬畏，普朗克和爱因斯坦都认为宇宙宗教感情是自然科学家们不顾多年寂寞的辛劳和无穷无尽的挫折而坚定不移地效忠于他们崇高的志向，去献身于远离现实生活的工作。还有德国的大思想家和艺术家们（如开普勒、莱布尼茨、歌德、莱辛赫德、席勒、谢林、黑格尔、贝多芬、
海克尔、康托尔、海森堡和波恩等人），几乎都是热忱于宗教，要不然他们在理论思维和艺术上的开创工作就不可能取得当时最高水平[1]。
有句话叫“成也萧何，败也萧何”，人的局限性是不可能超越他们的时代。我们先看看当时很有影响力的大哲学家马赫（然而现在也有很多人受这位伟大的哲学家影响），他的最主要思想就是实证主义，马赫认为凡不能直接用实验和经验得出的东西(比如原子)都是不存在的,而确信其存在的哲学都是无意义的“形而上学”。普朗克对玻尔兹曼的热力学统计观念的厌恶一直持续到他开始转向研究热辐射那一年,就是因为马赫哲学的影响。
同样，《力学史评》一书中对牛顿的绝对空间和绝对运动作了深刻的批评。关于牛顿的“水桶实验”书中写道：“牛顿的旋转水桶实验只是告诉我们，水对于桶壁的相对旋转不引起显著的离心力，而这离心力是由水对地球以及其他天体质量的相对转动所产生的。如果桶壁愈来愈厚，愈来愈重，直到厚达几英里时，那就没有人能说这实验会得出什么样的结果”。“如果把水桶固定，让众恒星旋转，能够再次证明离心力会存在吗？”在马赫看来，牛顿水桶实验中下凹行为并不能区分究竟是水相对绝对空间的转动，还是水相对于众星体的转动，因此，并不能由此得出存在绝对空间的结论，相反地，把水面下凹行为看成是由于星体相对于水转动并由引力作用造成，要更自然些[2]。
马赫是出于他关于我们的世界的一种非常独到的哲学见解，对牛顿的绝对空间作出深刻批判的。他在书中写到；“我们不要忘记，世界上的一切事物都是相互联系、相互依赖的”。要注意，马赫强调的是相互联系、相互依赖、相互影响，那种只有一方依赖于另一方而不被另一方所依赖，一方可影响另一方而不被另一方所影响的事物是不存在的，是虚构的，也是“同科学中的思维方式相矛盾的”（爱因斯坦语）。在牛顿力学中绝对空间就是这样的虚构，它会影响到物体的动力学性质，譬如，只有相对来说，惯性定律才成立，但是物质的运动反过来却不能对绝对空间产生丝毫影响。既然是一种不能被人们的经验所证实的虚构，它就应该从科学中剔除出去。概括起来，马赫的观点是，物体的运动不是绝对空间中的绝对运动，而是相对于宇宙中其他物质的相对运动，因而不仅速度是相对的，加速度也是相对的；在非惯性系中物体所受的惯性力不是“虚拟的”，而是一种引力的表现，是宇宙中其他物质对该物体的总作用；物体的惯性不是物体自身的属性，而是宇宙中其他物质作用的结果。马赫的精辟见解被爱因斯坦取名为马赫原理[2]。
爱因斯坦1905年以前的理论仅限于匀速运动，1915年他把这一理论推广到一切运动的相对性理论。广义相对论有三个公设：第一，“广义相对论原理”，根据这一理论，一切坐标系相对于物理现象都是等价的；第二，“等效原理”，按照这个原理，惯性质量与引力质量是相等的；第三，“马赫原理”，按照这一原理，在引力场中，空间的性质是由物体的质量决定的，因此广义相对论提供了一个引力理论，并且，把引力归结到时空的性质。引力场被时空连续区的曲率所代替。引力现象是由物质所决定的欧几里德时空所制约[3]。
从爱因斯坦的相对论中可以看到他内心里不会怀疑光子的神圣和光子到底是什么结构，这就是“马赫哲学”坏的影响。但马赫的思想使爱因斯坦敢于怀疑一切，可以从数学和一些物理现象出发，提出自然界的数学隐理。
哲学的发展与科学的进步是相辅相成的。无论爱因斯坦还是普朗克，他们学术上的每一次发展都与哲学进步有关，而后来的停顿也是思想的停顿引起的！
科学家心里最关心的不是哲学，而是想用自己的大脑发现自然界的一切奥秘，解释自然界的一切事实。如今的科学家是不是认为可以解释原子现象呢？比如质子中的夸克是什么样？电子之间的作用力到底是怎么回事？地球对物体的引力是怎样一回事？光子又是什么构成的呢？我想只有很少一部分科学家会这样问自己。但爱因斯坦肯定不会去想这些，他已经把这些归入空间和时间的不均恒性中了，认为那是上帝的规定。
2.关于以太的研究
2.1实验矛盾的存在
关于以太的理论和实验，从菲聂耳时候，很多科学家相信以太的存在胜过相信物质存在。在假设以太始终如一的性质方面仍然碰到许多困难。在解释光的偏振时，菲聂耳不得不假设光在相对于传播方向的横模上有振动。这就必然要求光在一种弹性固体以太中。因为类似于空气的弹性流体只允许纵向振动。但是如果这以太是一弹性固体，行星又怎能毫无阻碍的运行其中呢？多年的天文观察也没有减速迹象[3]。
1887年，迈克尔逊和西部预科大学化教莫雷在俄亥俄州克里夫兰的凯斯应用科学院（TheCase school of Applied Science）完成了一个闻名于世的实验，这个实验证明了地球几乎拖动全部的以太，如果只考虑地球轨道的运动，那么地球和以
太的相对运动速度可能小于地球轨道速度的四分之一。D.C.Miller感觉到这种实验结果应与海拔有关，因此他将他的仪器搬到加里佛尼亚威尔逊天文台上，并于1921年开始观察，那年好象得到真的以太飘移现象，以太相对于地球以10米/秒的速度运动。可几年内的全部观察指明：“一个尚未被解释的恒定的和前后一致的小效应
[4]”。他还发现：“观察到的以太漂移的大小和方向不依赖于地方和时间，是一个常数[5]”。Miller认为，这意味在这些观察中，地球轨道运动的影响是观察不到的。为了说明这个事实，假定地球在空间中恒定运动速度大于200公里/秒，但由于未知原因，在威尔逊天文台上地球和以太的相对运动速度减少到10米/秒。“它以200公里/秒或更快的速度朝接近黄道极的天龙顶方向，赤经262度和赤纬+65度的地方。”迄今，Miller的结果仍未得到证实。事实上，还有另一些科学家完成了另一些实验，如海德尔堡（Heidelberg）在托马歇克完成了两个实验，都没揭示任何以太漂移。在这个实验中，他用充电的电容器，电容器穿过以太时应当产生磁场，但是甚至在阿尔卑斯山上的少妇峰（Jungfrau）都没观察到磁场[6]。但这些电磁场反应实验是否可靠？还是迈克尔逊莫雷实验出现了问题？后来人们为了证明爱因斯坦的相对论而把迈克尔逊莫雷的仪器装入金属容器里运到加里佛尼亚威尔逊天文台，但这样却没发现以太的运动。以后就很少有人问津了，但科学是不能有半点沙子的！
我们可以想一下米勒先生的几年实验又会轻易出错？电容器运动产生电磁场在那里是不是可靠的？为什么把迈克尔逊莫雷的仪器装入金属容器里就会看不到以太的运动？
还有人们对宇宙射线的近几年研究。宇宙射线包括了比X 射线的波长更短的射线。研究者对这些射线提出了若干更基本的问题。米立跟和卡梅伦所相信的实验证据指出这个结论除放射性物质所表现的分裂过程外，还有自然过程中正在进行的建造过程。通过空间发射出的宇宙射线是这些新诞生物的产物。根据爱因斯坦的质能关系，当正电子和负电子的结合产生氦原子或其他原子诸如氧、硅、镁、铁等轻原子时，这些射线表示其精确的能量，他们以以太波的形式发射出来。还有C 60在真空中按一定频率振动可以产生光子的事实，这些也暗示了以太的存在。
所以，以太要重新认识。[3][5]
2.2以太是存在的
以太这个古老又年轻的话题还要谈下去！但我们对事物的认识是不可逆回的。以太不是我们以前所说的那个概念。
以太是充满线状物的空间，这些线状物是没有质量的，无色无味并且和人类感觉器官无缘的客观存在物，它是能量的载体，是物质的载体。
光是线状物得到能量后变成类弹簧的物质，但光的存在是以线状物不断旋转为基础。光波是不同于我们生活中一切波的。先说一下线状物的另一个的性质：只有在一定时间内得到一定的能量，它才会变成光子或粒子。所以当光子旋转时，能量只能瞬间传给线状物，而当光子要离开时，光子会马上得到它的能量。
下面是光子传播示意图：
图1光子真空传播示意图
Figure1Traveling photons in vacuum
光子的性质有电介质系数、磁介质系数和波长。电介质系数是由基态以太能量决定；磁介质系数是由以太密度决定，也就是线状物的稠密决定；而波长是由光子
能量决定的。
图2光子结构示意图
Figure2Structure of photon
其中：F1与F2和它们相应的平衡力是由电介质系数和磁介质系数分别决定。好比用绳子困人，当人越是用力摆脱绳子，绳子向里拉力就越大，当绳子多的时候，绳子就结实。
光子的传播速度c 是由光子频率或它的波长决定，和介质系数有直接关系，和光子所在的线状物有关。
粒子的运动和光子有少许区别：粒子主要靠线状物不吸收和扩散频率低的能量
而存在。线状物只是暂时保存，这样，粒子的两相性就很明白了！
这样解释会很容易明白量子力学中的基本假设，也会明白相对论的一些“经济公式”。
2.3“经济”的相对论公式
在讨论这个问题之前，让我们重新分析一下经典情况下的动能概念。我们知道在物体不受外力做功的情况下，动量守恒，而我们所说的动能便是
12mvdv =∫2
即动能是要使物体动量改变而需做的功。
但在微观并不这么简单，下面我们先假设一下这个模型，这样我们才能真正明白粒子能量的微观含义。
微观粒子可以看成弹簧一类的东西，当其运动时犹如羽毛球的飞行：具有水平动能和转动动能（两个自由度）。微观粒子的运动是有波动性的，就像交流电在特定时间可以考虑成直流电一样，可以在这里只考虑粒子的粒子性。粒子的运动不是只有一个变量，而是有两个，所以粒子的能量（相对的）就要表示成：(1)
∫∫mvdmdv =
这样能量守衡可以表示为122m v 4(2)122122122m v +m 0c =m c 444
所以(3)m =m 0
−v /c 22(5)同样，可以认为粒子的寿命是由公式
1211v (At ) 2+c 2(At 0) 2=c 2(At ) 2
444
△m=At0(A恒值)(6)(7)
决定，当m 减少了△m（求稳质量,它的大小应是原子衰变时放出电磁波的能量）定值后，就会衰变。由上式可知
t =t 0
−v /c 22(8)
A 值是各种粒子的特性。是因为粒子旋速不同和粒子结构不同一起决定。
3.结构科学
3.1结构科学的发展
当今有三大前沿科学。其一，以宇宙为研究中心的宇宙学；其二，以研究物质基本粒子的科学；其三，也是最大的综合科学，包括：化学、强物质物理学、材料科学以及从工程到地质学、生物学、心理学、社会学和经济学的原理。
当科学发展到今天，我们充分的了解了原子的特性和结构，以致无人怀疑，凭借人类感知所达到的高度，用原子和原子运动的原理就可以解释几乎所有范畴的复杂事物、实践和原理之间的差距。然而迄今为止，我们的实践尚未提供一套关于复杂结构和特性的原子理论，而这一项难以启动。
这一项工程极为宏大，因为造物主让我们直接面临千变万化的结构。数学和量子力学已无法再对更为复杂的系统分析，而这似乎也意味着一个崭新富有创新性的科学理论的诞生。这一理论任务宏大，也是因为这一体系的特性与结构对基础环境的细微变化极为敏感，它的发展影响巨大，好比太平洋上的一个蝴蝶，轻轻的煽动一下翅膀就可能引起一阵巨大的台风[7]
。
图3结构大小比例
Figure3Scale map about structures
我们相信任何物质都是有自己的结构，由此可以重新认识以前的概念和原理。
3.2电子的微观结构意义
电子在做圆周运动时，向外辐射能量公式：
P (kW ) =88. 47E 4×I
R （9）
用经典电动力学规律容易证明能量为E（单位：GeV）的电子做圆周运动时，若圆周的曲率半径为R（单位：m）电子流强度为I（单位：A），总的辐射功率为P
[6]。
式（9）是同步辐射的功率公式。现在我们分析公式中的I ，电流是有方向的，所以同步辐射的电磁波也有方向。我们可能没有听说过和电子运动反方向不同的电流，但有位移电流的说法，我认为有和电子运动反方向不同的电流很正常——当电子被束缚在导体中，而电场方向和电子运动方向有夹角时。
这样，我们可以改变同步辐射中光子的运动方向，从而利用它做一交通工具等，能量守恒告诉我们它的效率也很高。我们设计一个很简单的验证实验：用电动机为旋转动力，有气垫减少摩擦，以绝缘体上固有的n 个金属环为“转子”，使一大的金属块作“定子”；“转子”带负电，“定子”带正电，“定子”固定在电动机上。这就是一个微型的光动力工具。
同样，我们可以用我国第一部同步辐射仪去验证:电子上下两端加上高频变化的的高压电场，我们会发现光的方向也随之变化。
4.宇宙来源的猜测
4.1宇宙的形成
最先前，宇宙是一个平衡体，里面是充满以太的，但比现在的以太密度大。由于一些不平衡因素，久而久之，形成旋向不同的两朵或更多以太云。在以太能量即将或快要形成物质粒子时相撞。由于能量冲突发生爆炸，以太云相对反向飞快移动，以太能量密度增大，导致宇宙物质粒子形成。而背向移动的以太云便最终是一个正物质世界，一个反物质世界。这一过程仿佛成云致雨。
4.2宇宙的加速膨胀原理
正物质与正物质之间有万有引力是众所周知的，但正物质与反物质之间呢？它们之间有斥力。我们可以把引力子看成正旋的和反旋的两种，这样我们的反物质宇宙是一直给我们一斥力，所以宇宙加速膨胀也就不足为奇了。近年来的的天文学发现，仙女座星系的旋轴是地球的“绝对运动方向”。由此可见我们的银河系和仙女星系很有可能是同时形成的正反物质世界。
5.总结与展望
我们假设的粒子微观结构更易被哲学所接受，并且它也很好的解释了能量少的、不稳定的粒子（如中微子）宇称不守恒。这一学说还支持Miller 的以太漂移实验。在这里大胆猜测：以太并不是被拖动，而是引力子被拖动，影响光子传播的不只是靠以太，还有由以太组成的能量最小的引力子。这样也很好的解释了海德尔堡(Heidelberg)等用电磁现象来证明以太静止的实验（可以认为电子移动产生磁场主要是因为引力场的存在）。
在现在的科学发展情况可以看出，大多数人认为爱因斯坦的相对论公式和牛顿的绝对空间是水火不容的：只有把时间和时空弯曲引入物理学才能解释众多物理实验，而以Miller 为首的很多科学家又不能解释自己所做的实验。这种情况很类似当年对光的认识：光的粒子学说和波动学说之间的争论最终是“和解”。同样，爱因斯坦当年是为了解决麦克思韦电磁波方程在不同坐标系中的转换不变而提出时空弯曲的，如果有另一种方法解决这个矛盾，他也不会提出自己也曾怀疑的理论。所以人们希望能发现一个原理，这个原理是基于经典物理学，而可以解决一切当代问题，也就说明了物理实在论和量子几率论的折中。我们要承认一切微观物质都有自己的结构是这个工程的第一步，并且这又能很好的解释量子物理学，所以这个工程是很有前途的。
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