編者按:2014年第2期《前沿科學》刊登了王式中先生的“輻斥物引論”一文。王式中畢業于國立西南聯合大學物理系理論力學專業,80年代提出了“上拽力”概念和運算式,建立了上拽力體系包括各直接引發大氣運動原動力的運動議程等一套閉合微分方程組和計算方法。其研究得到其老師流體力學家與理論物理學家周培源與數學家陳省身先生的肯定,認為“應用數學的方法研究理論物理學有可能開闢理論物理學研究的中國學派。”王式中先生退休後繼續潛心科研,提出了“輻斥物引論”這一新理論以解決光速不變的問題。本刊編委沈致遠來信説“王老先生已年逾九旬,該論文是他多年心血的結晶”,鄭重向編輯部推薦該論文。編輯部整理了王式中先生關於提出該理論的過程及相應驗證的論述,以饗讀者。
光速不變問題已存在100多年,我在2004年後才思考如何解決。因為洛倫茲和愛因斯坦兩位大師都未能解決,人們便都望而生畏了。可我在國立西南聯大讀理論力學時,課堂小測驗,周培源老師出了一個題我看成是級數題,短時沒有解出來,下課後一想是算術題,立即解開。這次看到光速在真空中不變而雙星發射的光子的初速是各不相同的。問題是這些不同的初速如何在真空中運作時,都變成了相同的光速C呢?聯想到周老師出的題目,認定這是一算術題。這樣就得到了在應用欄對光速不變的第二種解法。
至於到2004年才發現這問題,是因為畢業後一直從事負責災害性天氣警報發佈工作。畢業60週年4月份返母校時,向陳省身恩師感謝在校時教的微分幾何助我推導出了上拽力運算式,他當即肯定了上拽力的學術價值,並説廣義相對論也是微分幾何與物理學相結合的。
在認真學習了漢譯本《狹義與廣義相對論淺説》及商務印書館出版的愛因斯坦文集後,發現了4維坐標的時間可以倒流,物質增加熱能就要增加其品質,宇宙空間物質品質密度處處相等的同時,各地還能存在曲率並組成場方程,等等。於是我只能等待客觀出現了“時間倒流”、“熱氣球增熱後下沉”以及“數學上肯定了品質密度均勻分佈也能産生曲率”的事實時,才有可能讓人接受,這是絕無可能的。現在最重要的是解決世界難題而不是浪費時間的爭論。
就在這樣的時機,又發現了在氣象上常用的熱力學第一定律也出現了等壓熱力過程自身矛盾:根據數術規則,對某一氣塊將其溫度增大,密度減小,總能保持壓力不變。可是用微積分方法分析,氣塊的熱能只要增加與原有的熱能相等的量,氣塊內的空氣分子便都跑光了。沒有空氣分子了,氣壓靠誰維持?這就是説不能靠減少空氣分子來保證,只能另找辦法,結果找到只能靠其品質的變化來保持熱力過程是等壓的,同時也是等容的熱力過程。這就發現了自然界更深層次的內在稟性和建立了新理論。
(作者係江蘇省氣象局原總工程師)
12月4日 看到报纸头版大字报道“数学泰斗陈省身昨晚病逝”的消息,真是晴天霹雳,顿时悲痛落泪。我正准备带些研究成果资料,来年天暖时专程去南开大学再次拜访,请求恩师指点,这已经永远不能实现了。可老师的音容笑貌仍历历在目。
2004年4月27日 ,为庆祝毕业60周年,随1944届校友回访南开之际,拜访了恩师陈省身大师。陈老当年93岁,精神矍铄,神采奕奕,思路清晰敏捷,自称没有什么病痛,只是行走不便,坐轮椅代步。对于西南联大同学来访,是特别高兴。
光速不變問題已存在100多年,我在2004年後才思考如何解決。因為洛倫茲和愛因斯坦兩位大師都未能解決,人們便都望而生畏了。可我在國立西南聯大讀理論力學時,課堂小測驗,周培源老師出了一個題我看成是級數題,短時沒有解出來,下課後一想是算術題,立即解開。這次看到光速在真空中不變而雙星發射的光子的初速是各不相同的。問題是這些不同的初速如何在真空中運作時,都變成了相同的光速C呢?聯想到周老師出的題目,認定這是一算術題。這樣就得到了在應用欄對光速不變的第二種解法。
至於到2004年才發現這問題,是因為畢業後一直從事負責災害性天氣警報發佈工作。畢業60週年4月份返母校時,向陳省身恩師感謝在校時教的微分幾何助我推導出了上拽力運算式,他當即肯定了上拽力的學術價值,並説廣義相對論也是微分幾何與物理學相結合的。
在認真學習了漢譯本《狹義與廣義相對論淺説》及商務印書館出版的愛因斯坦文集後,發現了4維坐標的時間可以倒流,物質增加熱能就要增加其品質,宇宙空間物質品質密度處處相等的同時,各地還能存在曲率並組成場方程,等等。於是我只能等待客觀出現了“時間倒流”、“熱氣球增熱後下沉”以及“數學上肯定了品質密度均勻分佈也能産生曲率”的事實時,才有可能讓人接受,這是絕無可能的。現在最重要的是解決世界難題而不是浪費時間的爭論。
就在這樣的時機,又發現了在氣象上常用的熱力學第一定律也出現了等壓熱力過程自身矛盾:根據數術規則,對某一氣塊將其溫度增大,密度減小,總能保持壓力不變。可是用微積分方法分析,氣塊的熱能只要增加與原有的熱能相等的量,氣塊內的空氣分子便都跑光了。沒有空氣分子了,氣壓靠誰維持?這就是説不能靠減少空氣分子來保證,只能另找辦法,結果找到只能靠其品質的變化來保持熱力過程是等壓的,同時也是等容的熱力過程。這就發現了自然界更深層次的內在稟性和建立了新理論。
(作者係江蘇省氣象局原總工程師)
王式中(1944)
那是1942年下半年,陈 老师在西南联大开“微分几何”。当时我是物理系大三学生,特慕名选修。1943年夏,陈 老师离开昆明去了美国。此后一隔就是60年没有相见!可是心中一直惦记想念着陈 老师。这不仅仅是因为当时的师生之情,而且还因为他传授的微分几何,在我从事的气象预报理论和技术方法的研究中给予的帮助很大。众所周知,影响天气变化的要素很多,大气的压力、温度、湿度、密度、风、热量的吸收和散失。空间分布各地不同,时间分布瞬间万变。从微分几何的角度看,气象是特高的“高维”了。气象中的基本方程也多是非线性的,很难求解。不得已,传统气象学采取以大尺度天气分析为主,认为铅直加速度很小,从而假定静力平衡,即 =0作为第一近似来求解气象基本方程。成功地解决了大尺度天气系统的水平运动的数值预报,成功地对寒潮、强冷空气等灾害性天气来袭的预报,以及冷空气南下所引起的雨雪预报。可是还有很多部分或局部地区由于铅直加速度,引起强烈的铅直运动,就近发生的强降水,特大暴雨,就无法预报了。我思索再三,必须首先找出在大气中是什么力量使气块产生上升运动的?由于暴雨、强降水的局部性,很自然地想起了陈 老师讲过的微分几何,想到局部地区大气中出现了某种特定的微分几何结构,必将产生自身作用力,使大气气块上升,引起降水或下沉使大气转晴,最后终于找到了它的表达式 ,定名为上拽力。( 上拽力,g重力, 大气密度, 积分半径参数,2拉勃勒斯算子)。用这个表达式便可求出气块垂直加速度、速度,结合水汽通量求算降水量等。欣喜之余,时时想念陈 老师,感谢陈 老师,常常想着有机会去看望陈 老师。
“陈 老师,我是物理系学生,在1942年慕名选修了您的微分几何。上了几节课后,发现有一节课的时间和我所在物理系的主要课程时间冲突。”
“那你就不再上了?”陈老插话。“恰恰相反,而是从头上到尾,一课不缺。这主要是由于您对学生的关爱,把上课时间改了。这个细节,您是不会在意的。但对于一个学生来说,能从课上有所获益,对他以后从事的工作有所帮助,他会一生都记得。”
陈老微笑。
“多维微分几何还是比较深奥复杂的,需要很多想象力才能理解。当时您上课时,章节段落条理清晰,层次分明,讲解透彻,学生易懂。特别是您在黑板上的英文板书,字迹工整,平直,学生都能抄得下来,同时还听得懂。老师,您的课讲得太好了!当时在昆明,物质条件极差,学习用品也很匮乏。我特别到邮政局买了几本航空信笺回来,将您在黑板上的板书全部工整地抄写下来。从第一节课到最后一节课,一页不缺,装订成册,就是一本非常好的微分几何课本。我非常珍惜,即使在动乱时期,我总是把这本笔记和周培源 教授编写的并由他亲自刻印的‘理论力学’讲义一起随身携带,保护好,一直保存到现在。在收集西南联大纪念品时,把它献给了西南联大陈列馆,在北大图书馆内陈列。可惜这次没有能带来,以后一定借出来请您过目。”
“好,好。”陈老微笑。
“老师,我一生从事气象预报和研究工作。遇到的最大难题是降水量预报和常常造成灾害的暴雨及特大暴雨的预报。由于气象理论是建立在垂直加速度很小以 =0作为第一近似的静力平衡的基础之上的,用这样的理论如何去求 ≠0时的气象问题的解呢?由于天气现象的局部性,由气压场、温度场、湿度场等组成的气象的多维性,很自然很容易使我联想到您讲授的微分几何,认定在大气中必然存在某种特定的微分几何结构,并能产生作用力从而引起大气的垂直运动。在1980年前后终于找到了产生作用力的这种几何结构的表达式—— ,命名为‘上拽力’。它从日常气象图表资料便可求算出来,进而可以求算垂直速度等等。”
陈老听到这里很高兴,打断我的话说:“物理学如不和几何相结合,那便是绝对论,像牛顿的力学。如果把物理学和几何相结合,那便是爱因斯坦的相对论了。”
“不能,不能。我不能和爱因斯坦相提并论。”
“爱因斯坦在广义相对论基本公式里就表明了:物理学的力是几何学的曲率,两者是同一个概念。在你工作中所求得的上拽力,它的表达式从微分几何学来看,便是 曲面上的曲率。你这个工作的结果是符合爱因斯坦相对论的观点和结论的。”
“谢谢,谢谢!这一点我还没有意识到。谢谢您的指点。”
我们的叙谈,倍感亲切融洽,在依依不舍中握手告别。不料这次欢晤竟成永诀,不胜悲恸!
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