淺談物理學(xué)重視普適性

　　為什么牛頓的萬(wàn)有引力定律很偉大？因?yàn)樵铝潦翘焐系模�蘋果是人間的，看起來(lái)沒(méi)啥聯(lián)系，但背后卻潛藏著同一個(gè)運(yùn)動(dòng)規(guī)律——一切事物之間都存在萬(wàn)有引力。

　　相比之下，亞里士多德的理論就很狹隘：“重的物體下落更快�！辈荒芊裾J(rèn)自然界中存在這樣的現(xiàn)象，但這個(gè)“規(guī)律”的適用范圍太小，太特殊，邏輯太直接，條件太繁雜，觀點(diǎn)太唯象——所以作為物理學(xué)，這個(gè)理論的意義不大。

　　牛頓理論的基礎(chǔ)（伽利略變換）也隱含一個(gè)類似的瑕疵——他的方程只有在相對(duì)靜止的觀察者看來(lái)才是成立的。或者說(shuō)，牛頓定律滿足伽利略變換，而電磁的麥克斯韋定律滿足洛倫茲變換。這就奇怪了，自然界為什么要存在兩種互不相容的定律呢？一定有問(wèn)題！

　　于是，愛(ài)因斯坦提出了狹義相對(duì)論，將動(dòng)力學(xué)和電磁學(xué)的定律統(tǒng)一在了同一個(gè)框架下，這樣就是為什么他的論文叫“論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)”。狹義相對(duì)論說(shuō)，靜止的'或勻速的觀察者會(huì)看到相同的物理定律。此時(shí)，伽利略變換并沒(méi)有被打倒，而是成為洛倫茲變換在低速時(shí)的特例。公正地說(shuō)，狹義相對(duì)論擴(kuò)充了牛頓定律。

　　感覺(jué)差不多了，為啥還要整一個(gè)廣義相對(duì)論呢？因?yàn)樵谟钪嬷�，靜止的、勻速的觀察者比大熊貓還珍稀，狹義相對(duì)論的適用范圍還不夠大。要想徹底描述宏觀世界的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，就必須考慮加速運(yùn)動(dòng)觀察者的感受——這就是廣義相對(duì)論。廣義相對(duì)論的核心是愛(ài)因斯坦方程組，這個(gè)方程組“抽象的數(shù)學(xué)形式”在任何觀察者看來(lái)都是一樣的。

　　可以慶祝勝利了嗎？別高興太早。廣義相對(duì)論雖然獲得了巨大成功，但它卻只適用于宏觀世界，卻不適用于微觀世界——它總是和描述微觀世界的量子力學(xué)鬧別扭。宏觀都是由微觀組成的。所以，廣義相對(duì)論還不是真正的引力理論，只能說(shuō)它是未來(lái)的量子引力理論的一種特殊情況，就好像狹義相對(duì)論是廣義相對(duì)論的特殊情況，而牛頓運(yùn)動(dòng)定律是狹義相對(duì)論的特殊情況，同時(shí)牛頓引力定律是廣義相對(duì)論的特殊情況一樣。

　　因此，物理學(xué)特別重視普適性。物理學(xué)希望自己無(wú)所不包。并且，物理學(xué)和其它自然科學(xué)都有對(duì)應(yīng)的接口——不同學(xué)科的定律都可以看作物理學(xué)定律在復(fù)雜條件下的特殊形式（例如元素周期律）。任何描述大自然的理論都必須和物理學(xué)相容。