牛顿说：“如果说我比别人看得更远些，那是因为我站在了巨人的肩膀上。”科学的金字塔正是这样一代一代垒成。要能站到巨人的肩膀上并非易事，而从塔尖上看到的风景的广袤和壮美，远不是常人可以想见的

谭暑生教授

        少有人走的路

        我们从小就处在普世真理的包围之中，对于那些发现真理的科学家总是充满景仰。那些为人类发展做出卓越贡献的学术巨擘，例如牛顿、爱因斯坦，单是提到他们的名字就会让人心生敬意。在人们的眼中他们是真理的化身，少有人去质疑，更鲜有人去挑战，去超越。
        17世纪前后的欧洲科学界可谓众星璀璨，大师云集，哥白尼、伽利略、开普勒、笛卡尔等人在天文学、力学、光学、数学等方面均做出了非凡的创见。在这种学术气氛中，一代学术巨匠应运而生。
        牛顿总结和发展了伽利略等前人的知识，获得了辉煌的成功。1687年牛顿出版了著作《自然哲学之数学原理》，以牛顿运动三定律和万有引力定律为主线，以微积分为工具，巧妙地构造出他的力学体系。牛顿经典力学体系的建立，是物理学史上第一次伟大的综合，是人类认识史上的一次重大飞跃。牛顿的《原理》被公认是科学史上最伟大的著作，是科学文献皇冠上的一颗宝石。300多年来，它一直是全部天文学和物理学思想的基础。中世纪的人都认为，古希腊人最聪明，牛顿的成就，恢复了人类的自信。
        牛顿运动定律并不适用于所有的参考系。究竟什么参考系才是牛顿运动定律成立的惯性参考系，牛顿力学的理论框架本身并不能给出明确的答案。牛顿完全了解自己理论中存在的这一薄弱环节。他的解决办法是引入一个客观标准—绝对时间和绝对空间，用以判断宇宙万物所处的状态究竟是处于静止、匀速直线运动，还是加速运动之中。牛顿承认时间和空间的客观实在性；牛顿认为，绝对时间是一种自身的持续的均匀的流逝，绝对空间是处处均匀、永不移动的，绝对空间构成一个绝对的惯性参考系。牛顿认为，绝对时间和绝对空间与有形物质的运动没有任何联系，对有形物质的运动没有任何影响。这就是牛顿的绝对时空观。
诚如德国物理学家劳厄所说，当时的经典力学和经典物理学已“结合成一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽庙堂”。物理学家们莫不对此顶礼膜拜。他们以为宇宙秘密无不尽辟，后人只需墨守成规，稍加修补。至于发现新事物、创造新原理，前人已不留余蕴，根本无须为此劳心竭力。
        19世纪末科学实验的进展（首先是迈克耳逊-莫雷实验）揭示了由牛顿的绝对时空观导出的伽利略坐标变换或伽利略速度相加定律是不能成立的。19～20世纪之交最有成就的理论物理学家，当时公认的国际理论物理学共同体的领导人洛伦兹认为绝对时间和绝对空间是有意义的概念，他提出长度收缩假说和时间延缓假说解释了这些新的实验事实。但是，洛伦兹以太论是不系统和不彻底的，不符合逻辑简单性和逻辑自恰性原则。1905年，瑞士伯尔尼专利局名不见经传的26岁犹太青年爱因斯坦抓住了这个弱点和机遇，通过否定绝对时间和绝对空间，把“相对性原理”推广到极致，并加上他的约定性假设即单程光速不变原理，创立了狭义相对论，把19～20世纪之交物理学达到的认识囊括在他的理论解释之中。
爱因斯坦继续追问，光速不变，只有时间和距离是变量才能成立。用这个尺度来量度运动，发现了一个大问题：原来时间、空间都没有固定的标准，它是相对的，可变的。接着，爱因斯坦得出了几个重要结论，如时间、距离会因运动快慢而变化；著名的爱因斯坦方程：E＝mc2；质量和速度的关系，运动物体的质量随着其运动速度的增大而增加，充分地揭示了牛顿力学体系所没有揭示的物质运动的相对性，即物质的时空性质对物质运动的依赖关系，并用以解释了经典物理学无法解释的许多实验事实，开辟了物理学的新纪元。
        一项理论的建立从来都不是一蹴而就的，这种站在塔尖上看到的风景在更多的时候常常被众多站在平地上的人的思维惯性所淹没。对爱因斯坦引入的这些全新的概念，大部分物理学家包括相对论变换关系的奠基人洛仑兹都难以接受。这一新物理理论直到一代人之后才为广大物理学家所熟悉，就连瑞典皇家科学院1922年将诺贝尔奖金授予爱因斯坦时，也只是说“由于他对理论物理学的贡献，更由于他发现了光电效应的定律”，只字未提相对论。
        作为二十世纪物理学的两大基础的相对论和量子力学，使人类从未如此刻深刻地认识世界和改造世界。它们已成为人类无比伟大、无比荣耀的智慧与思想的象征，而爱因斯坦与玻尔的论战，又使得相对论和量子力学在专业领域内得以更加广泛地传播开来。
        爱因斯坦说过：“一个人的真正价值首先决定于他在什么程度上和在什么意义上从自我中解放出来。”牛顿从物理学的一片混沌中解放了自己，创立了经典力学体系，爱因斯坦又从牛顿力学的局限中脱离出来，创立了相对论。
        挑战权威，挑战固有思维，这是一条只有勇敢者、只有甘于寂寞者才会选择的道路，爱因斯坦走下去了，谭暑生也在朝着这条道路进发。

        现代物理学的新形势

        事情要从上世纪70年代说起。爱因斯坦与玻尔去世了，但他们之间为探索科学真理而进行的论战到上世纪70年代却对现代物理学理论基础—狭义相对论带来了冲击。这场争论激励着人们去重新审查现代物理学的理论基础，以促进现代物理学的进一步发展。
        在与玻尔的论战中，爱因斯坦慧眼识珠，找到量子力学的“弱点”即“非定域性”。1935年，爱因斯坦、波多尔斯基和罗森一起发表了题为《能认为量子力学对物理实在的描述是完备的吗？》一文，提出了著名的EPR佯谬。爱因斯坦等人通过对两个相干系统的分析，不仅完成了逻辑上的诘难，而且还具体地构造了一个满足“排除了干扰的测量”要求的体系，用以说明量子力学对物理实在的描述是不完备的。非定域性是量子力学与狭义相对论的矛盾之所在。
        《科学美国人》（2009年第3期）发表题为《爱因斯坦错了》的长文，指出从20世纪70年代开始的贝尔不等式的实验检验表明，世界是非定域的，这种非定域性要求一种绝对的同时性，它对狭义相对论构成了严重威胁，甚至撼动了整个物理学的基石。文章写道： “过去几年来，这种担忧终于得以步入物理学殿堂，成为严肃思考的课题和学术争论的中心。这样的争论最终可能会瓦解、扭曲、重构或者从根本上腐蚀这个物理学的根基。” 
        狭义相对论断言，不可能存在超光速信号。但是，自上世纪70年代以来，现代物理学实验（包括贝尔不等式的实验检验）表明，超光速运动是存在的。正如沈致远先生在《科学》（2010年第3期）发表的《物理三问》一文所述：“纠缠光子之间具有超光速作用，是许多实验证明的客观存在。我们必须放弃主观偏见，承认纠缠态中超光速传递信息是客观事实。”许多著名的物理学家都认为，我们必须接受超光速运动和超光速信号的概念。
        谭暑生，这个从湖南省醴陵县玉堂村走出的农家子弟，在读大学时就基本上学懂了相对论，不仅能够从爱因斯坦的两个假设出发从数学上导出相对论的整个理论框架，而且可以直接从这两个假设（特别是其中的光速不变性原理）出发，给它的理论结果以合乎逻辑的解释论证和理论说明。但是他发现，狭义相对论的纯相对性的结论是令人难以置信的，它也无法与量子力学的非定域性相协调；应当接受超光速运动和超光速信号的概念。因此，他从1979年开始酝酿，到1983年初步成形，再到1992年和2007年成书，构建了标准时空论的完整的理论体系。到现在，标准时空论已经陪伴谭暑生经历了30个年头。谭暑生说：“创立标准时空论并不是我个人的自我标榜，无事生非，而是现代物理学的发展形势使然。”
        在他的专著《从狭义相对论到标准时空论》的前言中，谭暑生这样写道：“如果标准时空论发表在20世纪初，人类一定会接受它，而不接受狭义相对论。只要细读了摆在读者面前的这本书，就会承认这并非狂言，而是一句真话。”
那么，是什么样的理论体系使得谭暑生有这样的底气和自信？
        著名科学家钱学森早在1984年春节看了谭暑生的论文后，便指出“标准时空论成立”。从那时开始的10多年间，他先后亲自给谭暑生写了几十封信，并多次接见他。他给谭暑生提出建议，推荐其论文到刊物上发表。他对谭暑生“致力于理论工作表示敬意”，鼓励他“什么也不怕，胜利总要到来！”
        是什么样的理论让老科学家如此关切、如此信心满怀？

        标准时空论

        标准时空论是谭暑生教授原创性的理论研究成果，是作者从中国古代元气论出发，将洛伦兹以太论完善化、系统化，以绝对参考系原理和回路平均光速不变原理为基本假设所建立的一个超越爱因斯坦理论的严谨的逻辑体系。
        爱因斯坦狭义相对论否定存在绝对参考系，它实际上恢复了真空是一无所有的虚空的图像。但是，实验事实表明：真空不空，一无所有的虚空是不存在的。虚空的存在是古希腊原子论的观点。另一种对立的关于绝对空间的图像，即空间为一种连绵的弥散态媒质所充满，这正是中国古代元气论的基本观念，也出现在16世纪法国笛卡儿的哲学之中。中国人称这种媒质为“元气”，笛卡儿称它为“以太”(Ether)。中国古代元气论认为：“太虚无形，气之本体”；“知太虚即气，则无无”；“凡虚空，皆气也”；“阴阳二气充满太虚，此外更无他物，亦无间隙”；“太虚非虚，充塞无余”。牛顿引入绝对空间的概念，用以判断宇宙万物所处的运动状态。实际上，牛顿的科学思想更进一步，即认为连绵的弥散态媒质所充满的绝对空间理所当然地是一个绝对的惯性参考系或简称为绝对参考系。1960年代宇宙微波背景辐射的发现证实了牛顿的绝对参考系的预见。标准时空论以存在绝对参考系作为基本假设之一，它是从中国古代元气论出发所建立的逻辑体系。
        标准时空论的另一个基本假设是回路平均光速不变原理，它有着坚实的实验基础，它是大量实验事实的总结。爱因斯坦的(单程)光速不变原理只能是一种约定，无法直接用实验来检验。如果爱因斯坦的(单程)光速不变原理成立，则回路平均光速不变原理也一定成立，但是，回路平均光速不变原理成立，并不能导出（单程）光速不变原理成立的结论。
        标准时空论在基本假设的合理性、逻辑简单性和逻辑自洽性上胜于狭义相对论。狭义相对论否定绝对空间、绝对运动和绝对参考系，从而完全否定了物质运动的绝对性。这是不能不付出代价的。其代价包括一无所有的虚空、同时性的相对性、光速极限性和爱因斯坦定域性，而这些都被实验所否定。与狭义相对论不同，而与量子力学一致，标准时空论得到同时性的绝对性，它允许超光速运动存在而不违背因果律。标准时空论给出了亚光速运动和超光速运动的统一描述。爱因斯坦狭义相对论是标准时空论在某种情况下的近似。
        标准时空论证明，观察实验事实并非一定需要通常的狭义相对论，它们也与意义上与狭义相对论很不相同的标准时空论的概念(如绝对参考系、绝对运动等概念)相一致。以前被认为否定存在绝对参考系的几个实验（如迈克耳逊-莫雷实验、塞达霍尔姆实验、特鲁顿-诺布尔实验等等），标准时空论的确给出了自然的和圆满的解释。标准时空论完满地解释了以前的所有实验结果，包括狭义相对论无法解释的几大类实验事实：(1)单极磁感应实验；(2)宇宙微波背景辐射；(3)超光速实验；(4)远距关联实验。预见了一些迄今没有预料的新的经验事实，等待着这些实验的检验和证实。
        尽管标准时空论得到了与狭义相对论相近的公式，预言了许多同样的观察效应，两种理论的时空观念是很不相同的，标准时空论具有了与狭义相对论的非约定性成分尖锐冲突的内涵。这表现在那些与狭义相对论对立的原理、概念和推论上。正是从这些对立的原理、概念和推论出发，标准时空论预言了与狭义相对论根本不同的一些观察效应。
        中国工程院院士、物理学家赵伊君在评论中认为：“谭暑生教授创立的标准时空论，是一个自洽的新的理论体系。标准时空论是有别于牛顿的绝对时空观和爱因斯坦的相对论时空观，又继承和综合了二者的合理要素的一种新时空理论。它的建立，丰富和发展了人们对时空的认识，对物理学的发展具有重要意义。”标准时空论得到这样的结论，即运动既是相对的，也是绝对的。标准时空论关于时空性质的数学演算所导出的主要关系式，都可以获得自然和明晰的物理理解。标准时空论反映了物质和运动、空间和时间的客观性、相对性和绝对性，以一种具体的严谨的理论形式揭示了空间和时间的紧密联系，以及空间时间与物质运动的相互依赖关系。标准时空论为理解和描述物理世界以至自然现象提供了一个更为合适的时空框架。这样的新理论肯定代表着人类认识自然的一个进步。
2007年12月，湖南科学技术出版社出版了谭暑生教授的《从狭义相对论到标准时空论》一书，约56万字。此书于2008 年入选新闻出版总署第二届“三个一百”原创图书出版工程。

        科学创新  需要社会的宽容和制度的保障

        中国科学院院士、全国人大教科文卫委员会副主任委员程津培给谭暑生教授的信中写道：“我能通过您的书学习了解到近代物理学这项重大理论创新成果。我对您甘坐冷板凳，敢于挑战权威，几十年如一日地艰苦探索表示由衷的敬佩。中国太需要您这样毕生将追求真理为已任的科学家了！也对您所取得的科学成就表示衷心的祝贺。” “一个具有本质性的原创理论的确立和被接受，可能需要漫长的过程，几十年甚至更长。真正的科学家有这个耐心，您几十年的理论追求也已充分证明了您的这种优秀特质，极为难得和弥足珍贵。但我相信我们都应该能够等到这一天。”
        30年来，谭暑生深感原创性研究要想获得认可所要付出的艰辛。他在著作中写道：
        “人类科学的创新发展史在某种意义上可以说是一部蒙难史。哥白尼（日心说）、伽利略（力学）、玻尔兹曼（统计物理学）、阿贝尔（椭圆函数论）、伽罗华（群论）、康托尔（集合论）、拉马克（进化论）、迈尔（能量转化和守恒定律）、麦克斯韦（电磁场理论）、魏格纳（大陆漂移说）等等都有遭受长期冷遇、辱骂攻击，不得善终的结局，尽管现在我们几乎人人、几乎天天都得益于他们的理论发现。这是因为创新就意味着对传统思维和传统理论的一定程度的否定，所以，即使一流的科学家也不一定能做出正确的判断，要人们百分之百赞成它，更是根本不可能的事情。”
        “人类思维的惰性和民族百年屈辱史的阴影是一种可怕的力量，但是，每当我想到，中国人民和中华民族其实很需要有中国人自己创立的为世界科学共同体所接受的自然科学的基本理论发现来增强自信和壮我国威，我就更感到应当好好努力和好好争取之。不论社会怎么评价，我将努力地追求，目标始终如一，期待着对科学作出贡献，并且最终获得社会的承认。即使面对麦克斯韦式的困境，我依然会不懈地探索，愉快地面对未来和人生。”
        一个新观点、一种新理论要成为真理，反映自然的本来面目，不是单凭想象、任意杜撰能够得出来的。需要从经验事实出发进行严谨的实事求是的理论研究并接受实验的检验。评价一个理论的关键因素有两个：第一是逻辑，即概念的明确性和合理性，逻辑的简单性和自洽性，包括所有逻辑推理和数学演算的正确性。第二是经验事实，即观察实验事实的检验和证实。一个进步的新理论应当做到：能够解释甚至能够更好、更准确地解释前理论所能解释的经验事实；能够解释前理论所不能解释的经验事实；能够预见一系列迄今没有预料的新的经验事实，并且获得观察实验的检验和证实。概括地说，自然科学理论成果的评价标准并不是已有的理论和理论权威，凡满足新颖性、创造性、自洽性、包容性、可实验检验性评价标准的科学理论，肯定代表着人类认识自然的一个进步，都是科学发现者对人类社会的贡献，都应得到科学界乃至整个社会的接纳、承认、支持和尊重。科学创新需要社会的宽容和制度的保障。
        基础研究靠厚积薄发，需要长期积累才能取得重大成果。只有宽容的文化精神，才能容许和激励基础研究以至科学文化的创新和繁荣，才有利于国家的强盛和科学家个人的幸福。
        最近，胡锦涛总书记在两院院士大会上的讲话中指出，“要充分调动广大科技工作者的创新积极性，提高全社会创新意识，积极营造诚信、宽松、和谐的学术环境，鼓励自主探索，保护知识产权，发扬学术民主，提倡学术争鸣，使一切创新想法得到尊重、一切创新举措得到支持、一切创新才能得到发挥、一切创新成果得到肯定。” 
        挑战经典、质疑权威，创立自己的理论体系，这条道路注定人迹罕至。谭暑生的标准时空论已经取得了十分重要的科学成果。在现在这样一种良好的氛围下，我们相信，谭暑生教授的标准时空论一定能够得到社会各方面的关怀、支持和尊重，并取得更加辉煌的成就。


简介

谭暑生，男，湖南省醴陵人，国防科学技术大学理学院教授，从事激光技术、自然辩证法和物理学基础理论研究。E-mail: tansst@vip.sina.com