事务固有属性和“固有量原理”
等效原理是一个合成原理,它经过了无差异原理和差异原理的“有机合成”过程,可以从合成原理的方式解释事物的关系和效用属性,也可以从分解原理的方式解读事物的属性和效用关系。可以将等效原理分解为无差异原理和差异原理的两个单独形态,或以无差异原理、或以差异原理分别诠释事物存在和属性的相互关系。比如:如何从等效原理解释物理学的最小作用量原理?“哈密顿原理”或最小作用量原理有两个知名的数学表达式,其一,在面积相同时,圆的周长最短;其二,在体积相同时,圆球的表面积最小。
面积相同和体积相同,在科学哲学上表示为无差异原理;圆的周长最短,圆球的表面积最小,在科学哲学上表示为差异原理。最小量原理不是自然和人唯一遵循的行为,比如:没有几片树叶长成了圆形,月球绕地球转动的轨道和地球绕太阳转动的轨道都是椭圆形;人们把容器做成了圆球形和圆柱形,但出于方便储存和美观外形的考量,也把容器做成了方形和菱形等。最小量原理实质上是“基准原理”,不少于或不大于基准量原理,而标准或标准化原理、基准和基准化原理是等效原理的表现形式之一。
在面积相同时,圆的周长最短,短于圆的周长时,线段不能连成平面图形。在体积相同时,圆球的表面积最小,低于圆球的表面积时,表面不能围成立体图形。在标准原理或基准原理的基础上,可以把最小作用量原理理解为“固有量原理”,比如:烧开一吨水需要多少度电和用电成本?烧开一吨水需要100度电,民用电价0.55元/度,成本开支为55元。工用电价1元/度,成本开支为100元,民用低谷电价0.35元/度,成本消耗35元。
烧开一吨水需要多少公斤煤和用煤成本?烧开一吨水需15公斤煤,煤价按2元/公斤,成本开支为30元。烧开一吨水需要多少公斤油和用油成本?烧开一吨水需要9公斤油,油价按8元/公斤,成本开支为72元。烧开一吨水需要多少立方天然气?烧开一吨水需要11立方天燃气,天燃气价接3元/立方米,成本开支为33元。烧开一吨水所消耗的成本随电和燃料价格的波动而起伏,时而走低,时而来高,但烧开一吨水所消耗的燃料不变,每种燃料含有固定的化学能,烧开一吨水最少需要的热能固定不变,定量消耗是固有量原理的应用情形之一。
固有量原理表示了“最小量原理”,也表示了“最大量原理”,最小量原理和最大量原理适合科学哲学固定论的等效原理。没有比最小的物理量和作用量更小的物理量和作用量了,没有比最大的物理量和作用量更大的物理量和作用量了。固有量原理在量子力学中表现为“最小能量原理”或“量子原理”。1900年,德国物理学家普朗克在描述黑体辐射实验时发现了最小的能量单位或“普朗克能量”,黑体辐射和普通的光辐射不是连惯的进行,而是按最小的能量单位一份一份地传递,普朗克能量表示为普朗克常数h乘以光波的频率f。

普朗克的最小能量单位或“能量子”假说相当完美地解释了经典物理不能解释的在黑体辐射实验中显示的结果,普朗克的量子理论开创了二十世纪物理学的新纪元。除了普朗克时间和普朗克长度的概念以外,可以从新科学哲学的视角引入“普朗克立方”的概念,以普朗克长度定义一个立方体的长、宽和高,普朗克立方是由普朗克长度组成的正立方体。普朗克长度是普朗克时间乘以光速,大约为10的负33次方厘米,普朗克长度是最小的空间尺度,它在物理意义上是最小的距离单位。
“普朗克立方”是相应的最小时空单位,大约为3个10的负33次方厘米的乘积或为10的负99次方立方厘米。人们熟知的经典物理定律在普朗克立方已不复存在,人们不熟习的量子效应在其中占据了支配性的地位。量子力学的测不准原理有一个相应的表述,人们无法对一个粒子的位置做出比普朗克长度更小的精确性测量。物理学家至今没有在普朗克立方的时空找到量子引力的数学表达式。
固有量原理在天体力学中表现为“临界半径”和“临界质量”。黑洞的临界半径被称为“史瓦西半径”,德国物理学家史瓦西在1916年提出了这一概念。大质量物体变成大质量黑洞的前提条件是物体的圆球半径缩小到史瓦西半径以内,小质量物体变成小质量黑洞的前提条件也是物体的圆球半径缩小到史瓦西半径以内,大质量物体和小质量物体形成黑洞的可能性满足科学哲学条件论的等效原理。
目前,科学家发现了超大质量和中等质量类型的黑洞,通过使用甚长基线的射电望远镜,他们“拍摄”了第一张仙女座星系中心和银河系中心超大质量黑洞的照片,但科学家至今没有发现理论预测的小质量黑洞,不排除它们在宇宙中有广泛分布的可能并成为“迷失的暗物质”的一部分。像太阳质量的恒星变成中等黑洞时,它们的史瓦西半径为3公里,像地球质量的行星变成小黑洞时,它们的史瓦西半径为9毫米。
白矮星的临界质量被称为“钱德拉塞卡极限”,1930年,印度年轻的天体物理学家钱德拉塞卡计算了白矮星的质量上限,1935年1月,他在英国皇家天文学会上发表了恒星的演化理论。白矮星超过太阳质量的大约1.4倍时,内部的电子简并压不足以阻止自身的引力,白矮星将坍缩为中子星或黑洞。中子星临界质量的“奥本海黙极限”和白矮星临界质量的“钱德拉塞卡极限”适合科学哲学逻辑论的等效原理。白矮星和中子星的临界质量或极限质量适合“最大量原理”,也适合“最小量原理”,对白矮星和中子星而言达到了质量最大化,对黑洞而言达到了质量最小化。
