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发布日期:2024-06-09 10:00    点击次数:139

1916 年,阿尔伯特·爱因斯坦 (Albert Einstein,1879-1955) 发表了“广义相对论的基础” (“Die Grundlage der allgemeinen Relativitätstheorie”) 一文新葡萄娱乐游戏下载, 成效地期骗张量分析的用具与圭臬表述他的广义相对论,导出了着名的广义协变的引力场方程 (即爱因斯坦方程):

Wheeler,1911-2008) 深远地阐释了爱因斯坦方程所揭示的实质——“物资告诉时空怎样波折,时空告诉物资怎样畅通”。

1916年到1917年,赫尔曼·外尔在苏黎世的联邦工学院陶冶相对论课程时,力求把玄学想想、数学圭臬以及物理学表面结合起来,用我方的想想泄露而严格地阐述广义相对论。1917-1919 年,外尔在几何学与物理学上作出了众多孝顺,其中最环节的恶果之一等于他的专著Raum, Zeit, Materie。该文章德文初版于1918 年出书 (英文初版Space, Time, Matter于1922 年出书),到1923 年如故出到第五版,它是对于相对论的最早的专著之一,而且是最有影响的文章之一。

在《空间–本事–物资》中,赫尔曼·外尔探讨的是对于“空间、本事和物资” 的终极玄学问题,蕴含着他的深远数学玄学想想过火在几何、物理 (很是是广义相对论) 与玄学之间的深远筹商,因而本书是一部物理学、玄学和数学相结合的天下名著,在近当代科学史 (包括数学史、物理学史) 上具有环节的学术价值。

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外尔的文章《空间-本事-物资》把玄学想想、数学圭臬以及物理学表面结合起来,用我方的想想泄露而严格地阐述广义相对论。本书1918年以《空间-本事-物资》(Raum、Zeit、Malerie) 的书名精致出书,五年之内重版五次,成为年青东说念主的可爱之物,大物理学家W.K.海森伯 (Heisenberg) 等都从此书中得到教益。

我国已故着名数学家都民友先生觉得: “外尔是通盘数学的数学家,而且对通盘科学了解许多,他根据广义相对论写了《空间–本事–物资》(Raum, Zeit, Materie),这本书到目下还莫得华文译本。履行上,外尔的文章应该全部翻译成华文。” (《数学文化》, 2019/第10 卷第4 期,102 页) 因而,本书的翻译出书不仅完成了都先生的遗志,而且亦然对赫尔曼·外尔文章出书百年的一个很是记挂。

陈惠勇

江西师范大学数学与统计学院

2022 年5 月20 日

撰文 | 赫尔曼·外尔

空间和本事频频被觉得是现实天下的存在时势,物资是它的内容。在一特定的本事里,物资的某一特定部分占据一特定的空间。这三个基本见解恰是在畅通的抽象见解中才变成了密切的关系。笛卡儿将精准科学的主义界说为,用这三个基本见解来形容统共发生的事情,从而把它们称为畅通。自从东说念主类的心智第一次从蒙昧中觉悟,并被允许摆脱独霸以来,它就从未住手过对本事深远精巧实质的感知——相识的演化、天下在本事中的发展和变化。这是一个终极的玄学问题,在职何一个历史时期,玄学家们都试图阐述和科罚这个问题。希腊东说念主把空间行动一项极其简短和校服的科学的主题。在古典主义的想想中,隧说念科学的不雅念由此而生。几何学成为引发阿谁期间想想的跻峰造极的最有劲的抒发步地之一。其后,当聚拢通盘中叶纪的教化的学问专制崩溃,怀疑主义的海潮似乎要把一切看似最固定的东西都卷走的时候,那些信托真义的东说念主就像牢牢收拢岩石一样牢牢收拢几何学,而每一个科学家的最高期望都是使他的科学“愈加几何学化”。物资被觉得是参与每一个变化的物资,并觉得每一种物资都不错用一个量来斟酌,这个量行动“物资” 的特有抒发步地是物资守恒定律,该定理断言,物资在每一次变化中的数目都是不变的。迄今为止,这代表着咱们对空间和物资的相识,玄学家们在许多方面都宣称这是一种先验的学问,是都备多量和必要的,这些在今天看来却是一个摇摇欲坠的学问结构。领先,以法拉第和麦克斯韦为代表的物理学家建议了与物资相对立的“电磁场”,行动一种不同领域的实在。然后,在19世纪,数学家效率不同的想路,阴暗破裂了对欧几里得几何字据的信任。目下,在咱们这个期间,如故发生了一场大变革,它横扫了迄今为止被觉得是当然科学最坚实的守旧的空间、本事和物资,但这只是为了给这些事物一个更众多和更深远的视线让开。

爱因斯坦的相对论使咱们对天地结构的相识又进了一步。这就像一堵把咱们与真义离隔的墙倒塌了。目下,咱们看到了更众多的领域和更深远的学问,而这些领域咱们以至莫得任何猜测。它使咱们更接近于掌捏统共物资赖以发生的规章。

这场翻新主如果由阿尔伯特·爱因斯坦的想想推进的。在目下看来,从这些基本想想动身,似乎已得出某种论断;关联词,无论咱们是否如故面临一种新的事态,咱们都感到有必要对这些新的想法进行仔细的分析,也不可能贯注。科学想想的发展也许会使咱们再一次很是目下的配置,但回到昔日那种窄小和受死字的模式是不可能的。

玄学、数学和物理在这里建议的问题中各有长处。关联词,咱们将领先关注这些问题的数学和物理方面。只简短地谈谈玄学的含义,原因很简短,在这方面还莫得已毕任何最赶走尾,就我个东说念主而言,我不行像我的良心所允许的那样, 对所触及的相识论问题作出这么的回答。本书中要建议的想法并不是对物理学问的基础的某种臆测性探究的末端,而是在处理具体的物理问题的一般历程中发展起来的——这些问题是在科学的马上发展中产生的,而科学的马上发展不错说如故破裂了它的旧外壳, 因为它目下变得太窄小了。这一双基本原则的校恰是其后才进行的,而且也只是在新拟订的想法所需要的范围内进行的。就目下的情况来看,除了各门科学各自独断地沿着这条道路前进除外,别无他法,等于说,各门科学都应诚实地按照它们各自的特殊圭臬和特决死字所特有的合理动机所指令的说念路前进。关联词,从玄学的角度阐述这些问题仍然是一项环节的任务,因为它与属于许多个别科学的问题判然不同。在这小数上,玄学家必须审慎行事。如果他长期严防到这些问题固有的坚苦所校服的界线,他就不错领导科学的发展,但决不行劳作科学的发展,因为科学的研究领域只限于具体对象的领域。

尽管如斯,我照旧要从玄学性质的一些想考运转。东说念主类在平素糊口的步履中, 会发现我方的感知步履受到了物资的影响。咱们把它们归为“真实” 的存在,况兼咱们一般地接受它们的组成、时势和状貌等,当它们在咱们的“一般” 感知中出当前,就抹杀了可能的错觉、梦幻泡影、黑甜乡和幻觉。

这些物资的东西都浸没在一种轮廓不定的雷同现实的流形之中,并被它们注入其中。这些现实结合在一说念,变成了一个不灭存在的空间天下,而我和我我方的体格就属于这个空间天下。让咱们在这里只辩论这些实体的对象,而不辩论咱们行动一般东说念主所面临的统共其他不同领域的事物,如生物、东说念主、平素糊口用品、价值不雅,以及诸如国度、权益、谈话等实体。玄学反想可能始于咱们每一个东说念主,当它第一次对我刚才简要提到的朴素实在论的天下不雅产生怀疑时,它就被赋予了一种抽象的想维步地。

咱们很容易看出,像“绿色” 这么的品性唯有当嗅觉“绿色” 与知觉所赋予的物体干系联时才存在,而把它自身行动一件东西附加在它们本人存在的物资事物上,则是毫无说念理说念理的。这种对嗅觉性质的主不雅性的相识是由伽利略(以及笛卡儿和霍布斯)创立的,那时势与辩论“特色” 的当代物理学的建构性数学圭臬的基容许趣密切干系。根据这一旨趣,状貌所以太(æther)的“真实的”振动, 即物体的畅通。在玄学领域,康德是第一个朝着这个不雅点迈出决定性下一步的东说念主,该不雅点觉得不仅感官所揭示的性质,而且空间和空间特征也莫得都备说念理说念理上的客不雅说念理说念理;换句话说,这种空间也只是咱们感知的一种时势。在物理学的领域里,也许唯有相对论泄露地标明,干涉咱们直观的空间和本事这两种实质,在数学物理所建构的天下里莫得容身之地。因此,状貌是“真实的”,以至不是其他的振动,而只是是发生在与三维空间和一维本事对应的四个安定参数中的一系列函数值。

就一般原则而言, 这意味着现实天下,它的每一个组成部分过火追随的特征, 都是而且只但是相识步履的挑升对象。我所招揽到的凯旋数据,等于我所招揽到的相识告诫的时势。他们并不像许多实证主义者所主张的那样,只是由感知的东西组成, 但咱们不错说,举例,在一种嗅觉中,一个对象履行上所以一种东说念主东说念主都知说念的步地,在物理上呈目下与阿谁嗅觉筹商的东说念主眼前,关联词,由于这种嗅觉的特有性,它不行被更充分地形容按照布伦塔诺(Brentano)的说法, 我将称之为“意向对象”(intentional object)。举例,在体验感知的历程中, 我看到了这张椅子。我的严防力完全聚首在椅子上。我“有” 这个知觉, 但唯有当我把这个知觉反过来行动一个新的内在知觉的挑升对象时 (一种摆脱的反想步履使我粗疏作念到这小数),我才“知说念”对于它的一些东西(而不单是是椅子),并的确地校服我刚才所说的。在这个第二步履心仪向对象是内在的,即步履本人一样,它是我履历的一个的确的组成部分,而在主要的感知步履中,客体是超验的,即它是在相识的体验中赐与的,但并不是相识的的确组成部分。

内在的东西是都备的,也等于说,内在的东西等于我所占有它的时势,我不错通过反想的步履把它的实质归结为公理。另一方面,先验对象唯有征象性存在;它们所以多种步地和多种“档次”呈现我方的表象。归拢派叶子,根据所处位置和光照条目,似乎有如此这般的大小,或者有如此这般的状貌。这两种外不雅步地都不行宣称呈现叶子就像它“本人” 一样。此外,在每一种知觉中, 毫无疑问都包含着存在于其中的对象的现实性这一命题;事实上,后者是天下现实这一总的论断中的一个固定和历久的身分。关联词,当咱们从当然的不雅点过渡到玄学的作风,对知觉进行千里想时,咱们就不再赞同这一论点了。咱们只是简短地阐明其中有一些真实的东西是“假设的”。这种假设的说念理说念理目下变成了必须从相识的数据中加以科罚的问题。此外,必须找到合理的情理。我并不想以此线路,觉得天下上的事件只是是自我所产生的相识的游戏的不雅点,包含着比朴素实在论更高进程的真义;相悖,咱们所关爱的只是泄露地看到,如果咱们要和会都备的说念理说念理以及对现实的假设的权益,咱们就必须把咱们我方置于相识的基础之上。

在逻辑领域,咱们有一个雷同的例子。我所晓谕的判断校服了某些情况;该判断觉得它们是简直。在这里,对于真义的这个命题的说念理说念理和情理的玄学问题又出现了;在这里,客不雅真义的见解并莫得被辩论,而是成为一个必须从所赐与的东西中都备把捏的问题。“隧说念相识”是玄学上先验事物的基础。另外,对于真义命题的玄学历练,必须而且势必会得出这么的论断,那等于,任何知觉的步履、回归等(它们推崇出咱们借以把捏现实的告诫),都不行给咱们一种论断性的权益,把所知觉的对象归于一种所知觉的存在和组成。反过来,这种权益也总能被以其他不雅念为基础的权益所辩论。

在内容上取之起火是真实事物的实质;咱们不错通过不停地加多新的体验(部分处于明显的矛盾中)来得到对这一内容更深远的和会,并使它们相互融合。在这个诠释中,现实天下的事物是近似的见解。由此产生了咱们对现实的统共学问的告诫特征[注: 这些想想的把稳发展相等密切地效率胡塞尔的道路,见他的“Ideen zu einer reinen Phänomenologie und phänomenologischen Philosophie”(Jahrbuch f. Philos.u. phänomenol. Forschung, Bd. 1, Halle,1913)]。

本事是相识流的原始时势。无论咱们的头脑何等朦胧和困惑,事实上,相识的内容并不单是推崇为存在(如见解、数字等),而是正在以一种不同的内容来填充历久存在的时势。因此,东说念主们不说这是,而说目下才是,但目下又不再是目下了。如果咱们将我方投射到相识流除外,并将相识流的内容线路为一个对象,相识流就会成为一个发生在本事中的事件,其不同的阶段在咱们的相识流中相互存在于更早和更晚的关系中。

正如本事是相识流的时势一样,东说念主们也不错合理地断言空间是外部物资现实的时势。物资的东西在外皮感知步履(如色调)中呈现出来的统共特征都被赋予了空间蔓延的鉴识性,但是,唯有当咱们从统共的告诫中竖立起一个单一的、趋奉在一说念的真实天下时,行动每一种感知的组成部分的空间彭胀才会成为归拢个包容一切的空间的一部分。因此,空间是外部天下的时势。也等于说,任何物资的东西,在不调动其内容的情况下,一样不错在空间中占据与其目下不同的位置。这立即给了咱们空间同质性的性质,这是全等见解的根源。

目下,如果相识的天下和先验的现实天下是完全不同的,或者更的确地说,如果被迫的知觉步履弥合了它们之间的边界,事态将保持我刚才所说的那样,也等于说,一方面,一种相识以一种不灭的目下时势荏苒着,但却莫得空间;另一方面,是现实天下在本事上的蔓延,但却是不灭的,而现实所包含的只是一种不同的表象。在统共的知觉之前,咱们有勉力和反对的告诫有主动和被迫的告诫。对于一个过着活跃的当然糊口的东说念主来说,知觉最环节的作用是在他的相识之前泄露地指出他所要摄取的行动的明确的瑕玷点,以及与之对立的根源。行动行动的实施者和实行者,我成为一个具有精神现实的单一个体,这个具有精神现实的个体在外部天下的物资事物中占有一隅之地,通过它我不错与其他雷同的个体进行疏通。相识,不烧毁它的内在性,成为现实的一部分,成为这个特定的东说念主,即我我方,出身并将故去。此外,行动这个末端,相识以本事的时势在现实之上张开了它的集中。变化、畅通、本事的荏苒、存在与消除,都存在于本事本人之中;正如我的意志行动一种原能源,通过并很是我的体格作用于外部天下一样,外部天下也一样是活跃的(正如德语单词“Wirklichkeit” 一词所示,源自“wirken”= to act 的实相线路)。它的征象长期是由因果关系筹商在一说念的。事实上,物理学标来日地本事和物理时势不行相互鉴识。相对论建议的时空斡旋问题的新科罚有野心,使东说念主们对天下行动的合营性有了更深远的相识。

与此同期,我但愿把这门伟大的学科行动玄学、数学和物期望想相互和会的例证,这是一门我相等可爱的研究。要作念到这小数,唯有从基础运转系统地竖立表面,并把严防力彻首彻尾聚首在基容许趣上。但我一直无法知足这些自我强加的要求:数学家的地位高于玄学家。

这么,咱们今后的论证道路就有了明确的轮廓。如果分开来商讨,那么包括在这篇导言中的对于本事以及从数学上和见解上把捏本事,咱们还有什么要说的呢?咱们将不得不以更长的篇幅来处理空间问题。第1章主要商讨欧几里得空间过火数学结构。那些迫使咱们很是欧几里多礼系的想想将在第2章中加以阐述;这在度量一语气统的一般空间见解(黎曼空间的见解)中达到了高涨。在此基础上,第3章将商讨上述空间与本事辞天下上的斡旋问题。从这小数上讲,力学和物理学的末端将理解环节的作用,因为正如前边如故指出的那样,这个问题的实质使咱们把天下看作一个活跃的实体。根据第2章和第3章的不雅点建造的大厦将在第4章的临了把咱们引向爱因斯坦的广义相对论,广义相对论在物理上包含了一个新的引力表面,以及后者的蔓延,后者包括除万有引力除外的电磁征象。在咱们的空间和本事见解中所引起的翻新,势必也会影响到物资的见解。因此,统共必须谈到的筹商物资的问题将在第3章和第4章中得到符合的处理。第3章和第4章中商讨的相对论不仅针对本事点,而且对通盘物理天下都建议了相对论的问题。关联词,咱们发现,一朝找到了这个天下的两种时势——空间和本事的科罚有野心,这个问题就科罚了。通过选拔空间和本事的坐标系,咱们也不错用数字的圭臬从见解上校服天下统共部分的物理真实内容。

万事起首难。既然数学家是按照严格而时势的步地来处理他的见解的,他就必须频频地指示我方,事物的发源频频消除在比他的圭臬所能到达的更深处。除了从个别科学中得到的学问除外,还有和会的任务。尽管玄学的不雅点在不同体系之间扭捏不定,但咱们不行烧毁它,除非咱们要把学问变成一种毫无说念理说念理的繁杂。

读者在运转时所需要的表面储备是最少的。狭义相对论不仅详备地讲明了相对论,而且就连麦克斯韦表面息争析几何也在其主要内容中得到了发展。这是通盘狡计的一部分。张量微积分的竖立——只是依靠它,就有可能充分地抒发所商讨的物理学问——占据了很是大的空间。因此,但愿本书粗疏使物理学家更好地老练这种数学用具,同期,它还将行动学生的教科书,赢得他们对新想想的赞同。

本文摘编自《空间-本事-物资》[ (德) 赫尔曼·外尔著;陈惠勇,夏际金译。北京:科学出书社,2024.3]一书“《空间–本事–物资》导言”“中译者序”“从作家的媒介到初版”,有删减修改,标题为编者所加。

书名原文: SPACE, TIME, MATTER

背负裁剪: 李 欣 范培培

本书是被誉为20世纪最伟大的数学家之一的德国数学家赫尔曼·外尔(Hermann Weyl,1885-1955)的名著《空间-本事-物资》(Raum, Zeit, Materie),是黎曼几何与广义相对论领域的经典文章。1916年到1917年,外尔在苏黎世联邦工学院陶冶相对论课程时,力求把玄学想想、数学圭臬以及物理学表面结合起来,用我方的想想泄露而严格地阐述广义相对论。1917年到1919年这几年间,外尔在几何学与物理学上作出了众多孝顺,其中最环节的恶果之一等于他的专著《空间-本事-物资》,内容包括:欧几里得空间,它的数学线路过火在物理学中的作用;度量一语气统;时空的相对性;广义相对论共四章。本书德文初版于1918 年出书,英文初版于1922 年出书,于今已有百余年。

本书读者对象是数学与物理干系专科本科生和研究生、教授和研究东说念主员,对于欲了解黎曼几何学想想、广义相对论过火干系领域历史的读者来说是一部极具价值的历史文件。

本文经授权转载自微信公众号“科学出书社”,裁剪:刘四旦。

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