5、科学思想的边界：物理理论与测量的深度剖析

科学思想的边界：物理理论与测量的深度剖析

1. 无单位物理理论与物理定律的本质

许多物理学家尝试发展无单位的物理理论。若在每个惯性参考系中，光速 c 是最大值，当切换到 c = 1 的“自然”单位制时，所有速度都变为无单位的比率，这能保持 c 在任何参考系中的首要地位，且能证明参考系间的相对论速度变换依然成立。这表明，物理定律的本质是比率。

物理定律是允许比较物理量的关系结构，通常由数学或逻辑结构定义，而非特定的数值。只要物理量之间的各种比率和关系不变，对物理常数数值的改变提议不一定违反物理定律，因为定义物理定律的是这些比率和关系，而非相关常数的数值。

2. 物理定律的演变

2.1 范式转变的误解

长期以来，人们认为科学进步是新范式取代旧范式，比如爱因斯坦的相对论证明牛顿力学是错误的。然而，自热质说以来，没有一个被广泛接受的物理理论被完全证明是错误的。新理论往往表明旧理论只是在特定限制条件下的近似。

2.2 牛顿力学并非错误

从经验证据来看，理论的“正确性”取决于与物理现实的匹配程度。牛顿力学在日常生活中被广泛应用，工程师依靠它建造桥梁、道路等，说明它在一定范围内是正确的。

爱因斯坦的相对论表明，牛顿力学是相对论在低速（v ≪ c）、低能量和弱引力场条件下的近似。牛顿力学和动力学在这些条件下有经验支持，是广义相对论的极限情况。

人们认为牛顿错误，可能是因为他的三大“定律”在弯曲时空的推广不太好，或者他将时间视为绝对的。但在低能量、低速度和弱引力场中，时间近似是绝对的，广义相对论在不同条件下可分别近似为狭义相对论和牛顿力学。

2.