內容簡介
《郭漢英雜文選集》由郭漢英選集編委會選編，全書分為三個部分：科普文章、雜文、錄音資料整理。書中收入了《物理學不是一個完成的邏輯體系——從溫伯格的一段話談起》《“舟行不覺”和暗宇宙——慣性運動、相對性原理及其宇宙起源》《關於矛盾的鬥爭性和統一性——關於列寧的對立統一規律》等文。
圖書目錄
第一部分 科普文章
物理學的空間、時間和宇宙理論
物理學不是一個完成的邏輯體系——從溫伯格的一段話談起
狹義相對論的基本原理及其宇宙學意義——相對論百年札記
廣義相對論和引力理論的變革——相對論百年札記之二
愛因斯坦成功的啟示
德西特不變的相對論及其宇宙學意義
“舟行不覺”和暗宇宙——慣性運動、相對性原理及其宇宙起源
從2006年諾貝爾物理學獎談起
質能公式與科學觀
探索我們的宇宙 發展相對性原理——國際天文年暨愛因斯坦誕辰130周年紀
第三陳類、“量子邏輯”與新文化
華羅庚與愛因斯坦相對論及其擴展——紀念華羅庚誕辰一百周年
第二部分 雜文
相對論物理的進展及其意義
什麼是辯證法的實質與基本規律——關於列寧的對立統一規律(一)
幾個典型例證和中介的作用——關於列寧的對立統一規律(二)
關於矛盾的鬥爭性和統一性——關於列寧的對立統一規律(三)
什麼是辯證的發展觀——關於列寧的對立統一規律(四)
品于丹天地人之道
從恩格斯檢驗催眠術談起
從兩小兒辯日談起
學術思想、學術爭論和物理學的發展
憶郭老二三事
贈友人·賀沐霖教授七十大壽，庚寅年正月
第三部分 錄音資料整理
訪問中國科學院理論物理所副所長郭漢英教授
郭漢英先生之中山大學報告·錄音整理
文摘
物理學的空間、時間和宇宙理論
郭漢英 中國科學院理論物理研究所 北京 100080
空間、時間和宇宙是物理學和天文學的基本概念，與數學和哲學也有密切關係。在力學和物理學中，這些概念是從對物體及其運動和相互作用的測量和描述中抽象出來的；涉及它們的廣延性和持續性。空間和時間的性質，主要通過與物體運動及其相互作用的各種關係，以及有關的觀測和測量表現出來。
近幾個世紀以來，力學、物理學和天文學對空間、時間和宇宙的認識大體上可分為相互交織的兩條線索：從以牛頓力學和麥克斯韋電磁理論為代表的空間一時間和宇宙概念，經過狹義和廣義相對論，發展到現代宇宙論，這是一條線索。同時，從經典力學經過量子論、量子力學和量子場論，到探索量子引力、超弦和M理論，是另外一條線索。
目前，物理學對於空間、時間和宇宙的認識，還存在著一些重大問題有待解決，還在不斷地發展。
牛頓絕對空間和絕對時間及其疑難
通常，確定物體的大小，要知道其形狀和尺寸，例如長方體，知道其長、寬、高，利用歐氏幾何的公式就可計算出其體積。為了確定物體的位置，要知道它相對於另一靜止參照物的上下、左右和前後距離，同樣利用歐氏幾何就夠了。描述運動的物體，瞬間位置還不夠，還需要知道瞬間的速度和加速度。由此，可抽象出三維空間坐標和一維時間坐標的概念。物體的運動性質和規律，與採用怎樣的空間坐標系和時間坐標來度量它有著密切的關係。慣性定律成立的坐標系，稱為慣性系。為了進一步確定慣性運動和慣性系，牛頓抽象出三維絕對空間和一維絕對時間的觀念。絕對空間滿足歐氏幾何，絕對時間均勻流逝，其本性與任何具體物體及其運動無關。相對於絕對空間靜止或勻速直線運動的物體為參照物的坐標系，才是慣性系。
慣性和慣性運動觀念的確立，在力學的發展中起著重要的作用。在牛頓力學中，物體對於不同的慣性坐標系的空間坐標和時間坐標之間滿足伽利略變換。在這組變換下，位置、速度是相對的；空間長度、時間間隔、運動物體的加速度是絕對的或不變的。同時性也是不變的：相對於某一個慣性參照系的兩個事件是否同時發生是不變的。相對於某一個慣性參照系同時發生的兩個事件，相對於其他慣性參照系也必定是同時的，稱為同時性的絕對性。牛頓力學的所有規律，包括萬有引力定律，在伽利略變換下形式不變。這就是伽利略相對性原理：力學規律在慣性參照系的變換下形式不變。同時，不變性與守恆律密切相關。運動物體在伽利略變換的時間平移不變性，對應於該物體的能量守恆；伽利略變換的空間平移和空間轉動不變性，對應於該物體的動量守恆和角動量守恆。
牛頓力學定律及其在伽利略變換下的不變性，促成對牛頓的絕對空間概念的懷疑。如果存在絕對空間，物體相對於絕對空間的運動就應當是可以測量的。這相當於要求某些力學運動定律中應含有絕對速度。但是，牛頓力學規律並不含絕對速度。換言之，牛頓力學定律的正確性，並不要求一定存在絕對空間。對於牛頓的絕對空間概念，先後有人提出異議。事實上，沒有有力的證據表明存在絕對空間。然而，隨著牛頓力學和萬有引力定律的成功，絕對空間和絕對時間的概念也一直在自然科學界和哲學界中占據主導地位。
但是，在牛頓體系中無法建立簡單的宇宙圖像。任何簡單的宇宙，在萬有引力的作用下是不穩定的，這稱為希里格佯謬；而且連為什麼夜間天空是黑暗的這樣簡單的問題，都無法回答，這稱為奧爾伯斯佯謬。
19世紀麥克斯韋總結出電磁學的基本規律——麥克斯韋方程。這組方程中出現了光速c，隨後又發現了電磁波。受牛頓絕對空間和絕對時間觀念支配的物理學界，自然認為在絕對空間中充滿著光以太，麥克斯韋方程僅在相對於絕對空間靜止的慣性參考系中成立，電磁波是光以太的波動。於是，在地球這個相對於絕對空間運動的系統中，麥克斯韋方程僅近似成立。電磁學或光學實驗應該能夠測量出地球相對於光以太的漂移速度。但是，當時所有這類實驗都得到否定的結果。這表明，忽略地球的非慣性運動，麥克斯韋方程仍成立，並不存在“以太漂移。”這樣，牛頓的絕對空間和光以太觀念都受到了挑戰。
相對論體系的空間、時間和宇宙觀念與問題
1905年，愛因斯坦提出狹義相對論，擴展了伽利略相對性原理，不僅要求力學規律在不同慣性參照系中具有同樣形式，而且要求其他物理規律在不同慣性參照系中也具有同樣的形式。愛因斯坦還假定在不同慣性參考系中單程光速c是不變的。據此，不同慣性系的空間坐標和時間坐標之間不再遵從伽利略變換，而是遵從非齊次洛倫茲變換。根據這類變換，尺的長度和時間間隔(即鐘的快慢)都不是不變的；高速運動的尺和鐘相對於靜止的尺和鍾分別變短、變慢。同時性也不再是不變的(或絕對的)，對某一個慣性參照系同時發生的兩個事件，對另一高速運動的慣性參照系就不是同時發生的。在狹義相對論中，光速是不變數，因而空間一時間間隔(簡稱空時間隔)也是不變數；一些慣性之間，除了對應於時間平移和空間平移不變性的能量守恆和動量守恆之外，還存在空間一時問平移不變性。因而，存在能量一動量守恆律。根據這一守恆律，可導出愛因斯坦質量一能量關係式，這一關係在原子物理與核物理中極為基本。
狹義相對論否定了光以太的存在，電磁波是電磁場自身的波動，於是場成為與實物有所不同的物質形式。同時，也否定了牛頓的絕對空間和絕對時間，並通過光速不變原理把一維時間和三維空間聯繫起來，成為相互聯繫的四維空間一時問。閔可夫斯基首先發現了這一性質，因而稱為閔氏空時。四維閔氏空時的幾何是度規具有符號差的歐氏幾何，其不變群就是彭加勒群。
狹義相對性原理要求所有的物理規律對於慣性參考系具有相同的形式。然而，把引力定律納入這一要求並不符合觀測事實。愛因斯坦進而提出描述引力作用的廣義相對論，再一次變革了物理學的空間一時間觀念。
按照廣義相對論，如果考慮到物體之間的慣性力或引力相互作用，就不存在大範圍的慣性參照系，只在任意空時點存在局部慣性系；不同空時點的局部慣性系之間，通過慣性力或引力相互聯繫。其實，存在慣性力的空時仍然是平直的四維閔氏空時。存在引力場的空時是四維彎曲空時；其幾何性質由度規具有符號差的四維黎曼幾何描述。空時的彎曲程度由在其中物質(物體或場)及其運動的能量一動量張量，通過引力場方程來確定。在廣義相對論中，空間一時間不再僅僅是物體或場運動的“舞台”，彎曲空間一時間本身就是引力場。表徵引力的空間一時間的性質與在其中運動的物體和場的性質是密切相關的。一方面，物體和場運動的能量一動量作為引力場的源，通過場方程確定引力場的強度，即空時的彎曲程度；另一方面，彎曲空時的幾何性質也決定在其中運動的物體和場的運動性質。例如，太陽作為引力場的源，其質量使得太陽所在的空時發生彎曲，其彎曲程度表征太陽引力場的強度。最鄰近太陽的水星的運動軌跡受的影響最大；經過太陽邊緣的星光也會發生偏轉，等等。廣義相對論提出不久，天文觀測就表明，廣義相對論的理論計算與觀測結果是一致的。
然而，20世紀中後期的研究表明，在物理上可以實現的條件下，廣義相對論的空間一時間必定存在難以接受的奇異性。在奇點處空間一時間亦即引力場完全失去意義；這是廣義相對論在理論上存在問題的表現。
P3-6
序言
懷念郭漢英(代序) 伍紹祖
郭漢英和我都是1939年4月出生，他的生日是6日，我的生日是8日，所以打倒“四人幫”後，幾乎每年4月我們倆人都要互通電話問候一下。去年4月我又給他打電話，可是沒有人接聽。誰知到了6月初，他的女兒郭辰給我打電話，要我幫助搞一種搶救他父親的藥。我想盡辦法把藥弄到了，但漢英卻在6月5日去世了。
我和漢英是在1954年秋一起上北京第101中學時相識的，高中三年我們一直在同一個班。他是郭沫若和於立群同志的長子，所以大家對他都有些另眼相看。再加上上高中後不久，他媽媽來學校參加家長會，提出漢英因為神經衰弱，睡眠不好，宿舍里住的人太多，互相干擾很厲害，要求學校考慮為他單獨開一間宿舍，更引起了同學們異樣的感覺。好在他堅決要求與同學們住在一起，這才贏得同學們對他的好感。當時我們中學的名稱叫做北京師範大學第二附屬中學，1953年周恩來同志到學校看望，為了防止第二代變質，提出要取消幹部子弟學校。經過各方面的具體落實，遂於1955年夏天把我們中學劃歸北京市中學系列，並據說是依照蘇聯的一個先例，沒有按照當時北京市中學的數量直接叫北京市第八十幾中，而是叫北京市第101中學了。正好漢英在我們班，學校的領導同志就要他回家請郭老為我們學校題寫校名。郭老很爽快地為我們學校題寫了校名，並且說這個校名很有意義，是“百尺竿頭，更進一步”。後來郭老還為我校撰寫了校歌的歌詞。高中三年，我們班在學校里相當活躍，文藝上有一個施光南，常為我們班文藝演出作曲，體育上有郭漢英等一批同學，在校運動會上經常取得較好的名次。
1957年我們高中畢業，不曾想我和漢英又考取了同一所大學同一個系——清華大學工程物理系。1960年分專業，我和漢英同時被分到全年級只有幾個人的小班——學習理論核物理。由於我被調出擔任政治輔導員，按規定延長一年學習，即原來本科學習6年畢業，現在要多學習一年，到1964年才畢業。而他說他頭暈，無法上學，請了一年病假，也是1964年與我同期畢業。至今我都弄不懂，他的病是否已到了不能上學的地步。不過後來我想，他休學一年是非常好的，這一年他跟著郭老游遍祖國大好河山，大大增長了見識，並且在郭老的影響下，撰寫了一部話劇《鄭成功》，好像他對這部話劇十分滿意，曾向我自誇過多次。到了1962年秋天，我從校學生會回到班上學習，他也從校體育代表隊回到班上學習，這樣我們就真的朝夕相處了，互相之間真正成了朋友。
我回班以後感到漢英思想覺悟比較高，在班上乾什麼都積極向上，從1963年開始根據他的申請，想介紹他人黨。可是那時可能“左”的思想已經逐漸形成，我們系的黨總支總是能找出一些理由反對。為此我找了好幾次郭老的秘書王庭芳同志，了解漢英在家裡的表現，王秘書介紹的情況都是正面的。甚至有一次星期日我還到了郭老家裡，郭老親切地會見了我，並請我一起吃飯，郭老並不知道我是為漢英入黨問題去他們家的，但對漢英的評價也是正面的。到了1964年，黨總支已提不出新的什麼問題了，但要漢英正確認識郭老1927年“八一”南昌起義後離開部隊到日本去的問題。我當時想，郭老本人又於1958年入黨了，為什麼要漢英認識郭老1927年的問題？郭老當時離開部隊到日本去，並不是郭老本人的決定，而是當時黨組織的決定，郭老在日本十年，學術上取得了重大成績，政治上也沒有任何問題，抗戰爆發後他就拋妻棄子毅然回到中國參加抗日運動，這讓漢英怎么認識郭老的問題？但他入黨的問題就拖下來了，一直到1964年暑假前畢業也沒有入上黨。倒是漢英畢業後分到二機部，他在那裡入黨了。
1964年暑假前，我們倆都畢業了，原來在學校的書籍、被褥要帶回家裡。我入學時的東西很少，用一輛腳踏車就馱來了，現在東西多了，我就從我媽媽機關借了一輛平板三輪車，把我的東西裝到車上，準備拉回城內的家裡。這時漢英一定要幫我運東西，於是我們倆人輪流著一人騎腳踏車一人騎三輪車，把我的東西運回到我家裡。這在當時兩個高幹子弟把自己的東西自己運回家好像是非常正常的現象，但是現在許多家長都是開著小汽車接送孩子，這真是無法相比了。這除了因為我國經濟發展很快、人民生活水平大幅度提高之外，在不脫離民眾方面、在艱苦奮鬥方面是否存在著一些問題呢？
1964年秋天，漢英分到二機部工作。我在清華大學念研究生不到一年．1965年又因為當選第18屆全國學聯主席調到團中央機關的國際聯絡部。這樣我們倆人各忙各的，來往並不多。1966年夏天，“文化大革命”開始了，我雖然極不理解，但還是積極參加。隨著運動的深人，我的父母、我愛人(當時是女朋友)的父母連續遭到造反派的“打擊”，我自己也因為是全國學聯主席而受到非議，面對這些情況，我心中相當苦悶。在“文化大革命”開始後不久，有一次我在大街上偶然遇見了漢英，看來他也有類似的想法，這樣我們倆的心一下子共鳴了。臨別時我請他回家讓郭老幫我題一幅字，以表達我的這種心情。題字既要反映這種心情，又要適合當時的形勢，最後商定寫毛主席詩詞《詠梅》。很快字就寫好了，我把它裝裱好，一直保存到現在。在“文化大革命”中郭老儘管有周恩來同志竭力保護，但也受到很大的衝擊。特別是1974年春節前，中央文革小組又導演了一場“批林批孑L”的鬧劇，把矛頭指向周恩來同志，同時也把郭沫若同志“火燒”了一把。那時在首都體育館召開了一次中央、國家機關一萬多人參加的動員大會，實際上是由江青主持，遲群、謝靜宜講話。我那時已是王震同志的秘書，就坐在主席台西側的包座里，與於立群同志和郭家的子女座位緊挨著。不管怎么說，這次“批林批孑L''運動，郭老一家是挺過來了，但他們受的冤屈也是可想而知的。所以在打倒“四人幫”以後，郭老才寫出了“大快人心事，打倒‘四人幫”’的詩句，道出了全國人民的心聲。
打倒“四人幫”以後，全國各項工作都在蓬勃發展，漢英又鑽到探索宇宙奧秘的工作當中。在清華大學工程物理繫上理論核物理專業時，我的專業方向是高能核物理，由於班上的人很少，這個科研方向只有我一個人。經過“文化大革命”的摔打，我算徹底改了行，成了一個“萬金油”幹部，而漢英卻幹上了這一行，而且幹得非常有成就，這從馬上要出版的他的兩本論文集就可以看出。所以他才能從二機部調到中科院的理論物理研究所，而且當上了副所長、博士生導師。
20世紀80年代，我在國防科委及1982年成立的國防科工委工作，並且逐步走上了領導崗位。我在位期間，由於受錢學森、張震寰同志的影響，除了武器裝備的科研、試驗、製造之外，我還對人體科學的研究工作給予了大力支持。由於人體科學完全是一個新興領域的事情，我就想到請原來在清華大學工程物理系理論核物理專業的同學幫忙，先後找過高我一班的趙南明同志、低我一班的陳永壽同志，最後就是請漢英來參加這項工作。由於當時有人把人體科學當做“偽科學”看待，因此趙南明和陳永壽在學位的升遷上都因為幫助我而受到牽連。漢英的態度是只相信真理，不管受不受到牽連，從1995年到1999年他一直幫助我奔走。儘管我們倆在學術觀點和具體做法上常有一些分歧，但要實事求是、追求真理的思想一直是一致的。1999年以後，由於“法輪功”的搗亂，2000年上半年我又被調離主管人體科學工作的體育行政部門，人體科學工作在官方層面已經很難進行下去了，但是民間的研究工作一直沒有停止，有關的一些學術問題，我和漢英還是經常交流的。
我與漢英的交往，從1954年我們進入高中開始，一直到2010年6月5日漢英去世．一共有近56年，應該說我們在共同參與的革命事業中、在十年同窗的交往中、在後來從事人體科學的接觸中建立起了真正的友誼，我在他身上學到了很多東西，現挑出幾項說說。
第一，無私奉獻。以漢英的家庭背景和能力，他可以像現在許多高級幹部子女做的那樣，搞許多對自己非常有“利”的事情，但他看中了物質的理論研究需要有人來搞，雖然這件事非常辛苦，非常清貧，但他還是無悔地堅持搞了一輩子，而且取得了初步的成就，這就非常不簡單。無私奉獻不是一句口號，是要用實踐來證明的，漢英就是用一生的實踐證明了這一點。
第二，執著追求。搞理論核物理，探索物質的奧秘，沒有執著追求的精神是不行的。愛因斯坦的理論與牛頓的理論一樣，在一定條件下是正確的，但把它絕對化就有問題了，所以理論一定要發展。這像搞革命一樣，沒有一批人不屈不撓堅持到底，革命是不會取得成功的。我聽郭辰講，去年四五月份他就是到外地報告他的科研成果去了，據說在繼承和發展愛因斯坦的理論方面已經取得了初步的成果。
第三，專心致志。他從事科研工作是非常專心、非常認真的，以至他很少參加同學之間的聚會，連他的家庭生活也受到一些影響。我感到他是一個很聰慧的人，在大學時他就開始自己研究群論，連華羅庚同志也因為他對熱力學方程和麥克斯威爾方程的理解，在我面前私下裡誇讚他。我覺得如果沒有他的專心致志、艱苦努力，他的事業是達不一定高度的。
第四，平等待人。他具有一個真正科學工作者待人平等、民主地傾聽別人意見的作風。他在世時我在廣州、上海等地遇見與他一起合作共事的人，對他這一點深加讚賞。他不因為社會輿論給某個人戴上某種帽子就疏遠這個人，而是要看他提出的看法對不對。有一次他突然打電話給我，說有兩位女同志從西北來，對人體科學有一些見解，要我到她們住的招待所一起吃早餐，聽聽她們的意見，那次他也去了。
第五，正派公道。我國進入改革開放時期以後，有些人把研究人體科學稱為研究“偽科學”，他倒不在意這個，而是關注研究的問題的本身。在反“偽科學”的鬥爭中，有一位名聲顯赫的同志與他在同一個所，這個人遭到許多人的非議和笑談。漢英雖然在很多問題上不贊成這個人的看法，但他還是對這個人非常尊重，只是在學術觀點上與這個人辯論。2000年下半年的某一天，這個人的夫人向他說我被“雙規”了，我的夫人被抓起來了。漢英非常不信，馬上給我打電話證實，立刻揭穿了這個謊言。但此事也就這么過去了，他沒有再去追究什麼。他的這些做法對我影響很大，也促使我學習他的這種辦法。
總之，漢英是我黨培養出來的一名優秀的科學工作者，和他父親一樣，他儘管看到中國共產黨有這樣那樣的錯誤、缺點，但他認為在中國沒有中國共產黨的領導是不行的，從而把自己的一生獻給了黨。當然我們黨也要“從嚴治黨”，要發揚黨的革命精神和優良傳統，繼續帶領中國人民從勝利走向勝利。按中國的古話講：“人生七十古來稀。”他七十一歲去世也算高壽了，但中國人現在的人均壽命已經大幅提高，漢英應該說是走得太早了。希望他一路走好，我們活著的人要學習他的精神，把各自的工作做好，為中華民族、為世界人民作出更大的貢獻。
去年年底，我聽說漢英的文集出版工作正在籌備進行，心裡相當欣慰。漢英文采很好，不僅在他的專業領域造詣頗深，而且在面對更廣泛的人民大眾讀者群體時，也能展現出深厚的功力。他的選集大體分為兩卷，分成論文選集與科普雜文選集；後者也即本書的內容非常豐富。具體來說，科普的部分深入淺出，用平易近人的語言，將精深的科研成果轉化為大眾易接受、易讀懂的形式。漢英寫科普文章，很注意科學方法論的運用，而在大方向上，又不落前人窠臼，勇於提出原創的新觀點，不盲從各種“權威”。尤為可貴的是，他還非常關心青少年的成長，這本書裡面就有一篇他投給《中學生數理化》雜誌的短文，為青少年們介紹了愛因斯坦成功的關鍵啟示。相信以中科院理論物理研究所資深研究員的身份，在這個雜誌上發表文章的人，應該是不多見的。而本書的雜文部分，更是全面反映了漢英的哲學修養與他常年的深邃思考。從對哲學規律的探討，到對社會現象的反思，漢英獨特而鮮明的個性躍然紙上。這些討論並非形而上的理論，而是密切地與客觀實際聯繫起來，讀之令人手不釋卷。
另外，這本文集還收錄了兩篇漢英的錄音資料整理稿，殊為珍貴。然而這些畢竟屬於談話記錄，不免有所錯訛，亦未經漢英最後審閱，為尊重資料之原始面貌，收錄時未作改動，僅供讀者參考。
序者無需贅言，讓我們翻開書頁，靜靜聆聽這位才子的聲音。
(2011年4月6日開始寫，4月8日完成於北京醫院810病房)
