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1、引言
思維是大腦的功能，它是在表像、概念的基礎上，進行分析、綜合、判斷、推理等認識活動的過程；它涵蓋了人類所有的認知或智力活動。由於看問題的視角不同，研究的物件不同等等，思維過程中的表像和概念的性質會有所不相同，這就是思維層次的不同。人類的知識相當豐富，門類繁多，這顯示了我們的思維是多層次的。即使是同一門學科，由於研究範圍的延伸，條件狀態的變更，也要求人們的思維層次作相應的調整。科學理論是思維的系統性的結論，科學理論的發展需要思維層次的逐步提升。我們將通過物理學的事例來進一步闡明思維層次的意義。慣性思維是固守一種思維層次的表現，是孳生“偏見”或“先入之見”的溫床。
霍金對“現實”的看法，涉及到了思維的層次問題。他在一篇與他人合寫的文章裡說：
“金魚看見的世界與我們所謂的‘現實’不同，但我們怎麼能肯定它看到的就不如我們真實？據我們所知，就連我們自己說不定終其一生，也在透過一塊扭曲的鏡片打量周遭的世界。 在物理學中，這個問題並非純理論空想。實際上，物理學家和宇宙學家發現他們自己眼下的處境和金魚差不多……每個理論對於‘現實’ 都有一套自己的描述，就像透過它自己的圓形魚缸觀察世界一樣。”[1]這段話含有這樣的意思：金魚眼中的事物表像和概念同我們感覺到的不一樣，因此，如果它們能思維的話，其層次不同于我們的思維層次。那麼，根據智慧金魚的思維層次，能得到怎麼樣的理論呢？霍金沒有進一步研究。這是個很有趣，也有一定意義的問題，我們就此入手，來進行有關思維層次的探討。
2、智慧魚兒的時空觀是局域的
時間和空間是物理學的最基本的物理量，我們就來描述一下智慧魚兒的時空觀。這可分為兩類，一是魚兒描述魚缸外世界的時空觀；二是魚兒描述魚缸內世界的時空觀。
智慧魚兒的缸外時空觀與魚缸材料的折射率，魚缸形狀的曲率、棱角等等因素有關，難以形成普遍性的理論。不過有一點很明顯：魚缸外的物體，在不同視角和運動狀態的魚兒看來，它的位置、形狀和運動狀態是各不相同的。這顯示金魚的時空標準會隨著它所處位置的不同而變化，即金魚的時空觀是局域的。
魚兒大多數生活在江河大海，考慮智慧魚兒的缸內時空觀，有較大的意義。如果缸內水的密度是均勻的，且始終不變，那麼，它們的時空觀與我們日常的，低速、宏觀環境中的絕對時空觀基本一樣。然而，一般流體的密度或多或少是會變的。非均勻介質是變折射率介質，其中的光線或聲音會向密度較大的方向彎曲。由於這樣的彎曲，魚兒感知到的發光體、發聲體的位置，與其實際位置會有一定的差異，於是，魚兒的時空觀也將是局域的。另外，魚在可壓縮性流體中移動時，會改變它周圍流體密度的分佈，這也會影響它的時空觀。
總之，魚缸時空觀的一個基本特徵是局域性，它與我們日常的牛頓時空觀迥異，兩者是不同構的。我們不能用通常的思維層次去理解智慧魚兒的時空觀。造成智慧魚兒時空特殊性的，是一個它們自身難以意識到的“水對視覺的影響”這個因素。
3、對應不同思維層次的兩種時空觀
大家知道，絕對時空觀可以用伽利略變換來表達。在伽利略變換中，時間間隔和空間間隔是不變數，即時、空標準絕對不變，這是絕對時空觀的最基本的性質。由於時、空標準的不變性，我們可以在任何地方建立一個剛性的三維坐標系和一維的時間軸，它們就是絕對時空觀中的一個可計量的時、空的數學表達。
相對論性時空觀突破了時空標準的不變性。狹義相對論的時空仍然是歐幾裡得平直空間，但它的坐標軸和時間軸不是剛性的，它們會隨著運動速度而伸縮；而且，坐標軸和時間軸不再相互獨立，時空已混為一體，成為四維幾何連續體。洛倫茲變換就是對這種時空觀的數學表達。
廣義相對論還進一步指出：時空標準會隨著引力勢而變化。
那麼，我們是否可以匯出智慧魚兒時空觀的數學表達呢？對於智慧魚兒的缸內時空觀，這是有可能的。
眾所周知，空間的均勻性是一條在絕對時空觀和相對論性時空觀中都成立的宇宙學原理，它在魚兒的時空觀裡也應該成立。水是魚的生存空間，我們可以假設：在魚的時空觀裡，水的分佈是處處均勻，各向一致的。這意味著水的密度不會變化，或者說水是不可壓縮的。而在我們日常的絕對時空觀裡，水或多或少是可壓縮的。因此，我們推導魚兒缸內時空觀運算式的步驟是：求出將可壓縮性流體轉換成不可壓縮性流體的變換式，把它代入表達絕對時空觀的伽利略變換，匯出的就是表達魚兒時空觀的運算式了。這個推導過程很簡單，但結果卻出人意料：表達魚兒時空觀的運算式竟是洛倫茲變換式，只是其中的C不是光速，而是水中的聲速！（具體推導請參看[2]）
這裡印證了霍金的猜想：“我們自己說不定終其一生，也在透過一塊扭曲的鏡片打量周遭的世界。”是的，正如魚兒在透過水看世界一樣，人類也在透過某種特殊的流體看世界。這種特殊流體是什麼呢？相對論的普適性要求它是無限分佈的超流體，而且它的聲速就是光速，因此，它只能是物理真空！現代物理學已充分顯示：真空不空，物理真空是一種特殊的介質。我們稱物理真空為“乙太”，並在洛倫茲變換的流體力學匯出的基礎上提出了“可壓縮性乙太論”[2]。
一般認為，時空是唯一的，牛頓的時空觀是相對論性時空觀的一種近似表達。由上可知，這種看法是錯誤的，絕對時空觀和相對論性時空觀是兩種不同性質的時空觀，前者是與任何介質無關的純粹的真正的時空觀；而後者是充滿了真空態介質乙太的時空觀。在宏觀、低速、弱引力場的情況下，乙太的作用微不足道，絕對時空觀可以成立；在微觀、高速、強引力場的情況下，乙太的作用明顯了，相對論性效應就顯現出來了。實際上，相對論性效應都可歸結為宏觀乙太的密度變化效應。另外，我們認為，量子性理論是由微觀乙太造成的，這方面的情況比較複雜，在此不作詳述。
實際上，牛頓物理學和相對論之間不只是時空觀的差異，在物質觀上也有差異。在牛頓物理學裡，一個物體的品質不會隨著運動速度和位置的變化而變化；而相對論告訴我們，物體的品質會隨著速度和引力勢而變化。時空觀、物質觀等的差異，充分表明：絕對時空觀和相對論性時空觀是兩種不同性質的時空觀，它們對應著兩種不同的思維層次。正如魚兒時空的特殊性在於水的作用這個因素；人們對相對論難以理解是由於沒有意識到無處不在的乙太的作用。
4、顛覆性創新需要新的思維層次
從量變到質變是事物發展的一條規律。在科學的發展過程裡，量變是人類的思維在同一層次裡的漸進過程；而質變則需要人類的思維進入新的層次。
在物理學的發展過程裡，相對論和量子力學的誕生都是顛覆性創新的結果，是種質變。它們的基本方程，不可能在牛頓力學的基礎上，通過純粹的形式邏輯演繹出來。愛因斯坦的顛覆性創新在於提出了2個前提性的原理——相對性原理和光速不變性原理，在這基礎上匯出了洛倫茲變換；量子力學則是在量子假設、二像性假設等等的顛覆性創新的基礎上發展起來的。這些前提性的原理和假設，就是思維突破原有的層次，躍居新層次的表現。
在各種現象的基礎上，人類有著廣闊的想像空間，或者說，人們的思維具有豐富的層次，但只有能夠與現實相耦合的思維層次，才有實際意義。通過提出前提性的原理或假設來建立顛覆性的新理論都是嘗試性的，其正確與否，關鍵在於新的理論資料是否能夠與實驗資料相吻合。相對論和量子力學成功的背後有著許多的失敗嘗試。
俗話說：條條大路通羅馬。我們的洛倫茲變換的流體力學匯出過程，與愛因斯坦的方法顯著不同。我們的推導不需要前提性的原理或假設，在這裡，導致時空觀發生“質變”的是基於一種物理變換，即將可壓縮性流體轉換成不可壓縮性流體的變換。顯然，引入物理變換的邏輯不是純粹的形式邏輯，它包含了事物之間的一種物理關係，可稱之為“物的邏輯”。
愛因斯坦提出的原理，相當於歐幾裡得幾何的公理，相對論是一種公理體系。公理是無法證明的最基本的道理，因此，在相對論中有許多問題難以追根問底。於是有人認為：相對論不需要物理機制，正確的，即理論資料能與實驗資料相吻合的數學模型就代表了現實。顯然，這種看法值得商榷。眾所周知，數學公式有一定的抽象性，比如，等式1+1=2，它可以表示一個人加一個人等於二個人；也可以表示一個蘋果加一個蘋果等於二個蘋果；如此等等。所以，缺失物理機制，不是相對論的高明之處，而是其不足的表現。我們的包含“物的邏輯”的洛倫茲變換的流體力學匯出，指出相對論不是沒有物質基礎的空中樓閣，它的物質基礎就是乙太。我們可以在絕對時空觀的基礎上揭示相對論的物理機制。這裡顯示：思維的層次與思維的形式之間也是相輔相成的；同一思維層次的思維也會有一定的“維度”差異（獨立參數的不同）。
5、慣性思維阻礙科學的發展
在物理學中，任何有品質的東西都具有慣性。思維當然無所謂品質，但它也有一定的習慣於原有套路的惰性。所謂慣性思維，就是固守原有思維層次的表現。新生事物的成長往往會遇到自身或他人的慣性思維所造成的阻力。馬克斯.普朗克提出了量子假設，這被視為是量子物理學誕生的標誌，但普朗克本人卻一直試圖將自己的理論納入經典物理學的框架之下。相對論從誕生之日起，對它的質疑始終不斷，其中有對它適用範圍和欠缺的合理質疑，但更多的是源自牛頓力學的慣性思維。
慣性思維是孳生“偏見”或“先入之見”的溫床，它會阻礙新生事物的成長。不過，新生事物成為了主流理論後，也會形成新的慣性思維，對於這一點，人們的認識是欠缺的。而實際上，對流行的主流理論的盲從，是一種很有害的慣性思維。
有一個簡單的問題：電能的傳播速度是多少？許多人的回答是：光速。對此，我們進行了不同電路參數的上百次實驗，發現：電能傳播速度會隨著電路參數而變化；在大多數情況下，該速度小於真空光速，但在特定的電路參數下，電能傳播速度可以遠超真空光速[3][4][5]！我們的實驗簡單可重複，但許多人囿於相對論的光速極限的說法，而不予理會。實際上，我們認為電的速度可以超光速，這並不是對相對論的否定，而只是認為：相對論與其他物理學理論一樣會有一定的局限性，超光速超出了相對論的適用範圍。正如超聲速不會讓我們聽到過去的聲音一樣；超光速也不會讓我們回到過去而顛覆因果關係。
如果把事物的發展稱為從低級到高級的遞進，一般的慣性思維的阻礙表現為低級的慣性思維對高級思維層次的阻礙。那麼，高級的慣性思維有可能會妨礙低級的思維層次嗎？這個問題看起來有點不合邏輯，其實是可能的。這方面有一個實際例子：
直流電路的電能傳輸，本來的描述很簡單：電能在電路裡傳輸。但在大學教科書裡，有人認為原來的描述太低級了，就改成用玻印廷能流來解釋：電池向周圍空間輸出玻印廷能流，該能流再從電路外進入電阻等用電器。對於這個問題，我們專門撰文指出：在穩定的直流電路外，不存在玻印廷能流[6]，因此原來的描述才是合理的。
6、思維層次的發展
隨著人類認識的提高，思維層次也會相應提高。以物理學為例，縱觀其發展的歷史，結合上述的有關分析，我們可以對物理學思維層次的發展進行一種概括性的描述。
古代的自然哲學是物理學的前身，它是在可見現象基礎上的聯想，其思維層次就是“眼見為實”，即它的基本概念都是可以直接看到的事物；牛頓站在伽利略、開普勒等等巨人的肩膀上，建立了牛頓物理學，描述了時間、空間、品質等等物理要素之間的定量關係，其思維維度是“絕對時空觀”，即這些物理要素都與任何介質無關；以相對論和量子力學為基礎的現代物理學，它的思維維度則是“乙太效應”，因為現代物理學的基本物理量都與真空態的乙太有關聯。
當然，對思維層次的劃分不是唯一的，上面對物理學思維層次的分類是一種“粗分”。對事物不同的側面，不同的視角，不同的標準地進行層次的區分，會有不同的結果，但隨著事物的發展，人類的思維層次必然會不斷地發生變化。
我們要克服慣性思維，促進思維層次的發展。這說起來容易，做起來難。記得有人說過：看人家的論文，要先“鑽進去”，搞清楚作者的基本思想脈絡，然後鑽出來進行評論。這種態度應該提倡。每個人，或多或少難免會有一定的偏見，但許多人沒有認識到這一點，因此，他們往往以批判的目光去審視別人的論文。這實際上是帶著有色眼鏡看問題，容易出偏差。
包容是促進思維層次發展的一個正確態度。創新，尤其是顛覆性的創新，難以用一般的邏輯推理進行解釋，開始往往被視為是錯誤的。因此，對於看來是錯誤的東西，我們可以批評，但不要一棍子打死。有包容才會凝聚百家；有包容才能綻放新芽！
現在，學術交流的形式多種多樣，許多學術群熱鬧非凡。然而，學術不能追求熱鬧。有不少人熱衷於碎片化的討論，他們往往圍繞片言隻字即興發揮，泛泛而談。在這樣的場合中，創新思想會出現，但也會中傷、淹沒。學術上應該多一些嚴謹和深思熟慮，多作論文交流。歷史上著名的愛因斯坦和玻爾的論戰，主要是通過論文進行的，提出了EPR佯謬等等問題，促進了量子力學思維層次的鞏固和完善。這種真誠、嚴謹的論文交流形式，有可能促進思維層次的發展，值得提倡和發揚。
參考文獻
[1] 斯蒂芬•霍金，萊昂納德•蒙洛迪諾，真實世界的“真實”，環球科學，2010/11.
[2]胡昌偉，可壓縮性乙太論，現代物理， 2017, 7(4): 112-133. https://doi.org/10.12677/mp.2017.74013。
[3] 張操，廖康佳，樊京，導線中交流電場時間延遲的測定，Modern Physics 現代物理, Vol.5, 29-36，2015。
[4] 張操, 廖康佳, 交變電場速度測量的物理原理，《現代物理》，Vol. 5 No. 2 ，35-39 (March 2015).
[5] 張操，廖康佳，申紅磊，胡昌偉，交流電超光速的實驗研究，《前沿科學》，Vol. 11，(Mar. 2017) 67-72.
[6] 張操, 胡昌偉. 坡印廷定理的再思考[J]. 現代物理, 2018, 8(2): 42-49. DOI: 10.12677/mp.2018.82006
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