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本人李小坚,男,高校教师。教学之余,仰望广袤天空,以探求宇宙之秘密!俯瞰苍茫大地,以求人间正道真学!正是:路漫漫其修远兮,吾将上下而求索!博文中对自己有过一段说明: 《告别官科,不做民科,回归本行》 一、我本官科 今天算来,从1986年3月到中科院自动化所读博士,整整已经过去30年了。我的学习和研究工作与国家863完全同步。1986年3月邓小平同志批复中科院院士王大珩、王淦昌、杨嘉墀和陈芳允四位老科学家提出的“关于跟踪研究外国战略性高技术发展的建议”,从而启动实施了“高技术研究发展计划(863计划)”,开始了中国科技领域跟踪和赶超国际先进水平的新征程,也整整30年了,到今天该计划已经完成了其历史使命。 我所学习的领域属于863计划中先进制造及机器人技术范围,我所选择的研究问题是工业领域的多级递阶系统结构与算法研究。师从疏松桂、童世璜、郑应平三师团队,很有意思的是我的这三位导师是一个具有三代师生关系的递阶系统。童先生称疏先生教过自己,所以是他的老师,而童先生是郑应平硕士研究生导师。 受郑应平的影响接触的了何毓琦先生开创的嵌套信息结构下的鼓励性决策研究,做出过嵌套信息结构下的多级递阶系统鼓励性决策的工作并在国内国外发表相关论文。我的研究工作在信息结构引导下,进而提出多级递阶系统信息结构、控制结构,到目标结构、功能结构,到组织结构、资源结构,形成了一个多级递阶系统的多元多层立体化的结构研究。该项工作与欧共体的CIM—OSA,有异曲同工之妙。CIM-OSA是欧共体的21家大公司和大学组成的ESPRIT-AMICE组织经过六年多的努力开发出的一个开放体系结构。在导师指导下,基本上凭自己一己之力发展了一个与CIM—OSA类似的CIMS—HOSA体系结构。 学习期间多次参与了钱学森先生组织领导的系统学讨论班,本人与钱老亲自直接对话讨论过系统的层次性、物质的层次性。 89年还到意大利卡拉布里亚大学参与欧共体ESPRIT信息系统建模工作。我走访了卡拉布里亚不远处的那不勒斯的乔尔丹诺·布鲁诺的家乡,还有伽利略的故土,特别是拜访了波兰华沙城外哥白尼的故乡,获赠的哥白尼铜质小胸章是我的心爱之物。 90年-91年前往美国学习了IBM-CIM体系结构,91年6月4日回国参与了863计划项目:递阶系统结构研究。进一步研究和发展了CIMS—HOSA体系结构。 二、自己选择 1995年参加第八届中华全国青年联合会第一次全会,在科学界别组,与同组成员陈章良、冯长根、李建宝、陈肇雄等一起活动挺有意思。他们现在都是部级领导。我忘了是1995年还是2000年,我和谭铁牛等三人代表科学组向国内媒体答记者问,铁牛是我湖南老乡,铁牛侃侃而谈,现在铁牛是中科院副院长。还记得胡锦涛同志在一个小会议厅给坐着的我们百十来人的党外人士,站着给我们上了近2小时的一课:为中华民族的伟大复兴而努力奋斗。 我当时查阅了国内外大量数据,发现我国对教育和科研的投入明显偏低。因此,我的提案是国家应该加强对教育科研的投入。我们科学组与科技部朱丽兰部长直接对话,除了希望国家加大对教育和科研投入,还有与老同志和团队关系,我亲自与朱丽兰部长的直接对话是如何充分利用科研条件,提高投入产出,我的承诺是尽力用最少的钱,办最大的事。 从此,我践行我的承诺,告别官科,不用国家的钱,研究世界上最大的课题。宇宙结构模型—-世界的本质及其客观规律。这个问题,还真是很有意思。 根据钱学森先生开创的系统学理论,我认识到宇宙是一个统一的复杂巨系统。我有幸于1997年1月6—9日作为极少数青年科学家代表之一(4-5名)全程参加了第68次香山科学会议学术讨论,宋健院士作了题为“对系统科学的挑战”的综述报告,并与戴汝为院士、宋健院士讨论交谈关于复杂巨系统的动力学问题,或开放的复杂巨系统问题。我不但参加了此次中国控制学界最高级别的会议,我还被会议主持人戴汝为院士指定收集整理会议报告人的书面报告。因此,我与与会的十多位院士和部级领导人有过工作交流,会后收集整理,将一袋报告资料提交给了大会组织者。我还参加了由钱学森倡导发 起的中国思维科学学会的筹办工作,以及科学思维理论研究探讨。 但没想到的是,我自己选择的对宇宙自然系统的研究,落入了被主流所认定的民科的范畴。 三、回归本行 从第二阶段到现在,也已经20多年了。我已经有所收获。因为,我非常幸运地认识了美籍华裔科学家龚天任博士,我们的学术探索结成了同门情谊。从而,我终于认识了、理解了、明白了这个宇宙。我可以高兴地说:“你太美了”。 从此,我可以不做民科了。我回归我的本行,大学教师。教课,带学生,做做机器人科研与科技活动,与年轻人一起做、一起玩高科技的玩具。 业余还将写写小博客,讲讲科学道理,辅导帮助年轻人成长,是我下一个阶段的任务。 科技评论文章,本人往往会作一小诗加以总结,可能是借用章回小说的做法,也是多年上课的心得体会。尽量简洁凝练,口韵顺口溜,自由兼打油,古风加格律,严肃与戏虐 ,承上并启下,总结出特色,或让行家见笑,但望形成自己的风格: 我本学子出蓝青,精英同聚一家亲,宇宙创生仍未老,人生大道自由行。 本来最后一句可以是:人间正道已看清。一个同音韵到底。但表达个人观点,还是个人一点好,自由一点好。 公元2016年3月

旧闻:中国学者汪一平李小坚团队在微积分方程中取得从0到1的突破

2021-03-12

中国学者汪一平李小坚团队在微积分方程中取得从0到1的突破

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中国学者汪一平、李小坚团队分别由浙江省衢州市老科协和北京北方工业大学联合组成的数学研究团队。创新性提出一种以概率、拓扑、中心零点为核心的以圆函数为底的对数,可以在许多科学领域,进行[从0到1]的算术化分析,称圓对数。这是基础数学的重大突破。

一、“一元 N 次(高阶次)方程”根式的整数解

数百年来,各种函数都可以写成的“一元 N 次(高阶次)方程”。如何求解?

一元一次方程、一元二次方程早在二千多年前中国的《九章算经》就已经提出。16世纪数学家韋达、阿卡丹、格雷戈里等找到一元三次方程、一元四次方程。人们期望下一个挑战应该是一元五次方程。1665年牛顿已经发现二项式展开,研究的方向从牛顿-莱布尼茨(Newten-Leibniz )分别创造了微积分单变量“无穷小比值”的微积分概念。

1732年数学家欧拉对于如何寻找大于五次高阶次微积分多项式方程,提出了一个称欧拉积公式。要求根与多项式系数联系的算术化解法。数学家们从探索多项式方程的根式解过程中,发现微积分已经可以与代数-几何连接起来,前赴后继研究,无果。1824年阿贝尔-拉菲尼茨定理认为五次方程不可能有代数解。以致多项式研究被暂时仃顿下来。

19世纪20年代柯西以更加严谨化的方式建立微积分形式,微积分被称为“逻辑运算”或“概率运算”。微积分成为工程系统的计算工具。

1831年伽罗华提出了“集合论”的离散型计算,攻克一元五次方程问题。1843年法国数学家约瑟夫·刘维尔公布,认为这个计算还不是真正意义的一元五次方程。

1872年克莱因(Felix Klein)的爱尔朗根纲领(Erlangen Program)展示了群对称在几何中的作用,数学界进一步发现代数、几何与算术、矩阵、群、簇分别结合,广泛应用到工作中,它们可能具有相同的变化规则。

数学家们在发现微积分缺陷,除了补充改进,仍然有一部分人继续探索任意阶次微积分方程,试图建立能够处理一般的五次方程和高阶微积分方程,解题的要求:采用数学的“算术化”方法,即计算方法仅限于算术的加减乘除乘方开方六种,其实质是探索数学分析的算术化。至今没有获得满意的进展。

该团队公开的实例有:一元6次/7次/11次和附例一元2次/3次/4次/5次微积分方程进行[0到1]计算的完整解题。新的微积分方程成为“没有导数的函数”具有中学数学和代数知识的任何人都可以验证、计算。

二、微积分方程的改革

数学无所不到,人类对未知变量苦苦不舍的追索。不断发现传统微积分单变量-极限概念,不适应微积分多变量群组合-中心零点概念。改革微积分理论成为当代世界热门课题。

迄今为止所有的微积分改革理论,“破”找不到根源,不能彻底,“立”找不到方向,没有根据。都没有取得突破性进展。

关键点在于:改革传统微积分无穷小变量之比的极限迫近方法,成为微积分无穷大群组合之比的精确方法。微积分改革最重要的贡献之一:彻底解决几百年来传统微积分一直没有整明白的不稳定性“奇异性对称极限零点”为明确的稳定性“奇异性相对对称精确中心零点”,以及平行与串行整合一体计算的系列问题。

从数学发展史上来看,17世纪60年代牛顿总结了“二项式”之后,世界数学没有继续发挥多项式的优势,偏离了方向建立传统微积分,以及延伸的各种函数与算法,使得数学计算由简单到越来越复杂,曾经的传统微积分发展带动了科学,科学的进步又赋予数学新内容。圓对数算法又从复杂回复到简单。“二项式”的发展确是走了一段必要的弯路。现在是时候了,应该正本清源、拨乱反正,还世界数学一个更深刻的简单。特别是高阶与低阶微积分方程的联系有了行之有效的处理后,可以在科学领域里赋予更广泛应用。

由于传统微积分的先天性缺陷与科学迅速发展的今天产生了尖锐冲突,或者说数学研究扯了科学的后腿。人们往往把微积分的改革与计算机芯片架构联系在一起。这二个内容进步与工程应用的结合程度成为体现一个国家的综合实力的标准,国际上竞争非常激烈。

进一步说,基于圓对数对于微积分的改造表现在:数学上把离散型微积分计算与纠缠型微积分的各种算法整合为一个整体;计算机理论上把二个模式识别图谱与神经网络图谱整合为一个整体;物理上把连续的宏观引力理论与离散的微观量子理论整合为一个整体。

在微积分改革上中国与其它国家都是站在同一起跑线上。汪一平、李小坚团队率先在在微积分方程中取得“从0到1”的突破,走在了世界数学基础改革的前列。

三、朗兰兹(Langlands)系列猜想

数学家们的眼光转向“数学基础”的根本问题研究,分别出现了形式主义、逻辑主义、直观主义、集合论等四大数学学派纷争的局面。重新认识了当前数学基础的不牢固性,如何改革微积分,实现数学[0到1]的大统一,以满足科学发展的需要。

1902年勒贝格(Lanbesgue,Henri)引入群集合概念,提出“勒贝格测度”,启动了微积分一个新革命,把黎曼积分的变量改成为微小的子区域为群集合剖析,微积分计算又回归到长度与面积的概率。

迄今最大的数学成果是:解决离散型群组合对称性的多项式方程统计计算,广泛用于大数据计算机。但是在面对纠缠型任意高阶微积分方程求解,特别是对于现实大量存在的“对称与不对称性、均匀与不均匀性、连续与离散、收敛与扩散”的,以及实变函数、复变函数、泛函分析,其它种种函数,包括人工智能、神经网络,以及无监督学习等,除了“误差逼近分析”,还没有找到好的算法。

1967年朗兰兹(Langlands)以一系列猜想形式提出,期望出现一种简单的公式,把各种不同的算法统一起来,在[0,1]封闭区域里进行算术化解析,称“朗兰兹纲领”,朗兰兹纲领具有广阔的现实应用前景和非凡的历史意义,成为当前各个国家研究机构和数学家的热点课题。

汪一平、李小坚团队,成功地进行微积分改革。微积分改革的亮点是:任意高阶微积分多变量的数学模型,都可以采用无关数学模型统一在[0到1]算术化精确解析。满足了“朗兰兹纲领”——实现代数-几何-数论-群理论以及各个学派的算法的统一性。

四、智能计算与模式识别应用

近年来科学计算发展的一个重要特征是进行数值模拟和动态显示。如模拟没有重力的宇宙空间、天体运动、核聚变的等离子、酶的活性、人体器官和骨髂、大气环流、模仿脑神经思维能力等等,向数据与机理融合的建模与计算发展。几乎所有学科许多重要问题常常涉及“质量-时空”多区域、多层次、多尺度上发生的,具有高度的各向异性、不对称性、非均匀性,它们相互藕合、相互制约、相互转换的现象,都联系到微积分方程这个重要的计算工具的改革与应用,一直成为当代数学前沿研究课题。

当前,最为现实、最迫切的是各个国家都在努力改进算法、制造高算力新颖的万能计算机。试图实现应用物理机械替代或模仿人的大脑思维的人工智能,扩大人类拓展与协调自然的能力。

其实半导体的设计、制造技术早已有图灵机出现,如今做的工作都是1到10、到100,许多国家试图制造新一代计算机的三维1000计算模型,可是芯片工艺、材料、算法不容易跟不上,困难较大。

中国2018年3月科技部王刚在人大会议上说“这个[0到1]目前还是短板,国家正组织力量攻关”。2021年3月郝跃在人大会议上发言《努力实现更多“从0到1”的突破》,引起巨大反响。

20世纪初汪一平创新性提出了重整微积分概念:证明“概率-拓扑-中心零点”的互逆性相对对称的圓对数,称“三个幺(0,1)规范不变性”;提出以时间序列控制特征模和圓对数的高维与三维时空的“同心圆”进行树状环境组合展开。圓对数公式简洁、优美、实用。

计算机如何做到{0,1}之间的计算?突破点除了材料、工艺、资金、人才外,反映为芯片制造。芯片制造的核心涉及到“算法—微积分理论”。圓对数是在无关数学模型的、封闭的圓对数,进行{0,1}区间算术化分析求解。

目前,该团队研究的圓对数算法,有“任意高维微积分方程”和“模式识别图谱算法的无标签认知模型”,率先突破[0到1]的算术化分析。反映了圓对数具有强大算力、高效分析与精确认知。有望成为新一代的神经网络 (CRRT-AI)的数学基础和研究方向。

特别的,圓对数证明了时间序列控制着高维与低维关系,进入三维空间的{0,1}涡旋多维时空,称大自然基石三迭代、三元组生存元、树状三层次叠合,极大地提高算力和简化程序。

这样一来,重整的微积分通过圓对数算法,可以整合当代出现的拓扑-概率-中心零点等函数,以及平衡、转换、极值为一体;证明了微积分特征模和圓对数的相关定义和定理;把“实无穷与潜无穷”融合成为一体;整合了低维与高维、串行与平行、收敛与扩散、连续与离散、均匀与非均匀、对称与非对称等为一体,在封闭{0到1}区间进行算术化分析。解释了“超维空间捲缩在三维空间”,微积分只限“零阶、一阶、二阶对应物理的速度、加速度,动量、动能”的应用。这些数学成果都可以制作软件,具有软硬件简单、芯片架构简化、节省材料、提高工效、提高算力、节约成本优越性。。

五、“0到1”不是那么能轻易破解的

当前世纪性数学难题进入相互制约、相互依赖、相互交叉的局面,任何一个人想单挑独斗地破解某一个数学难题往往受到其他数学难题牵扯,是很难满意成功。

“0到1”看似简单,许多国家都在研究,要突破它们难关重重。有据可查汪一平从1982年5月投稿以来,数十年如一日悉心研究,破解一系列数学难题逐渐取得严谨性、完整性突破。其中破解的有:“欧拉积公式”、“互逆定理”、“阿贝尔-鲁菲尼不可能定理”、“P=NP完全问题”、“归一化问题”、“霍奇猜想”、“黎曼猜想”、“路径积分(时间序列)”;其它还有“费马大定理”、“贝尔不等式”、“庞加莱拓扑猜想”、“哥德巴赫猜想”等都有拓展与改进。公开发表工程应用的有“纠缠型规范场的没有质量的[0,1]计算”、“离散型流体力学没有空间的[0,1]计算”等。成功地整合了连续与离散、均匀与不均匀、对称与不对称为一体,转换为互逆性的相对对称性(有称奇异性相对对称)圓对数的[0到1]算术化展开。可见,突破“0到1”之路的艰辛。

最后,汪一平表示;当今世界正经历百年未有之大变局,新一轮科技革命和产业变革深入发展,面对我国“十四五”时期以及更长时期发展的迫切要求,作为科技工作者更加注重自主创新、守正创新,实现更多“从0到1”的突破。赢得未来发展新优势,从而让中国科技之光照亮复兴之路。

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注:一年多前的新闻报道今天已经成为旧闻,但还可以百度到六家媒体的报道。

中国学者汪一平李小坚团队在微积分方程中取得从0到1的突破

2021年3月12日 在微积分改革上中国与其它国家都是站在同一起跑线上。汪一平李小坚团队率先在在微积分方程中取得从0到1的突破,走在了世界数学基础改革的前列。 三、朗兰…

中国学者汪一平李小坚团队在微积分方程中取得从0到1的突破

2021年3月15日 中国学者汪一平李小坚团队在微积分方程中取得从0到1的突破 中国学者汪一平、李小坚团队分别由浙江省衢州市老科协和北京北方工业大学联合组成的数学研究团队。…

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2021年3月12日 在微积分改革上中国与其它国家都是站在同一起跑线上。汪一平李小坚团队率先在在微积分方程中取得从0到1的突破,走在了世界数学基础改革的前列。 三、朗兰…

中国学者汪一平李小坚团队在微积分方程中取得从0到1的突破

2021年3月12日 在微积分改革上中国与其它国家都是站在同一起跑线上。汪一平李小坚团队率先在在微积分方程中取得从0到1的突破,走在了世界数学基础改革的前列。 三、朗兰…

喜讯!中国专家汪一平团队 在数学基础理论取得重大突破

李小坚

2022年8月9-11日,我参加一个研讨会,会议主题:2022年前沿科学:《基础数理圆对数》成都讨论会,我做《数理基础难题:连续统假设CH与圆对数的融合》报告。大会得到多家媒体关注:

7.  喜讯!中国专家汪一平团队 在数学基础理论取得重大突破 https://baijiahao.baidu.com/s?id=1741187103416237461&wfr=spider&for=pc&searchword=%E6%B1%AA%E4%B8%80%E5%B9%B3%20%E6%9D%8E%E5%B0%8F%E5%9D%9A%20%E6%95%B0%E5%AD%A6

开展学科发展战略研究、研判学科未来发展,已成为世界各国提高自主创新和实现跨越发展的一项重要基础工作。在2022年8月9日至10日成都四川西南交通大学举办的2022前沿科学《数理基础圆对数》成都学术讨论会上,中国专家团队汪一平、何华灿、李小坚、苟华健等在数学基础理论、思想方面的突破,实现东西文化科学大融合,有望解决当今世界众多数学与科学难题。数学讨论会以汪一平提出的圆对数理论为核心,多学科、多课题的融合与展开。
西北工业大学何华灿教授强调,学科发展必须采用新的科学范式。何教授在《大一统:学科理论的使命和归宿》报告中指出:每个大的学科都会出现试图统揽学科一切规律的研究冲动,希望建立大统一理论体系,用统一的理论和方法描述和解决本学科中各种问题。

传统科学理论采用的都是在决定论科学观和还原论方法论的基础上进行的公理化理论体系研究,这种传统的科学范式只能研究受确定不变的规律控制的、各向同性的简单机械系统,而学科发展越来越深入细致,而整体学科越来越庞杂。这些大统一学科理论采用的都是在决定论科学观和还原论方法论,在此基础上进行的公理化理论体系研究必然是分离的、固化的碎片化的理论。

大统一学科整体理论实际面临的对象应该属于开放的复杂性巨系统,单纯采用形式逻辑公理系统建立起来的西方科学的整体学科基础并不牢靠,无法建立自圆其说的理论,最终都走向迷茫与危机的境地。究其根本原因是传统科学范式忽略了复杂性系统中客观存在的涌现效应和演化发展过程,认为系统整体的功能等于各个子系统的功能之和,根本无法包容从量变到质变所引起的矛盾属性,无法容忍辩证逻辑的介入,这是学科研究的科学老范式不适应时代发展遇到的问题。

探讨什么是真正的科学?什么是真正的逻辑?这是进入复杂性科学时代必须正本清源的重大哲学问题。

科学是一种严谨的假设,它试图最大限度地解释已知的经验事实,而自身不存在逻辑矛盾。存在两种科学范式:确定论科学范式,演化论科学范式。

逻辑是一种思维法制或者信息转换规则。存在两种逻辑范式:形式逻辑范式,辩证逻辑范式。

现在的大学科发展到了必须变革的时候了。现在学科发展有必要全面贯彻演化论科学观和整体辩证方法论,必须充分认识辩证逻辑的兼容性,扫除的形式逻辑固化的认识障碍,刻不容缓!
北方工业大学李小坚教授强调要创建整体融合的数理科学体系,并做《数理基础难题:连续统假设CH与圆对数的融合》报告。

李小坚认为:当代数学各个学派和分支的发展遇到了瓶颈,几乎所有的数学问题都可以追索到对自然数与实数的基本认识。连续统假设CH也就是可数无穷集合与不可数无穷集合的大小如何判定。如何从这个基本数学问题出发,发展创新理论的底层辩证逻辑的拓展融合,解决一系列世纪性数学难题?

1967年朗兰兹纲领提出要把代数、几何、算术(数论)、群理论,用一个简单的方式沟通融合数学各个核心分支,紧密联系起来成为数学中的大统一理论。

从数学史角度来说,认识有理数与无理数出现第一次危机;微积分的理论基础与极限问题出现数学第二次危机;连续统与ZFC公理化集合悖论——第三次数学危机;如何彻底解决数学大学科整体的融合——第四次数学危机。

基础数学的核心问题是:数学基础中是否存在一个满足朗兰兹纲领的数学结构——具有更强大的无穷构造集,能够实现完备性与相容性融合的新机制。

以中国学者汪一平、何华灿、李小坚、苟华健为代表的专家团队在世界数学发展史的基础上,原创性提出解决上述基础数学核心问题的圆对数理论,证明与连续统建设CH相融合,努力与各种学派、各种算法融合,实现哲学-数学的大一统。

圆对数理论按照布尔巴基的结构分析,具有以下三个基本结构:

(1)、群代数结构 : {X0i}=[∑(1/C(Z±S±a))K{∏(x1x2…xa…)+…}]K(Z)/t;

(2)、集合幂函数基升序结构、降序结构:K(Z)/t;(K=+1,±0±1,-1),幂函数(超穷基数)的性质属性 :K(Z±S±2ω±=a≥2);

(3)、圆对数拓扑结构:(1-η2)K={0或[0到(1/2)到1]或1}K(Z)/t 。满足跳跃过渡的完备性与连续过渡的相容性融合。

圆对数理论实现用开放的多项式圆幂函数集的方法来构造连续统。这样一来,“无穷集”为多项式无限程序展开,反映“乘与除”的互逆性功能;反映“加与减”的互逆性功能,反映“乘与加”的互逆性的线性与非线性组合形式。圆对数理论结构将连续函数曲线用一段一段的多项式圆片段替代;离散点也是用一段一段的多项式圆片段替代,圆对数理论就是这样把离散与连续都统一起来,满足“离散与连续的相容性”。

李小坚说:何华灿教授提出的统一数学学科应引入数学量子的概念,达到无穷小是0又不是0的辩证统一、连续和离散的辩证统一、标准分析和非标准分析的辩证统一。并且,提出可以构建有理数和实数统一的无穷数表述。完整的自然数集合、实数集合都是自我完成了的“实无穷闭集”,它们的基数都是同一个潜无穷大(此外永无)。这个证明比2017年西方数学证明早很多年。

同样,构建了圆对数连续统问题:实数集R的基数2ω等于ω1到底和哪个超穷基数等势呢?圆对数幂集以超穷基数(ωn)具有(2ωn)=(2ωn+1)+(2ωn-1)的相对对称性,可证明圆对数连续统假设与康托连续统假设同构。这种趋同性说明,圆对数理论是新颖、独立、强大功能的数学基础创新,从而可以建立以简单公式满足大一统的整体数学系统。
中国学者汪一平研究员首先提出“圆对数,一种无关数学模型,没有具体元素内容,在0到(1/2)到1之间的认知与解析”。以圆对数群代数结构、圆对数幂序结构、圆对数概率与拓扑组合结构,具有可判性、存在性、超穷基数对称性。实现了融合突破,有望成为一个数学基础融合工具。

汪一平在报告时指出:圆对数公理化假设“自身除自身不一定是1”概念,拓展了ZFC公理化假设“自身除自身不一定是1”概念.面临所有的基础数学理论能兼顾完备性与相容性吗?数学各学派是同构致的吗?数学理论是可判定的吗?数学函数(超穷基数、幂函数)有怎样的互逆性?他的结论是:圆对数CL(Circle Logarithm)与连续统CH(Continuum Hypothesis)的融合,能完美地以“中西融合方式”回答以上四个数学基础问题及解决。

通过圆对数同构性计算时间的一致,满足离散与连续、存在性与对称性等特征,各种函数表达都可以自洽融合为一体。圆对数结构回答了康托尔提出的连续统假设CH问题。找到了比无穷集功能更强大、更完整、更稳定、多功能的无穷构造集数学体系。表现了圆对数理论率先解决当前国内外都在努力探索的一系列基础数学难题。

汪一平还强调圆对数理论的强大性、神奇性,几乎可以一揽子解决许多一系列世纪性数学函数问题,并简要介绍了圆对数破解一系列世纪性数学难题的思路(上述文章在国内外期刊有刊登),其中有:连续统假设、霍奇猜想、庞加莱猜想、黎曼猜想、P=NP问题、BSD猜想、规范场、NS方程、互逆定理、费马猜想、四色猜想、哥德巴赫猜想、宇宙演变(10多个)的数学证明等重要问题的解决思路。

 圆对数的亮点:

(1)、创建性提出新颖独立的数学理论体系——圆对数,建立概率统计——拓扑算法——中心零点控制——存算一体的新颖数学模型。

(2)、创建性改革传统微积分方程为圆对数层次的动态控制方程,取消了极限、导数、微积分符号,转换为圆对数解析。

(3)、创建性改革传统模式识别“界面/椭圆模式”为正圆模式层次的动态控制方程,进行不对称性的信息传输,成为强大功能的人工智能正圆模式操作系统模型。

汪一平最后说,圆对数破解数学难题是一个方面;更重要的是建立与验证圆对数,作为一种新的数学理论体系能否成立?还期望在实际应用中解决人工智能、统计等工程技术科学难题。圆对数理论是否可以发展成为融合统一数学大学科的统一理论,还有待检验,有待完善,有待达成更广泛的共识。欢迎有关专家、学者加入,共同探索。
大会组织承办负责人中铁自动化系统研究所所长苟华建研究员特别邀请中国著名数学家四川西南交通大学高隆昌教授参会演讲《系统学原理的发展》,并给予了圆对数理论大力支持与高度评价。还特别邀请到会的有结构数学、动态图码、融智学、大数据融合专家合作研究圆对数理论应用。参会者还有其他大专院校教师、专家、研究生、大学学生参加了这次圆对数线上线下的交流。

在会上,苟华建研究员提出“华德脑”思想范畴和高科技路径,提出“揭宇宙之至理,轨万有之一行。法自然之道器,统科学之量纲。”是中国元宇宙观,是人类科学文化主题方向,也是举办本次会议的先进科学文化意义所在。

与会专家们还指出“科学认知突破,首先是思维方式和基础数理的突破。”实现在人工智能第一原理的突破,人类将进入物理机械(图灵机、计算机)统计与思维合一的数据库、存与算一体化、超级计算机与通用人工智能发展时期。人工智能从感知智能向认知智能演进、人机协同混合智能提升系统自主性、推动 AI 与无人系统加速融合,机器学习与机器人微型化方面,具有更广阔的前景和更多的发展机遇。以上工作反映了汪一平、何华灿、李小坚、苟华健等团队专家共同地自觉运用了矛盾论和辩证法思想这一特点,从“单变量到群组合变量”;从“量变到质变”;从的各个关键环节上有所突破,因此这样的大学科整体融合理论前途无量。

苟华建主持人谈到举办的这次会议,得到成都市政府有关部门支持,也引起许多专家学者重视,和一些高科技团队的关注,高度赞赏前沿基础科学的新理论、新思维和高新技术方法的开拓创新和突破。

会议上还有圆对数团队与政府有关部门就科研项目合作的可行性探讨,争取实现数学圆对数理论,在工程技术等领域的普适性应用。

展望未来,基础数学的圆对数理论有望取得实质性进步,世界数学将从传统的“数值分析”转型为以“位值分析”为主导,进入量子数-实数的圆对数可逆性运算与数字“数值-位值一体化”大融合时期。

西方国家常说:“物理的尽头是数学,数学的尽头是哲学,哲学的尽头是神学”。此话不能完全相信!我们更相信中国智慧!(完)

8. 华西新闻网   首页 

9.中国专家汪一平团队 在数学基础理论取得重大突破

科技世界网  2022-8-15

http://finance.twwtn.com/202208/166052895428807.html

 

另外,共有4-5个版本的报道,30余家媒体予以发布。其中一个版本汇总了一个版本,就有18家媒体:

1.中国战略新兴产业 喜讯!中国专家汪一平团队 在数学基础理论取得重大突破http://chinasei.com.cn/cyzx/202208/t20220815_48974.html
2.中华网 喜讯!中国专家汪一平团队 在数学基础理论取得重大突破 https://life.china.com/2022-08/15/content_146265.html
3.企业家日报 喜讯!中国专家汪一平团队 在数学基础理论取得重大突破https://www.zgceo.cn/index.php?m=home&c=View&a=index&aid=24859&admin_id=1
4.凤凰网宁波喜讯!中国专家汪一平团队 在数学基础理论取得重大突破 https://nb.ifeng.com/c/8IStLJVrTsH
5.融媒浙江喜讯!中国专家汪一平团队 在数学基础理论取得重大突破 http://www.fusionzj.com/html/xwdt/2022081614275066.html
6.中研网 喜讯!中国专家汪一平团队 在数学基础理论取得重大突破 https://finance.chinairn.com/News/2022/08/15/084137987.html
7.人民经济喜讯!中国专家汪一平团队 在数学基础理论取得重大突破 http://www.finance-peopie.com.cn/news/202208152753
8.中国高新科技喜讯!中国专家汪一平团队 在数学基础理论取得重大突破 http://www.zggxkjw.com/content-19-11615-1.html
9.科技时报喜讯!中国专家汪一平团队 在数学基础理论取得重大突破 http://www.sto.gd.cn/zixun/20220815/2967.html
10.科技世界喜讯!中国专家汪一平团队 在数学基础理论取得重大突破 http://finance.twwtn.com/202208/166052895428807.html
11.中国产业经济 喜讯!中国专家汪一平团队 在数学基础理论取得重大突破 http://www.chinecyjj.com/jingji/3556.html
12.百度 喜讯!中国专家汪一平团队 在数学基础理论取得重大突破 https://baijiahao.baidu.com/s?id=1741187103416237461&wfr=spider&for=pc
13.网易 喜讯!中国专家汪一平团队 在数学基础理论取得重大突破 https://www.163.com/dy/article/HEQB79D80552UUC5.html
14.东方财富喜讯!中国专家汪一平团队 在数学基础理论取得重大突破 https://caifuhao.eastmoney.com/news/20220815092755803316750
15.腾讯 喜讯!中国专家汪一平团队 在数学基础理论取得重大突破 https://new.qq.com/omn/20220201/20220815A0221K00?.html
16.新浪 喜讯!中国专家汪一平团队 在数学基础理论取得重大突破https://k.sina.com.cn/article_5395425339_14197a83b001017bwi.html?kdurlshow=1&wm=3049_0047&from=tech
17、中国城市新闻 喜讯!中国专家汪一平团队 在数学基础理论取得重大突破 http://www.asdpw.com/n10061.shtml

18、关注 图文话事

喜讯!中国专家汪一平团队 在数学基础理论取得重大突破

播报文章

2022-08-15 09:03湖北编辑

开展学科发展战略研究、研判学科未来发展,已成为世界各国提高自主创新和实现跨越发展的一项重要基础工作。在2022年8月9日至10日成都四川西南交通大学举办的2022前沿科学《数理基础圆对数》成都学术讨论会上,中国专家团队汪一平、何华灿、李小坚、苟华健等在数学基础理论、思想方面的突破,实现东西文化科学大融合,有望解决当今世界众多数学与科学难题。数学讨论会以汪一平提出的圆对数理论为核心,多学科、多课题的融合与展开。
西北工业大学何华灿教授强调,学科发展必须采用新的科学范式。何教授在《大一统:学科理论的使命和归宿》报告中指出:每个大的学科都会出现试图统揽学科一切规律的研究冲动,希望建立大统一理论体系,用统一的理论和方法描述和解决本学科中各种问题。

传统科学理论采用的都是在决定论科学观和还原论方法论的基础上进行的公理化理论体系研究,这种传统的科学范式只能研究受确定不变的规律控制的、各向同性的简单机械系统,而学科发展越来越深入细致,而整体学科越来越庞杂。这些大统一学科理论采用的都是在决定论科学观和还原论方法论,在此基础上进行的公理化理论体系研究必然是分离的、固化的碎片化的理论。

大统一学科整体理论实际面临的对象应该属于开放的复杂性巨系统,单纯采用形式逻辑公理系统建立起来的西方科学的整体学科基础并不牢靠,无法建立自圆其说的理论,最终都走向迷茫与危机的境地。究其根本原因是传统科学范式忽略了复杂性系统中客观存在的涌现效应和演化发展过程,认为系统整体的功能等于各个子系统的功能之和,根本无法包容从量变到质变所引起的矛盾属性,无法容忍辩证逻辑的介入,这是学科研究的科学老范式不适应时代发展遇到的问题。

探讨什么是真正的科学?什么是真正的逻辑?这是进入复杂性科学时代必须正本清源的重大哲学问题。

科学是一种严谨的假设,它试图最大限度地解释已知的经验事实,而自身不存在逻辑矛盾。存在两种科学范式:确定论科学范式,演化论科学范式。

逻辑是一种思维法制或者信息转换规则。存在两种逻辑范式:形式逻辑范式,辩证逻辑范式。

现在的大学科发展到了必须变革的时候了。现在学科发展有必要全面贯彻演化论科学观和整体辩证方法论,必须充分认识辩证逻辑的兼容性,扫除的形式逻辑固化的认识障碍,刻不容缓!
北方工业大学李小坚教授强调要创建整体融合的数理科学体系,并做《数理基础难题:连续统假设CH与圆对数的融合》报告。

李小坚认为:当代数学各个学派和分支的发展遇到了瓶颈,几乎所有的数学问题都可以追索到对自然数与实数的基本认识。连续统假设CH也就是可数无穷集合与不可数无穷集合的大小如何判定。如何从这个基本数学问题出发,发展创新理论的底层辩证逻辑的拓展融合,解决一系列世纪性数学难题?

1967年朗兰兹纲领提出要把代数、几何、算术(数论)、群理论,用一个简单的方式沟通融合数学各个核心分支,紧密联系起来成为数学中的大统一理论。

从数学史角度来说,认识有理数与无理数出现第一次危机;微积分的理论基础与极限问题出现数学第二次危机;连续统与ZFC公理化集合悖论——第三次数学危机;如何彻底解决数学大学科整体的融合——第四次数学危机。

基础数学的核心问题是:数学基础中是否存在一个满足朗兰兹纲领的数学结构——具有更强大的无穷构造集,能够实现完备性与相容性融合的新机制。

以中国学者汪一平、何华灿、李小坚、苟华健为代表的专家团队在世界数学发展史的基础上,原创性提出解决上述基础数学核心问题的圆对数理论,证明与连续统建设CH相融合,努力与各种学派、各种算法融合,实现哲学-数学的大一统。

圆对数理论按照布尔巴基的结构分析,具有以下三个基本结构:

(1)、群代数结构 : {X0i}=[∑(1/C(Z±S±a))K{∏(x1x2…xa…)+…}]K(Z)/t;

(2)、集合幂函数基升序结构、降序结构:K(Z)/t;(K=+1,±0±1,-1),幂函数(超穷基数)的性质属性 :K(Z±S±2ω±=a≥2);

(3)、圆对数拓扑结构:(1-η2)K={0或[0到(1/2)到1]或1}K(Z)/t 。满足跳跃过渡的完备性与连续过渡的相容性融合。

圆对数理论实现用开放的多项式圆幂函数集的方法来构造连续统。这样一来,“无穷集”为多项式无限程序展开,反映“乘与除”的互逆性功能;反映“加与减”的互逆性功能,反映“乘与加”的互逆性的线性与非线性组合形式。圆对数理论结构将连续函数曲线用一段一段的多项式圆片段替代;离散点也是用一段一段的多项式圆片段替代,圆对数理论就是这样把离散与连续都统一起来,满足“离散与连续的相容性”。

李小坚说:何华灿教授提出的统一数学学科应引入数学量子的概念,达到无穷小是0又不是0的辩证统一、连续和离散的辩证统一、标准分析和非标准分析的辩证统一。并且,提出可以构建有理数和实数统一的无穷数表述。完整的自然数集合、实数集合都是自我完成了的“实无穷闭集”,它们的基数都是同一个潜无穷大(此外永无)。这个证明比2017年西方数学证明早很多年。

同样,构建了圆对数连续统问题:实数集R的基数2ω等于ω1到底和哪个超穷基数等势呢?圆对数幂集以超穷基数(ωn)具有(2ωn)=(2ωn+1)+(2ωn-1)的相对对称性,可证明圆对数连续统假设与康托连续统假设同构。这种趋同性说明,圆对数理论是新颖、独立、强大功能的数学基础创新,从而可以建立以简单公式满足大一统的整体数学系统。
中国学者汪一平研究员首先提出“圆对数,一种无关数学模型,没有具体元素内容,在0到(1/2)到1之间的认知与解析”。以圆对数群代数结构、圆对数幂序结构、圆对数概率与拓扑组合结构,具有可判性、存在性、超穷基数对称性。实现了融合突破,有望成为一个数学基础融合工具。

汪一平在报告时指出:圆对数公理化假设“自身除自身不一定是1”概念,拓展了ZFC公理化假设“自身除自身不一定是1”概念.面临所有的基础数学理论能兼顾完备性与相容性吗?数学各学派是同构致的吗?数学理论是可判定的吗?数学函数(超穷基数、幂函数)有怎样的互逆性?他的结论是:圆对数CL(Circle Logarithm)与连续统CH(Continuum Hypothesis)的融合,能完美地以“中西融合方式”回答以上四个数学基础问题及解决。

通过圆对数同构性计算时间的一致,满足离散与连续、存在性与对称性等特征,各种函数表达都可以自洽融合为一体。圆对数结构回答了康托尔提出的连续统假设CH问题。找到了比无穷集功能更强大、更完整、更稳定、多功能的无穷构造集数学体系。表现了圆对数理论率先解决当前国内外都在努力探索的一系列基础数学难题。

汪一平还强调圆对数理论的强大性、神奇性,几乎可以一揽子解决许多一系列世纪性数学函数问题,并简要介绍了圆对数破解一系列世纪性数学难题的思路(上述文章在国内外期刊有刊登),其中有:连续统假设、霍奇猜想、庞加莱猜想、黎曼猜想、P=NP问题、BSD猜想、规范场、NS方程、互逆定理、费马猜想、四色猜想、哥德巴赫猜想、宇宙演变(10多个)的数学证明等重要问题的解决思路。

圆对数的亮点:

(1)、创建性提出新颖独立的数学理论体系——圆对数,建立概率统计——拓扑算法——中心零点控制——存算一体的新颖数学模型。

(2)、创建性改革传统微积分方程为圆对数层次的动态控制方程,取消了极限、导数、微积分符号,转换为圆对数解析。

(3)、创建性改革传统模式识别“界面/椭圆模式”为正圆模式层次的动态控制方程,进行不对称性的信息传输,成为强大功能的人工智能正圆模式操作系统模型。

汪一平最后说,圆对数破解数学难题是一个方面;更重要的是建立与验证圆对数,作为一种新的数学理论体系能否成立?还期望在实际应用中解决人工智能、统计等工程技术科学难题。圆对数理论是否可以发展成为融合统一数学大学科的统一理论,还有待检验,有待完善,有待达成更广泛的共识。欢迎有关专家、学者加入,共同探索。
大会组织承办负责人中铁自动化系统研究所所长苟华建研究员特别邀请中国著名数学家四川西南交通大学高隆昌教授参会演讲《系统学原理的发展》,并给予了圆对数理论大力支持与高度评价。还特别邀请到会的有结构数学、动态图码、融智学、大数据融合专家合作研究圆对数理论应用。参会者还有其他大专院校教师、专家、研究生、大学学生参加了这次圆对数线上线下的交流。

在会上,苟华建研究员提出“华德脑”思想范畴和高科技路径,提出“揭宇宙之至理,轨万有之一行。法自然之道器,统科学之量纲。”是中国元宇宙观,是人类科学文化主题方向,也是举办本次会议的先进科学文化意义所在。

与会专家们还指出“科学认知突破,首先是思维方式和基础数理的突破。”实现在人工智能第一原理的突破,人类将进入物理机械(图灵机、计算机)统计与思维合一的数据库、存与算一体化、超级计算机与通用人工智能发展时期。人工智能从感知智能向认知智能演进、人机协同混合智能提升系统自主性、推动 AI 与无人系统加速融合,机器学习与机器人微型化方面,具有更广阔的前景和更多的发展机遇。以上工作反映了汪一平、何华灿、李小坚、苟华健等团队专家共同地自觉运用了矛盾论和辩证法思想这一特点,从“单变量到群组合变量”;从“量变到质变”;从的各个关键环节上有所突破,因此这样的大学科整体融合理论前途无量。

苟华建主持人谈到举办的这次会议,得到成都市政府有关部门支持,也引起许多专家学者重视,和一些高科技团队的关注,高度赞赏前沿基础科学的新理论、新思维和高新技术方法的开拓创新和突破。

会议上还有圆对数团队与政府有关部门就科研项目合作的可行性探讨,争取实现数学圆对数理论,在工程技术等领域的普适性应用。

展望未来,基础数学的圆对数理论有望取得实质性进步,世界数学将从传统的“数值分析”转型为以“位值分析”为主导,进入量子数-实数的圆对数可逆性运算与数字“数值-位值一体化”大融合时期。

西方国家常说:“物理的尽头是数学,数学的尽头是哲学,哲学的尽头是神学”。此话不能完全相信!我们更相信中国智慧!(完)

中国专家团队在数学基础理论方面的发展创新

李小坚

2022年8月9-11日,我参加一个研讨会,会议主题:2022年前沿科学:《基础数理圆对数》成都讨论会。获得多家媒体关注:

  1.  腾讯网

    1.中国专家团队前沿科学0 1基础数理与技术攻坚的继承创新

    https://new.qq.com/omn/20220813/20220813A080Q000?refer.html=

    2.中国专家团队前沿科学0 1基础数理与技术攻坚的继承创新

    发布时间:2022-08-15 09:09   来源: 成都新闻网  Tag:     
  2. 成都新闻网 http://www.028news.net/shehuizixun/379979.html

3.中国专家团队前沿科学0 1基础数理与技术攻坚的继承创新

2022-08-13 16:09 来源:中国四川网 编辑:风中的自由

四川新闻 http://cnsichuan.cn/xw/2022/0813/0Q3152022.html

 

4.中国专家团队前沿科学0 1基础数理与技术攻坚的继承创新

https://page.om.qq.com/page/OAvY33WK4LsWyE3reif5FKdw0?ADTAG=tgi.wx.share.message

 

5.中国专家团队在数学基础理论方面重大突破,有望解决当今世界众多数学与科学难题

https://mp.weixin.qq.com/s/oZ00BdwShMe3_XjzIMp1Xw

6. 全国《园对数连续统假设》研讨会 https://www.meipian3.cn/4c4kv8ly?ul=meipian%3A%2F%2Farticle%2Fdetail%3Fmask_id%3D4c4kv8ly%26source%3Dm.baidu.com&um_tc=4b7462bbde7c79701d249fdc76654f73

主要内容:

202289日至11日在成都四川西南交通大学举办的2022前沿科学《数理基础圆对数》学术讨论会上获悉,研讨会内容以汪一平提出的圆对数理论为核心,多学科、多课题展开。中国专家团队汪一平、何华灿、李小坚等专家在数学基础理论、思想方面的突破,实现东西文化科学大融合,有望解决当今世界众多数学与科学难题。
西北工业大学何华灿教授强调,学科发展必须采用新的科学范式。何教授在《大一统:学科理论的使命和归宿》报告中指出:每个大的学科都会出现试图统揽学科一切规律的研究冲动,希望建立大统一理论体系,用统一的理论和方法描述和解决本学科中各种问题。
传统科学理论采用的都是在决定论科学观和还原论方法论的基础上进行的公理化理论体系研究,这种传统的科学范式只能研究受确定不变的规律控制的、各向同性的简单机械系统,而学科发展越来越深入细致,而整体学科越来越庞杂。这些大统一学科理论采用的都是在决定论科学观和还原论方法论,在此基础上进行的公理化理论体系研究必然是分离的、固化的碎片化的理论。
大统一学科整体理论实际面临的对象应该属于开放的复杂性巨系统,单纯采用形式逻辑公理系统建立起来的西方科学的整体学科基础并不牢靠,无法建立自圆其说的理论,最终都走向迷茫与危机的境地。究其根本原因是传统科学范式忽略了复杂性系统中客观存在的涌现效应和演化发展过程,认为系统整体的功能等于各个子系统的功能之和,根本无法包容从量变到质变所引起的矛盾属性,无法容忍辩证逻辑的介入,这是学科研究的科学新范式不适应时代发展遇到的问题。 
探讨什么是真正的科学?什么是真正的逻辑?这是进入复杂性科学时代必须正本清源的重大哲学问题。
科学是一种严谨的假设,它试图最大限度地解释已知的经验事实,而自身不存在逻辑矛盾。存在两种科学范式:确定论科学范式,演化论科学范式。
逻辑是一种思维法制或者信息转换规则。存在两种逻辑范式:形式逻辑范式,辩证逻辑范式。
现在的大学科发展到了必须变革的时候了。现在学科发展有必要全面贯彻演化论科学观和整体辩证方法论,必须充分认识辩证逻辑的兼容性,扫除的形式逻辑固化的认识障碍,刻不容缓!
北方工业大学李小坚教授强调要创建整体融合的数理科学体系,并做《数理基础难题:连续统假设CH与圆对数的融合》报告。
李教授认为:当代数学各个学派和分支的发展遇到了瓶颈,几乎所有的数学问题都可以追索到对自然数与实数的基本认识。连续统假设CH也就是可数无穷集合与不可数无穷集合的大小如何判定。如何从这个基本数学问题出发,发展创新理论的底层辩证逻辑的拓展融合,解决一系列世纪性数学难题?
1967年朗兰兹纲领提出要把代数、几何、算术(数论)、群理论,用一个简单的方式沟通融合数学各个核心分支,紧密联系起来成为数学中的大统一理论。
从数学史角度来说,认识有理数与无理数出现第一次危机;微积分的理论基础与极限问题出现数学第二次危机;连续统与ZFC公理化集合悖论——第三次数学危机;如何彻底解决数学大学科整体的融合——第四次数学危机。
基础数学的核心问题是:数学基础中是否存在一个满足朗兰兹纲领的数学结构——具有更强大的无穷构造集,能够实现完备性与相容性融合的新机制。
以中国学者汪一平、李小坚为首的专家团队在世界数学发展史的基础上,原创性提出解决上述基础数学核心问题的圆对数理论,并与连续统假设CH相融合。
圆对数理论按照布尔巴基的结构分析,具有以下三个基本结构:
1)  群代数结构 :  {X0i}=[(1/C(Z±S±a)){(x1x2xa)+}] 2)集合幂函数基升序结构、降序结构:K(Z)/t(K=+1,±0±1-1),幂函数(超穷基数)的性质属性 :K(Z±S±2ω±ℵ=a2); 3)圆对数拓扑结构:   (1- η2)K(Z)/t 
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圆对数理论实现用开放的多项式圆幂函数集的方法来构造连续统。这样一来,“无穷集”为多项式无限程序展开,反映乘与除的功能;反映加与减的功能,存在“乘与加”的互逆性非线性组合形式。圆对数理论结构将连续函数曲线用一段一段的多项式圆片段逼近,离散点也是用一段一段的多项式圆片段逼近,圆对数理论就是这样把离散与连续都统一起来,满足“离散与连续的相容性”。
通过圆对数同构性计算时间的一致,满足离散与连续、存在性与对称性等特征,各种函数表达融合为一体的自洽融合。圆对数结构回答了康托尔提出的连续统假设CH问题。我们找到比无穷集功能更强大、更完整、更稳定、多功能的无穷构造集融合性的数学体系。表现了圆对数理论率先解决当前国内外都在努力探索的基础数学难题。
李小坚教授说:何华灿教授提出的统一数学学科应引入数学量子的概念,达到无穷小是0又不是0的辩证统一、连续和离散的辩证统一、标准分析和非标准分析的辩证统一。并且,提出可以构建有理数和实数统一的无穷数表述。完整的自然数集合、实数集合都是自我完成了的“实无穷闭集”,它们的基数都是同一个潜无穷大(此外永无)。这个证明比2017年西方数学证明早很多年。同样,汪一平和李小坚构建了圆对数连续统问题:实数集R的基数2ω等于ω1到底和哪个超穷基数等势呢?圆对数幂集的超穷基数ωn具有2ωn=2ωn+1+2ωn-1的相对对称性,可证明圆对数连续统假设与康托连续统假设同构。这种趋同性说明,圆对数理论是新颖、独立、强大功能的数学基础创新,从而可以建立大一统的整体数学系统。
中国学者汪一平先生首先提出“圆对数,一种无关数学模型在0到1之间求解”,以圆对数群代数结构、圆对数幂序结构、圆对数拓扑结构组合,实现了融合突破,有望成为一个数学基础融合工具。圆对数公理化假设“自身除自身不一定是1”概念,可证明圆对数假设与及连续统假设是同构的问题。圆对数具有可判性、存在性、超穷基数对称性,组成比无穷集功能更强大、更完整的具体构造集,成为新颖数学结构的理论体系。
汪一平在报告时指出:所有的基础数学理论能兼顾完备性与相容性吗?数学各学派是同构⼀致的吗?数学理论是可判定的吗?数学函数(超穷基数、幂函数)有怎样的互逆性?他的结论是:圆对数理论与连续统的融合,能实现以上四个问题的解决。
汪一平还强调圆对数理论可以一揽子解决许多一系列世纪性数学难题,并介绍了圆对数破解一系列世纪性数学难题的思路,包括:连续统假设、霍奇猜想、庞加莱猜想、黎曼猜想、P/NP问题、BSD猜想、规范场、NS方程、互逆定理、费马猜想、四色猜想、哥德巴赫猜想、宇宙演变的数学证明等重要问题的解决之路。
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汪一平说,圆对数破解数学难题是一个方面,更重要的是验证圆对数作为一种新的数学理论体系,还有望在实际应用中解决人工智能、统计等具有连续性随机性的科学难题,颠覆性建立新颖概率统计——拓扑算法——中心零点控制——存算一体的新颖人工智能数据库,颠覆性创建强大功能的人工智能正圆模式操作系统模型。
圆对数理论是否可以发展成为融合统一数学大学科的统一理论,还有待检验,有待完善,有待达成更广泛的共识。
大会组织承办负责人中铁自动化系统研究所所长苟华建先生特别邀请中国著名数学家四川西南交通大学高隆昌教授参会演讲《系统学原理的发展》,并给予了圆对数理论大力支持与高度评价。还特别邀请到会的有结构数学、动态图码、融智学、大数据融合专家合作研究圆对数理论应用。参会者还有其他大专院校教师、专家、研究生、大学学生参加了这次圆对数线上线下的交流。
在会上,苟华建老师提出“华德脑”思想范畴和高科技路径,提出“揭宇宙之至理,轨万有之一行。法自然之道器,统科学之量纲。”是中国元宇宙观,是人类科学文化主题方向,也是举办本次会议的先进科学文化意义所在。
与会专家们还指出“科学认知突破,首先是思维方式和基础数理的突破。”展望未来,基础数学取得实质性进步后,世界数学将进入量子数、全体实数的圆对数可逆性运算与数字“数值位值一体化”大融合时期。实现在人工智能第一原理的突破,人类将进入物理机械(图灵机、计算机)统计与思维合一的数据库、存与算一体化、超级计算机与通用人工智能发展时期。
人工智能从感知智能向认知智能演进、人机协同混合智能提升系统自主性、推动 AI 与无人系统加速融合,机器学习与机器人微型化方面,具有更为广阔的前景和更多的发展机遇。

以上工作反映了汪一平、何华灿、李小坚等专家共同地自觉运用了矛盾论和辩证法思想这一特点,从量变到质变的各个关键环节上有所突破,因此这样的大学科整体融合理论前途无量。

苟华建老师谈到举办的这次会议,得到成都市政府有关部门支持,也引起许多专家学者重视,和一些高科技团队的关注,高度赞赏前沿基础科学的新理论、新思维和高新技术方法的开拓创新和突破。

“物理的尽头是数学,数学的尽头是哲学,哲学的尽头是神学”此话,不能完全相信!我们更相信中国智慧!

                                                                                                                                                                          END

转: 宇宙起源将被改写,诺奖得主彭罗斯:宇宙在循环,已找到证据

评:诺奖得主彭罗斯也只是重复龚学理论四十年前的结论:循环宇宙

原文:

宇宙起源将被改写,诺奖得主彭罗斯:宇宙在循环,已找到证据

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你好科普菌

2022/08/03 16:54

人类总是在思考的三个哲学问题,我是谁,我来自哪里,我又将去向何方?带着这三个问题,人类将自己居住的地球翻了个底朝天,通过各种生物化石以及历史遗迹整理出来了人类的演化过程。

人类起源

不过就是因为人类有着聪慧的大脑,善于思考,研究完了自己,又将我们的目光转向了浩瀚的宇宙,不仅要弄清楚地球是怎么形成的,还要了解宇宙的起源。

宇宙大爆炸

现在科学界的主流思想认为宇宙是源于一次大爆炸。不过这个理论的形成和接受也是有一个漫长的过程的。作为推动这个理论的鼻祖就是著名的科学家爱因斯坦了。在他没有提出广义相对论之前,科学界对于宇宙的来源众说纷纭,但都没有一些实际的数据或者证据进行支撑。

宇宙物质

而广义相对论中就提出了一个引力场方程,基于这个方程,科学家们可以通过数学的方式来计算并且推断出宇宙的起源以及未来的状态。勒梅特就此推断出了宇宙是从一个很小的点膨胀开来的,这就是最早的原生原子说。在这个基础上,哈勃又通过不断地观测,发现了宇宙红移现象,也就是宇宙中的星系都在不断地向外远离,并且越往外移动的速度越快。

红移现象

这意味着宇宙仍在膨胀,就像勒梅特认为的那样。如果这些星系在逐渐地分开,那就意味着在很久以前,所有的东西都是紧密相连的。最终,在这些前者的基础上推导出了宇宙大爆炸理论。宇宙大爆炸,就是宇宙从一个拥有高密度,高温度以及高能量的奇点爆炸而来。

宇宙大爆炸

爆炸后的物质向外扩散,逐渐地减慢了速度,沉淀下来形成星云,星云中又孕育了各种星球,这其中也包括了地球。

宇宙的未来会是怎么样?

基于引力对不同密度的物质将产生不同的影响这个前提,科学家推测出宇宙未来可能会出现的命运。在这里,我们首先要引入一个概念,临界密度。临界密度是指宇宙中物质的平均密度。保持这个密度水平,宇宙中的引力能够达到一个平衡点,这样就能够恰好阻止宇宙进一步扩张和膨胀,但是这个过程需要较长的一个时间。同时,为了对宇宙的未来做出可靠的预测,科学家首先要计算出宇宙的平均密度。要进行计算,他们先要了解组成宇宙的物质是什么,他们的密度分别是多少。

宇宙密度

在大约30年前,天文学家们还认为宇宙几乎都是由构成恒星、星系和行星组成的 "普通 "物质组成。然而,随着近年来科技的发展,我们观测到了许多以前没有发现或者我们肉眼看不到的物质,比如宇宙中存在的辐射、一些重子物质、暗物质和暗能量。

宇宙中物质构成

而宇宙的未来会变成什么样子,则是取决于它的密度是大于、等于还是小于这个临界密度。因此,就产生了三种可能性。

1. 形成一个封闭的宇宙

如果宇宙的密度大于临界密度,那么宇宙中的引力强大到足以阻止宇宙继续膨胀,形成一个封闭的宇宙。最终,宇宙中的引力将引导这个封闭的宇宙向宇宙的内部坍缩,以 "大挤压 "的方式结束。

封闭的宇宙

2. 形成一个向外扩张的宇宙

如果宇宙的密度小于临界密度,那么宇宙的引力就会大大减弱,无法阻止宇宙继续膨胀下去,而且速度会越来越快。随着宇宙的不断膨胀,所有的恒星和星系将最终耗尽它们的能量。失去了能量支持的宇宙将彻底冷却下来,形成一个寒冷但是却向外扩张的宇宙。

宇宙扩张

3. 形成一个平面的宇宙

如果宇宙的密度等于临界密度,那么宇宙的引力会将所有物质牵引到同一个平面中来,形成一个平坦的宇宙。不过这个宇宙还是会慢慢地进行膨胀,不过速度要比向外扩张的宇宙要慢得多,而且花费的时间也要长得多。

平面的宇宙

不过鉴于我们对于宇宙中暗物质和暗能量的了解不多,随着认知的深入,可能宇宙的未来还会发生一些变化。就目前我们观察到的情况来看,在这个加速膨胀的宇宙中还会出现第四种可能性。

– 我们现在所能看到的星系一个接一个地消失在我们的视线中。

– 几百亿年后,银河系将是我们唯一能看到的星系。

– 太阳将会坍塌成一颗白矮星,无法像现在这样为地球提供足够的光和热。

– 恒星将慢慢烧毁并坍缩成黑洞。

白矮星

宇宙最终将成为一个巨大、空旷、黑暗和寒冷的地方

罗杰·彭罗斯的宇宙循环到底说了啥?

不管是上述哪种情况,宇宙最终都将消耗掉所有能量成为一个死寂之处。不过罗杰·彭罗斯描述的宇宙在大坍塌之后产生循环宇宙的可能性。考虑到这位科学家还获得了2020年诺贝尔奖,那么我们一起来看看为什么他这么支持这个宇宙循环理论吧。

罗杰·彭罗斯获奖

要了解宇宙循环理论,想要引入一个知识点,霍金点。霍金点指的是在宇宙微波背景辐射上类似漩涡状的现象。下图就是由普朗克卫星拍摄的最精细宇宙微波背景辐射地图,在这个地图中,罗杰总共找到了大约有30处这样的点。罗杰认为这些点是宇宙黑洞蒸发后形成的痕迹,而霍金是提出黑洞理论的人,因此他用霍金点来代指这些旋涡状的现象。

霍金点

而正是因为这些点的存在,罗杰才相信黑洞是上一个宇宙在坍塌时留下的痕迹。因此,宇宙才会不断地坍塌,聚集到一点后又膨胀开来,形成不断循环的状态。

结语

目前主流学界采用标准宇宙模型推导出了宇宙平坦、宇宙微波背景辐射分布均匀等现象,而由阿兰·古斯提出的宇宙暴胀理论正好完美地解释这些现象。因此,宇宙暴胀理论受到了广泛的认可。而作为与之对立的宇宙循环理论,因为与标准宇宙模型充满了矛盾,而且也没有相应的证据所支持,仅仅只有彭罗斯仍然为其摇旗呐喊。不过宇宙中还充满了太多未知的事物,未来宇宙的命运到底如何只能静观其变。

原文:

宇宙起源将被改写,诺奖得主彭罗斯:宇宙在循环,已找到证据

你好科普菌

2022/08/03 16:54

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转:标准模型的危机:物理学家重新思考自然本质

标准模型的危机:物理学家重新思考自然本质

中科院高能所 2022-05-02 23:00
转注:此文符合龚学理论六年前的预测,此文作者完全赞同龚学理论,是龚先生的学术朋友。

以下文章来源于返朴 :溯源守拙·问学求新

原文地址:https://mp.weixin.qq.com/s/G3bW_7pQhoETyXHZimU9cw

作者娜塔莉·沃尔奇佛
尽管标准模型被认为是有史以来最成功的物理学理论之一,但近年来越来越多的迹象暗示标准模型存在危机。事实上,标准模型从诞生起就并不完美,甚至不是一个自洽的理论。它是“不自然”的,特别是关于希格斯玻色子质量引发的“等级问题”,至今没有根本性的回答。有一个简单便捷的理论可以解释这些问题,即超对称理论,但在实验方面,最强大的对撞机至今并未找到任何超对称粒子。这迫使许多物理学家重新思考该模型的本质,或许从最基础层面,还原论思想并不能解决问题,即使这种思想在过去数百年内一直引领物理学的发展。现在,很多物理学家为解决“自然性”问题找到了一种不同能标的“混合”模式,打破了原有的还原论形式。
撰文 娜塔莉·沃尔奇佛(Natalie Wolchover)

翻译 刘航

近三十年来,科学家们一直在徒劳地寻找新的基本粒子,来解释我们所观察到的自然。当物理学家面对搜寻新粒子的失败,他们不得不重新思考一个长期存在的假设:大的东西是由小的东西组成的。

Emily Buder/Quanta Magazine;
Emily Buder/Quanta Magazine;
Kristina Armitage and Rui Braz for Quanta Magazine

在科学哲学家托马斯·库恩(Thomas Kuhn)的经典著作《科学革命的结构》中,库恩观察到,科学家们有时花很长时间来迈出一小步。他们提出难题,并在一个固定的世界观或理论框架内综合所有数据来解决这个难题,库恩将其称之为范式(Paradigm)。然而,或早或晚,与主流范式发生冲突的事实会突然出现。危机随之而来。科学家们绞尽脑汁,重新审视他们的假设,并最终做出革命性的转变,转向新的范式,即对自然的有根本不同且更真实的理解。然后重新开始科学的稳步进展。

多年来,研究自然界最基本组成的粒子物理学家一直处于这种教科书式的库恩危机中。

这场危机在2016年变得不可否认。尽管当时进行了重大升级,日内瓦的大型强子对撞机(LHC)仍然没有“召唤”出任何新的基本粒子——理论家已期待几十年了。额外的粒子群将主要解决一个关于已知粒子——著名的希格斯玻色子——的难题。这个难题被称为等级问题(Hierarchy problem), “为什么希格斯玻色子如此轻巧”——比自然界中存在的最高能量尺度小1017倍。相比于那些更高的能量,希格斯粒子的质量似乎小得不太自然,就好像决定其值的基本方程中的巨大数字都被奇迹般地抵消了。

额外的粒子可以解释为什么希格斯粒子的质量如此微小(相对于普朗克尺度),恢复物理学家的方程中所谓的“自然性”(Naturalness)。在大型强子对撞机成为第三个、也是最大的对撞机后,物理学家却依然没有寻找到它们。这似乎表明,我们目前关于自然界的理论中,究竟什么是自然的逻辑本身可能是错误的。“我们有必要重新考虑几十年来一直用于解决物理世界中最基本问题的指导原则。”欧洲核子研究中心(CERN)理论部负责人吉安·朱迪切(Gian Giudice)在2017年如是说。

起初,粒子物理学界对此感到绝望。“可以感受到一种悲观情绪。”加州大学圣巴巴拉分校卡弗里理论物理研究所的粒子理论家伊莎贝尔·加西亚·加西亚 (Isabel Garcia Garcia) 说,她当时还是一名研究生。事实是,不仅价值 100 亿美元的质子对撞机未能回答一个 40 年前的问题,就连长期以来指导粒子物理学的信念和策略也不再牢不可破。人们比以前更强烈地想知道,我们生活的宇宙是否真的是不自然的,只是精细调节后数学抵消的产物。其实可能存在多元宇宙,所有的宇宙都有随机调整的希格斯质量和另外一些参数;我们发现自己生活在这里,只是因为我们宇宙的独特属性促进了原子、恒星和行星的形成,进而促成生命的诞生。这种“人择理论”(Anthropic argumen)虽然可能是正确的,但令人沮丧的是,它不可验证。

加州大学圣巴巴拉分校的理论物理学家纳撒尼尔·克雷格 (Nathaniel Craig) 说,许多粒子物理学家转而研究其他领域,“其他领域的难题还没有等级问题那么棘手。”

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纳撒尼尔·克雷格(Nathaniel Craig)和伊莎贝尔·加西亚·加西亚(Isabel Garcia Garcia)探讨了引力如何帮助调和自然界中截然不同的能量尺度。丨图片来源:Jeff Liang

一些物理学家准备仔细研究几十年前的假设。他们开始重新思考自然中那些不自然的显著特征,它们似乎都经过了不自然的精细调节,譬如希格斯玻色子的小质量,以及一个看似无关的事实——空间本身不自然的低能量。“真正根本的问题是自然性的问题。”加西亚说。

他们的反思工作正在结出硕果。研究人员越来越关注自然性的传统推理中的弱点。它建立在一个看似温和的假设之上,自古希腊以来就被认为是科学的观点:大的东西由更小、更基本的东西组成——这种想法被称为还原论(Reductionism)。普林斯顿高等研究院的理论物理学家尼玛·阿卡尼-哈米德(Nima Arkani-Hamed)说:“还原论范式与自然性问题密切相关。”

现在,越来越多的粒子物理学家认为,自然性问题及大型强子对撞机的零结果可能与还原论的失效有关。“这会改变游戏规则吗?” 阿卡尼-哈米德问。在最近的一系列论文中,研究人员将还原论抛诸脑后。他们正在探索不同尺度上可能协同的新方法,从而得出那些从还原论的角度看不自然地精细调节的参数值。

“有些人称之为危机。这有一种悲观的氛围,但我不这么认为,”加西亚说,“我觉得,现在正是做一些深刻事情的时候。”

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什么是自然性?

2012年,大型强子对撞机(LHC)终于得出最重要的发现——希格斯玻色子,它是已有50年历史的粒子物理学标准模型(Standard Model, SM)的方程组的基石,该模型描述了17个已知的基本粒子。

希格斯粒子的发现,证实了标准模型方程中描述的一个引人入胜的故事。大爆炸(Big Bang)之后的片刻,整个空间中一种名为希格斯场的实体突然充满了能量。高能的希格斯场中充满了希格斯玻色子,基本粒子们由希格斯场的能量而获得质量。当电子、夸克和其他粒子在空间中移动时,它们会与希格斯玻色子相互作用,并以这种方式获得质量。

1975 年,标准模型完成,其建立者几乎立即注意到了一个问题[1]

当希格斯粒子给予其他粒子质量时,其他粒子的质量会反过来影响希格斯粒子的质量;所有粒子一起相互作用。物理学家可以为希格斯玻色子的质量写一个方程,其中包括了与它有相互作用的每个粒子的作用。所有已发现的有质量的标准模型粒子都对方程有贡献,但方程中原则上还应包含其他的贡献。希格斯粒子应该与数学上更重的粒子混合(有相互作用),直至包括普朗克尺度的现象,即达到与引力、黑洞和大爆炸的量子性质相关的能级。普朗克尺度的唯象学原则上会为希格斯质量贡献数量级巨大的项——大约是实际希格斯质量的1017倍。自然我们会期望希格斯玻色子和它们差不多重,从而使其他基本粒子的质量增大。而这样会因为粒子太重而无法形成原子,宇宙将空无一物。

为了解释希格斯粒子为什么依赖如此高的能量却能如此之轻,必须假设普朗克尺度对其质量的一部分贡献是负的,而另一部分是正的,并且两者都被精细调节到恰到好处以完全抵消。这似乎非常荒谬,除非有某种原因——就像为了使铅笔的笔尖保持平衡,要让气流和桌子振动相互抵消一样。物理学家认为,这种精细调节而相互抵消是“不自然”的。

在之后几年,物理学家找到了一个巧妙的解决方案——超对称,一种假设自然界基本粒子加倍的理论。超对称理论中,每个玻色子(自旋为整数)都有一个超对称伴子费米子(自旋为半整数),反之亦然。玻色子和费米子分别对希格斯质量贡献正项和负项。因此,如果二者总是成对出现,那么它们总是会相互抵消。

从1990年代起,大型正负电子对撞机(Large Electron-Positron Collider)就开始寻找超对称伴子。研究人员假设这些粒子只比它们的标准模型伙伴重一点点,需要更多的对撞能量来实现,所以他们将粒子加速到接近光速,撞碎,然后在碎片中寻找重的伴子们。

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等级问题:希格斯玻色子为其他基本粒子赋予质量,它们反过来也影响希格斯粒子的质量。在普朗克尺度(与量子引力相关的高能尺度)下的超大质量粒子,应该会使希格斯玻色子的质量膨胀,并使其他一切物质的质量膨胀。但事实并非如此。

问题:希格斯玻色子的质量比普朗克尺度小几千亿倍。
可能的解决方法1:普朗克尺度效应被截断了,因为更完整的希格斯玻色子理论在更高能量有效。
可能的解决方法2:希格斯标度和普朗克标度通过一组复杂的推拉效应联系起来。
丨图片来源:Merrill Sherman for Quanta Magazine

真空,即使没有物质,似乎也应该充满能量——所有量子场的涨落贯穿其中。当粒子物理学家将对空间能量的所有可能贡献加和时,他们发现,与希格斯质量一样,来自普朗克尺度唯象学的能量的注入会使其质量爆掉(质量是无穷大)。阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)证明了被他称为宇宙学常数(Cosmological constant)的空间能量具有引力排斥效应。它使空间膨胀得越来越快。如果空间中注入了普朗克尺度的能量密度,宇宙就会在大爆炸后瞬间撕裂。但这并没有发生。

相反,宇宙学家观察到空间的膨胀只是在缓慢加速,这表明宇宙学常数很小。1998年的测量结果表明,其值的1/4次方比普朗克能量低 1030倍。这次,宇宙学常数方程中的所有巨大能量的输入和输出似乎又都完美地抵消了,留下异常平静的真空。

“引力……混合了所有长度尺度的物理——短距,长距。因为它这样的特性,给我们遇到的难题找到了出路。”
——纳撒尼尔·克雷格(Nathaniel Craig)

这两个主要的自然性问题在1970年代末就已经很明显了,但这几十年来,物理学家认为是无关的。阿卡尼-哈米德(Arkani-Hamed)说:“在那个阶段人们对此很狂热。”宇宙学常数问题似乎与引力的神秘量子性暗含关系,因为空间的能量只能通过引力效应来探测。哈米德表示,等级问题看起来更像是一个“脏兮兮的小细节问题”,这类问题,就像过去的其他难题一样,最终会揭示出理论中一些缺失的部分。对于希格斯玻色子如此之轻,朱迪切称其是“希格斯玻色子症”,并不是大型强子对撞机里的几个超对称粒子所能治愈的。

事后看来,这两个关于自然性的问题更像是同一个更深层次问题的不同表现。

“想想这些问题是如何产生的,这很有用,”加西亚今年冬天在接受来自圣巴巴拉的Zoom电话采访时说。“等级问题和宇宙学常数问题的出现,部分是因为我们试图回答问题的工具——我们理解宇宙特征的方式。”

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还原论的精确预言

物理学家以他们的方式诚实地计算了希格斯质量和宇宙学常数。计算方法反映了自然世界奇特的套娃结构。

放大一个物体,你会发现它实际上是由许多更小的东西组成。离我们遥远的星系,其实是数量巨大的恒星的集合;而每颗恒星又是由许多原子构成;每个原子进一步又可以分解为亚原子级的层次结构。此外,当放大到更短的距离尺度时,你会看到更重、更高能的基本粒子和现象——高能和短距之间的深刻联系,解释了为什么高能粒子对撞机就像宇宙中的显微镜。高能量和短距离之间的联系在整个物理学中有许多体现。例如,量子力学说粒子即是波;粒子质量越大,其相关波长越短。另一种观点认为,能量必须更密集地聚在一起才能形成更小的物体。物理学家将低能量、长距离的物理称为“红外”(IR),将高能量、短距离的物理称为“紫外”(UV),这是用光的红外波段(IR)和紫外波段(UV)进行了类比。

上世纪六七十年代,粒子物理学巨擘肯尼斯·威尔逊(Kenneth Wilson)和史蒂文·温伯格(Steven Weinberg)指出了自然的能级结构的绝妙之处: 如果我们只对宏观的红外能标上发生的事情感兴趣,那么我们不必知道在更微观的、紫外能标下“真正”发生了什么。例如,你可以用一个流体动力学方程来模拟水,把水视为一种理想流体,而忽略水分子的复杂动力学。流体动力学方程包括一项表征水的粘度的项——一个可以在红外能标下测量的量,它包含了所有水分子在紫外能标下的相互作用。物理学家说,红外和紫外能标是相互“退耦”(decouple)的,这让他们可以有效地描述世界,而不必研究最深层的情况,终极紫外能标——普朗克能标,对应于10-35米,或1019GeV的能量。在如此精细的时空结构中可能蕴藏着另一翻景象。

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美国凝聚态和粒子物理学家肯尼斯·威尔逊(Kenneth Wilson),从20世纪60年代到21世纪初一直很活跃,他开发了一种数学方法(格点量子场论),用来描述一个系统的性质如何随测量尺度的变化而变化。丨图片来源:康奈尔大学教员档案#47-10-3394,康奈尔大学图书馆珍惜资源和手稿收藏部。

瑞士洛桑联邦理工学院的理论物理学家里卡多·拉塔齐(Riccardo Rattazzi)说:“我们仍然可以进行物理学研究,因为我们不必知道短距内会发生了什么。”

如同套娃世界的不同层次,粒子物理学家是怎么模拟的呢?威尔逊和温伯格分别独立发展出了其框架:有效场论(Effective field theory,EFT)。在有效场论的语境下,自然性问题出现了。

有效场论可以在一定的能标范围内模拟一个系统。以一束质子和中子流为例,放大质子和中子,它们看起来还是质子和中子;在这个范围内,可以用“手征有效场论”(Chiral EFT)来描述它们的动力学。但若进一步放大,有效场论将达到它的“紫外截断”,即在短距离、高能标范围内,手征有效场论将不再是系统的有效描述。比如,在1GeV的截断点,手征有效场论就失效了,因为质子和中子的行为不再像单个粒子,而是像三个夸克。而另一种不同的理论开始生效。

需要注意的是,有效场论在它的紫外截断处失效是有原因的。截断是指,在这里必须找到新的、更高能量的粒子或唯象学,而这些新的粒子或现象并不包含在原有的有效场论中。那怎么解决这个问题呢?

在其适用的能量区域,科学家利用有效场论将高于截断的紫外物理的未知效应吸收到“修正”项中。这就像流体方程有一个粘性项来捕捉短距离分子碰撞的净效应。不需要知道截断处真正的物理,物理学家们也能写出这些修正; 他们只是用临界值来估计影响的大小。

通常情况下,在红外能标处,当你对感兴趣的量进行计算时,紫外修正是很小的,与截断相关的长度尺度(相对较小)成正比。然而,当你使用有效场论来计算希格斯玻色子质量或宇宙学常数等具有质量或能量单位的参数时,情况就不同了。这些参数的紫外修正很大,因为(要有正确的量纲)修正是与能量成正比的,而不是与截断对应的长度成正比的。所以尽管长度很小,但能量很高。这样的参数被称为“紫外敏感的”(UV-sensitive)。

有效场论是一种能确定其理论必须在哪里截断(即新物理出现的能标)的策略。自然性的概念与有效场论本身一起出现在1970年代。其逻辑是这样的:如果一个质量或能量参数有一个高截断点,那么它的值自然就应该很大,被所有的紫外修正推得更高。因此,如果参数较小,则截断能量应该较低。

一些评论家认为自然性只是一种审美偏好。但也有人指出,这一策略揭示了大自然隐藏的真相。“这种逻辑是可行的。”克雷格说。他是最近重新思考这种逻辑的领军人物。自然性问题“一直以来似一个路标,提示我们哪里有图景的变化和新物理的出现。”

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自然性的辉煌

1974年,也就是“自然性”一词出现的几年前,玛丽·K·盖拉德(Mary K. Gaillard)和本杰明·李(Benjamin Whisoh Lee)利用该策略惊人地预测出一种当时假设存在的粒子——粲夸克(charm quark)的质量[2]。克雷格说:“她的成功预测及其与等级问题的相关性,在我们的研究领域被严重低估了。”

1974年的那个夏天,盖拉德和李正对两个K介子(正反夸克构成的复合粒子)的质量差的大小感到困惑。质量差的测量值很小。但当他们试图用有效场论的方程计算这个质量差时,他们发现它的值有溢出的风险。因为K介子的质量差有质量单位,所以它对紫外敏感,得到来自截断处未知物理的高能修正。这个理论的截断值并不为人所知,但当时的物理学家认为它不可能很高,否则由此产生的K介子质量差与修正值相比会显得出奇地小——正如现在的物理学家所说,这是不自然的。盖拉德和李推断出了其在有效场论的截断能标比较低,在这个能标处,新物理应该就会显露出来。他们推断,当时新晋提出的一种被称为粲夸克的粒子,其质量应该不超过1.5 GeV。

三个月后,粲夸克就被实验发现了,重达1.2 GeV。这一发现引发了一场被称为“十一月革命”的认识复兴,并迅速导致了标准模型的完成。在最近的一次视频通话中,现年82岁的盖拉德回忆说,消息传出时她正在欧洲访问CERN。李给她发了一封电报:发现粲夸克了。

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1974年,玛丽·k·盖拉德(Mary K. Gaillard)和本·李(Ben Lee)利用自然性论证预测了一种被称为粲夸克的假设基本粒子的质量。粲夸克几个月后即被发现。(上图摄于20世纪90年代)丨图片来源:AIP Emilio Segrè Visual Archives

如此的胜利使许多物理学家确信,等级问题预言的新粒子也应该不会比标准模型重太多。如果标准模型的截断点高达接近普朗克能标(如果真是这样,科学家肯定知道标准模型失败了,因为没有考虑量子引力),那么对希格斯质量的紫外修正将是巨大的——如此之轻的希格斯质量自然就是不自然的。如果截断点在希格斯玻色子质量之上不远,将使希格斯粒子的质量与来自截断点的修正差不多,这时一切看起来就很自然。“截断点的选择是过去 40 年来试图解决等级问题的工作的起点。”加西亚说, “大家提出了很棒的想法,比如超对称、[希格斯的]复合性等我们在自然界中还没有观测到的一些可能性。”

2016年,加西亚在牛津大学攻读粒子物理学博士几年后,她清楚地意识到,清算是必要的。“我那时开始对缺失部分更感兴趣,我们在讨论这些问题时通常不包含这一部分,也就是引力——认识到量子引力的内容,远比我们从有效场论中所能得知的要丰富得多。”

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引力将一切混合

1980年代,理论学家了解到引力不符合通常的还原论规则。如果你用力将两个粒子狠狠地撞击在一起,能量会在碰撞点处聚集,甚至可以形成黑洞——引力极大以至于任何东西都无法逃脱的区域。如果将粒子更猛烈地撞击在一起,它们会形成一个更大的黑洞。能量更多反而不会让你看到更短的距离;相互撞击越用力,产生的不可见区域就越大——与还原论矛盾。黑洞和描述其内部的量子引力理论完全推翻了高能和短距之间的通常关系。“引力是反还原论的。”纽约大学物理学家谢尔盖·杜博夫斯基(Sergei Dubovsky)说。

量子引力似乎在与自然的架构开玩笑,“使用有效场论的物理学家已经习惯了简洁巧妙的嵌套式能标系统,而量子引力把这套东西“嘲弄”了一番。克雷格和加西亚一样,在大型强子对撞机的搜索一无所获后不久就开始思考引力的影响。在尝试用各种新的方法去解决等级问题时,克雷格重读了 CERN 的理论物理学家朱迪切2008年关于自然性的一篇文章。朱迪切文中写到,宇宙学常数问题的解决方案可能涉及“红外和紫外效应之间的一些复杂的相互作用”,克雷格开始仔细思考其含义。如果红外和紫外具有复杂的相互作用,那将违背通常的退耦性,而红外和紫外的退耦是使有效场论起作用的基础。“我在谷歌上搜索了‘紫外-红外混合’一类的关键词。”克雷格说,这让他找到了1999年的一些有趣的论文,“然后我开始思考这个方向。”

通过打破有效场论的还原论体系,紫外红外混合可能会解决自然性的问题。在有效场论中,像希格斯质量和宇宙学常数等量是紫外敏感的,但因为某些原因它们并没有爆掉,就好像所有紫外物理之间达成共谋——所有的紫外效应都抵消了,这时自然性问题就出现了。“在有效场论的逻辑中,我们放弃了这种可能性。”克雷格解释道。还原论告诉我们,红外物理学也是源于紫外物理学的——水的粘度来自其分子动力学,质子的属性来源于它内部夸克,而当你放大能标,诠释就会显现出来——而不是相反。但是,紫外不受红外的影响或解释,“因此(紫外效应)对希格斯粒子的影响,不能从非常不同的能级处推理得到。”

克雷格现在提出的问题是:“有效场论的逻辑会失效吗?” 也许诠释真的可以在紫外和红外之间双向流动。“这并不完全是无稽之谈,因为我们知道引力可以做到这一点。”他说,“引力不满足正常的有效场论的推理,因为它混合了所有长度尺度的物理——短距,长距。因为这样的特性,给我们遇到的难题找到了出路。”

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紫外-红外混合如何保护自然性

几项关于紫外-红外混合的新研究,以及它如何解决自然性问题可追溯到1999年发表的两篇论文。“人们对于这些更奇特的、非有效场论的解决方法越来越感兴趣。”帕特里克·德雷伯(Patrick Draper)表示,他是伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的教授,他最近的工作[3]继续完成了1999年的那篇论文未完成的部分。

德雷伯和他的同事对CKN约束进行了研究(以 1999 年论文的作者 Andrew Cohen、David B. Kaplan 和 Ann Nelson 的名字命名)。作者考虑这样一种模型:将众多粒子放入一个盒子并加热盒子,粒子的能量不断增加直到盒子坍缩成黑洞。他们计算出,在盒子塌陷之前,可以放入盒子中的高能粒子态的数量与盒子表面积的四分之三次方成正比,而不是一般认为的盒子体积成比例。他们认为这表征了一种奇特的紫外-红外关系。盒子的大小设定了红外尺度,这严重限制了盒内高能粒子态的数量——紫外尺度。

接着他们意识到,如果这种约束也适用于我们整个宇宙,就能解决宇宙学常数的问题。在这种情况下,可观测宇宙就像一个非常大的盒子。它所能包含的高能粒子态的数量与可观测宇宙的表面积的四分之三次方成正比,而不是大得多的整个宇宙的体积。

这意味着通常的宇宙学常数的有效场论计算太天真了。有效场论的计算告诉我们,当你放大空间结构时,高能现象应该会出现,而这应该会使空间的能量爆掉。但CKN约束暗示可能存在远比有效场论计算中假设的要少得多的高能运动——这意味着粒子可以占据的高能粒子态很少。科恩(Cohen)、卡普兰(Kaplan)和尼尔森(Nelson)做了一个简单的计算,结果表明,对于我们宇宙这样尺寸的盒子,他们的约束可以解释观测到的宇宙学常数的微小值。

他们的计算表明,大尺度和小尺度可能以某种方式相互关联,当你观察整个宇宙的红外特性时,比如宇宙学常数,这种关联就会变得很明显。

德雷伯和尼基塔·布林诺夫(Nikita Blinov)在去年的另一个粗略计算中证实,CKN约束成功估算了观测到的宇宙学常数;他们还表明,这种方法不会破坏有效场论在较低能级的实验中取得的许多成功。

CKN约束并没有告诉我们为什么紫外和红外是相互关联的——即,为什么盒子的尺寸(红外)严重限制了盒子中高能粒子态的数量(紫外)。要知道为什么,我们可能需要了解量子引力。

还有一些研究人员在量子引力的另一个特定理论——弦论——中寻找答案。去年夏天,弦论学家史蒂文·阿贝尔(Steven Abel)和基思·迪内斯(Keith Dienes)展示了弦论中的紫外-红外混合如何解决等级问题和宇宙学常数问题。

作为引力和其他基本理论的候选者,弦论认为所有的粒子都是开或着闭合的振动的弦。光子和电子等标准模型粒子是基本弦的低能振动模式。但弦也可以更有力地振动,产生更高能量的无限的弦态能谱。在这种情况下,等级问题关心的是,如果没有超对称来保护,为什么这些弦态的修正没有使希格斯粒子的质量膨胀。

迪内斯和阿贝尔计算出,由于弦论的不同对称性,即所谓的模数不变性(Modular invariance),从红外到紫外的无限能谱中所有能量的弦态的修正将以合理的方式相互抵消,从而保持希格斯质量和宇宙学常数很小。研究人员指出,这种低能和高能弦态之间的关联并不能解释为什么希格斯质量和普朗克能量离得这么遥远,但两者之差是稳定的。尽管如此,在克雷格看来,“这确实是一个不错的想法。”

新模型代表了越来越多的紫外-红外混合理念。克雷格的另一个研究角度可以追溯到1999年的另一篇论文,作者是普林斯顿高等研究院(IAS)的著名理论物理学家内森·塞伯格(Nathan Seiberg)及两位合作者。他们研究了背景磁场充满空间的情况。为了了解这里的紫外-红外混合是如何产生的,想象一对带相反电荷的粒子附着在一个弹簧上,垂直于磁场在空间中飞行。当你增大磁场的能量时,带电粒子加速分离,拉伸弹簧。在这个玩具场景中,更高的能量对应更长的距离。

塞伯格和他的同事发现,这种情况下的紫外修正具有特别的性质——可以说明还原论的箭头是如何旋转的,红外会影响紫外能标处的情况。这个模型和现实世界是不同的,因为真实的宇宙没有这样的背景磁场来施加方向。尽管如此,克雷格一直在探索是否可以用类似的方法来解决等级问题。

克雷格、加西亚和赛斯·科伦(Seth Koren)还共同研究了一个关于量子引力的观点,被称为弱引力猜想(Weak gravity conjecture,WGC),如果它被证明是正确的,则可能会在等级问题上施加一致性条件——使希格斯质量和普朗克尺度之间的巨大分离是必要的。

纽约大学的杜博夫斯基从2013年起就开始思考这些问题,当时人们已明白超对称粒子在大型强子对撞机中迟迟未现。那一年,他和两名合作者发现了一种新的量子引力模型[4],解决了等级问题。在他们的模型中,还原论的箭头从中间尺度同时指向紫外和红外尺度。虽然结果是有趣的,但这个模型只适用于二维空间,而且杜博夫斯基不知道如何推广它。后来他转而研究其他问题。去年,他再次遇到了紫外-红外混合问题:在碰撞黑洞研究中,他发现其中的自然性问题可以通过“隐藏的”对称性来解决,它与黑洞形变的低频和高频有关[5]

和其他研究人员一样,杜博夫斯基似乎并不认为目前发现的任何特定的模型具有明显的库恩革命的成分。一些人认为整个紫外-红外混合概念缺乏前景。“目前还没有有效场论失效的迹象。”约翰·霍普金斯大学的理论物理学家戴维·卡普兰(David E. Kaplan)说(他与CKN论文的作者没有关系),“我认为那里没有。”让大家信服的想法需要实验证据,但到目前为止,现有的紫外-红外混合模型缺乏可实验的预测;他们旨在解释为什么我们没有在标准模型之外看到新的粒子,而不是预测我们应该看到什么。不过,对于预言和发现新物理来说,就算不能在对撞机里实现,未来在宇宙学方面还是有希望的。

综合来看,新的紫外-红外混合模型说明了基于还原论和有效场论的旧范式的短视性,而这可能仅仅是一个开始。

“事实上,当你进入普朗克尺度时,还原论失效,所以引力是反还原论的。”杜博夫斯基说,“我认为,在某种意义上,如果这个事实对我们观察到的东西没有深刻的暗示,那将是不幸的。”

注释

[1] https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.14.1667

[2] https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.10.897
[3] https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.82.4971
[4] https://arxiv.org/abs/1305.6939
[5] https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.101101
本文译自Natalie Wolchover, A Deepening Crisis Forces Physicists to Rethink Structure of Nature’s Laws 原文链接:
https://www.quantamagazine.org/crisis-in-particle-physics-forces-a-rethink-of-what-is-natural-20220301/
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本文转载自微信公众号:返朴  作者:娜塔莉·沃尔奇佛

转–广义观测相对论:时空在爱因斯坦广义相对论中为什么弯曲?

广义观测相对论:时空在爱因斯坦广义相对论中为什么弯曲?

阮晓钢
北京工业大学信息学部
摘要:“观测相对论”(Observational Relativity, OR),基于不同于爱因斯坦狭义相对论之逻辑前提,却导出了形式上与洛伦兹变换完全相同的“广义洛伦兹变换”,概括统一了伽利略变换和洛伦兹变换,揭示了物理学不同观测体系之间以及不同理论体系之间的对应关系,赋予玻尔对应原理更为普遍的意义。本文基于OR理论和玻尔对应原理,建立“广义对应原理”;进而,基于“广义对应原理”,将OR理论由惯性时空推广至引力时空,将爱因斯坦广义相对论由光学观测体系推广至一般观测体系,建立起与爱因斯坦广义相对论同构一致的“广义观测相对论”(General Observational Relativity, GOR )。
GOR理论为我们带来了有关爱因斯坦广义相对论的全新认识:时空并非真地弯曲——客观真实的时空是不会弯曲的;与一切观测上的相对论性效应一样,所谓“时空弯曲”,并非客观的物理现实,而是观测局域性所致之观测效应。GOR理论概括统一了牛顿万有引力论和爱因斯坦广义相对论两大理论体系。GOR理论中,牛顿万有引力论和爱因斯坦广义相对论皆霍金言下之局部理论(Partial Theory),分属不同观测体系:牛顿…分属不同观测体系:牛顿万有引力论乃理想观测体系的产物,而爱因斯 坦广义相对论则是光学观测体系的产物。根据 GOR 理论,不同观测体系存在不同程度的观测局域性,其观测 上的引力时空呈现不同程度的弯曲状态:光速是有限的(c<无穷),因而,光学观测体系存在观测局域性,这是 爱因斯坦广义相对论之引力时空看起来有些弯曲的原因;理想观测体系无观测局域性存在,因而,牛顿万有引 力论之引力时空代表客观真实的引力时空。广义对应原理意义下,GOR 理论与牛顿万有引力论和爱因斯坦广 义相对论具有严格的对应关系:光学观测体系情形,GOR 场方程严格地约化为爱因斯坦场方程,GOR 运动方 程严格地约化为爱因斯坦广义相对论之运动方程;理想观测体系情形,GOR 场方程严格地约化为牛顿万有引 力定律之泊松方程形式,GOR 运动方程严格地约化为牛顿第二定律之运动方程形式。
这种严格的对应关系表 明,GOR 理论,既与爱因斯坦广义相对论逻辑上一致,又与牛顿万有引力论逻辑上一致;同时,这种严格的 对应关系印证了 GOR 理论逻辑上的自洽性和理论上的正确性。GOR 理论意味着,人类及其物理学需要重新认 识牛顿万有引力论和爱因斯坦广义相对论,重新认识引力相互作用及其相对论性效应,重新认识爱因斯坦基于 广义相对论所做出的科学预言,重新认识客观世界,重塑人类的自然观。

 

 

转发:北京新航天科普教育基地正式运行

新航天打卡地!北京新航天科普教育基地正式运行

中国新闻网 2022年4月25日19:18 中国新闻网官方账号
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第七个“中国航天日”,新航天科普教育基地航小科航天科普馆正式运行。 丁姝雯 摄
中新网北京4月25日电 (孙建平 丁姝雯)
2022年第七个“中国航天日”,又一个航天科普教育基地——航小科航天科普馆正式运行,航天迷们有了一个新的打卡地。
据悉,航小科航天科普馆坐落在北京西三环航天桥东南角的航天大院内,中国航天事业奠基人钱学森的故居就位于该大院。该馆刚投入试运行,就得到社会各界广泛关注。4月23日,“中国航天基金会航天科普教育基地”授牌仪式在该馆举行。
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第七个“中国航天日”,新航天科普教育基地航小科航天科普馆正式运行。 丁姝雯 摄
航小科航天科普馆面积近200平方米,秉持“启迪智慧、传播知识、激励成长”的设计理念,营造出数字化展厅体验,主要展现航天科普和国防教育内容,由中国航天科工集团设计建造。
展区内设有序厅、“筑梦航天奠基伟业”展区、主展区、沉浸式展区和互动体验区5个部分,固定展区和流动展区相结合,平面展示、模型陈列和多媒体展示、互动教学等科技手段相结合,艺术化、娱乐化展现航天科普知识,做到了展示内容的全方位、系统性、历史性、趣味性、互动性,并能够根据参观者需要定制推送专题讲解内容。
中国航天基金会副理事长侯秀峰表示,航小科航天科普馆作为宣传航天、服务国防的重要科普阵地,将在中国航天基金会组织的各类活动中发挥重要作用;将积极履行社会责任,不断更新迭代展览表现内容及技术手段,为广大青少年儿童开展爱国主义教育、国防安全教育提供崭新的平台。
侯秀峰指出,特意将航小科航天科普馆建在航天机关幼儿园边上,就是要让孩子们从启蒙阶段就树立起爱航天、爱科学、爱祖国的意识。后续,还会针对性改进提升展馆功能,打造青少年儿童更喜爱、更容易接受的科普内容。展示主题和相关展品也会定期更替,满足不同参观者的知识需求,要努力把航小科航天科普馆建设成为一座集科普展览、科普放映、科学表演、科普培训为一体的航天智慧展馆。
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第七个“中国航天日”,新航天科普教育基地航小科航天科普馆正式运行。 丁姝雯 摄
据介绍,航小科航天科普馆投入试运行以来引起了社会机构和科普爱好者们的关注。钱学森之子、上海交通大学钱学森图书馆馆长钱永刚,原国家首批航天员兼航天员教练吴杰此前来馆参观,中国航天科工集团三院31所副所长刘小勇在该馆讲解了“冬奥会水下特种火炬研制攻关背后的故事”。
后续,航小科航天科普馆将与北京市中小学陆续开展广泛合作,分批组织学生们来馆参观,引导广大青少年儿童了解航天知识、国防知识,增强国防观念,激发爱国热情。北京以外的参观者也有机会感受风采,航小科航天科普馆计划与其他城市开展合作,布局流动展馆,争取让全国更多的青少年儿童能够亲身感受到航天魅力,了解中国航天事业的成就。(完)

转发:6G时代卫星通信、卫星互联网的发展及研究方向、应用方向研究

6G时代卫星通信、卫星互联网的发展及研究方向、应用方向研究

原文:星谷物联网应用设计研究院 2022-01-24 13:54
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星谷物联网应用设计研究院

开展卫星监控监测,物联网传感技术,技术进口应用及设计研究,卫星产业特色小镇建设开发,产业园经营开发管理,会议及展览服务,专业设计服务, 承办2021中国国际商业航天博览会及宣传、航天信息资讯与咨询等。
一、前言

今天,互联网家喻户晓,移动互联网如日中天,而卫星互联网也在冉冉升起。这些网络就像同交通、电力、燃气、自来水等一样,都是人类社会不可或缺的基础设施。如果说早先基础设施传递的是物质和能量,那么互联网、移动互联网和卫星互联网等传递的则是信息,所以它们被称为信息基础设施。与物质和能量不同,信息具有天然的渗透性、知识性和智能型,其生产、传递的边际成本要远小于物质和能量,因此,它对人类社会发展的推动作用要远大于物质和能量。

在当今信息网络中,卫星通信、地面光纤通信和移动通信可谓三剑客,它们三足鼎立、三分天下。与地面光纤通信主要用于骨干传输和固定接入、地面移动通信主要用于移动接入相比,卫星通信可以应用于骨干传输、固定接入、移动接入、企业联网、电视广播、应急通信、军事通信等多种场景,在军、民、商等各个领域都占有不可或缺的地位。看起来,卫星通信更像个全能选手,十八般武艺没有它玩不转的。实际也的确如此,它的这些能耐来源于它的广覆盖、远连接、能移动这三大天然特性。

在我国为应对新冠疫情对全球经济的影响而启动的新基建中,5G、物联网、工业互联网、卫星互联网等信息基础设施,以及与其相关的智能交通、智慧能源等基础设施都成为主要的建设内容。卫星互联网被列入新基建范围让我国卫星通信业内人兴奋不已,整个行业似乎突然有了一种翻身做主人的感觉。毫无疑问,卫星互联网被列入新基建范围对我国卫星通信的发展是个大好事。此时此刻,要知道新基建的内容从何而来,就有必要回顾一下互联网、移动互联网卫星互联网的发展简史。因为,温故而知新。不过,由于卫星通信在频轨资源、制造和发射成本方面受到一定的局限,而地面光纤通信和移动通信在容量和性价比方面取得了更大的成就,因此,卫星通信早期在骨干传输方面受到地面光纤通信的替代,后期在移动接入方面受到地面移动通信的挑战。同样作为无线通信技术,地面移动通信对卫星通信的影响更大。6G时代到来,地面移动通信的传输速率越来越高,功能越来越强大。

特别是6G同时覆盖高带宽、大连接、低延时三大应用场景,摆出一副通吃高清/超高清视频、物联网、车联网等所有业务的架势。毫无疑问,相比以往的移动通信系统,6G的高带宽将更适合于新闻采集、视频广播、在线直播等业务,会进一步推动移动网络上IPTV和OTT TV的发展,这将对卫星视频分发、卫星电视直播产生直接的冲击。

不过,人们也不要过于担心5G移动通信对卫星通信的冲击,因为6G“随遇接入、万物互联”愿景的实现还需要可以全球无缝覆盖的卫星通信这个“同胞兄弟”出手相助。目前ITU、3GPP和SaT5G等标准化组织无一不在从事卫星通信和5G的融合研究。比如,6G数目众多的远程基站有的需要卫星通信来回传业务流量,6G广播也可能需要卫星通信来提供内容投递。

此外,还有机载和船载通信等。也就是说,卫星通信与地面移动通信是相生相克的关系。尽管如此,卫星通信必须要正视6G时代的到来,因为6G的的确确在与卫星通信争频率、抢业务。卫星通信要持续生存、发展下去,就必须使出浑身解数来为自己创造市场。因为,技术是为市场存在的,企业是为客户存在的。

二、互联网一统天下

说到互联网,不得不望文生义。互联网起源于美国,其英文名字叫Internet,它最初曾被我国音译成因特网。从字面上看,Internet是由Inter和net组合而成,表示相互连接起来的网络。互联网始于1969年美国ARPA(国防部研究计划署)启动的用于军事通信目的的网络互连研究项目,连接的对象主要的计算机。在那个年代,PSTN(公用电话网)、X.25(公用数据网)和DDN(公用数字数据网)以及IBM的DEC等公司的专网等都是服务于特定领域的业务网络,彼此异构,不能互通。ARPA网络互联研究项目计划开发出一套以TCP/IP(传输控制协议/互联网协议)为核心的协议族,其目的是将各种异构网络相互连接起来,实现计算机之间的互联互通。所以,初期的互联网又叫计算机网。

TCP/IP是从ISO(国际标准化组织)的OSI(开放系统互连)七层协议简化而来的,共分物理、链路、网络、传送和应用五个层次。物理层是实现信号在各种介质上的传输,信道编码和调制解调是其中的主要技术;链路层实现网络节点之间的点到点传输,同步、纠错是其中的主要技术;网络层实现数据包在从信源到信宿的投递,路由选择和交换是其中的主要技术;传送层实现端到端的会话和确认;应用层为各种应用提供接口和界面。IP和TCP分别对应于网络和传送层,其中IP又是互联网协议族的中枢。

互联网中的节点就是大家所熟知的路由器,它用IP协议将各种异构网络连接在一起。终端用户数据被封装成统一格式的IP数据包,其中包括全球唯一的IP地址。IP数据包封装在各种网络协议之上,由路由器来进行数据包的路由选择和接力传递,这个过程被形象地称为IPover everything,这个everything指的是各种异构网络。

20220202205653图1互联网协议族和系统模

早期,路由器不得不处理各种网络协议,如X.25、FrameRelay、ISDN(综合业务数字网络)和ATM(异步传输模式)等。因为使用的人不多,处理的数据量不大,一般的路由器可以得心应手。1993年,美国克林顿政府提出国家信息基础设施(NII)或信息高速公路计划,人们对信息网络重要性的认识得到空前的提高。互联网因为其强大的开放性和包容性脱颖而出,很快超越了电信行业精心设计的ISDN和ATM等网络。基于HTML(超文本标记语言)的WWW(万维网)的流行、语音和视频的分组化和IP包化传输丰富了互联网的应用,也使得网上的数据量呈现指数增长,这对互联网原有的数据传输和交换模式都形成了巨大的冲击。

为了应对以上冲击,互联网有三个重要的解决之道。一是用在大容量SDH(同步数字体系)光纤网络之上运行PPP(点对点协议),来在骨干、汇聚和接入层取代各种低速的业务网络,二是在路由器中引入MPLS(多协议标记交换)等技术来提高数据的处理速度。根据应用场景和业务处理能力的不同,路由器响应地分为骨干、汇聚和接入路由。此外,还有家庭路由器。三是对各种应用数据划分优先级,对话音等应用提供电信级的服务。此外,在互联网商业化过程中,网络接入技术也是前仆后继,基于电话双绞铜线的xDSL(数字用户线路)、基于有线电视电缆的DOCSIS(有线电缆数据服务接口规范)都发挥过重要的支撑作用,但最终都被WiFi(无线保真)无线网络和各种PON(无源光网络)光纤网络所取代。

至此,互联网完成了华丽的转身,它不再寄人篱下,而是自立门户,并且在三网融合中实现对电话网和有线电视网的整合。今天人们习以为常的IP电话、IPTV和OTTTV就是三网融合的典型产物。它们在应用形式上像电话网、电视网,但是网络结构却是互联网。这个结果被人们形象地成为EverythingoverIP,这里的Everything指的是各种内容和应用。今天国外的Facebook、Google和Twitter以及国内的百度、阿里和腾讯等所谓互联网公司实际都是在从事互联网应用,如电子商务、社交网络等,而物理意义上的互联网则主要掌握在电信运营商手里。

三、做大容量,吸引市场

带宽容量是衡量所有信息网络性能的最基本指标,是它们克敌制胜的首要武艺。面对高清/超高清视频、社交网络等应用带宽需求的日益增长,信息网络必须不断提高网络带宽。就卫星通信来讲,信道编码效率基本接近极限水平,网络带宽只能通过多点波束空分复用、高频传输这两者路径来获得。

目前,各种HTS都在通过这种路径来扩大带宽。Viasat在建的GEO HTS——Viasat-3容量达到1Tbps,这几乎是常规卫星容量的1千倍。Hughes和Eutelsat公司分别在建Jupiter-3、KONNECT容量也达到500Gbps。这三大VHTS(超级HTS)都将在2021年发射。HTS容量的迅速提升使得GEO HTS的单位Gbps制造成本降至百万美元以下,从而在服务能力和资费水平方面与地面宽带网络旗鼓相当。随着VHTS的推出,卫星通信在信息网络中的吸引力将会得到有力的提高。

为了进一步扩大卫星通信容量,在充分利用多点波束和频分复用技术的同时,Ka之上的频率资源更为丰富的Q、V频段已经开始进入商用。

2016年3月,Eutelsat率先在Eutelsat 65 West A卫星上使用Q频段。SpaceX、O3b、Boeing、Amazon以及国内相关单位的星座系统都有V频段的使用计划,而欧美等国已开始进行频率更高的W频段的研究工作。

2018年6月20日,由芬兰研制的纳卫星首次从太空向地球发送W频段信号。与Q、V频段相比,空间激光通信的带宽更大、抗干扰能力更强。经过多年来美欧、日本等的一系列研究,目前卫星激光通信开始进入实用阶段。

2019年2月,欧洲Airbus公司与日本SKY Perfect JSAT公司签订了合作协议,旨在共同开展激光数据中继卫星业务。SpaceX、Telesat以及国内相关星座系统都有卫星激光通信计划。我国2019年底发射的“实践20卫星”上同时开展Q、V和激光通信传输试验,其中星地激光通信传输速率达到10Gbps的国际先进水平。

此外,特性介于毫米波和激光之间的太赫兹也在研究之中。太赫兹频率在0.1-10THz之间,理论传输速度可达1Tbps。2018年5月,Tektronix/IEMN(一个法国研究试验室)在252-325GHz频段实现了100Gbps无线传输。

四、移动互联网攻城略地

应该说,尽管无线、微波传输也曾发挥一定的作用,但互联网最初主要是在有线网络之上发展起来的。互联网的目标在于网络互联,实现全世界的计算机联合起来,移动网络的目标在于实现随时随地通信。从上个世纪七十年到现在,移动通信基本上每隔十年就更新换代一次。如果说,最初的1G是模拟话音移动通信系统,与互联网没有关联,那么,从2G数字通信开始,移动通信的每一步发展都受到互联网的强大影响,并且最终成为互联网的重要组成部分和应用形式,而且大有后来居上势头。

移动通信逐步融入互联网、发展成为移动互联网是在2G和3G时期完成过渡的,其起点是2G时期的GPRS(通用分组无线业务)。GPRS是在GSM网络话音电路交换基础上引入的无线分组交换技术,以提供端到端的、广域的无线IP连接和数据传输。GPRS是GSM网络向3G过渡的2.5G技术,它实现了移动通信与互联网的对接,其理论带宽可达171.2Kbps,实际大约在40~100Kbps。在GPRS之上,WAP(无线应用协议)把互联网上的HTML数据转换成用简单的WML(无线标记语言)格式,以适应当时网速和手机智能化程度都受限的应用场景。

进入3G时代后,为了满足苹果之类智能手机和各种增值应用带来的带宽增长需要,比GPRS速率更高的HSDPA(高速下行分组接入)和HSUPA(高速上行分组接入)及其加强版HSPA+等技术开始陆续登场。HSPA+的上行速率达5.76Mbps,下行速率达21Mbps或28Mbps。

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图2 2G和3G时期移动互联网的演技过程

与2G、3G通过电路和分组域来分别传输话音和数据不同,4G彻底取消了电路域,用统一的分组域来承载所有的业务,它通过IMS(IP多媒体子系统)来处理话音等实时性的业务,VoLTE(长期演进语音承载)就是一个在IP之上传输话音的标准。可见,4G让移动通信脱胎换骨,变成了真正的移动互联网。进入5G移动互联网阶段,其应用领域已从普通互联网应用扩展到物联网、车联网和工业互联网。不仅如此,5G还实现了物联网、云计算、大数据和区块链技术的系统整合,使得整个社会走向人工智能时代。人工智能时代的互联网更像人的大脑,它有听觉、视觉、触觉,可以分析、计算、存储、判断,最终可能会有自我意识。

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图3 6G阶段互联网的智能特征

五、降低成本,抢占市场

成本是任何企业在市场竞争中获取优势地位的杀手锏,这样的案例在家电、通信、计算行业比比皆是,卫星通信行业亦不例外。这轮全球LEO星座热潮兴起的重要原因之一就是卫星制造和发射成本得到大幅降低。

在小卫星批量制造方面,卫星制造公司开始使用非航天级别的COTS(商业现货)组件,利用3D打印、模块化设计、即插即用、智能装配、大数据、机器人、增强现实等成熟技术,采用与飞机和汽车生产相似的流水线组装方式,从而可以每天生产数颗卫星,并将单颗LEO HTS的制造成本降到百万美元以下。

马斯克领导的SpaceX公司凭借卫星制造和发射一体化控制能力,易于量产、装载、发射的卫星扁平化设计,以及一箭60星发射和火箭回收再利用等独门绝技,将OneWeb这个强大对手挑下马来。SpaceX在航天运输方面的异军突起以及在卫星互联网方面的雄心壮志也是来自于技术创新和成本控制方面的非凡功夫。

在卫星成本控制方面的明星企业,除了马斯克麾下的SpaceX,还有ABS公司前CEO Tom Choi新组建Saturn(土星)卫星公司。如果说马斯克的SpaceX更擅长卫星制造和发射,目标是抢占LEO卫星互联网市场,那么,Tom Choi的Saturn则更懂卫星通信用户需求和系统实现,志在争夺GEO卫星通信市场。Saturn致力于低成本的小型GEO卫星制造。通过全数字有效载荷等技术的应用,Saturn成功将85Gbps的Ka频段HTS成本降到约为8500万美元。

Tom Choi对LEO的冷静和对GEO的坚持态度正在被OneWeb的财务危机和GEO市场的回暖所印证。可见,卫星制造发射成本控制既来自于技术、产品和商业模式创新,更来源于市场机制和企业家精神发挥。

六、增强智能,适应市场

信息网络市场需求千变万化,这必然要求信息网络具有一定的弹性和智能来应对。5G中的SDN、NFV和切片等技术,通信卫星中的数字载荷和软件定义都是具体的解决之道。基于数字载荷和软件定义技术的灵活卫星可根据应用需求的变化,对卫星的覆盖、连接、带宽、频率、功率和路由等性能进行动态调整和功能重构。

根据Euroconsult的统计,目前全球一半左右的HTS卫星带有灵活性载荷,其中覆盖灵活性占35%,连接、带宽和频率灵活性各占15%,功率占9%。覆盖灵活性的重要应用形式是移动波束,它已在O3b、Inmarsat、Intelsat等公司的HTS普遍应用。连接灵活性的重要应用形式是DTP(数字透明处理器),它可在不同波束之间建立连接,从而解决一般HTS星状结构带来的双跳通信影响。

这一技术在Intelsat EPIC系统得到充分运用,它无需要求用户更换终端就可以直接接入HTS网络。带宽灵活性的重要应用形式是跳波束(Beam Hopping),它通过时分技术,将有限的带宽资源在不同波束之间动态分配,从而有效解决多点波束带来的HTS资源碎片化和不同波束之间的业务忙闲不均问题,提高HTS带宽资源的利用率,其典型应用案例是Eutelsat- Quantum(欧卫量子)卫星。Eutelsat Quantum号称全球首颗真正意义上的灵活性卫星,该星由Airbus公司建造,可通过软件定义调整覆盖、频率和功率。

在天地一体化的卫星互联网时代,不仅需要通过数字载荷和软件定义来实现空间段卫星智能化,地面段VSAT网络也要借鉴5G中的SDN、NFV和云化技术来实现智能化,并积极融于基站回传、IP中继、移动平台接入、混合网络和物联网等5G应用生态之中。5G的新颖之处在于它标准化了服务编排。共享5G协议的卫星运营商和服务提供商可以使用标准化程序,来配置和管理多种类型的服务,从而提高卫星通信网络的市场适应能力。

七、卫星互联网开疆拓土

虽然地面互联网已非常发达,但它仅覆盖地球陆地面积的20%、地球表面的5.8%。要真正实现6G的万物互联和随遇接入愿景,还需要借助可以真正全球覆盖的卫星互联网。

应该说,卫星通信网络的互联网化早在2000年之前就已开始,其中,VSAT网络与DVB-S(数字视频广播—卫星)、DVB-RCS(数字视频广播—卫星回传信道)等标准的结合是关键的一环。DVB-S原来是ETSI(欧洲电信标准协会)开发的一套用于卫星数字视频广播的技术标准,包含信源编码以及信道编码和调制。后来,随着卫星信道编码和调制技术的进步,ETSI又先后提出DVB-S2和DVB-S2X标准,其周期恰好也是十年。DVB-RCS是ETSI为了满足卫星宽带通信的发展需要而提出的回传信道标准。DVB-S系列和DVB-RCS标准得到全球VSAT网络设备主流厂商的共同支持,这使得全球VSAT网络有了共同的开放标准,从而为卫星通信网络的IP化和卫星互联网的发展奠定了坚实的基础。

在基于DVB-S系列和DVB-RCS标准的卫星互联网前向信道中,IP数据包采用MPE(多协议封装)进行分段,然后装入到MPEG2-TS(传输流)包中。反向信道的IP数据包可以采用ATM或MPE来分装,然后装入到MPEG2-TS。最初,这类卫星互联网的前向信道速率可达45Mbps,反向信道速率可达2Mbps。随着大容量HTS(高通量卫星)和更高效率信道编码调制技术的推出,前向信道和反向信道速率都得到十倍以上的提升,它们充分满足了消费者宽带接入、移动平台接入、基站中继、内容投递等应用的带宽需求。

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图4卫星互联网的应用场景

目前,卫星互联网主要是以HTS的形式出现,它们共有GEO(高轨)、MEO(中轨)和LEO(低轨)三种形式。其中GEOHTS系统传输时延较长,高纬度地区覆盖能力较弱,但系统结构简单,可以广域覆盖,适合机载通信、海事通信、消费者宽带接入、视频广播和内容投递之类应用;LEOHTS复杂一些,但时延较短,可以实现全球无缝覆盖,适用于基站中继、物联网等低时延类应用;MEOHTS则介于前面两者之间。在GEO卫星方面,北美Viasat公司Viasat-2和Hughes公司Jupiter-2两颗在轨HTS的容量分别达到300Gbps和220Gbps,在建的Viasat-3和Jupiter-3容量将分别达到1Tbps和500Gbps,而传统通信卫星容量只有1Gbps左右。在MEO星座方面,SES公司旗下的O3b目前在轨20颗,主要应用是中继和回传。2017年11月,O3b计划新增30颗卫星。在LEO星座方面,SpaceXLEO星座一马当先,最终计划发射4.2万颗卫星。目前,SpaceX已经通过一箭60星技术完成七次发射,当卫星数量达到800颗就可具备初步的服务能力。值得一提的是,DVB-S系列和DVB-RCS标准主要适用于GEO卫星。对于MEO和LEO卫星,由于信道特性的改变,通常需要更合适的空口标准和协议,但是VSAT网络方面大同小异。

卫星互联网是互联网,尤其是移动互联网的自然延伸。为了促进卫星互联网与5G的融合,ITU、3GPP、SaT5G(卫星5G联盟)和CBA(C波段联盟)等国际标准化组织都在开展相关研究工作。在2019欧洲网络与通信大会(EuCNC2019)上,SaT5G进行了一系列卫星5G演示:

1)利用卫星和地面网络的MEC(移动边缘计算):比特率自适应、链路选择、增强视频流传输;

2)基于卫星组播技术的视频缓存和实况内容分发;

3)基于MEO卫星的航空机载通信;

4)利用混合回传网络和MEC的5G本地内容缓存;

5)卫星网络5G视频演示;

6)面向农村市场和大型集会事件扩展服务的混合5G基站中继。其中,机载通信和农村宽带最具吸引力。

2019年5月,Telesat、英国萨里大学与比利时Newtec联合进行了LEO卫星5G回传测试,往返时延为18-40毫秒,主要应用包括8K流媒体传输、网页浏览和视频通信。这些试验成果表明,卫星互联网与5G已经实现全面的融合。卫星互联网将为互联网和移动互联网展现广阔的发展空间,在普遍服务方面发挥独特作用,让人类所有成员享受上网和信息服务的基本权利。

八、融合星地,汇聚市场

由于经济规模的原因,卫星通信是一个相对封闭的行业。不同卫星通信网络在终端层面很难直接互通。DVB标准的采用改善了卫星通信网络的开放性,但是不同系统相互独立的局面短时很难彻底改变。卫星通信与地面通信网络的发展进程不太同步。卫星互联网启动的时候,5G已经商用。等到6G商用的时候,卫星互联网估计也已经定型。因此,卫星与地面网络的一体化设计只能是个理想。卫星通信网络与地面通信网络的融合应用主要还是通过网关互联,特别是终端聚合来实现。

在即将到来的高中低轨卫星互联网并存以及5G与卫星融合时代,在连接方面,需要通过小尺寸、低功耗、快响应的电调平板天线来在不同频段之间、不同卫星之间和卫星通信与地面通信网络之间进行快速切换,以保持通信连接的畅通无阻。在应用方面,还需要通过移动边缘计算技术来实现路由选择、速率适配、内容存储、数据分析、系统控制等终端应用管理工作。

近年来,电调平板天线商用化水平一直在不断提高。在EuCNC2019(2019欧洲网络与通信大会)上,移动边缘计算已经在SaT5G联盟进行的一系列卫星5G演示中得到应用。

除了电调平板天线和移动边缘计算技术,还需要具有局域或区域覆盖能力的无线网络与卫星通信网络对接,来真正实现随遇接入、无缝覆盖,并分摊用户使用成本。在Saturn公司之前,Tom Choi先创立了低成本、高能效的宽带无线平台Curvalux。Curvalux其使用固定的多波束相控阵天线,与传统LTE基站相比,其功耗降低到原先的1/100,同时提供7倍的吞吐量。

据称,全天候为Curvalux系统供电的100W太阳能电池套件只需200美元。在2019年拉斯维加斯NAB(美国广播电视)展期间,Saturn公司向美国客户展示了Curvalux的技术,距离发射塔800米的智能手机下载速度达到了400Mbps。通过Wi-Fi接入点,从5公里外传输数据速度可达100Mbps。链路预算显示,最远传输可达15公里,甚至30公里。

九、创新方式,拓展市场

面对传统卫星通信市场的发展瓶颈,各大卫星运营商可谓八仙过海,各显神通,积极扩展市场。Intelsat投资于OneWeb,分享市场资源,共同应对频率干扰。现在后来因种种原因,两家公司分道扬镳。SES整合O3b,以拓展MEO HTS市场。Eutelsat建设LEO物联网星座—ELO,以进军卫星物联网市场。Telesat通过Telesat这个LEO HTS星座,进入卫星互联网市场。Inmarsat利用自身GEO卫星和卫星中继通信技术,为一家LEO星座运营商提供全球天候的卫星测控、任务控制和故障查找等资产运行和管理服务。SKY Perfect JSAT高度重视HTS、平流层飞艇、基于LEO的遥感数据传输和AIS(船舶自动识别系统)、电调平板天线等市场机会,来开创新的发展局面。

十、寻求扶持,扩大市场

卫星通信是国家信息基础设施的重要组成部分,它同时隶属于航天产业和信息产业,其战略地位十分突出。在航天产业中,卫星通信的产业化程度最高,其中,商业化发展卫星通信提供了强大的推动力量。尽管如此,政府政策上的扶持也是极为重要的因素。以SpaceX为例,今天它在卫星制造和发射的一马当先与其发展过程中美国政府在资金、技术、人才、设施等方面的支持是分不开的。

2008年,美国NASA宣布SpaceX获得由猎鹰号发射的IDIQ合同,自此,SpaceX成为全球仅有的承担国家航天发射任务的私营企业。2015年,美国国防部授予SpaceX军用卫星发射许可证书,并将某些军用发射场和基地提供给SpaceX用于发射猎鹰火箭。美国军方鼓励退役军人在保密前提下,转换角色,重新进入企业,承担咨询或研制任务,以此促进人才的流动,为提升企业的实力提供人才保证。SpaceX军负责政府销售的副总裁曾是美国空军官员。

在火箭发动机技术上,美国NASA向SpaceX派驻技术人员并转让专利,开放阿波罗计划的部分技术,提供火箭发动机试车测试台,帮助SpaceX发展猎鹰火箭关键技术,并开放风动实验设施,以充分利用。2020年3月13日,美国FCC向SpaceX开放总价值160亿美元的农村宽带业务补贴资金竞争机会。历史上,ViaSat就曾获得过类似的农村宽带业务补贴资金支持。可见,SpaceX、ViaSat的成功都不是一种偶然,获得充分的市场哺育是它们取得成功的关键因素。

当前,我国正处于卫星互联网建设、卫星通信产业化和国际化发展的关键时期。我国卫星通信产业面临卫星和地面设备技术相对落后以及市场受限双重困境,而后者尤为严重。我们知道,对于传统卫星通信市场而言,最大的需求来自于卫星电视直播。截止2018年底,全球卫星行业总产值为2774亿美元(美国占43%),其中通信为主的卫星服务业为1265亿美元,卫星直播电视为942亿美元,可见其地位之高。

而我国卫星直播电视还处于公益服务阶段,不仅没有商业收入,而且每年国家还需要提供财政资助。对于新兴的卫星互联网市场而言,最大需求来自于消费者宽带接入。在国家宽带普遍服务计划中,上千亿的资金基本上都用于地面光纤和移动通信系统的建设,目前98%的行政村都实现了光纤和移动通信网络连接。

目前,我国卫星直播电视家庭用户数已达1.4亿,商业化运营市场潜力巨大,且各地开展区域卫星直播电视的意愿也非常强烈。我国2%的行政没有通宽带,其比例虽然很小,但家庭用户总数依然非常可观。如果这个两个市场能同时开放,无疑成为我国卫星通信产业化发展的双翼。

十一、结束语

互联网、移动互联网和卫星互联网的发展历程是人类信息通信应用不断丰富、活动范围不断扩大的过程,或者说是从固定到移动、从地面到海空、从网络到信息、从应用到智能不断升华的过程。其中,互联网实现了三网融合,移动网络基本实现了随遇接入和万物互联,卫星互联网实现了空天地海全球覆盖。如果说卫星互联网和5G的融合还仅仅停留在通信范围,那么在即将到来的6G中,卫星互联网、卫星导航、卫星遥感都将会大显身手。

技术应用、商业模式、产业政策和市场需求都是卫星通信产业发展的强大动力,其中市场需求具有决定性的影响。卫星通信产业的持续发展,需要卫星制造商和运营商在网络容量、通信成本、系统智能、星地融合、模式创新、政策扶持等方面同时发力,以做大市场规模,实现良性循环发展。

目前,我国卫星通信产业最大的瓶颈在市场受限。市场受限的主要原因是卫星直播电视和消费者宽带接入两个主体市场未能充分发育。

在信息网络天地一体化时代,互联网、移动互联网、卫星互联网以及卫星导航和卫星遥感的全面发展和相互融合才能构建完整的国家信息基础设施,才能真正实现网络强国和航天强国,这正是我国开展天地一体化信息网络重大工程建设,并在新基建中启动卫星互联网建设的意义所在。就卫星直播电视市场而言,主要问题在于地面有线电视和卫星直播电视之间的利益平衡。从信息服务产业的客观规律看,IPTV、OTT TV取代地面有线电视将是必然的结果。而卫星直播电视由于具有信息传播的广域性、等时性、高效性、可靠性,本将可以长期存在下去。

值得注意的是,互联网和移动互联网之所以蓬勃发展、深入人心,主要得益于技术、网络和市场等方面的开放性。在未来的天地一体信息基础设施中,卫星互联网以及卫星导航和卫星遥感能有多大规模的发展同样依赖于技术、网络和市场方面的开放性。就消费者宽带接入市场而言,主要问题在于地面光纤传输和卫星传输的成本效益权衡。地面光纤传输的成本是线性增长的,用户越是遥远、分散,成本越高,而卫星传输与距离无关,广域覆盖、远程通信是其天然的优势。

因此,我国卫星通信行业需要突破卫星直播电视和消费者宽带接入的政策壁垒,才能将国内市场做大、做强,进而才能有资格参与竞争更为激烈的国际市场的角逐,这是6G时代卫星通信行业不可回避的生存法则。

十二、星谷研究院

新型研发机构的起源、定义、类型和特点

(一)新型研发机构的起源

国内新型研发机构起源于 21 世纪初期的深圳、广州等地区,其产生过程存在一定现实背景,包括解决市场对科技成果的需求不断增加、成果研发主体和应用主体协调与匹配不足、存量科技资源与市场无法自动进行对接等现实问题,因此,需要在科技体系内构建一类新形式的组织机构。随着投入主体、组织模式和运行机制等各方面的不断演化发展,人们逐渐意识到新型研发机构在技术创新、科技成果转化和人才聚集等方面所具有的重要功能。目前,全国各种形态的新型研发机构呈快速增长的发展态势,正逐渐发展成为区域产业转型升级的新引擎,以及推动科技体制机制创新的试验田;此类新型研发机构的典型代表包括北京量子信息科学研究院、北京脑科学与类脑研究中心、北京智源人工智能研究院、上海紫竹新兴产业技术研究院、深圳华大基因研究院、江苏(昆山)工业技术研究院、中石化重庆页岩气产业技术研究院等。

(二)新型研发机构的定义

为深入实施国家创新驱动发展战略,推动新型研发机构健康有序发展,国家科学技术部2019 年印发的《关于促进新型研发机构发展的指导意见》中对新型研发机构给出了权威定义:新型研发机构是聚焦科技创新需求,主要从事科学研究技术创新和研发服务,投资主体多元化、管理制度现代化、运行机制市场化、用人机制灵活化的独立法人机构,可依法注册为科技类民办非企业单位(社会服务机构)、事业单位和企业。可以看出,新型研发机构的定位首先是开放、合作的载体和平台,能够有效整合资本、技术、人才及市场等创新资源,为传统科研院所、高校及项目团队等创新主体与资本市场牵线搭桥 ;其次,新型研发机构需要有产业链整合能力,不仅仅聚焦于专利、软件著作权、技术秘密及电路布局设计等技术成果,更要注重产业、资本与市场的互动,实现创新要素的全方位对接。

(三)新型研发机构的类型

从主导发起者的角度进行划分,新型研发机构最常见的组建模式有 3 种:一是院校与政府共建型,即一个或多个高校、科研院所与政府共建类似创新院类型的新型研发机构,这是目前最主要的类型 ;二是院校与企业共建型,一个或多个高校、科研院所与企业共建类似联盟和实验室性质的新型研发机构,这种类型数量最少 ;三是企业自建型,企业或其他单位自行筹建的企业类型新型研发机构,这种类型的研发机构数量居中。以单位性质区分,新型研发机构主要可以分为事业单位、企业形式和民办非企业,其中事业单位形式主要指由科研机构、高校、地方政府等主导设立的创新院类型事业单位,但采用全新的管理和运行机制,如北京量子信息科学研究院、北京脑科学中心等单位;民办非企业类型主要指以民办非企业身份在当地民政部门登记注册,采用市场化运作,自主经营,自负盈亏 ;企业类型指采用完全市场化的股份公司制运作,没有编制和事业单位经费支持。

(四)新型研发机构的特点

2019 年,科技部印发的《关于促进新型研发机构发展的指导意见》中对新型研发机构的设立条件进行了明确界定,包括 :法人资格、业务范畴、设施条件、人才队伍及经费来源等。创新院的发起者需要具备独立法人资格,拥有健全完善的内控制度 ;从事学科基础研究、应用基础研究,产业共性关键技术研发、科技成果转移转化,以及研发服务等业务;在项目研发、试验、服务等方面拥有必需设施 ;项目团队结构合理稳定、研发能力较强 ;经费来源相对稳定,主要包括出资方投入,技术开发、技术转让、技术服务、技术咨询收入,政府购买服务收入,以及承接科研项目获得的经费等。同时,新型研发机构的核心在于市场化运作,普遍采用合同制、匿薪制、动态考核、末位淘汰等管理制度,自主面向社会公开招聘人员,建立与创新能力和创新绩效相匹配的收入分配机制。

研究院的组建多为“政府搭台、科研院所牵头、高等院校参与”形式,创立之初便旗帜鲜明地表示要以国家发展战略需求为根本出发点,服务于行业或区域重大技术发展需要,立志围绕科学技术尖端领域的前瞻性问题,以及涉及国计民生的重大公益性问题,集聚一流的创新团队,形成一流的创新氛围,产出一流的创新成果,培养一流的创新人才。从2017年开始,北京市积极搭建关键技术创新平台,组建由顶尖人才领衔的项目技术团队,鼓励和支持科学家勇闯科技前沿“无人区”,相继组建了北京脑科学与类脑研究中心、北京智源人工智能研究院等研究机构。北京脑科学与类脑研究中心作为北京市重点推进建设的新型研发机构之一,将重点围绕共性技术平台和资源库建设、认知障碍相关重大疾病、类脑计算与脑机智能、儿童青少年脑智发育、脑认知原理解析等 5 方面开展攻关,力争在脑科学与类脑科学研究领域实现前沿技术突破;北京智源人工智能研究院将按照国家新一代人工智能发展规划总体部署,支持科学家探索人工智能科技前沿,推动人工智能理论、方法、工具、系统等方面取得变革性、颠覆性突破,引领人工智能学科前沿和技术创新方向,支撑人工智能产业发展,促进人工智能深度应用 ;除此之外,还有北京量子信息科学研究院等其他新型研发机构。

 

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