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西方超引力获突破奖 与 中国圈量子引力创新

李小坚      推荐评注:

西方的超引力理论,不如东方新圈量子引力理论。国内邵常贵教授团队的圈量子引力理论工作,已经超越他们。而此重要工作没有人关注,没有引起足够的重视。

国内邵常贵先生的《量子引力—-空时与引力的新体制》、《空间时间的量子理论》,深入研究和发展了LQG,已经完成了空间量子化,时间的量子化,引力的量子化,重整化的结果消除了引力发散性。并且,有希望对四种力的统一,有望发展成为一个完整的统一理论。

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今天看到,中国物理学会期刊网 发文:

昨夜,三位超引力理论提出者获300万美元基础物理学特别突破奖

https://mp.weixin.qq.com/s/lFk4qDMT2NG3E9R-xGc55A

编译 | 七夕夜的三叶草

校对 | 于槐、高木槐

当地时间2019年8月6日,基础物理学突破奖评选委员会(The Selection Committee of the Breakthrough Prize in Fundamental Physics)宣布,奖金高达300万美元的2020年基础物理学特别突破奖授予超引力的提出者,物理学家Sergio Ferrara(CERN)、Daniel Z. Freedman(MIT和斯坦福大学)和Peter van Nieuwenhuizen(纽约州立大学石溪分校)。这三位科学家因提出了超引力理论而获此殊荣。在超引力理论中,描写基本粒子量子变量成为描述时空几何的一部分。

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Peter van Nieuwenhuizen、Sergio Ferrara和Daniel Z. Freedman | 图片来源:CERN
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此前该奖获得者包括首次发现射电脉冲星的约瑟琳·贝尔·伯奈尔(Jocelyn Bell Burnell)、斯蒂芬·霍金、在发现希格斯玻色子的实验中发挥主导作用的欧洲核子研究中心(CERN)的七名科学家,以及探测引力波的LIGO合作团队。

评选委员会主席爱德华·威滕(Edward Witten)说:“超引力的发现是在描述时空动力学时引入量子变量的开始。引人注目的是,爱因斯坦方程可以被推广成为所谓的超引力理论。”

突破奖的设立者之一Yuri Milner说:“当我们想到人类想象力的伟大作品时,我们通常指的是艺术、音乐和文学。但一些最为深刻而美丽的作品是科学家创造的。过去几十年来,超引力一直激励着物理学家,这个理论中可能蕴含着关于现实本质的深刻真理。”

01
超引力

Ferrara、Freedman和Van Nieuwenhuizen是超引力的构建者。超引力是1976年提出的一个极为有影响力的理论,它成功地将引力整合到一种特定的量子场论当中。量子场论是用符合量子力学定律的场来描述自然界中基本粒子和相互作用的理论。

上世纪60年代和70年代初建立的标准模型是一种量子场论,至今仍是物理学中得到最精确验证的理论,其成果包括预言希格斯玻色子的存在。然而,一个很明显的事实是,标准模型并不完备。特别是它只描述了自然界的三种作用力:它没有考虑引力,而引力属于爱因斯坦广义相对论的领域。此外还有许多谜题无法解答,比如一些粒子的质量比预期值低许多个数量级,也没有任何粒子可以解释暗物质这种遍布整个宇宙的不可见物质。

然后到了1973年,物理学家发展了“超对称性”原理,它扩展了标准模型以包括新的粒子家族。超对称性理论假设,每一个已知的粒子都有一个看不见的“伙伴”:费米子(构成物质的基本粒子,比如电子和夸克)有玻色子(携带作用力的粒子)作为伙伴;而玻色子(比如光子)则有对应的费米子作为伙伴。

虽然这些“超玻色子(super-boson)”和“超费米子(super-fermion)”是否存在还有待实验证实,但超对称性因其强大的解释能力而引人注目。它将费米子和玻色子的特征联系起来,作为一种潜在对称性的表现形式——就像不同的形状可能是同一个物体在镜子中的不同的反射一样。它还为标准模型中一些令人困惑的谜题提供了解决方案,其中包括解释粒子微小质量的机制,以及暗物质的自然候选者——暗物质就像是假设中的“超玻色子”一样,质量大但不可见。

但是要想用超对称性来描述我们周围所确实看到的现象,比如苹果落地,那就必须将超对称性扩展到包括引力。这正是 Ferrara、Freedman 和Van Nieuwenhuizen 曾下定决心要实现的目标。他们三人的合作开始于Ferrara和Freedman 1975年在巴黎高等师范学校的多次讨论,接着是与Van Nieuwenhuizen的合作,最终通过当时最先进的计算机上一系列冗长繁复的计算而完成:他们成功地构建了一个包括“引力微子(gravitino)”的超对称理论,引力微子是引力子(携带引力的玻色子)的超对称伙伴粒子,它是一种规范费米子。

超引力理论不是广义相对论的替代理论,而是广义相对论的超对称版本:这个理论中使用的代数包含了表示部分时空几何的变量——在爱因斯坦的理论中构成引力的几何。

02
影响深远的超引力理论

自从超引力理论提出四十年来,它一直对理论物理学产生着巨大的影响。超引力理论表明,超对称性能够解释我们在现实世界中所看到的所有现象,包括引力。它代表着我们目前对粒子物理学理解的完成,对“自然界的什么理论同时与量子力学和狭义相对论这两个基本原理相容?”这一问题给出了一个严格缜密的数学解答。它还为建立一个从基本层面上描述时空的完整的量子引力理论提供了基础——人们现在依然为之奋斗。

1981年,威滕证明,这个理论可以用来为广义相对论中一个极其复杂的定理给出一个相当简单的证明。在那之后不久,超引力被整合到弦理论中——当描述低能量的相互作用时,弦理论实际上等价于超引力。这是1984年麦克尔·格林(Michael Green)和约翰·施瓦茨(John Schwarz)的证明的一个极为关键的组成部分,他们的证明使得超弦理论得以建立在稳固坚实的数学基础上。超引力在库姆伦·瓦法(Cumrun Vafa)和安德鲁·斯特罗明格(Andrew Strominger)关于量子黑洞的研究,以及后来在胡安·马尔达西纳(Juan Maldacena)等人的“全息”引力理论的发展中也发挥了重要作用。

03
超引力何时能被实验验证?

超对称和超引力的概念非常令人信服,物理学家至今仍在苦苦寻找实验证据来证实他们的预测。Van Nieuwenhuizen表示:“超引力中最关键的问题就是超对称粒子的发现,而这只有实验物理学家才能解决。“

科学家希望,大型强子对撞机(LHC)的实验中会出现这些粒子的证据。不过到目前为止,证据还没有出现。如今,物理学家正在扩大他们的研究范围,寻找新粒子的非传统特征,包括超对称性和超引力预测的那些特征。他们也在精确地测量那些已知的过程,观察是否存在与标准模型的预测不一致的地方。

Van Nieuwenhuizen说:“让我们希望大自然会意识到我们的努力。通过解决那些长期存在的问题,这个美丽的数学模型已经为物理学做出了贡献,而它在数学上的贡献甚至更大。我希望它不仅仅是数学和物理中的工具,而是一种物理现实。”

Freedman说,超引力的概念源于对携带力的粒子的认识,这些粒子与强、弱和电磁力有关,我们已经在自然界探测到了它们。“在我看来,大自然很有可能也知道超引力。”

按照计划,在本世纪20年代中期,大型强子对撞机将进行升级,这将为物理学家提供更多数据,以便继续寻找可能存在的任何新粒子。

Ferrara认为,超引力被实验验证只是时间问题而已。“在预测存在希格斯玻色子之后,我们花了将近60年的时间才发现它。对于超引力,我们也需要差不多同样长的时间。”

Peter van Nieuwenhuizen在得知自己获奖后接受了采访,下面是来自纽约州立大学石溪分校官网刊发的对话。
Q:你是怎么得知自己获奖的?A:我刚从荷兰回来。当时我正坐在餐桌边付账单,电脑上弹出来一条消息,是爱德华·威滕(Edward Witten)发给我的。他是个著名的物理学家,是突破奖甄选委员会主席。他发消息问我什么时候方便接电话,电话号码是多少。我回复他说“现在就行”,把我的号码给了他。然后我就接着付账去了,但是并没有电话打进来。大概20分钟以后,我看了一下电脑,发现Edward又给我发了一条消息。他说:“我刚打给你,结果是马萨诸塞州一个叫Johnny Johnson的家伙接的。”晕,我给错了区号!我又给他正确的号码,跟他说“可能是因为我还在倒时差”。这下我马上接到了他的电话。我当时很担心他会问我很难的超引力方面的问题。他很聪明的。我有点儿紧张,因为我可能回答不出来。结果,我拿起电话,他对我说:“我是Edward Witten。祝贺你获得了2020年基础物理学特别突破奖。”对我来说这绝对是个惊喜。这么多年来,我们一直渴望得奖,结果每次得奖的都是别人。当然,我们从来没有怀疑过,他们都是极其优秀的物理学家。只是这么多年下来,我早就不做指望了。所以Edward告诉我获奖的时候,我真的是说不出话来。我跟他说:“呃,我不知道该说什么,我早就放弃希望了。”他说:“不必多言。请不要告知任何人。”就是这样。这是我人生中最短、含金量最高的电话。Q:关于超引力的发现,我们是不是还在等待“重大发现,确凿证据”?A:证据就在那儿。理论已经有了,数学上一切都很清晰。这个奖是为了表彰我们做过的理论工作。但还不清楚这是不是真实描述自然的理论。只有找到超对称粒子,我们的理论才能成为物理现实。我每次写文章,结尾都要写“希望大自然意识到我们的努力。”Q:你认为,我们今天的技术和资源是不是能够找到超对称粒子了?A:到目前为止,在芝加哥附近的费米实验室、在日内瓦附近的欧洲核子研究中心,都没有发现超对称粒子。据说中国要建新的加速器,我们拭目以待。

Q:你是怎么会和Freedman、Ferrara一起研究起超引力概念的?

A:当时Freedman在这儿(纽约州立大学石溪分校)教书,Ferrara在CERN。有次,Freedman在去巴黎的路上碰到了Ferrara,两人讨论了超引力的概念。Freedman回来后就把我叫上一块儿研究,就在现在这间办公室。我们全程通过打电话、写信联系Ferrara。

Q:给我们讲讲整个研究过程吧。有没有“啊哈!”那样的豁然开朗的时刻?

A:有的。我们完成了非常非常复杂的计算。真的很复杂,我们算了好几个月,觉得肯定搞不定。但我的导师,诺奖得主Veltman,他教我学会了用计算机,所以我决定用Brookhaven附近的CDC电子计算机来解决问题。我们在电话中来回讨论结果。因为担心花销太多,我们写程序的时候尽量精简,最后用了30到40美元,今天看来,比起这个项目,这点钱算啥。

有天很晚了,我坐在办公室的计算机旁,那时候我们已经走到最后一步了:一切都检查过了,所有东西都不能再调整或修改了。有2000个系数都必须为零——它们都是整数,要么是0,要么是1或者2,反正不能有0.1、0.2之类的小数。所以计算机程序就不必使用高精度。如果这些参数里面任意一个不为0,理论就失败了,我们就将前功尽弃。

第一批数据出来了,然后是第二批、第三批,依次往后。我们已经知道第一批数据中的系数都是零,因为在之前的运算中,它们都可以归零。关键在于是不是所有其他系数也都能归零。一批批的数据不断从Brookhaven出来——1600、1700,还是零——1800、1900,终于到第2000个,所有的系数都为零!就在那个时刻,我知道理论成立了。

我很累。我半夜给Freedman打电话,他当时在芝加哥开会,在旅馆休息。我说:“Dan,都搞定了。”他说:“好极了。”然后打了个哈欠又睡过去了。

大家都问我是不是兴高采烈,欢欣鼓舞,但说实话,忙了好几个月,我只感到十分疲惫。所以我回家睡觉了。直到好几天后,我才意识到这是个重大发现。

Q:学校里庆祝了吗?

A:一开始是没奖励的,我们只需要写学术论文。我们在The Physical Review发了文章,论述了我们的发现。后来我们还给这篇论文加了个附录,说明计算机计算表明表明我们的理论是成立的。

至于我个人,我被升任为首席教授(Leading Professor),后来又成为杰出教授(Distinguished Professor)。有些机构邀请我去工作,但我决定留在这里——我觉得这是一个明智的决定。

Q:你从1975年起就待在纽约州立大学石溪分校了,刚才你还说留在这里是个明智的决定,为什么呢?

A:最主要的原因是,我喜欢在这儿教高级研究生课程,学生对这些课特别着迷,他们一直激励着我。能有这样追随你的听众,别无所求。

Peter van Nieuwenhuizen 在黑板前

Q:你同时也隶属于杨振宁理论物理研究所?

A:对。1975年杨振宁把我招进去的。他是我的研究所主任。他总是非常非常支持我,这也是我喜欢呆在这儿的另一个原因。

当时我在波士顿,犹豫不决,因为有人告诉我纽约是个很危险的地方。我第一次来这儿的时候,走在老物理楼旁边,看到一个年轻人狂奔,一个年龄大点的男的扑上去死死按住他。我看到那一幕,吓坏了。后来才知道,那个年轻人是个学生,他冒充另一个学生,犯了诈骗罪;年龄大点的男人是个教授,要抓住那个学生。

不管怎么说,我跑回波士顿。但是杨振宁给我打电话,说我应该回石溪去。我就去做了个学术报告,一开始报告很顺利,大家都在听,但后来忽然所有人都离开我,跑去房间的另一头,有个人从Brookhaven进来,拿着一张纸,上面有一个巨大的、意想不到的测量峰值。后来知道是粲夸克。我决定接受杨振宁的邀请,在这里做助理教授。

Q:你打算怎么使用这笔奖金?

A:这笔钱数额惊人,我还没想过,因为我压根儿没想到我们会得奖。好在我不用立刻想出答案。

后记
超引力理论是数学物理的一个重大发现。它认为时空带有一种费米性,并因此引入了一种反对易数。在超引力理论中,时空是有由对易的实数和新的反对易数来描写的。用这一新观念所建立的超引力理论,是一种非常特殊的量子场论,其带有超对称。这一类量子场论有许多非常奇妙的性质,它吸引了很多人在这一方向做研究,也取得了很多进展。但我们所生活的时空是否真有这种费米性,超引力理论是否真的能描写我们的世界,还有待于实验验证。目前的高能加速器实验没有找到任何超对称的迹象。
《返朴》的一些文章(如“拓扑序:看世界的一种新视角 | 众妙之门”)介绍了对时空的另一种不同的看法。我们认为,时空是由许许多多具有量子特性的量子比特来描写的,而不是由对易的实数和新的反对易数来描写的。当构成时空的量子比特海具有一种由弦网来描写的量子纠缠时,弦的端点可以是费米子(其对应于电子夸克等费米子),而弦的密度波是描写各种相互作用的规范场(其对应于光子胶子等传播力的粒子)。这也是一种量子时空,而且是一种同时带有费米性和规范性的量子时空。但这种量子时空没有超对称,也不被超引力理论来描写。
——文小刚
参考资料
https://breakthroughprize.org/News/53
https://news.stonybrook.edu/facultystaff/qa-with-breakthrough-prize-winner-peter-van-nieuwenhuizen/?from=timeline&isappinstalled=0
https://www.symmetrymagazine.org/article/breakthrough-prize-awarded-to-architects-of-supergravity

 

李小坚评注:

西方的超引力理论,不如东方新圈量子引力理论。国内邵常贵教授团队的圈量子引力理论工作,已经超越他们。而此重要工作没有人关注,没有引起足够的重视。

国内邵常贵先生的《量子引力—-空时与引力的新体制》、《空间时间的量子理论》,深入研究和发展了LQG,已经完成了空间量子化,时间的量子化,引力的量子化,重整化的结果消除了引力发散性。并且,有希望对四种力的统一,有望发展成为一个完整的统一理论。

据一位朋友告诉我们,正确的科学研究道路很重要;他参加的2009年8月上旬北师大圈引力(loop)会议,感到加拿大圆周物理研究所的学者,用扭量理论构造微观粒子拓扑形态的假说模型,与我们的三旋密码的论证类似,然而出发点与结论却不相同。他请教过国内圈引力学者,认为上述扭量模型的探索可取,但未必能得到可计算的有效结论,特别是能否进行费曼路径积分是个没有解决的大难题。关于loop理论,有人说到现在20年的发展,科学界已经造就了几个中心:一个是加拿大的圆周研究所(PI),PI的核心人物是lee smolin(李.斯莫林),他写了一本科普书《通往量子引力的三条路途》;另外的一个是法国的Rovelli组;一 个是美国的ashtekar组。

在中国对圈量子引力理论,做出突出贡献的有北京师范大学马永革;江汉大学邵丹等分别领导的小组,及湖北大学邵常贵教授,武汉科技大学的邵亮教授,他们在做圈量子引力。他们所取得的成果为国内之翘楚,深受国际学术界瞩目。
邵老师团队基于圈量子理论的突破,是量子理论与广义相对论的融合的典范,是统一理论成功案例!

我们中国人一起共同发展,完全可以实现一个由中国人提出的代表中国文化的创新统一理论!

参考:

1.空间时间的量子理论_百度百科  https://baike.baidu.com/item/%E7%A9%BA%E9%97%B4%E6%97%B6%E9%97%B4%E7%9A%84%E9%87%8F%E5%AD%90%E7%90%86%E8%AE%BA/8159033?fr=aladdin

2.《空间时间的量子理论》(邵亮,邵丹,邵常贵)【摘要 书评 试读】- 京东图书 https://item.jd.com/10844783.html?dist=jd

3. 量子引力世界开放论坛(使用文字:中,英,日) 2018-10-20    http://bbs.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=3400625

4.如下工作,邵常贵团队的重要贡献:

附录I:本书重要结果与符号使用索引(书目) 

序号 结果摘录 参考书目
1 空时SO(3.1)规范场、SO(3.1)局部活动标架下联络的表述、引力规范理论 [1][5][*]
2 对广义相对论中数学、物理及验证的点评,外源度量扰动功能剖析 [1][*]
3 引力的离散分布 [2]
4 理论解析结构(含原则与计算)对大爆炸和黑洞的否定 [2][3][4][5][6] [*]
5 空时与引力双变量度量(绝对度量、组合度量)的定义、及分离表述 [2][3][4][5] [*]
6 空间体积量子、面积量子的定义与计算及体积算符间的变换 [2][5]
7 限制曲率无穷大机制 [2][5][6] [*]
8 引力相互作用的量子化 [2][5] [*]
9 双变量度量量子引力(M -理论) [2][5] [*]
10 宇宙来自空时的多种可能膨胀 [3][4][5] [*]
11 广义相对论体制上可表述为“平坦空时+引力扰动” [3][4][5] [*]
12 早于霍金对黑洞视界和黑洞奇点存在作出正式否定(即作者给出对黑洞的首次否定),存在隐星、隐物质,黑洞不存在原理 [3][4][5] [6] [*]
13 红移计算的空时度量修正例 [4]
14 马赫原理的物质与空时二源重原初关系的对称运动解释 [4][5]
15 双变量度量量子引力尺度物理(从微观零尺度至面向无穷大尺度) [4][5] [6][*]
16 空时方程、空间时间张量 [4][5] [*]
17 广义相对论是引力微分同胚规范场、宇宙第一类空时外部规范场、广义相对论外部规范性质剖析 [4][5] [*]
18 空时与引力二元统一世界、双重度量的二元连续统M、宇宙统一规范场论 [4][5] [*]
19 空时度量组分及作用 [4][5] [*]
20 狭义与广义相对论在宇宙中的地位 [4][5] [*]
21 量子动态组合宇宙(大观宇宙) [4][5] [*]
22 闵柯夫斯基空时尺度物理不变性、S-节律 [4][5] [*]
23 双变量度量量子引力的无假设宗旨 [4][5] [*]
24 鸿汤能量 [4] [*]
25 双变量度量量子引力的引力相互作用重整化与背景无关性 [5]
26 双变量度量量子引力的纤维丛表述 [5]
27 空时与引力分离条件下引力圈线表达的引力散射传播子 [5]
28 空时在引力量子化中的作用 [5]
29 双变量度量量子引力作用量及其形成过程 [5]
30 引力喷流、空时度量反弹 [5] [*]
31 引力相互作用的重整化、规范不变与非规范不变两类发散的消除、G(S)-量子化 [5] [*]
32 空时外部规范场规则 [5] [*]
33 宇宙空时的体制、空时的形态 [5] [*]
34 历史上引力规范场量子化探索点评 [5] [*]
35 三源重理论(3S-理论) [5] [*]
36 基本力(五种)的反弹生成规则(自然力是自然界整体对称性遭到破坏的反弹) [5] [*]
37 引力相互作用重整化(非一次切中)猜想、空时质地与引力刺绣的平衡 [5] [*]
38 广义相对论的两条基本原理是在不明外部规范场存在的条件下,对它是空时外部规范理论的表述 [5] [*]
39 后爱因斯坦时代物理学三个基本问题的回答 [5] [*]
40 圈量子引力中的圈线法(引力与空时圈线分离) [5] [*]
41 空时SO(3.1)规范场动能通过截面B ijμ输送度量组份ηEμv(x)消去引力相互作用发散 [5] [*]
42 空时与引力连续统双重度量多方位根脉统一理论  [5] [*]
43 宇宙第二类空时外部规范场、第五种作用、重整化空时度量扰动δημv(x) [5] [*]
44 引力扰动的力的属性与对空时度量的决定属性的分离考查 [*]
45 空时与引力的双轨宇宙探索 [*]
46 空时与物理规律的根脉统一 [*]
47 四种相互作用的规范统一、五种基本(规范反弹)力  [*]
48 弯曲时空量子场论不存在、引力与其它三种力具有共同的规范场地位 [*]
49 牛顿三定律是空时外部离散规范作用、等效原理是广义相对论与牛顿力学的深度链接  [*]
50 空时的SO(3.1)规范体制  [*]
51 引力扰动不同于引力波  [*]
52 引力波评述、避免引力波实验的盲目性、空时涟漪的不确定性  [*]
53 双变量度量量子引力的引力波验证  [*]
54 重整化猜想——对称性定域化需付出代价  [*]
55 爱因斯坦默认、引力的物理属性不变原理  [*]
56 等效原理的(对空时质地的规范反弹)解释、裸露局部平坦空时质地且其上三源重形成原初平衡、大观宇宙的运动观  [*]
57 宇宙的规范与根脉统一至简图景、宇宙大观统一  [*]
58 暗物质与暗能量的另类(如另外宇宙叶)解释、宇宙区域准形成状态、摆脱四种相互作用、引力空洞、空时另类物理作用原理  [*]
59 空时度量规范叠加原理、宇宙的叶、宇宙隐藏的(非四种相互作用)叶  [*]
60 宇宙微观尺度物理模型——引力陷阱、黑洞是理论上的一种虚构  [*]
61 外部量子态存在原理、态与度量平行存在原理、空时与态的相容原理  [*]
62 引力度量组份剖析及其真实性考查  [*]
63 空时特征与物质运动形态的适切定理、态与惯性是两种宇宙基因  [*]
64 数学概念无物理执行力定理  [*]
65 数学概念的物理接纳定理  [*]
66 宇宙事物第四组合规则  [*]
67 量子动态组合宇宙的辩证唯物和客观实在性  [*]
68 空时度规与引力扰动非同质(二者等效非等同)原理  [*]
69 空间组合秩序独立性原理  [*]
70 宇宙基本源重相容纳但不相融合原理  [*]
     
     

 

 

今天文小刚先生报告:物理学的新革命

文小刚:物理学的新革命——凝聚态物理中的近代数学 |

文小刚:物理学的新革命——凝聚态物理中的近代数学 | 众妙之门

2019-07-23  坚石rnomz…  转自 lindan9997  

撰文 | 文小刚(麻省理工学院终身教授、格林讲席教授)

经历了数千年发展,数学这门古老的学科在近一百多年开拓出了众多分支,并产生了多个应用学科。而一般人所学的往往是200多年前的数学。面对近代数学,若非精通数理者,恍如坠入“数学的深渊”。今天的二条文章用一张生动有趣的长图,将深奥的数学深渊化作一部星汉灿烂的数学史。

事实上,数学的发展常常得益于物理学提出的问题,而物理学的每一次重大革命,则往往伴随着新数学的引入。《返朴》总编文小刚特为此撰文,回顾历史上几次物理学革命,从数学的眼光看待物理学,并阐述凝聚态物理中的近代数学。在他看来,范畴学、代数拓扑等近代数学理论在物理学中的应用意味着,物理学正在进行一场新的革命。

今天的二条文章介绍了1900年前的数学发展史。过去100年来,数学有了很大的发展,除了像微分方程和微分几何这些与经典物理本身有深刻关系的数学以外,还发展出了代数拓扑、代数几何、代数数论、范畴学、几何表示论等极度抽象的数学。之前《返朴》介绍数学的文章《如何理解数学?从纠正对数学的偏见开始——得数学者得天下》强调,近代数学不是一个仅仅关于“数”的学问。以范畴学为代表的近代数学,更是一门关于关系和结构的抽象学问。有趣的是,近年来,这些看似和现实毫无关系的数学理论,特别是代数拓扑、代数几何和范畴学已经开始和现代物理深度碰撞

1 物理学革命与数学的引入

历史上物理和数学有着十分深刻的联系。物理的目的之一是了解新的自然现象。而一个新的自然现象之所以新的标志,就是我们连描写它的名字及数学符号都没有。这就是为什么当物理学家有一个真正的新发现时,他/她什么都说不出来,什么都写不出来,也无法进行计算推导。这时候就需要引入新的数学语言来描写新的自然现象。这就是数学和物理之间的深刻联系。正因为如此,每一次物理学的重大革命,其标志都是有新的数学被引入到物理学中来

第一次物理革命是力学革命,需要研究的物理现象是天体的的运动。牛顿不仅要发明他的万有引力理论,而且还要发明微积分这一套新的数学来描写他的理论。第二次物理革命是电磁革命。麦克斯韦发现了一种新的物质形态——场形态物质。这就是电磁波,也是光波。后来人们发现,这种场形态物质需要用数学的纤维丛理论来描写。第三次物理革命是广义相对论。爱因斯坦发现了第二种场形态物质——引力波。他需要引入数学中的黎曼几何来描写这种新物质。第四次物理革命是量子革命。这次革命揭示出,我们世界中的真实存在,既不是粒子也不是波,但既是粒子又是波。这种莫名其妙却又真实的存在,可以用量子力学来解释,而量子力学则是建立在数学中的线性代数理论之上。

500

牛顿、麦克斯韦、黎曼、爱因斯坦

我们现在正在经历一场新的物理革命——第二次量子革命。这次革命的主角是量子信息和它们的量子纠缠。这次我们所遇到的新现象,就是很多很多量子比特的纠缠。这种多体量子纠缠的内部结构,正是我们既说不出来,又没有名字的新现象。我们现在正在发展一套新的数学理论(某种形式的范畴学),来试图描写这种新现象。

这次正在进行中的物理学新革命是非常深刻的。因为这次革命试图用纠缠的量子信息来统一所有的物质、所有的基本粒子、所有的相互作用,甚至时空本身。而凝聚态物理中的拓扑序、拓扑物态,以及量子计算中的拓扑量子计算,都是多体量子纠缠的应用。正是通过这些物理研究,我们发现了多体量子纠缠的重要性,并引入了长程量子纠缠这一相关概念。

2 用数学的眼光看物理学

我们刚才用物理的眼光,概括了数学和物理的关系。自牛顿以来,我们都是用分析的眼光看世界,用连续流形、连续场来描写物理现象。特别是爱因斯坦的广义相对论,它是如此的漂亮自然,大家都认为它抓住了宇宙的本质。之后,以几何的眼光看世界成为物理的主流。在这个思路下,物理学家发展了规范场论、量子场论,以及描写所有基本粒子的标准模型。

但完美主流的几何的眼光,并不一定是认识世界的正确方法。从量子革命以来,我们越来越意识到,我们的世界不是连续的,而是离散的。我们应该用代数的眼光看世界。连续的分析,仅仅是离散的代数的一个幻象。就像连续的流体,是许许多多一个个分子集体运动的幻象。这种以代数的眼光看世界的新思想,将颠覆很多目前的主流物理理论,带来物理的第二次量子革命(见《光的奥秘和空间的本源|众妙之门》)。某种意义上,建立在几何思路之上的广义相对论、规范场论、量子场论太漂亮太完美了,让我们误以为它抓住了宇宙的本质,误导了我们一百多年。

有趣的是,这100多年来,近代数学发展的一条脉络也正是从连续到离散、从分析到代数的脉络,也提出了离散的代数是比连续的分析更本质的观点。60年代由Grothendieck学派发展出来的代数几何理论正是这种思想的代表,代数几何可以看作是实现了连续和离散的统一的几何理论。这和物理学从经典到量子的发展一一相映。而实现统一的语言当然是代数的,更准确的说,是一个超越了集合论的、全新的数学语言,也是代数几何的基础语言:范畴学。

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40年代Eilenberg和Mac Lane发展了范畴学,60年代Grothendieck在此基础上发展了代数几何。

3 范畴学的精神

下面让我从一个外行的角度,来粗略介绍一下范畴学的精神。通常,如果我们想要深入了解一个物体,我们会把这个物体分解成越来越小、越来越简单的构件。如果我们可以做到这一点,我们就认为了解了这个物体。这一思想方法就是还原论的思路。这是科学思想方法的一个主流。很多人甚至用它来定义什么叫做“理解”。

但主流并不代表正确。“理解”也可以由另外一种完全不同的方式来实现。我们不试图把物体分成更小更简单的基本构件。我们甚至不去考虑物体的内部结构,也许物体根本就没有什么内部结构。我们试图通过这个物体和其他所有物体的关系和作用,来了解这个物体

其实,和其他物体的关系和作用,正代表了这个物体所有可能的性质。而一个物体的所有可能性质,也就完全定义了这个物体本身。归根到底,也许我们根本就没有物体,只有一大堆关系。而物体这一抽象的概念,以及物体所有可能的性质,是由这一堆关系来定义的。这就是范畴学的精神。

把这一范畴学的思路应用到认识论,我们发现所谓的“客观存在”,其实是人脑通过观察到的大量的、各种各样的关系,所抽象出来的一个概念。也就是说,我们头脑中的主观印象观察是客观的。而所谓的“客观存在”,反而是主观的。因为我们所观察到的大量的、各种各样的关系不是随机混乱的,这些关系之间有非常强烈的关联。这些强烈的关联赋予我们“客观存在”这一想象(或概念)。吴咏时老师举过一个社会学例子:范畴学的精神正像马克思说过的,人这个个体是通过人和人的关系定义的。所以范畴学是关系学,也是认识世界的一种新方式。

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我们也可以把范畴学的思路用到物理中对相和相变的理解。两个相之间的相变,就是范畴学中的“关系”。而相这个概念,就是通过所有相变(即“关系”)来定义的。

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物理学中的第2个例子是量子力学理论。通过量子力学中的波函数来理解我们的量子世界,其实是一种还原论的思路。如果我们要用范畴学的思路来理解我们的量子世界,那我们将像实验物理学家一样,直接考虑各种各样的观测(这些观测对应于我们上面说的关系),而且我们只考虑各种各样的观测。这些观测(关系)之间有很强的关联。通过这些关系之间的关系,我们可以直接理解我们的量子世界。这就是范畴学的思路。

现有的量子理论用的不是这一思路,而是通过对观测之间的关系的总结,抽象出波函数这一概念,代表所谓的“客观存在”。然后我们再通过波函数来理解我们的量子世界。

其实波函数(及其背后的线性代数),仅仅是我们对现有实验观测的一个模型。这一模型不见得唯一,也就是说,可能有另一个理论可以同样有效地描写我们的量子世界。这一模型也不见得正确,也许将来新的实验观测会和现有的模型矛盾。这将迫使我们构造一个新的模型,也就是发展一套新的理论,来描写我们的量子世界。

其实用范畴学的思路来理解我们的量子世界,就是要放弃波函数这一概念。这将有助于我们不受波函数的束缚,来进一步发展量子力学。

03

物理学中第3个例子,就是具有长程纠缠的量子物态。量子物态中的组分有可能有长程纠缠。这些长程纠缠的各种各样的构型,会给出各种各样不同的量子物态[1]。这就是量子物态中所谓的拓扑序(见《拓扑序:看世界的一种新视角 | 众妙之门》)。有长程纠缠的量子物态,是一类全新的物态,有各种想以前想不到的新现象。

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陈谐(左)顾正澄(右)和我在一系列工作中提出了长程纠缠和对称保护序的概念,并发展了对称保护序的上同调理论。

长程量子纠缠及其对应的拓扑序,是一个全新的自然现象。我们到底应该用什么样的数学来描写这一新现象?近十几年来的研究发现,张量范畴学和高阶范畴学正是描写长程纠缠(拓扑序)的数学框架。其实拓扑序物态中的拓扑准粒子对应于范畴学中的“实体”(object,即所谓的“客观存在”),而准粒子的交换、融合等操作,对应于范畴学中的关系(morphism)。张量范畴学正巧是描写拓扑准粒子的完备理论。它可描写拓扑序物态中的拓扑准粒子所具有的各种非常新奇的性质,如分数电荷、分数自由度、分数统计,甚至是非阿贝尔统计,等等。正是这些新奇的性质(非阿贝尔统计),使我们可以用拓扑物态进行拓扑量子计算。

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吴咏时(左)指出分数统计(准粒子的交换操作)的数学基础是编织群表示。王正汉(右)及其合作者对简单的模张量范畴进行了完全分类。

通过范畴学,我们得到了对拓扑序(即长程纠缠)的全面理解和分类。比如在1维,没有非平凡的拓扑序,也就是说没有长程纠缠,只有短程纠缠。在二维,各种各样的拓扑序可以由一类特殊的张量范畴——模张量范畴——来一一描写[2]。在三维,各种各样的拓扑序可以由一类特殊的融合二阶范畴来一一描写[3]

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兰天(左)、孔良(中)、朱晨畅(右)和我的一系列工作对三维拓扑序进行了完全的分类和构建。

4 代数拓扑在凝聚态物理中的应用

近代数学的另一重要分支——代数拓扑,也在凝聚态物理中有重要的应用。上面提到长程纠缠(即拓扑序)代表了一类新型的量子物态。那么长程纠缠的反面——短程纠缠,应当只能描写那些平庸的、没意思的量子物态。可最近十几年的研究揭示,如果系统有对称性,那么即使是没有拓扑序的短程纠缠的量子物态,也可以是非平凡的。这类非平凡短程纠缠态被称之为“对称保护序”。媒体中常说的拓扑绝缘体[4],就是一种没有拓扑序,但有对称保护序的量子物态。虽然有短程纠缠的对称保护序,没有分数电荷,没有分数自由度,也没有分数统计,但它们会有非平凡的、可以导电导热的边界,这使之成为目前凝聚态物理研究的一个大热点。

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Mele(左)和Kane(右)在理论上发现了拓扑绝缘体    

而代数拓扑中的上同调理论和示性类理论,正是描写这些短程纠缠(即对称保护序)的数学语言。这些代数拓扑理论使我们对一维有能隙的物态有了完全的理解和分类[5],也使我们对高维的对称保护序有了完全的理解和分类[6]

有很长一段时间,我们认为所有的物态都可以通过朗道的对称性和对称性破缺理论来理解(见《物理定律对称之美,物态对称破缺之美 | 众妙之门》)。为了理解这些物态,为了研究对称性,很多物理学生都学群论。现在我们意识到,还有很多新的物态是超越朗道对称性理论的。为了研究这些新的量子物态及其中的多体量子纠缠,今后许多物理学生,很可能还要学习范畴学和代数拓扑。(其实目前已经有很多物理学生开始学习范畴学、代数拓扑等现代数学理论)。这显示了数学物理的交融和并肩发展。新的数学进入物理,也意味着物理目前正在进行一场改朝换代的新革命。

(文小刚教授相关主题讲座即将开启,详情请留意本页下方海报)

参考文献

1. 陈谐,顾正澄,文小刚, Local unitary transformation, long-range quantum entanglement, wave function renormalization, and topological order, arXiv:1004.3835

2. 文小刚,Topological Orders In Rigid States, Int. J. Mod. Phys. B, 04, 239 (1990);  Rowell, Stong, 王正汉, On Classification of Modular Tensor Categories, arXiv:0712.1377

3.  兰天,孔良,文小刚,  Classification of {(3+1)D} Bosonic Topological Orders (I): The Case When Pointlike Excitations Are All Bosons, arXiv:1704.04221,

兰天,文小刚, Classification of {3+1D} Bosonic Topological Orders (II): The Case When Some Pointlike Excitations Are Fermions; arXiv:1801.08530;

朱晨畅,兰天,文小刚,Topological non-linear sigma-model, higher gauge theory, and a realization of all {3+1D} topological orders for boson systems, arXiv:1808.09394

4. Kane, Mele, Z2 Topological Order and the Quantum Spin Hall Effect, cond-mat/0506581

5. 陈谐,顾正澄,文小刚,Complete classification of 1D gapped quantum phases in interacting spin systems; arXiv:1103.3323

6.  顾正澄,文小刚,Tensor-Entanglement-Filtering Renormalization Approach and Symmetry Protected Topological Order; arXiv:0903.1069;  陈谐,顾正澄,刘正鑫,文小刚,

Symmetry protected topological orders and the group cohomology of their symmetry group, arXiv:1106.4772.

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不听老人言,吃亏在眼前

中国现在还有人在努力推动中国的大对撞机!那个毫无意义的工程,将让那些顽固的傻瓜撞上南墙!那些好大喜功的人,将浪费中国的一大笔财富,满足其好奇心。

对自然世界的本质的研究探讨,必须是理论先行。中国的理论物理研究应该再加大一些科研投入,或可以取得世界领先的成果。

在国家财力许可的条件下,也可以花点钱来满足科学家的这种好奇心。何况还有政治需要,在政治优先的情况下,中国人还是玩得起这样的大玩具的。

但中国乃至全世界,仍然应该记得有杨振宁这样的科学家,提醒过关于建造中国大对撞机的科学的、理性的意见。龚先生也提出了龚学学术意见,我们的网站也发布过我们的意见。

正是中国谚语云:不听老人言,吃亏在眼前。

最终,实践将检验一切!时间将检验一切!历史将检验一切。

Inside the plans for Chinese mega-collider that will dwarf the LHC  https://www.nature.com/articles/d41586-018-07492-w?utm_source=briefing-dy&utm_medium=email&utm_campaign=briefing&utm_content=20181123

NEWS Q&A

Inside the plans for Chinese mega-collider that will dwarf the LHC

Physicist Wang Yifang, the mastermind behind the project, gives Nature an update on the ambitious project.
Prof. Wang Yifang sat in a lecture hall at Ruhr-Universitat Bochum. Periodic tables are visible on the walls behind him

Wang Yifang directs the Institute of High Energy Physics in Beijing.Credit: Tim Kramer/Ruhr-Universität Bochum

Physicists at Beijing’s Institute of High Energy Physics (IHEP) are are designing the world’s biggest particle smasher. If built, the 100-kilometre-circumference facility would dwarf the 27-kilometre Large Hadron Collider (LHC) at CERN, Europe’s particle-physics laboratory near Geneva, Switzerland — and would cost around half the price.

The ambitious 30-billion-yuan (US$4.3-billion) facility, known as the Circular Electron–Positron Collider (CEPC), is the brainchild of IHEP’s director, Wang Yifang. He has spearheaded the project since the discovery of the elementary particle called the Higgs boson at the LHC in 2012.

The CEPC will produce Higgs bosons by smashing together electrons and their antimatter counterparts, positrons. Because these are fundamental particles, their collisions are cleaner and easier to decipher than the LHC’s proton–proton collisions, so once the Chinese facility opens, in about 2030, it will allow physicists to study the mysterious particle and its decay in exquisite detail.

Last week, IHEP published a milestone report outlining the blueprint for the collider. Initial funding for research and development has come from the Chinese government, but the design is the work of an international collaboration of physicists and the team hopes to garner funding from around the world. (Researchers behind a long-planned rival ‘Higgs factory’ known as the International Linear Collider expect to learn by the end of this year whether Japan will stump up the cash to host it.)

The blueprints reveal that the Chinese collider would run in a circle 100 metres underground, at a location yet to be decided, and host two detectors. At the end of its ten-year lifespan, the electron–positron machine could be upgraded to collide protons at energies seven times those of the LHC at its peak. Ahead of the report’s publication, Nature spoke to Wang about the project.

After six years of design work, an international board of experts says the collider is ready to proceed. Construction could begin as early as 2022. What happens now?

We are working on the technology research and development (R&D) at the moment. No one has ever built a machine this large before, and we want to minimize the cost. Its specifications are different from those of any other machine in the world in the past, and we have to prove that it is feasible.

Two years ago, the collider’s international advisory committee said the project lacked international involvement. Has there been progress on that front?

It has not significantly changed, because international participation is still limited by the financial commitment of the international partners. They are all interested, but they need to get endorsement from their funding agencies. They are waiting to hear the Chinese government’s position on whether to fund it, and that decision depends on the outcome of the R&D. But CERN is working on a new European strategy for particle physics, so we hope that this time the CEPC can be included. A similar process will happen in the United States, probably in the next year or 2020. We hope it will be included in both.

A Chinese collider operating in the 2030s would be in direct competition with CERN’s own plans to build a successor to the LHC. Do you think there is a need for more than one mega-collider?

It’s too early to say this is a competition. I think it’s good to have different proposals and to explore the advantages and disadvantages of each proposal thoroughly. Then we can see which one is more feasible, and the community will decide.

Do you think the international community would accept China becoming the global centre of high-energy physics, given that the country lacks free access to the Internet and has significant government controls?

Such a centre would help China to become more internationalized, more open towards the world. And it is going to bring more resources to the scientific community. People at the very beginning may feel that it is not as convenient compared to Switzerland. But we hope that the collider would be a good thing, at least for the Chinese. Also, I don’t think this is going to be the only centre in the world. Historically, we always have had many particle-physics centres, although now we have fewer and fewer. But I really hope we’re not going to be the only one. If you have no competition in a field, at some point you’re going to die.

China is undergoing something of a boom in accelerator facilities at the moment. Tell me about some of those plans.

The spallation neutron source in Dongguan is now operating. It is small but good enough. IHEP is also planning a 1.4-kilometre-circumference light source to be built in Huairou, northern Beijing, at a cost of 4.8 billion yuan. This is a circular electron accelerator that can generate synchrotron radiation — X-rays with extremely high intensity. These are useful for almost every research discipline, including materials science, chemistry, biology, environmental science, geology and medicine. We believe the government is going to give its final approval for the project by the beginning of next year, and then we can start construction. We think it would be a world-leading machine. Most light sources are upgrades from existing machines, so they are limited. We can use the best configurations, the best technologies, without constraints.

The institute is also pitching to fly an experiment — a detector measuring highly energetic particles known as cosmic rays — on China’s crewed space station, set to launch in 2020. What will it do and how will it improve on existing experiments?

We want to know where cosmic rays come from, and how they get such high energy. Answers to these questions will help us to understand the Universe. We would also like to use it to search for new particles, such as dark matter, which cannot yet be generated by accelerators on Earth. One of today’s best experiments for studying this is the Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) on the International Space Station, which has not yet seen clear evidence of dark matter. That means we need experiments that can detect more particles, and at higher energies. The High Energy Cosmic Radiation Detection experiment will be able to study particles roughly ten times the energy of the AMS, and measure their energies with better resolution. We’ve almost finished our design and we’re now trying to get support from the Chinese government. We’re probably talking about US$200 million to $300 million for the detector. It’s on the list of candidates for possible projects for the future Chinese space station. We have to wait, but I am optimistic.

Do you think high levels of science funding in China will continue?

The government is certainly interested in supporting science. They hope every penny they invest is worth something, and sometimes we in high-energy physics disappoint them — we’re not able to immediately generate results.

Has the political situation between the United States and China affected the relationship between the two countries’ scientists?

It’s difficult at the moment. If we organize a conference in China, people from US universities can come freely, but people working at US national laboratories say they can’t get permission. Also, going the other way, it’s very hard for Chinese scientists to get an invitation letter to those laboratories in the United States. I really hope this is just temporary and politicians can realize that the exchange of science and collaboration in science is mutually beneficial.

doi: 10.1038/d41586-018-07492-w

This interview has been edited for clarity and length.

自然之道—-宇宙万物终极理论探索

自然之道—-宇宙万物终极理论探索

李小坚

摘要:本文面对人类关注的重大问题,探寻宇宙万物之终极理论。总结了龚学创新物理学理论与方法,展现了不同的物理统一理论。发展了第一原则,着重用东方整体观看待宇宙万物的相互依存、相互关联的关系,以此解决现代基础物理诸多重大开放问题。

一、宇宙创生,无中生有

什么是空间?什么是时间?什么是物质与暗物质?什么是宇宙存在?宇宙为什么能够存在?宇宙如何创生?这是东西方世界一直迷惑不解的大问题。这些是科学探索中最重大的问题。

https://www.nature.com/collections/mnwshvsswk (The biggest questions in science)

1.1 西方主流物理学的回答

英国科学家彭罗斯在其《通向实在之路》和《宇宙的轮回》 著作中,系统地总结了西方物理科学对宇宙万物理解的精华要点,为我们理解目前公认的宇宙法则提供了一个基本的综合指南。而霍金的著作《时间简史》、《大设计》都是关于宇宙结构与自然本性的相关知识,并对宇宙的起源、时空概念进行了阐述。然而,这样的大师仍然没有把握住自然的本质,没有把这些基本问题彻底搞清楚。直到今天,英国《自然》杂志网站上依然是未解决的最大的问题。

美国科普作家劳伦斯·M.克劳斯写的《无中生有的宇宙》,2011版一书说:宇宙的总能量一直为零,声称“量子真空”就是什么都没有。诺贝尔奖物理学得主Frank Wilczek回答“宇宙世界为什么是有而不是无”这个古老的问题的答案就是:因为’无’是不稳定的。 参见:http://www.csicop.org/sb/show/why_is_there_something_rather_than_nothing

国际主流物理并没有找到适合这个问题的正确答案。至今多位国际顶级物理科学家指出基础物理面对这些问题,仍然处在迷茫和困惑中。

如诺贝尔奖得主David Gross教授在2016年指出基础物理学现在面临的主要问题:

1),如何能够完全描述宇宙的起始和终结;

2),如何描述时间和空间的自然规律;

3),如何发现物理世界独特性和统一特性。

http://www.pptv1.com/?p=623 (Vision eulogy: the Post Checkmate Temper Tantrum fit )

如何描述和解决这些问题,这是国际物理学界公认的重大创新和革命的机会。

1.2 龚学创新物理学模型

龚学创新物理学是由美籍华人学者龚天任先生创立。在其著作《超统一理论》(Super Unified Theories,SUT,1984)已经推出了关于空间、时间、物质的基本理论。而且,发展了龚学理论的第一原则。

第一原则:这个宇宙的本质是虚空,从虚空中来,到虚空中去,并一直保持虚空的不变性。

龚学可以用一个方程表示空间、物质、时间的关系:

DS =(i^n1,i^n2,i^n3)* C * DT =N * C * DT……(方程0)

i是虚数,i^n1是i 的n1幂次,同样i^ n2和i^n3;

{n1, n2, n3}自然数取值范围(0,1,2,3)或(1,2,3,4);

DS是一个空间单元,DT一个时间单元;C是光速。

N是一个虚-实数域,而N方有四个可能的值。

N^ 2 = { + / – 1 ,+ / – 3 } …………(方程0’)

方程0以精确的方式连接时间、空间和物质。虚-实数域的N产生64个子空间。“方程0’”是一个选择规则。

当一个子空间有N ^2 = + / – 3,那么这个子空间是一个真正的实空间,相当于标准欧氏3维纯真空实空间(X,Y,Z)与3维虚空间(iX, i Y, i Z)。

当N ^2= + / – 1,这是一个子空间,事实上,是一个基本粒子。方程0包含48个这样的子空间,因此,给出48个基本粒子(费米子物质)。

以上描述称作为龚学宇宙创世方程。它既抽象简单,又高度概括地总结了自然之道的实质。关键是从这个方程出发,可以计算基本粒子精细结构常数,如Cabibbo角、Weinberg 角、Alpha或Beta值。这些常数是粒子物理的基石。可以描述宇宙学常数;可以精确描述暗物质、暗能量、可见物质成分,并预测了暗流值。描述了标准模型的粒子族结构与常数,计算了LHC新发现的所谓希格斯粒子能量值。科学界通过大量实验观察,这些结果已经获得非常精确的验证。

龚学创新物理学总体能够解决以下所有问题:

1.解释自然常数的由来,如电子精细结构常数、电子电荷e、光速C、普朗克常数 ħ 等。

2.给出标准模型SM中的亚原子粒子族,准确解释SM理论。

3.给出力的大统一方程,统一描述电磁力、弱力、强力和引力。

4说明量子力学原理的由来,并从理论中推导出测不准原理。

5 解释计算暗能量、暗物质以及普朗克数据中各成分比例的由来,其中普朗克CMB数据:暗能量(69.2%)、暗物质(25.8%)、可见物质(4.82%)计算模型。

6 解释宇宙常数(Λ)的由来并理论计算。

7 解释量子自旋(Quantum Spin) 的由来。

8 解释重子(BaryonGenesis ) 产生过程。

9 解释生命的产生的物理基础,包括意识与智能。

10统一的形式化语言体系(Formal and nature languages)。

11论证数学与物理的统一。

12 解释我们这个宇宙中所有一切的由来。

二、道法自然,中华神功

 在这个人类文明的世界中,只有2个模型能够准确回答{宇宙世界为什么存在,为什么是有而不是无?}。阐述这个问题有一个古代版本:中国的道学易经模型;另一版本是现代物理学新成就:龚学创新物理学模型。

2.1 易经思想,东方智慧

这个宇宙的创造机制是用4个步骤描述的。

S1,一个初始状态,虚无(无形):无极

S2,一个对称破裂过程(SBP):一画开天创造太极。

混沌宇宙是一个完全对称的无形的系统,必须打破这个对称,才能创造天地这个有形的宇宙。这个过程包括:1)对称性(无极);2)对称’破缺’,一画开天;3)该无极分成两部分(阴阳),这就是太极的诞生,结果就是“无极而太极”;4)太极(阴阳),宇宙二元互补基本要素。

S3,开始创建宇宙::一生二,二生三、三生万物。这样的对称性破缺(SBP)再重复2次,因此:兩仪生四像,四像生八卦。即2^3 = 8。

S4,然后,这个过程再重叠(重卦):所以,8 ^ 2 = 64。于是,易经的64卦完成了宇宙的构建。

现在,我们可以看到,这个宇宙创生过程都是清晰的。但是,这样的过程是否有意义?其真正的含义是什么?

2.2 太极系统同构于现代物理标准模型理论

一个太极系统,可以构成太极方程,从而,可以从无到有,产生万物!

太极方程:空间(物质)=N*C*时间

N 为太极空间结构,C为光速, 太极方程等价于方程0。

从此,可以真正计算的空间、时间、物质及质量。

N为太极空间结构,N={  (N1,N2,N3)},N1={1,i,-1, -i };N2={1,i,-1, -i };N3={1,i,-1, -i };

因为:U(1)={阴,阳};SU(3)={八卦,双重八卦};SU{2)={四像}。

从而,太极空间结构N=SU(3)xSU(2)xU1  ,  等价于 现代物理标准模型 SM。

而且,进一步有:

五行=SU(5)= 太极空间结构N=SU(3)xSU(2)xU1

证明:

因为,现代物理中,SU (N) 是米尔斯-杨振宁的对称群结构。

U(1)是么正群,即电磁二元结构;SU(2)是电弱统一对称群结构;SU(3)粒子结构。

以上结构合成: SU(3)xSU(2)xU1=现代物理标准模型SM。

而易经理论中:U(1)={阴,阳};

SU(2)={1,i,-1,-i } ;四像;

SU(3)={八卦,重八卦}

合并就是SU(3)xSU(2)xU1等价64卦像,这就是易经理论。

因此,太极空间结构N=64卦<= => 同构于 SU(3)xSU(2)xU1=现代物理标准模型SM。

而且:阴阳五行理论同构于SU(5)=SU(3)xSU(2)xU1。

更近一步,用现代物理理论详细分解:

用一个特殊的群理论描述{ 电磁数据拟合U(1)构成规范对称性,https://en.wikipedia.org/wiki/introduction_to_gauge_theory },它成为电磁理论。

然后,SU(2)表示李代数,对称群结构:见, https://en.wikipedia.org/wiki/Representation_theory_of_SU(2) 是用来描述质子、中子动力学。

因此,SU(3)×SU(2)×U(1)群将强子碰撞数据特设描述:

(https://www.physicsforums.com/threads/what-does-su-3-x-su-2-x-u-1-means.319841/),它成为粒子物理标准模型。

故:SU (3) x SU (2) x U (1) 描述 < ==> 成为基本粒子标准模型 SM (Standard Model of Particle Physics )

並且, SU(5) = SU (3) x SU (2) x U (1),请看: https://en.wikipedia.org/wiki/Georgi%E2%80%93Glashow_model .

并可参考:将电磁力,强力,弱力统一的是一个规范群为SU(3) × SU(2) × U(1)的规范场论  https://baijiahao.baidu.com/s?id=1572596058519573&wfr=spider&for=pc

2.3 易经真理,普世价值

是的,以上情况说明了如下难以忘怀的事实。我们从现代物理学理论探索的最前沿,回过头来发现:我们的老祖宗已经站在高山之巅。易学竟然就是现代物理学的终极真理的原始版本!

对于易经,当它变成一个道德体系时,主观选择的“人”作为这个宇宙的中心。当文王创立易经「卦辭」与「卦德」,天、人、地构成三才,三才又二、构成八卦以及重卦六爻。这六爻位置的变化,加之阴阳五行理论,演绎着自然世界、人的世界、生命世界的模拟运行。

我们发现:1)易经理论描述的是一个七色理论,对应的拓扑结构是一个面包圈。2)太极图谱,就是一个面包圈结构,因此,也是七色理论。

此上两点相互对应,从形象的实物描述到抽象语言描述构成了宇宙世界的终极理论古代版本。

因此,我们认为:易经理论获得了对宇宙的终极理论的直觉理解,这是中华民族的上古先贤已经完成了与宇宙真理的沟通。

《道德经》是东西方公认的最古老最智慧的思想理论。《道德经》第二章中说:“有无相生,难易相成,长短相形,高下相倾,音声相和,前后相随。”这个道理告诉我们,宇宙万物都是相互关联,相互依存的。

有人发现老子在《道德经》中揭示了宇宙万物的七大规律:第一是宇宙有无同在律;第二是宇宙有无作用律;第三是宇宙万物相依律;第四是宇宙圆满混同律;第五是宇宙自身调节律;第六是宇宙无限循环律;第七是宇宙无极存在律(陈如清)。特别是第三条:宇宙万物相依律中,老子所说的相生、相成、相形、相倾、相和、相随,便是宇宙万物相互依存的规律。而第七条:宇宙无极存在律,表明宇宙存在,既是极小存在,又是极大存在。这种存在的实质是其小无内,其大无外,宇宙即万物,万物即宇宙。老子道学将宇宙万物视为一个圆融的整体,太极球。即使阴阳分割以后,阴阳还是互补包容关系,即阴包含阳,阳包含阴。

万物相互依存、和谐相处,宇宙就是圆融一体的世界。这是一种终极真实。这样的道学哲学思想、宇宙世界观是东方哲学思想对宇宙万物和理解宇宙整体的正确认识。

西方道德系统是一个上帝赋予的系统,而不是客观的普世理论。中国的道德体系是建立在真理、终极物理学和正确的宇宙观的基础上的思想体系。这是一种超越道德与宗教的客观的普世理论,这就是为什么易经对西方产生了的很大影响,并将对人类认知产生终极的巨大影响。这是中华民族对人类的最大贡献。

《易经》太极八卦、阴阳五行与现代物理学, 《跨界物理学》之一 ,统一的宇宙 统一的理论,参见:  http://www.pptv1.com/?p=121

三、自然宇宙,完备和谐

 3.1 时间的复四维结构

龚学创始者在1980年就引入了虚实时间概念,构建了一个四维时间锥的描述:

这是一个对于我们这个宇宙世界的关于时间概念的新描述,这是一个完全创新的学说。这个时间锥包含实时间和虚时间,关键是同时包含现实时间t和反时间-t,虚时间it  和反虚时间-it。宇宙世界的一切事物都在这样的一个时间坐标中定位。这样,同时看到宇宙的现在和过去,真实和虚幻。这是大自然的大眼界所表达的时间概念!这是一个比霍金的时间更为先进的概念!这是一种神奇的眼光!这是一个全新的角度,并且指出这个时间锥的旋转给予自然宇宙的第一推动!

 3.2宇宙是复结构

 法国数学家庞加莱,英国彭罗斯很早就指出,宇宙世界可以看成复结构。而基于复结构的龚学方程0精确地描述了空间、时间和基本粒子的关系。

龚学宇宙世界中的时空和物质,就是三维欧氏空间的每一个维度上,叠加了复时间锥,并以此复时间锥的光速自旋驱动着三维空间以光速传播物质运动波的能量,其波动形式满足薛定谔方程。

因此,物质就是相空间的空间相位波(能量),同时,物质的运动Ψ(t)是宇宙万物的实物粒子的 状态空间的运动状态轨迹,随实时间连续变化的时间进程。物质从质能相空间看是波(相空间看),从时域状态空间看就是粒子运动轨迹。

连续的三维空间的复时间的描述表明龚学时间锥Ψt空间和物质围绕时间锥体作螺旋运动的结构特征。以此表明了时间的虚实交替变化,并推动宇宙作螺旋运动,并形成11维空间。(见下图右):

3.3 宇宙物理学是复数系统

数学与物理具有密切的联系,可以说是一对亲家,或是孪生兄弟。科学界公认数学作为描述客观世界的最佳语言,那么数学对于客观世界的描述是否是完备?从哥德尔所发现的哥德尔不完全性定理,说明数学本身还不完备。哥德尔不完全性

第一定理,说明任意一个包含一阶谓词逻辑与初等数论的形式系统,都存在一个命题,它在这个系统中既不能被证明为真,也不能被证明为否。哥德尔不完全性

第二定理说明,如果系统S含有初等数论,当S无矛盾时,它的无矛盾性不可能在S内证明。如果数学本身不完备,如何期望数学能够描述客观世界的客观规律的完备性。能否突破数学的局限性,发展完备、自洽的宇宙终极理论?

虽然,数学世界在实数范围的初等运算是不完备的,但是,现在有人已经认识到复数域的初等运算是完备的、自恰的。我们赞同物理世界可以用复数完全描述,只有发展复数系统,才可以发展完备的、自洽的物理理论。

我们注意到已经有这样的复数理论,如关屹瀛先生的《G超复时空论》。我们最近得知苑广明先生,在多重复数方面的研究做得不错,如描述易学理论,但还没有发展完备。

 

我们将讨论用复数理论描述量子信息论,特别是量子结构信息+量子传输信息,应该是一个二元方案,就还需要一些数学-物理工具,如多重复数,包括圈量子理论,以及如何描述自然智能的复量子信息理论?在宏观和微观世界还需要有实证的数据和实验结果。如何将多重复数描述与三旋理论联系起来描述物理世界的比前夸克更深入的底层,如何达到理论的完备一致,并发展应用。

因此,宇宙万物理论可以用复数描述,当然也可以采用多重复数描述,这将是一个很有意思的结果。

 四、统一物理,相互依存

宇宙自然本身是和谐统一的、相互关联、相互依存、互补包容的整体。古今中外,人类总想把这个宇宙自然存在的道理搞个明白。

物理学界一直在寻求统一物理学。物理学已经历次多次统一的尝试,已经建立了多个统一理论模型。

4.1. 《大统一理论》—(Grand Unified Theories,GUTs)

大统一理论,简称GUT,又称为万物之理。由于微观粒子之间存在四种相互作用力:万有引力、电磁力、强相互作用力、弱相互作用力。理论上宇宙间所有现象都可以用这四种作用力来解释。通过进一步研究四种作用力之间联系与统一,寻找能统一说明四种相互作用力的理论或模型称为大统一理论,但还包含不了引力。许多科学家包括杨振宁博士的理论,为标准模型理论及大统一理论的建立打下了基础。

1954年,杨振宁和米尔斯提出了著名的SU(N)群的规范理论,为除引力作用之外的三种相互作用建立了规范理论。后来格拉肖(S·L·Glashow)、温伯格(S·Weinberg)和萨拉姆(A·Salam)分别提出了将弱作用和电磁作用统一起来的SU(2)xU(1)群的规范理论,实现了弱电统一理论的贡献而获得了1979年诺贝尔物理学奖.。

1974年,美国科学家乔治和格拉肖提出了把强、弱、电三种相互作用统一在一起的SU(5)大统一理论。该理论认为:质子是不稳定的,估算出的质子寿命约为10^28-2.5×10^31年。而粒子物理实验得到的质子寿命的下限为10^31~10^32年,从而否定了SU(5)大统一理论。

2018年1月3日,杨振宁先生认为LHC探测到的新粒子是标准模型期待已久的希格斯玻色子,为基于规范场的标准模型理论画上了完美的句号。

4.2 超对称理论:

基于标准模型SM,西方主流物理花了近50年,发展了弦理论,后来的M弦、超弦SUSY。.为了克服大统一模型的缺点,科学家们对于是否存在着更大的对称性更加关注。1973年时有人提出来一个巧妙的数学结构,称为超对称(Super-Symmetry)理论。1984年又有人提出了超弦(Super-string)理论。按照这一理论,费米子和玻色子,通过规范作用可以互相转化。超对称理论形式十分美妙,可惜这些SUSY粒子至今都没有找到。

超弦理论认为微观粒子不是一个点,而是一条弦,并在弦的基础上形成一套量子化方法。弦理论预言宇宙除了三维空间外,还存在着额外维空间。

20世纪90年代,有人在10维空间弦理论的基础上提出了11维空间的膜(M)理论。膜理论使一些原本难以计算的对称参数可以用弦论工具来做严格的计算了。

大统一理论还有许多问题有待于探索和研究。虽然大统一理论还未获得成功,但是寻找四种相互作用统一的研究工作不会中断,科学家们仍在努力之中

为了把引力也统一为一种规范作用,还发展了环量子引力理论(Loop Quantum Gravity-LQG)。环量子理论与超弦理论不同。

国内邵常贵先生的《量子引力—-空时与引力的新体制》、《空间时间的量子理论》,深入研究和发展了LQG,已经基本完成了对四种力的统一,有望发展成为一个完整的统一理论。

今天主流物理学的统一梦想仍然没有实现。如威腾 和丘成桐的超弦理论,数学结构很漂亮,无任何现实实证,不能描述客观的自然世界。超弦理论已经被彻底批判,超弦理论已经公开投降,并必将被未来的物理学界抛弃。

特别是中国人独立自主地发展了多个理论学说,集结一起,看看是否有可能建立一个独立于世界的物理理论体系,形成中华统一物理学派。

4.3 吴岳良先生的超统一场论(hyperunified field theory

今年一月有报道:吴岳良发表物理学终极论文,打开爱因斯坦之谜新窗口。http://tech.sina.com.cn/d/i/2018-01-28/doc-ifyqyesy2887933.shtml

以下是报道的主要内容:

据中科院官方网站报道,中国科学院院士吴岳良在物理学大统一理论上实现重要突破。报道称,吴岳良在揭秘爱因斯坦统一场论的研究中取得突破,创建了超统一场论(hyperunified field theory)。该理论受相对论性狄拉克旋量理论、爱因斯坦广义相对论、杨-米尔斯规范理论和大统一理论的启发,并基于吴岳良前期发展的引力量子场论的研究成果,为揭示爱因斯坦统一场论理念中的不解之谜,探索终极统一理论打开了一扇新窗口。

吴岳良院士这次的研究成果是发表在《欧洲物理杂志C》上。据观察者网查询,《欧洲物理杂志》(European Physical Journal)C刊专门刊发粒子和场论领域文章,影响因子5.331。这意味着,除去《科学》、《自然》这样的综合期刊和《现代物理评论》《物理报道》这种只向知名科学家约稿的期刊,《欧洲物理杂志》在物理学专业内算得上是顶级水平。

而吴岳良本人不仅是中科院院士、973项目首席科学家,还有多个头衔加身,现任中国科学院大学常务副校长,也是中国引力波探测计划“太极计划”的首席科学家。根据“太极计划”,中国将于2033年发射引力波探测卫星组,成为世界最具雄心的理论物理学研究项目之一。

吴岳良在大统一理论上的研究也早有报道。2016年1月的一次报告会上,他用“超越爱因斯坦广义相对论”来描述自己的研究。

简单地说,现代物理学认为,自然界有四种基本相互作用力:万有引力、电磁相互作用力、弱相互作用力、强相互作用力。狭义相对论与量子力学统一而成的“量子场论”,已经能够将强、弱和电磁三种力统一描述,但描述万有引力的广义相对论却无法与其统一。爱因斯坦毕生追求的就是将量子力学和广义相对论统一的“统一场论”。

吴岳良提出的“超统一场论”,则是跳出了广义相对论中“引力是弯曲时空表现”的理论,在平坦时空的前提下进行研究。因此,他认为自己提出的是一种新思路,开始“超越爱因斯坦提供的技术路线”。

4.4 姜放先生的《统一物理学》

中国华为公司科学家姜放先生发展出来的理论。以20世纪最伟大的物理发现:2.725k的宇宙微波背景辐射为线索,建立了空间基本物质单元理论,并以物理学的全部成就为基础和证据,通过依据人类已经发现的物理规律、物理常数,如宇宙空间微波背景辐射、光速、玻耳兹曼常数等……,探索性地揭示了构成整个宇宙中的所有物质与空间的最基本的元素—宇宙空间基本物质单元的奥秘。

空间基本单元理论的发现也同时意味着一个完整和统一的物理学体系呈现出来,并因此统一了现阶段数不清的物理学分支。通过统一的物理学理论科学性的由空间基本单元构建组成宇宙中的各种基本粒子:电子、质子、中子、中微子、繆子、W/Z粒子、引力子、轴子以及其它参与核子构造的介子和所有的夸克等等,并以惊人的精度同实验测量结果保持一致,从而达到由一个完整和统一的物理学理论揭示整个宇宙奥秘的目的,即:初步建立并解释了以空间基本单元为最基本原始物质元素的整个宇宙及其所包含的形形色色的物质形态。

但是这一切仅仅还是开始,更为精彩的是,在此基础上又运用了空间基本单元理论有效的推导出电子、质子、中子、繆子等重要粒子的磁矩以及夸克分数电荷的形成乃至质子的半径,并严格同实验数据保持一致,建立于此基础上的质子的能量体系构造使得我们如同进入质子内部一样,亲眼观测质子内部的各种粒子组成和运动方式(甚至可以指导制造各种奇异粒子),并以无不惊叹宇宙中的如此奥秘而结束。

发现粒子,尤其是核子的空间能量是本书中的第二个重要里程碑,核子的空间能量不仅有效的参与各种粒子构成、粒子内部磁矩形成,还更深入的更完整的体现出粒子间的相互作用关系及其空间的量子性,并以一个完整的相互作用关系反映出粒子(比如电子与质子)之间的各种类型的相互作用,并体现出一个完整的核力、电磁、弱力、万有引力同空间量子化的完美统一。完成物质间的构成和相互作用关系的统一,使得我们在更高的角度再一次发现主导整个宇宙中所有物质构成和运动规律的最根本的、永恒的物理法则“角能量”和“空间角能量”,并因此诠释了各种相互作用力尤其是困惑所有物理学家的万有引力的形成和根本属性。

作为宇宙物理学统一性的最终总结并成为空间基本单元理论的最后一个里程碑,就是发现、证明和广泛应用空间基本单元的10维属性,尽管10维空间的发现也同时是超弦理论和膜理论的最显著的成就,但是出身于探索和发现模式的空间基本单元理论在完整的物质构成和物质间相互作用关系中广泛使用了10维空间的属性,如夸克构成、质子空间能量、电磁力、万有引力等无不依赖于空间的10维属性的量子化。对自然所有相互作用力,有了一个统一的描述。并且发现太阳系的物质发布与氢原子的能量轨道是一致的。其空间基本单元理论,竟然可以统一描述微观世界和宏观世界。

姜放的统一的物理学理论也从侧面说明了:一个理论如果是对真理的正确描述,那么她就会同无数描述真理的科学达成共鸣和统一。

物理学统一性的发现告诉我们:物理学其根本意义上就是对宇宙巨大宝藏的探索,这一探索将改变我们的未来。

以上内容是《统一物理学》一书的主要贡献。

4.5 沈致远先生 物理学之统一:SQS统一场论

美籍华裔物理学家沈致远于2013年10月在Journal of Modern Physics发表论文Stochastic Quantum Space Theory on Particle Physics and Cosmology-A New Version of Unified Field Theory,“随机量子空间理论关于粒子物理及宇宙学:统一场论新版本”。

沈致远历时八年创立的“随机量子空间理论”,简称SQS理论。该理论从三项基本假设(高斯几率假设、质数假设、真空子假设)出发,以严格的逻辑推理建立起理论框架,推导得出数值结果,利用三个基本物理量(普朗克长度、普朗克时间、普朗克质量)将之翻译为物理量,得到许多与实验结果符合的结果。根据高斯几率假设定义S-方程,证明了“随机游走定理”。以“变换因子”解释了使物理学家困惑的若干“等级问题”(两个相差几千亿倍的物理量)。根据一维空间S-方程算出6个基本粒子的质量,其中3个已知粒子的质量与实验值符合,3个未知粒子作为SQS理论之预测,以待实验验证。

著名华人学者沈致远老先生在退休之后,还做出令世人惊奇的随机量子空间理论–关于粒子物理及宇宙学:SQS统一场论!这个工作把量子理论和相对论结合得很好,弥补了国际主流物理的重大缺陷。各种粒子满足素数对规律排列,可以以一种非常精确的计算获得,与实验测量非常接近。这个工作还是一个相当深入、具体、全面和完整的统一理论。这说明我们华人对自然的认识一点也不比西人差。

沈致远先生介绍,他根据三维空间S-方程,建立起代表电子等基本粒子的几何模型及轨道。标准模型以几何点代表基本粒子,具有趋向无穷大的发散困难,需要以重整化抵消无穷大才能得出高阶计算结果。SQS理论以几何模型及轨道代表粒子,根本不存在无穷大,毋需重整化。SQS理论根据一维S-方程,算出基本粒子轨道上的特殊点位置,由此得到弱电相互作用的G-W-S 三角形,G、W、S 分别代表Glashow(格拉肖)、Weinberg(温堡格)、Salam(萨拉姆),三位均获得诺贝尔物理学奖。G-W-S 三角形的3条边和一个角(温堡格角)具有物理意义,SQS理论算出的结果与实验值符合。著名的“双缝实验”发现,即使每次只发射一个粒子也会形成干涉条纹,一个粒子竟能同时穿过两个隙缝,匪夷所思。“双光子纠缠实验”发现,测定一个光子的自旋,在远处的另一个光子立即相应改变自旋,爱因斯坦称之为“鬼怪的超距作用”。SQS理论以常理对这两个著名实验做出令人信服的解释,解除了物理学家长期以来的困惑。

4.6 王德奎先生的《三旋理论》

由本土学者王德奎先生创立。三旋理论中的三旋是指比点(欧几里德定义)更为基本的物质基本粒子类圈体的三种自旋状态———面旋、体旋和线旋。该理论自洽地解释了物理学,生物学,脑与认知科学,宇宙、物质、生命起源,以及经济学中的许多现象,并给出了统一的数学图像。三旋理论能将“万物理论(TOE)”、“超弦理论”、“隐秩序”、“耗散结构学说”、“纤维丛”、“协同学”等理论有机地统一起来,奥秘就在于分清了类圈体的自旋和类圈体上转座子的自旋,从而分清了场与实物。

三旋理论从夸克底层物质的基本结构分析出发,获得夸克等基本粒子的理论计算公式。其计算表明,类圈体的自旋只能并且只有三类62种状态,而不是无限多种。

三旋理论认为,宇宙是由一个个量子类圈体构成,它们的自旋模式就是粒子质量和力荷的微观起源,决定着我们在寻常三维展开空间里观察到的那些粒子的基本物理属性,如质量和电荷。但自旋和质量与电荷的可分性是完全不相同的,量子类圈体的自旋一旦破坏,或有或无,不确定性很大。

王德奎先生等出版了《求衡论—庞加莱猜想应用》一书,认为1963年前柯召-魏时珍猜想,属于庞加莱猜想外定理,其数学空间为一道“空心圆球不撕破和不跳跃粘贴,能把内表面翻转成外表面”。王德奎先生结合自己的三旋理论进行研究,发现这种翻转,属于彭罗斯讲的“零锥”问题,能翻新彭罗斯的宇宙轮回猜想。类似空心圆球膜面加奇点式的翻转反包围,与一般循环周期不同,可以描述新陈代谢、阳泄阴收的内外翻转整体观,含有非线性和熵流等性质。如DNA密码子由3个核苷酸构成。3个核苷酸不同组合形式可以区分64种氨基酸。三旋理论的三旋状态构成物质核苷酸。三旋理论猜想:苷酸构成一种氨基酸,不同氨基酸组合构成物质。三旋理论类圈体的自旋有三类62种状态+剩余2种密码子构成宇宙生命。

相关研究几乎继承了物理学的许多成就:如天文学、电磁学、引力学、核物理、量子力学甚至现在最为火热的超弦理论等,并将这些理论作为新的物理学统一理论的证据,呈现给大家。

4.7岳涌强 宇宙统一理论

岳涌强先生在其《自然宇宙之数学原理》中,提出包含自然、数学、物理、化学、天文等整个知识大厦的庞大科学体系,通过其所谓的四层定律展示其统一理论,但从其内容来看仍然还远不具备真正的“统一理论”特征。

真正的统一理论应至少具有如下特征:(1)必然是名副其实的终极性统一,它不仅能解读所有自然科学,而且能解读所有人类自然、人文、社会等所有学科知识(包括宗教神学);(2)必须具备最基础性,也就是说:统一理论的构成基石必然具备不能再被解构的可能性;(3)统一理论应虽然深邃而不失简洁高效,以便于人类系统操作,否则理论的统一就失去价值和意义;(4)统一理论应考虑到认识的主观性因素。

4.8 梅晓春《第三时空理论》

梅晓春先生杰出工作是:《第三时空理论与平直时空中的引力和宇宙学》。

众所周知,二十一世纪物理学的天空又是乌云一片,预示着物理学的基础面临新的一轮变革。本书详细分析了当前物理学的时空、引力和宇宙学理论中存在的基本问题,提出一套完整解决方案,可以完全取代现有的爱因斯坦理论体系,彻底解决当前物理学存在的基本问题。

该书证明,一般而言宏观和微观相互作用过程实际上都没有洛伦兹变换不变性。通过放弃运动相对性原理,保留光速不变原理,引入绝对静止参考系和非惯性相互作用,建立第三种时空理论。这是对牛顿绝对时空理论和爱因斯坦相对时空理论取长补短而形成的中间理论,不存在任何逻辑矛盾,与实际物理过程更相符合,能为现代物理学和宇宙学提供更合理的基础。

该书证明广义相对性原理不成立,引力的几何化描述是不可能的。将爱因斯坦引力场方程施瓦西解描写的测地线方程变换到平直时空描述,得到修正的牛顿引力公式。同时引入类磁引力,在平直时空中建立与电磁理论类似的,用动力学方式描述的引力理论。同样可以描述广义相对论的所有实验检验,但没有任何时空奇异性。证明奇异性黑洞是由弯曲时空的描述方式引起,物质不会产生引力崩塌。

该书指出弗里德曼宇宙学方程实际上是牛顿引力理论的结果,不合适于描述高速膨胀的宇宙过程。宇宙暗能量,暗物质和加速膨胀起源于采用度规红移公式计算超新星红移,而度规红移公式是没有任何物理学基础的。采用修正的引力公式,直接利用多普勒红移公式,就能很好解释Ia超新星高红移。因此宇宙学不需要暗能量、非重子暗物质和加速膨胀的假设,天体物理学中的许多困难问题都能得到彻底解决。书中还讨论了漩涡星系暗物质和类星体的本质等问题。

  1. 9罗正大先生的《统一的宇宙——惯性外力》

罗正大先生出版《统一的宇宙——惯性外力》、《量子外力——宇宙第一推动力》和《不可视觉物质——暗能量和量子外力》、《宇宙自然力——量子外力和量子斥力》等系列著作。

以前人的实验结果与观察数据为基础,围绕‘宇宙自然力,发展了宇宙物质引力与斥力理论。通过对广义物质观等概念展开讨论,表达出以广义物质观认识现实宇宙的方法和思辩,致力于打破传统思维的禁锢,创新观念,更贴切地探索和认识大千世界。罗大正这一体系是在对现有各种理论和实验,用唯物辩证法进行分析的基础上建立的。罗先生的研究观点是值得探讨的,体系是独创的,逻辑是自恰的,值得进一步深入研究。

另外,还有许多独立学者,声称发展了不同的“统一物理学”,在此不能详述。

(关于宇宙自然的统一理论,或有千千万万。本文仅仅是介绍几个典型代表,基本内容出自各自的主张立场, 各有各说法,也各有各的道理。请读者自己评判对错。)

五、西方世界,物极必反

 近代西方科学采用还原主义哲学,把自然世界的知识分门别类分枝细化,已经建立了一个庞大的严格的科学体系,这是西方科学的伟大成就!

300年来,西方超越东方建立了现代科学是基于现代物理科学、现代数学理论,以及以达尔文进化论为基础的现代生物科学三根支柱之上的体系。然而,这三根支柱都受到严重的冲击和深度的怀疑。

由于没有正确认识整体宇宙,西方科学只能看到宇宙世界的一面,而看不到宇宙世界的另一面。现在的西方科学面对自然世界整体性态的认识却是完全迷失了方向,已经造成全人类的世界观、宇宙观、人生观、科学方法与认识论的混乱。

而以中华文化为代表的东方整体论的宇宙观、世界观和科学观已经完全能够把握自然世界的的客观规律了。这些基础研究的成果,没有被主流正确的评价和鼓励;仍然被中国主流当作民科,弃之如敝履;仍然蔑视中华传统文化对自然客观的正确认知。某些人身着皇帝新衣的装扮,在堂而煌之地兜售自己都不明白的神鬼巫术,似是而非地欺骗世人。如果这样的演出继续下去,中国的科学世界,也将与西方科学世界一道走向彻底的沉沦。

中国能否独立自主开创基础科学研究新路,并开辟引领世界的道路,关键之一就是能否突破现在的科学研究的局限,拿出让世界信服的基础科学研究硬道理,新成果。

龚学理论完全继承和发展了中华民族祖先的太极道学精髓,从自然的本质源头彻底革新,并大大地动摇了西方科学的根基。

因此,龚学理论是对西方科学理论误导人们思维方式、科学方法论、认识论的全面彻底的批判。因此,龚学物理与西方主流理论的分歧—-这是东西方两种思维、两条道路、两个文明的大辩论、大论战、大决战。

这个大决战将包括:基础物理的大论战、自然数学的大论战、生物进化理论大论战、语言学理论大论战、政治经济学大论战、宗教哲学大论战等。

“而龚学真理明明白白摆在这里了!” 龚先生的许多博文已经存在网上20-30年了。其中有主要博客:大辩论(THE GREAT VINDICATIONS),可参见:https://tienzengong.wordpress.com

这里,我们先展现现代基础物理学领域的大论战。主流基础物理的理论与龚学物理理论的大论战,其主要战线现在划分得很清楚。

5.1超对称理论与前夸克理论

主流弦物理在去年的Strings 2016会议以后,于2016年9月15日公开发文最高层集体承认其失败。2017年六月底在以色列特拉维夫召开的Strings 2017,诺贝尔物理奖获得者David Gross再次公开表示M弦物理和SUSY理论作为物理学理论已经彻底失败。

5.2希格斯玻色子与真空玻色子

LHC发现希格斯玻色子已经5周年了,可是到现在主流物理还没有搞清楚这个希格斯玻色子的产生机制。而龚学33年前就已经精确计算出该粒子质量,应该是真空玻色子。

现在全球最热门的课题之一是研究希格斯玻色子与中微子的特性,主流希格斯机制的关键是定义了:中微子必须马约拉纳费米子。而现在的全部证据,表明99%是否定结果。现在主流物理也已经到了在考虑自己是不是错了时候。

  1. 3 “膨胀宇宙学”与“周期宇宙学”

2017年主流物理界关于宇宙暴涨理论已经进行了公开论战。我们已经多篇文章表明,宇宙暴涨理论是错误的理论。而龚学理论在33年前就提出了宇宙创生及其周期循环发展理论。特别是龚学关于普朗克CMB数据的理论计算举世无双,预测了9%宇宙暗流被证实。

5.4量子不确定性:基础与表现、本质与表象

统一力方程给出了量子引力与万有引力的统一,这种统一力的本质是统一力驱动万物在时间中运行。并且表明宇宙基本力的本质是确定性的,而其表现出的量子力学不确定原理是这种力表现出的自然结果。

5.5创造定律(第一原则)与不可理解

从虚空中创造宇宙万物,不仅仅是中华古典道家哲学的论述,而是现代科学方法的重大突破。龚学理论解决了一系列主流物理诸多不可理解、不可解决的开放问题。这是一种方法论、认识论的创新,我们也有专门的论文论述。

以上概述了龚学理论与西方主流物理的大论战的整个现状。我们已经有博文对其进行了详细的描述。

我们坚信龚学理论是正确的理论,真理性的理论。龚学不仅仅是物理学,龚学还是通学!龚学理论还会继续发展,并取得最后胜利!龚学理论将会发扬光大,龚学理论终将照耀世界!

六、终极真理、九九归一

我们都有这样的体会:就算一个很小的百十来人的微信群,一讨论到真理、信仰和政治理想等大问题,往往不欢而散。因为,各人有各人的主义、各人有各人的思想。而更大的社会团体和人群,更是无法达成完全一致的意见。人类不同的种族和不同的文化也有很大的差异,种族的冲突、文化的冲突、宗教的冲突导致争斗,冷战和热战。

现在的科学思想,同样面临这样的问题。主流科学某些团体把控科学话语权,那怕在错误道路上走过半个世纪,他们也绝不容忍反对意见,将反对意见排除在主流科学利益团体之外。理念的冲突,文明的冲突已经越来越明显,特别是如今东西方文明存在明显的冲突!

6.1解决问题的途径

走出冲突的途径,是相互理解,相互融合,求同存异,并寻求实现更高层次的统一。因为。我们生活在同一个地球,我们在同一天空,同一个星系,同一个宇宙,我们是相互关联的整体。从整体性思维出发,探寻相互依存的思想理念,找出宇宙世界统一的理论,从而实现大同世界。

6.2龚学理论,可能答案

1 ) 终极科学理论

科学最终目的是寻求真理,获得终极真理。人类能否获得终极真理?霍金表示怀疑和否定。我们认为这样的终极真理已经出现。问题是,这样的真理如何能让所有人信服,从而在统一的真理面前,大家就安稳了,踏实了。

参见:《超统一理论,科学的基础》

2) 统一语言学宣言

各个民族都使用自己的语言,有自己的思维习惯,使得彼此很难彻底沟通和理解,很难达到同心同德,致使巴比伦通天塔无法建成。当我们发现,宇宙一切物质都拥有相同的语言结构和语言规律,包括与外星人,完全可以实现通用的统一的宇宙语言沟通。

现在的人工智能技术,已经将人类语言相互自动翻译。这样,技术上成就发展很快。不远的未来,大家能够准确无误的交流沟通,就不会有那么多的误解和猜疑,隔膜和冲突。

参见:《语言学的宣言:通用语言和超统一理论》

3)统一宗教理论

人类的思维可以到达一个虚有的国度,都冥冥中感受到一种超越人类自身的力量,各个民族都发展了自己的信仰和宗教。其实,就像盲人摸象,都获得的这个背后的力量的一个方面或几个方面,但还无一个达到这个的秘密的全部整体! 如果各个宗教更进一步的往前探索,或许能走到一起。龚学已经发现这些宗教共有的一些规律。至少,在尊重原来各个宗教教义的前提下,对这个统一的全面的神秘力量有一个统一的认识。条条道路通罗马!大家有可能共同到达那个最高级别的真理面前!如是,大家都安心了,安静了。参见:《神圣的宪法》(平装–1992)

理想的羽翼很丰满,然而,现实的躯体很骨感。现实是残酷的,充满误解、冲突、仇恨、战争,难以沟通、理解、协同。特别是在物质的诱惑、利益的争夺下,人的自私自利和贪婪使人疯狂和迷失。现实主义的出路:在物质文明不断丰富的时代,人类更应该注重精神文明的建设。

东西方科学、哲学、宗教可以进行充分的交流,这样东方文明和西方文明可以充分融合。现在已经到了这样的时代,我们能够这样去做了。我们人类都是同一个大家庭的一员,大家一律平等,和平相处,天下就太平了,世界就大同了。

这是一个理想主义的前景,同时,这也将是未来理性的现实主义的必然选择结果。

这是一种信念、这是一种追求、这是一个伟大的创新与创造!这是一个人类不可缺失的真理与智慧!这是自然之道的现代表述。这是一种科学理性,更是东方思维与中华文明的伟大胜利。

七、宇宙舞蹈,天使之歌

宇宙创生以来的一百四十亿年的历史长河中,自然世界正在一分钟一分钟地向前移动,并按预定的节奏,优雅和喜悦地走向预定的命运,一路翩翩起舞。

《超统一理论》—(Super Unified Theories,SUT)就是其中的一个舞曲,《大自然的宣言》无疑就是天使之歌!

7.1 统一力方程

基础物理认为宇宙有四种作用力。龚学创新物理学已经给出所有力统一方程:

F (统一力) =K* ħ/(delta S * delta T) ———(方程2)

空间S, 时间T,ħ普朗克常数,K为力耦合系数

该方程成为大统一理论的最有力候选方案。

7.2 量子宇宙与生命

此外,龚学理论是关于宇宙“量子计算”理论,即在物理定律中必须包含计算装置。当然,龚学理论发现,无论是质子和中子都是图灵计算机的基础,包含了生命的种子。参见: http://www.prequark.org/Biolife.htm .

 自然宣言,道法自然

龚先生的新作《大自然的宣言》(Nature’s Manifesto) 已经正式出版,一个划时代的思想理论体系已经完整地呈现在世人面前。《大自然的宣言》昭示了自然世界的真理性的学术思想理论。它是这个自然世界最真实准确的描述!这个理论是这个迷茫纷争的世界的指路明灯!它是人类所理解的世界观和宇宙观的一个升华!它是现代科学的虚幻和不切实际的片面狂妄的一剂冷静剂!它是西方科学与古老东方学说达成某种统一的粘合剂!它是彻底改变原来的陈旧的固有思维的催化剂,是创造创新思维的典范和榜样。《大自然的宣言》 是当今科学登峰造极的最高成就!

第一原则,指出了自然的本质。虚无是这个真实宇宙的根基,这是进入我们真实宇宙的入口和最初原点。同时,这个虚无也是令人迷惑的量子纠缠的源头。

时间锥,是这个学说对于我们这个宇宙世界的关于时间概念的新描述。这个时间锥包含实时间和虚时间,关键是同时包含现实时间t和反时间-t,虚时间it  和反虚时间-it。宇宙世界的一切事物都在这样的一个时间坐标中定位。同时看到现在和过去,真实和虚幻。这是大自然的大眼界所表达的时间概念!这是一个比霍金的时间更为先进的概念!这是神奇的眼光!要是有人说这是神的角度,也可以说这个时间锥的旋转的的确确是自然之神给出的第一推动!

方程0,正是这样神奇的时间锥,在三维物理空间的复合表达,构成64维度。其中48个维度,就是镶嵌在这个宇宙世界中的48个基本粒子所在。而余下的16维还原为量子化的标准实四维时空和虚四维时空(4×4=16)。并且,方程0描述了这些基本粒子与这个虚实时空的量子化的关联关系。这也是一个创造宇宙和宇宙万物的创世方程。

虚实非完全对称,所有的基本粒子在实时间和虚时间的自旋中获得质量。而所有的虚时间和虚空间就是这个实宇宙的共同的超对称怪球(Ghost Sphere)。我们能看到的这个宇宙只是整体宇宙的正面,而这个怪球就是这个整体宇宙的反面。我们将这个怪球压缩成为一个点,我们称之为怪点(Ghost Point)。这个怪点就是这个实宇宙的超对称伙伴。宇宙万物只有结合实空间实时间与怪点的自旋而存在。因此,所有的现实世界在自旋时必须进入这个怪点。所以,怪球或怪点是这个实宇宙万物共存共有共享的基本点。

统一力方程,因为,有了时间锥的旋转这个第一推动,从而产生了宇宙万物以推动力!从而可知时间是驱动这个宇宙从过去到现在,并走向未来的唯一驱动的本源。因此,方程1 — 统一力方程,给出了这个宇宙世界的所有的力均必须遵从的定律!

然后, 是整体性和统一性。我们可以发现整个宇宙世界不仅成为一个统一整体,我们的理论也可以统一地描述这个宇宙了。整个宇宙拓扑结构就是一个面包圈。于是,有了alpha方程,宇宙基本粒子的结构常数计算,宇宙学常数计算,宇宙可见物质、暗物质、暗能量的计算,真空玻色子(Higgs)的计算等重要宇宙结构参数,我们的理论计算结果与世界公认的客观观测高度匹配。这样整体性的结果,举世无双,无人能及。我们已经向全世界挑战,谁能与之争锋,我们予以奖励。由此,宇宙万物,在我们的创新物理学中都可以计算出来。特别是发现构成宇宙物质的主要成分:质子、中子含有计算核心—-生命的种子。因此,生命的诞生,智能的出现,生物进化的本质是其智能驱动的产物,数学与物理同构,万物都可以享有通用语言学定律,社会、经济、军事、政治皆是一个统一整体体系。

中华传统哲学、道学基础,正是我们中华民族的伟大和睿智。中华民族的祖先所发现的易经,解释了宇宙世界、世间万物。易理是世界上第一个古老版本的万有理论。老子 《道德经》 第二十五章:“人法地,地法天,天法道,道法自然。”总结了宇宙世界的最基本的客观规律:宇宙中的一切都是自然的产物!我们的理论是基于现代科学方法之上的大自然的新版万有理论。我们总结的就是这个宇宙万物的最高法则—-自然之道。

总之,这样的一个统一的宇宙世界的学术思想范式(最终的整体宇宙的统一理论或万有理论,Final  Total Theory Of Everything)已经基本成熟。《大自然的宣言》的出版,标志着这个学说已经可以成为一个自成体系的独立学派!

这个学派彻底打败了统治主流物理近半个世纪的M弦理论,西方主流的物理理论不能描述这个客观的宇宙!他们已经正式投降!

这个理论宣布超对称粒子不复存在!这个理论宣布欧洲重子对撞中心撞出的根本不是希格斯玻色子,而是我们的真空玻色子。

我们的理论指出西方半个世纪以来的现代基础物理所得出的某些结论,纯粹就是一些误人骗人的把戏。龚先生的新书一一揭露批判了这些错误理论。

40年来的主流物理的实验探测数据,更加趋向龚学理论计算预测的数据,并将更精准地得到检验。

因此,现在可以看到主流物理的走向,也逐步趋向回到龚学理论的基础。龚学理论越来越体现了它的巨大价值。现在,哈佛、加州理工学院、麻省理工学院和其他大学都在认真研究龚学理论。

龚学理论与主流一起成长发展,见证了主流的成功与失败。龚学理论严厉批判主流中的一些错误,那些谬误逐步被主流淘汰。因此,龚学理论从来不是反国际主流,而是不断地确立为国际主流的一部分。

这个学派已经有了巨大影响,包括得到一批诺贝尔物理学奖获得者的赞赏,物理世界的重大事件中已经有我们的声音。但是,这个学派还没有完全融入主流,还被排斥在主流之外,还没有广泛宣传和普遍接受。这个学派还要有更多的人来学习,研究,传承和发展。现在,在西方可以自由写作出版《大自然的宣言》 ,这是一个值得赞扬和庆幸的事,这是能让更多人了解学习这个思想理论的好事。

我们还应该加强学术团体的建设和建立促进学术发展的机制,让更多人成为这个学派的拥护者,研究者,传道者。

我还要继续努力学习,研究,宣传这个学术思想和理论。我相信这个自成体系的独立学说将成为一个全球性的显学!

龚学理论,横空出世,自然宣言,傲立天下

 九、结语

由于论文题目所牵涉的范围很广,准备时间有限,本文只是总结了一下前期的博文,还有很多问题没有展开讨论。但作为一种终极理论的探索、道路、信念和展望,有兴趣的朋友,请予关注。在此感谢龚先生多方指教!

 宇宙世界,整体和谐;

自然之道,融汇贯通。

万物终极,完美统一;

大同世界,天下一统。

 我们的网站主题:《统一的宇宙,统一的理论》

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欢迎光临!

 

 参考文献:

  1. 彭罗斯 《通向实在之路》,2004年
  2. 彭罗斯《宇宙的轮回》,2010年
  3. 霍金《时间简史》,1988年
  4. 霍金《大设计》,2011年湖南科学技术出版社,  ISBN:9787535765444
  5. 温伯格  终极理论之梦 湖南科学技术出版社 2007,ISBN978-7-5357-3688-8
  6. 劳伦斯.克劳斯《无中生有的宇宙》,2011
  7. 弗兰克《虚空—宇宙源起何处》,重庆大学出版社,2013
  8. Jeh-Tween Gong,Super Unified Theory: The Foundations of Science
  9. 1984,US copyright TX 1–323–231,ISBN: 9780916713010 (0916713016)
  10. Tienzen (Jeh-Tween) Gong,Truth, Faith, and Life , Adams Press, Chicago. 1990, ISBN 0-916713-04-0
  11. Tienzen (Jeh-Tween) Gong, The Divine Constitution, Adams Press, Chicago. 1991, ISBN 0-916713-05-9
  12. Tienzen (Jeh-Tween) Gong,Linguistics Manifesto  ISBN 978-3-8383-9722-1,
  13. Tienzen (Jeh-Tween) Gong,Nature’s Manifesto ,  Copyright © 2017 Published by Prebabel Institute & Society of TOE
  14. 王德奎,三旋理论初探,四川科学技术出版社,2002年
  15. 王德奎,解读《时间简史》,天津古籍出版社,2003年
  16. 孔少峰、王德奎,求衡论—庞加莱猜想应用,四川科学技术出版社,2007年;
  17. 兹维伯恩等,粒子物理学迎来革命时刻,环球科学,2012年第7期;
  18. 李小坚,龚学时空与物质粒子的关系,http://www.pptv1.com/?p=2036网;
  19. 福田伊佐央,超弦理论:最有希望成为统一解释中各种物质与力的终极理论,科学世界,2017年第8期,魏俊霞等译。
  20. 量子引力研究简史,环球科学,2012年第7期。
  21. 邵丹、邵亮,邵常贵《量子引力—-空时与引力的新体制》,湖北科学技术出版社,2015
  22. 邵量,邵丹,邵常贵《空间时间的量子理论》,科学性出版社,2011
  23. 罗正大著 《宇宙自然力 : 自然外力与自然斥力》四川科学技术出版社,2012
  24. 罗正大著 《量子外力——宇宙第一推动力》四川科学技术出版社,2003
  25. 姜放 《统一物理学》第三版,2018
  26. 梅晓春《第三时空理论》,知识产权出版社,2015
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  29. http://www.prequark.org/Gravity.htm
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  33. http://www.ams02.org/
  34. 科学方法的正确性问题, http://www.pptv1.com/?p=324
  35. 《M弦理论在它自己建立的标准下完全失败》,
  36. http://www.pptv1.com/?p=14
  37. 《多元宇宙已经崩塌》, http://www.pptv1.com/?p=83
  38. http://news.berkeley.edu/2016/06/02/universe-expanding-faster-than-expected/
  39. https://medium.com/@Tienzen/quantum-gravity-mystery-no-more-1d1bf39ad255#.r27qw9g1t
  40. Ethan Siegel, Contributor toScience#WhoaScience JUL 21, 2016
  41. http://www.forbes.com/sites/startswithabang/2016/07/21/dark-matter-may-be-completely-invisible-concludes-worlds-most-sensitive-search/#4cc724325b60

(未列全)

龚学理论始终是国际主流的一个重要部分

龚学理论始终是国际主流的一个重要部分

我们先看看主流参考使用的文献系统:

1.启发库(INSPIRE)是世界上唯一一个高能物理方面的文件档案系统。如果一个人的作品没有被启发库收录,他的工作就不被高能物理主流社会接受。请参阅照片。

INSPIRE

2. 高校图书馆的书架空间是非常宝贵的。他们不会把任何无聊的书放在图书馆里。龚学理论 (Super Unified Theory, the G-theory) 被世界上许多的大学图书馆收集了《世界大学图书馆目录》(世界大学图书馆目录,世界上唯一的目录)(超过100所知名大学收录)。

worldCAT

3.几年前,谷歌捐赠了十亿美元,从40个最著名的大学图书馆(如哈佛、麻省理工学院、耶鲁、康奈尔、牛津等)数字化这些纸质图书,使这些伟大的书籍为人类提供电子版图书。当然,如果你的书不在那40个图书馆里,它就可能不会被数字化。《超级统一理论》现在被谷歌数字化,作为电子书可在线阅读,见照片。

ebook
4.网络上可以下载:

quicklook

5.学术界(Academia )是一个监测来自9000所大学和全世界所有科学期刊的学术刊物的组织。有多少出版的书籍或期刊文章被引用,你的工作被人引用后将被监控报告。如果在全世界的任何学术刊物没有人会引用你的工作,也就是说没有人关心你的工作,。
2017年底我们出版的《自然宣言》,最近发现有超过50篇学术文章或书籍引用了它(不断有人引用,甚至来自中国)。

academia
6.多年来,龚学理论被主流著名学者关注,龚学理论被众多主流期刊所接受。

7. 38年来的主流物理的实验探测数据,更加趋向龚学理论计算预测的数据,并将更精准地得到检验。

8. 因此,现在可以看到主流物理的走向,也逐步趋向回到龚学理论的基础。

龚学理论越来越体现了它的巨大价值。现在,哈佛、加州理工学院、麻省理工学院和其他大学都在认真研究龚学理论。

龚学理论与主流一起成长发展,见证了主流的成功与失败。龚学理论严厉批判主流中的一些错误,那些谬误逐步被主流淘汰。因此,龚学理论从来不是反国际主流 ,而是不断地确立为国际主流的一部分。

我们将详细梳理,这四十年来,龚学理论与主流发展的渊源和相互互动关系。

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The new book {Nature’s Manifesto – Nature vs Bullcraps} is talking about G-theory (Nature) vs Bullcraps (M-string, SUSY, WIMP, sterile neutrino, Higgs mechanism, Darwinism, Popperianism).

Of course, there is a big chance that this book itself is Bullcrap.

However, a crap book will not be collected by many of the most prestigious university libraries.

Nature1

Nature2

As a true TOE, G-theory (in the area of Evolution) is now also a dominant area, quoting by many biologists.

Nature3

 

Nature4

Nature5

 

 

宇宙世界的底层结构及演绎—米农(minon)

最近我和朋友们在探讨,量子世界的秘密,宇宙底层的秘密,引力的秘密以及关于量子信息的基础理论。

引力的源头,龚学理论告诉了我们,是时间驱动。

在上一篇博文中,定义了一个最小能量单元:米农(minon)

“我们认为三旋理论还可以往底层发展,甚至还可以远溯到n重三旋底层结构。我们可以采用多重复数,可以运用博特周期性定理描述酉群的同伦群和正交群同伦群的周期性。多重复数的展开形式为标准的U结构。所以,多重复数的同伦周期为 8,在物理意义上同伦的概念可以和性质相似等同。多重复数是现代数学和物理学体系的演绎和发展。通过对多重复数的深入 研究可以进一步揭示客观世界的更深层的规律,从普朗克常数出发,求取该常数下的最小能量值,直达宇宙学常数层面,再迭代回归到普朗克尺度,甚至标准模型粒子尺度、中观物质层面、甚至宏观宇宙。

根据龚学理论确定性方程: (delta E * delta T)=h-bar,能量空间与时间可以具有反对称性。
可取:minon== min delta E ==h-bar/(max delta T),

而max delta T=137–138亿年,是宇宙的年龄。

普朗克常数:h-bar =   ħ = 1.0545718 × 10-34 m2 kg / s

C = 299 792 458 m / s = 2.99 x 10 ^ 8 m/s

宇宙的年龄T =max delta T(life time of universe, 13.799±0.021 billion years) = 4.34 x 10 ^17 s (second)

minon=h-bar/max delta T =( 1.0545718 × 10-34 m2 kg / s)/ 4.34 x 10 ^17 s= 2.429889× 10-52 m2 kg / s2

在此我们称minon为宇宙最小基本能量单元。与此能量对应的最小物质单元质量m0=h-bar/(max delta T*C^2)。我们可以确定现行宇宙的最小能量质量单元能量远比普朗克常数还小很多个数量级(18个数量级)。

我们还提出了在复数空间,引入保形变换1/Z^n,将其点外开放半球变换到点内闭合半球,阴阳平衡,合二为一,从此,宇宙成为有限的统一的整体。这类似于将“柯召-魏时珍猜想”应用于物质的底层,直到宇宙最小能量、最小质量、最小空间单位。

有人质疑这个米农:“以微波背景3k温度作最底层质量单位,你和姜放老师没有考虑微波背景3k温度所涉及的封闭的体积空间。这个温度看似很小,比普朗克低了18个数量级,但是以整个宇宙体积作的背景体积,所以很小。但如果单独使用是非常大的。所以用作底层米农,可以像姜放的基本空间单元一样,就是一个笑话。中科院大学校长官科院士,也在用温度挑战爱因斯坦广义相对论。也许这不成立,道理也如此----少到微观最低温度0度一个量子,就不存在温度概念,即使有运动也如此。因为温度是集体运动的产物。所以龚老师多次来信批评姜放老师的创新,是对的。下面我有龚老师的第2封信。你和姜放老师是学电力和自动化的,对微观单独一个量子或一个电子,在一个有限封闭空间的温度,没有教材讲授过。姜放老师创新出,也不奇怪。罗正大,国家给他出版了9本书,都是自己定义的外力和斥力,不与国家学校的物理教材相同,但自认为可以解决所有物理学难题,他批判引力的所有应用都是错的。近一年多我都在看罗正大的9本书,想我们国家为什么会这样?包括你的美国同学王令隽终身教授,也像罗正大。姜放老师是国内官科的罗正大吗?你想做罗正大吗?”
我们探讨问题,当然,应该质疑!北大校长说:“质疑不能带来。。。。"  。如果连质疑都不要了,还要科学干什么?
有质疑是正常不过的事,也应该予以回复和讨教。我的回答如下:
我所崇尚的物理学:
1,对于宇宙世界必须有一个整体的、全面的、完整的架构;
2,对其中的物理参数、变量有严格的定义,必须有严格的数理逻辑和方程描述;
3,全部假设及其推论,必须最后经过客观事实的严格检验。
以上是物理学而言,更多关于创新理论,何为创新?
4,创新理论,必须接受龚学创新理论定律的检验;
5,创新理论,必须接受龚学完美性10条检验;
6,创新理论,必须接受理论竞争和奥卡姆剃刀原则检验。
我有罗正大的那一堆书,特别是 统一的宇宙,总结了宇宙引力与斥力平衡,探求宇宙的精神值得学习,但其结论都是有待检验的,按以上6点来看,都还需要一一检验验证。
我从来没有联系过,罗大正。虽然,他也是一位值得尊敬的学者兼实业家。我就是我,我不是  罗大正。另外,误会了,我从来没有说过,王令隽先生是我同学。
那么,有人质疑这个米农(minon)理论,我的回答,依据是:
1,宇宙世界是层级结构,标准模型粒子就是宇宙物质的底层了吗?层子结构如何?如中国古人的万世不竭论和毛粒子。

2,龚学理论二元(A,V)描述可计算宇宙与7色描述不可计算宇宙了。但空子数学表达为0,但事实上空子不空,另外还有一代、二代、三代表述、7色结构,是否就是终极了?
3,三旋理论差不多也推进了一层,还形象的描述了各模块的几何结构。完满了吗?
 4,我依据的龚学确定性原理,DE*DT=h,  这也是爱因斯坦-普朗克关系 E=h * v,       v为德布洛伊物质波的频率;
5,宇宙这个客观存在,已经被全球科学家探测,其年龄为137.99亿年,这个年龄就是宇宙这个最大量子的此时刻最大时间:max DT;
6,很自然,宇宙中的普朗克量子的最小能量现在就是:min DE = h/ max DT; 其实,这已经进入普朗克常数的底层,属于内点空间。
 宇宙存在最长的宇宙波长,最长的时间周期–宇宙周期,最小频率的波。
7,这份能量必定是宇宙现在的构成成分,从宇宙中来,回到宇宙中去;
8,这份能量叫做米农(minon),名可名,非常名;光有名字是不够的,而且,米农是一元数u;
9,构成宇宙,显然光靠米农是不够的,一元扩展:u+iu, 是一个旋转的米农线圈,王老师的线旋;
10,二元扩展,王老师的面旋;
11,三元扩展,王老师的体旋;
12,这也是老子的一生二,二生三,三生万物;
13,这也是苑广明老师的多重复数描述;
14,由此可以往上发展数理结构,滚雪球;
15,符合复杂系统,自相似,和多层迭代原则;
16,一直到可检测的宇宙层面,如微波背景辐射、基本粒子层。
17,姜放用微波背景辐射作为他的物理学的依据;
18,我用米农构建和描述、解释微波背景辐射;并且进入了可检测,可验证的区间;
19,量子场论的CPT联合反演不变性;
20,圈量子时空反演不变性;
21,点内空间与点外空间的反对称性;
22,反德西特/共形场理论(AdS/CFT)对偶性;
23,甚至米农本身还可以是一个圈量子,当然,简单起见,球粒子也可以,但加上一元扩展成复数,一旋,二旋、三旋,满足8周期律,64周期律,
24,以上迭代,直到普朗克层、基本粒子层、宏观物质层 。更是可以检验验证的了。
以上假设,仍然是假设,但只要有条件验证以上假设,而且没有错,那就是创新。
当然,还不成熟,刚刚提交大家评论,特别希望大家批评指正!
 —————————————————————
我回答有关问题如下:
一,关于我以上的第18条。这个宇宙中来的最小能量单位,不是宇宙创世时的能量最小单位,是现时此时此刻能量。它从这个宇宙中来,它回归这个宇宙,就应该反映宇宙这个时刻的状态,因此,米农是最大时间的函数,也是此时此刻时间的函数。宇宙学探测到了当今的宇宙存在背景辐射,这个背景辐射也必定被宇宙此时最小能量单位米农的状态有所反映。米农,它是温度、它是辐射、它是比基本粒子还小18个数量级以上的微粒。它的运动可以确定性地演绎,也可以看做大量微粒的随机运动。这样的微粒子太小太小,还无法测量,但其总体效果已经体现。在普朗克到标准模型层面,至此可以直接与沈致远先生的SQS理论对接。
参考沈致远先生的SQS理论,可以严格地描述这些粒子如何在普朗克层到SM层构成一个面包圈结构,并且严格地计算出来所有的基本粒子结构、质量、波长,与实际误差很小,包括卡毕波角,温博格角,比CKM模型更准确。我是认真读过沈老先生的原文的。在此也感谢沈老先生多次越洋电话指教。
沈致远先生在论文中提出25项预测,可以供实验检验。沈致远指出,SQS理论是发展中的理论,有许多课题可供继续研究。2013年第4期《前沿科学》编发了此论文的中英文摘要及参考文献。全文可查阅Journal of Modern Physics, 2013, 4, pp.1213-1380。
我从来没有否定三旋理论的发现和成果,只是觉得不够完美!乱哄哄,是一个表象。任何现像学理论,就是还不能、还没有抽象出本质的东西。相反,我对三旋理论也是大加赞赏的。但完美了吗?还不够完美!如何完善,还是要做进一步的工作的。
二,关于威滕和丘成桐
威滕和丘成桐是数学家,他们的弦论–M弦、超弦,卡-丘结构,数学上都很漂亮。因此,他们得了数学最高奖。
但物理上,他们自己都认为失败了!!!正式宣布:弦理论作为物理学理论已经死亡 | 统一的宇宙 统一的理论  http://www.pptv1.com/?p=678
原文:String theory has so far failed to live up to its promise as a way to unite gravity and quantum mechanics. At the same time, it has blossomed into one of the most useful sets of tools in science.
出处:String Theory’s Strange Second Life | Quanta Magazine  https://www.quantamagazine.org/string-theorys-strange-second-life-20160915
据温伯格披露,威腾和尼玛现在都不做弦论了。 但国内弦物理学主流,2017年8月还在庆祝 弦理论的伟大胜利。为什么?干什么?大概是要经费!要生存!要发展!
三、关于第9-第11条,我错误理解了三旋理论,表示歉意。
我们完全可以设定米农也是面包圈结构,建立类似如龚学方程0那样的初始结构。
我可以说苑广明先生的多重复数也可以这样描述。
而且,这样的结构,符合中国古人的哲学:易理学。特别强调,这个易理是普适的中国古代版本的宇宙万物理论。龚学理论在标准粒子层也符合易理。另外,从宇宙大空间的暗物质、暗能量的结构看,宇宙大尺度也符合易理,因此,我推论:最小能量空间所构成的微观结构也应该符合易理。
根据龚学引力理论,米农(米农)也就是龚学意义的引力子。
好了,我说得太多了。下次再聊。
 2018-5-8日晚
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 这个问题的讨论还在继续:那么,是否可以公开讨论呢?
我不太确定。但我还是将今天回复王老师的信件附上:
尊敬的王老师:
您好!
您总结的 《宇宙底层结构MINON(米农)大争论》 文件,原原本本地记录了我们的一些质疑、争论,和大家的讨论。这是我们朋友之间的学术讨论和交流,有些评论太直接,有可能引起误会和对别人的无意伤害,所以,前头几次我说最好是小范围的内部交流。
没想到我们的讨论范围扩大了一些,我抱歉前天把这个争论和讨论放到了我的个人网站上,这势必是违背了我前期说的原则。但我对我说的话,可以负责任。更准确一点表达,可参见:宇宙世界的底层结构及演绎—米农(minon) | 统一的宇宙 统一的理论  http://www.pptv1.com/?p=2245
但学术讨论和争论,无论 正反方意见,应该公正客观地摆出来任人评说,最终都以理服人。
西方经过二次弦理论革命后的,M弦、超弦,仍然没有摆脱其徒有漂亮数学形式,而无有真正可检验结果的不切实际的毛病。它已经被西方科学世界所诟病。2016年8月1-6日,在北京召开的弦理论国际会议,我们国家对此还是非常重视,一片叫好声音,似乎没有听到什么反对派的声音。
我私下是与威藤教授、David Gross教授交流过,我对Gross教授说:我们的龚学理论有一个整体的架构、一系列的定理,和一套全面解决当今物理公开开放问题的阐述,并且符合客观实际。这个理论,已经对他们产生了压力,Gross教授说应该把它公开发表出来。我们已经把它放在网上,也不是一天两天了,龚先生也出版过一系列的著作,主要著作美国知名的各大学都有收录和馆藏。
龚学理论能够回答Gross教授所提到的基础物理学现在面临的主要问题:1,如何能够完全描述宇宙的起始和终结;2,如何描述时间和空间的自然规律;3,如何发现物理世界独特性和统一特性。见:基础物理的黄金时代–拯救主流物理BSM | 统一的宇宙 统一的理论  http://www.pptv1.com/?p=626
西方弦物理科学带着全世界那么多顶尖级的人才,忙乎了快半个世纪了,终于承认自己无法解决量子引力和宇宙万物了。见:正式宣布:弦理论作为物理学理论已经死亡 | 统一的宇宙 统一的理论  http://www.pptv1.com/?p=678,或者
西方弦论一无是处吗?不,它还有第二条生命,作为数学和科学工具还有意义。事实上,他们离终极理论只差那么一小步,但这却是全球基础物理的一大进步。可选方案:
1,采用龚学理论,予以补充;
2,或采用三旋理论加强版,予以补充;
3,或采用沈致远先生的SQS加强版,予以补充。
以上三个理论都是具有我们中华民族传统的华人科学家提出的,具有中华古老哲学和智慧的结晶。以上三个理论如果互相融合,更能体现我们中华文明对世界的贡献。
如果不是这样,那么让他们自生自灭,或将终有一天其中的理论会被广泛接受,只是早晚的问题。但科学的竞争也要与时间赛跑,西方一个霍金,无实在贡献却炒得成为神人。
 中华民族当自强不息!
以上愚见,欢迎赐教!
敬礼!
李小坚
2018年5月10日
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我们龚学理论指出,引力来自时间。时间驱动宇宙万物从过去、到现在、到未来运动发展。在能量复频域,有规范场对称性,而此规范场对称性的破缺,从复频域转到时间域,按照龚学理论方程0的方式,产生物质粒子和时空,按照统一力方程包括了引力。这个理论将规范场理论、弦论与圈量子、爱因斯坦相对论、量子力学都统一在此架构之中,宇宙万物在龚学看来,已无秘密。
但是否可以更加深入到普朗克常数层底下,这是一次尝试。
因此,这个米农,必定要体现以上原理。
米农理论还在发展之中。
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龚学理论中,单位时间内每个时间维度的量子行为的数量是{1(/ ħC)}。
因为,宇宙的生命时间,有{1,i,   -1,   -i} 4个时间维度。因此,这个宇宙的总量子数:
{total Tc总量子作用计数}={1(/ħC)} ^ 4   ×T;
因此,Tc={1(/ħ C)^ 4 } x T= 4.34 /9.714 x 10 ^ 103 x 10 ^ 17
=0.446×10 ^ 120
其中:普朗克常数 ħ=1.0545718×10-34 m2 kg/s
光速C=299 792×458 m/s=2.99×10 ^ 8 m/s。
因此,((ħc)^ 4={(1.05×2.99)x(10 ^(-34+8))}^4=97.14×10 ^(-104)=9.714×10(-103)。
T(宇宙生命周期,13.799±2100万年)=4.34×10 ^ 17秒
到目前为止,这个宇宙应该有一个{总量子行动计数},其数量为10 ^ 120。
龚学理论的宇宙学常数计算:
(Λ) =1/Tc =1 /( 0.446×10 ^ 120 )= = 2.242×10 ^ - 120
宇宙学常数(Λ) 是空间真空能量密度的值。由宇宙常数产生的正真空能量密度意味着负压,反之亦然。在普朗克单位,作为一个自然无量纲值,宇宙学常数,Λ ,是在10 ^ -120的方次。
迄今为止,宇宙学常数(Λ )是一个没有理论表述的现象学参数,尽管它在GR方程中有特指的定义。同样,这个常数还不能被任何主流量子引力理论推导出来。M弦理论甚至不能确定它的符号是正还是负。
如果我们延伸宇宙学常数的定义,为每个米农量子争取一份量子空间、米农量子能量密度。
宇宙学常数(Λ)={宇宙量子能量密度}
= {米农(minon)/现时宇宙米农量子体积(Vm)}
= { 1 / 0.446×10 ^ 120 }
= 2.242×10 ^ - 120
因为:minon=h-bar/max delta T =( 1.0545718 × 10-34 m2 kg / s)/ 4.34 x 10 ^17 s= 2.429889× 10-52 m2 kg / s2
问题:上式计算表明:宇宙学常数层10 ^-120到米农面包圈能量10 ^-52之间有一个10 ^68数量级的巨大鸿沟。
猜测:宇宙初创阶段,经历过一个10^68的白洞的体积膨胀过程,反对称于一个10^68的黑洞的体积收缩(密度增加10 ^ 68)。即minon现时世界的基本单元体积Vm曾经经历过一个10^68的白洞膨胀过程,我们现在看到的minon体积Vm,相对于创世之初体积V0, Vm=V0*10^68,(密度减少10 ^ -68)。
如果没有这个白洞膨胀过程,初始宇宙学常数将比现在高10^68数量级。
从而,现时宇宙学常数(Λ) = {米农(minon)/现时宇宙米农量子体积(Vm)}=
2.242×10 ^ - 120

龚学本身也可以描述这个宇宙膨胀过程:

最新宇宙循环增长周期已经计算出来了!

C-universe2017-6-18

T=4.34×10^17  秒

N=345

我们的宇宙已经进入了第345个震荡周期。现时宇宙体积:

Rmax=R0*2^345

Vmax(T)=V0*(2^345)^3
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黑洞、白洞、虫洞

什么是黑洞、白洞、虫洞?他们之间的关系是什么?_宇宙探索_新浪博客 http://blog.sina.com.cn/s/blog_5ea3e1790100co2l.html

什么是黑洞
   “黑洞”是一种天体:它的引力场强大得就连光也不能逃脱出来。根据广义相对论,引力场将使时空弯曲。而恒星的半径越小,它对周围的时空弯曲作用就越大,朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。黑洞不让任何其边界以内的任何事物被外界看见,这就是这种物体被称为“黑洞”的缘故。据猜测,黑洞是死亡恒星或爆炸气团的剩余物,是在特殊的大质量超巨星坍塌收缩时产生的。

什么是白洞
   白洞可以说是时间呈现反转的黑洞,进入黑洞的物质,最后应会从白洞出来,出现在另外一个宇宙。由于具有和“黑”洞完全相反的性质,所以叫做“白”洞。它有一个封闭的边界。聚集在白洞内部的物质,只可以向外运动,而不能向内部运动。因此,白洞可以向外部区域提供物质和能量,但不能吸收外部区域的任何物质和辐射。白洞是一个强引力源,其外部引力性质与黑洞相同。白洞可以把它周围的物质吸积到边界上形成物质层。白洞学说主要用来解释一些高能天体现象。目前天文学家还没有实际找到白洞,还只是个理论上的名词.

什么是虫洞
虫洞可能是连接黑洞和白洞的时空隧道。“虫洞”是连接宇宙遥远区域间的时空细管。它可以把平行宇宙和婴儿宇宙连接起来,并提供时间旅行的可能性。“虫洞”的研究虽然刚刚起步,但是它潜在的回报,不容忽视。科学家认为,如果研究成功,人类可能需要重新估计自己在宇宙中的角色和位置。

什么是黑洞、白洞、虫洞?他们之间的关系是什么?

白洞、虫洞及虫洞之间的关系

black-white
 黑洞、白洞、虫洞仍然是目前宇宙学中“时空与引力篇章”的悬而未解之谜。黑洞是否真实存在,科学家们也只是得到了一些间接的旁证。当前的观测及理论也给天文学和物理学提出了许多新问题,例如,一颗能形成黑洞的冷恒星,当它坍缩时,其密度已然会超过原子核、核子、中子……,如果再继续坍缩下去,中子也可能被压碎。那么,黑洞中的物质基元究竟是什么呢?有什么斥力与引力对抗才使黑洞停留在某一阶段而不再继续坍缩呢?如果没有斥力,那么黑洞将无限地坍缩下去,直到体积无穷小,密度无穷大,内部压力也无穷大,而这却是物理学理论所不允许的。目前我们对黑洞、白洞和虫洞的本质了解还很少,它们还是神秘的东西,很多问题仍需要进一步探讨。目前天文学家已经间接地找到了黑洞,但白洞、虫洞并未真正发现,还只是一个经常出现在科幻作品中的理论名词。
   如果考虑黑洞旋转同时/或者带有电荷,事情会变的更复杂。特别的是,你有可能跳进这样的黑洞而不撞到奇点。结果是,旋转的或带有电荷的黑洞内部连接一个相应的白洞,你可以跳进黑洞而从白洞中跳出来。白洞有可能离黑洞十分远;实际上它甚至有可能在一个“不同的宇宙”–那就是,一个时空区域,除了虫洞本身,完全和我们在的区域没有连接。
黑洞和黑洞之间也可以通过虫洞连接,当然,这种连接无论是如何的将强,它还是仅仅是一个连通的“宇宙监狱”。虫洞不仅可以作为一个连接洞的工具,它还在宇宙的正常时空中出现,成为一个突然出现在宇宙中的超空间管道。虫洞没有视界,它有的仅仅是一个和外界的分解面。虫洞通过这个分解面和超空间连接,但是在这里时空曲率不是无限大。就好比在一个在平面中一条曲线和另一条曲线相切,在虫洞的问题中,它就好比是一个四维管道和一个三维的空间相切,在这里时空曲率不是无限大。

以上是现有科普版的白洞、黑洞、及虫洞理论,兼容于米农理论。

这个宇宙学常数完全是整个宇宙量子总数10 ^ 120 的倒数。采用保形变换1/Z^n,  n可取{1,0,-1,} 将宇宙整体反对称映射,包括巨大的黑洞与白洞的反对称与镜对称,直达宇宙的最底层—-宇宙学常数层。反之亦然。

米农就是附着在10^68之白洞表面的最小能量面包圈量子。或可以看作SYZ镜对称或T对偶性之四维卡拉比-丘流形上的K3环面或环圈。

以上龚学理论中的宇宙学常数的引入,以及黑洞、白洞、虫洞的引入,更能说明宇宙的底线宇宙量子的 能量密度为 10 ^ – 120数量级的含义。而且,进一步表明龚学循环多宇宙,正负黑白宇宙之转换演变。

这个演变过程在数学上已经有“庞加莱猜想外定理”, 还有 上面文章提到的“柯召-魏时珍猜想”的支持。

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2017年-2018年,本人注意到汪一平先生发展的相对论圆对数理论。我认为,可以用圆对数理论来描述最大宇宙、中观宇宙(基本粒子宇宙)、最小宇宙之间的关系。这个想法得到汪一平先生的赞赏与支持,在此表示感谢。

汪一平圆对数有:(y = xz)。它是与传统分析方法不同的“(B-R)理论”。该方法采用由1763年英国贝叶斯(B)(1702—1763)与1982年中国汪一平(R或RELH)(1937—)各自独立提出相似的(相对度—相对性结构)原理,可以并成为一种新的数学分析方法(y = xz),称其为(B-R)理论。数学特征:“既定的数值用相对可变的底数f(x)= (1-η2) z x 0 自乘一个相对不变的幂次、指数函数(z=ck),建立相对性原理,由此建立了f(x)的底数函数形式,成为的相对性结构原理,其中:

y = xz = [(1-η2) z x0 ]

有:  x / x0  = (1-η2) z = ∏n=1(1-ηi2)z = ∑n=1(1-ηi2

η = ∑(ηi)(标量);

(或):     = ∑[(1/n)ηi](标能量);= ∑(ηi2)1/2     (矢量);= ∑[(1/n) 2ηi 2]1/2(矢能量);

幂指数:   Z = C·K; k = [-1,0,+1] ,

η = Cηh; C = ∑Ci; C:路径积分值,

零点值:(1-η2) = (0,(1/2),1,2)= (0,(1/2)k);

η =(C)η = (0,(1/2)i(1/2),1),

式中:(x)可变底数,(x0)底数算术平均值。(1-η2)c中,η =(Cηh)为相对性结构因子与路径积分一致性;ηh:为相对性标准量,可转化为相对性结构因子;C:幂次流,它可以是级数、超越函数、多项式等形式,籍此处理了多层(高维)次与低层(维)次的统一关系,并使其函数由积(除)转化为和(差),最后在边界处给予重整化为相对不变值。

这样一来,(B-R)理论很好地处理了把复杂的非线性函数(f(x))兼并为简单多项式的非线性函数(1-η2)z,再转化为简单的线性函数(η)的计算分析。这意味着自然界规律错综复杂的变化,大多都可归纳为简单的线性变化规律,而错综复杂的根源在于不同元素在不同的区域有其不同个性的作用“参数”,一旦用相对性理论剔除了个性,剩下了具共性的、统一的自然定律。这点或许有对传统观念很深感情的人认为“没有那么简单”,“不好相信”。但是,中国有句名言 “实践检验真理”。可参考汪一平博客文章全部内容,说明了用(B-R)理论很好地处理了若干个世界著名难题以及形形色色各种类型的应用实例。

汪一平先生对米农理论的点评:

1.甚至米农本身还可以是一个圈量子,当然,简单起见,球粒子也可以,但加上一元扩展成复数,一旋(圆对数进动方程),二旋(圆对数电磁理论)、三旋(圆对数自旋加进动方程),满足8周期律,64周期律,【一直到{2}^KN】(这里需要数学证明,组合同构性及以{2}^KN,[K=+1,0,-1]的跨越)即【P=NP完全问题】
24,以上迭代,直到普朗克层、基本粒子层、宏观物质层(龚学思想没错) 。【一直到整个宇宙】(这里需需要单一化或量粒子化证明)【霍奇猜想、抽象庞加莱猜想】。

2. 龚学理论指出,引力【各种质能(场)、性质(正中反三态)、极限(层次)的变化】均来【自对时间的假设与作用】需要【黎曼猜想、BSD猜想】。杨振宁规范场包含运动方程、电磁方程(K=-1)、元素组合概念,独缺引力(K=+1)的描述,关键点是“要求没有质量具体元素的数学四则运算”。这是当前的前沿课题。我可能先走了一步,还不敢说‘建立完整性的数学基础’。

3. 上述全球华人的三个理论,我认为基本上都没有冲突,但在数学的定量证明(或量化计算)都不能说【具有完整性】。一旦提取它们的变化共性,摆脱具体的质量元素的干扰,方便的给于数学完整性证明,就成为圆对数概念。但是依然采用“传统(有限)微积分方法,不能解决(无穷元素与无限组合)的完全问题”。我很希望李教授能够把中国上述学者的优点集合起来,拓展成为具有新颖性的数学物理理论。

参见:探索自由天空_新浪博客 http://blog.sina.com.cn/lkx0570

137、“(B-R)理论”或将挑战“数学理论”在于作出实质性进步_探索自由天空_新浪博客 http://blog.sina.com.cn/s/blog_618a0bbf01017fow.html

2018-5-16

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讨论还将继续。

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我们的结论:最大宇宙与最小宇宙是一个数学上反对称的平衡统一的系统。

赞龚学—米农量子—-宇宙学常数

神龙只见尾,龙首在云端。云深不可测,盘旋入空无。

5-20修改加韵:

神龙只见尾,龙首在云中。云深不可测,盘旋入虚空。

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吴岳良院士的引力量子场理论:

引力量子场论

引力量子场论_百度百科 https://baike.baidu.com/item/%E5%BC%95%E5%8A%9B%E9%87%8F%E5%AD%90%E5%9C%BA%E8%AE%BA/19311379?fr=aladdin

引力量子场论由中国科学院院士、发展中国家科学院院士、中国科学院大学/中国科学院理论物理研究所研究员吴岳良提出。
中文名
引力量子场论
外文名
Gravitational Quantum Field Theory
提出者
吴岳良
提出时间
2016年

基本概述

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引力量子场论的建立基于自然界基本规律与时空坐标和标度选取无关且遵循局域规范不变原理。自然地引入双标架四维时空概念,即具有整体庞加莱和标度对称性的四维坐标时空以及具有局域自旋和标度规范对称性的四维引力场时空,前者描述量子场的运动和度量,后者决定量子场的内禀自由度和相互作用。在引力量子场论中,引力相互作用由自旋规范对称性SP(1,3)支配,基本引力场不再是弯曲坐标时空的几何度规,而是双标架四维时空中的双协变规范矢量场,它耦合到所有量子场,形成的局域平坦四维引力场时空由非对易几何来刻画。 [1]  [1] 
引力量子场论 [2]  给出了统一描述引力、电磁力、弱力、强力、自旋力和标度力的一个基本理论框架,可导出含有引力场效应的所有量子场运动方程和所有基本对称性对应的守恒定律。爱因斯坦广义相对论作为引力量子场论中引力场方程的对称部分而呈现。此外,引力量子场论中的量子效应使得引力标度子引发整体标度对称性破缺从而导致早期宇宙暴胀,给出以量子暴胀宇宙为起源的量子引力场时空动力学。引力量子场论的建立不仅对理解宇宙的起源和演化至关重要,而且对量子理论本身的普适性和自洽性起着根本性作用。

提出动机

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目前,已知自然界存在四种基本相 [3]  互作用:电磁、弱、强和引力相互作用。前三种相互作用由平直闵氏时空中的相对论量子场论描述,由规范对称性刻画,称为粒子物理标准模型。引力在宏观世界由爱因斯坦提出的广义相对论描述。广义相对论是构建在黎曼度规下的弯曲时空动力学。显然,这种构建在弯曲时空中的度规动力学不同于其它三种基本相互作用力的处理方式。从而很难构建一种统一描述引力及其它三种基本相互作用的理论,以至于引力量子化变得异常困难。
在过去半个世纪里,众多理论物理学家尝试构建引力规范理论,但几乎所有尝试都基于弯曲时空的黎曼或非黎曼几何。另一方面,研究表明,在基于整体平坦时空的量子场论框架下统一描述引力对理解和探索宇宙起源起到越来越重要的作用,如奇点问题、早期宇宙暴涨等。如何基于整体平坦闵氏时空中的量子场论框架建立一种新的引力规范理论,使之从根本上与电磁作用、弱作用和强作用进行平等和统一地描述。即所有基本粒子的相互作用均由规范对称性支配且由定义在整体平坦的闵氏坐标时空中的量子场来刻画。

建立基础

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狭义相对论和量子力学的成功统一建立了相对论量子场论,成为描述微观世界的基本理论框架。结合对称原理,即对称性和对称破缺,建立起描述基本粒子的相对论量子场论。研究表明,规范对称性决定相互作用,规范对称破缺导致物质质量的产生。由此,在整体平坦时空的量子场论框架下,建立起描述电磁、弱和强相互作用的粒子物理标准模型,对应的对称性分别为:U(1)Yx SU(2)L x SU(3)c。这些对称群在数学上称为幺正李群。 [4]  [4] 
爱因斯坦广义相对论的建立基于广义协变原理:即自然界的物理定律由一组方程来描述,它们在所有坐标系下都是很好定义的,具有广义坐标不变性。数学上由广义线性群GL(4,R)所对应的对称性来描述。在爱因斯坦广义相对论中,引力场由弯曲时空的度规场来描述。如果时空度规作为引力场是有限且正定的,爱因斯坦表明,人们总能选择一个特殊的坐标系使得度规矩阵的行列式数值为1,由此可大大简化引力场运动方程。但问题在于,如果选择了这一特殊的坐标系,就没有广义坐标不变性,似乎意味着要放弃广义协变原理。但爱因斯坦在《广义相对论基础》这篇论文中是这样考虑的:认为这样做就意味着部分地放弃广义相对论假设是不对的。因为我们并不会问“对所有行列式为1的变换都协变的自然规律是什么?” 我们的问题是 “什么是广义协变的自然规律?”。只是当我们公式化后,才选取特殊的坐标系简化我们的表达式。
1915年建立广义相对论必然受到当时对自然规律认识的局限性。那时,量子力学还没有建立,更不用说量子场论。对于物质的基本组成,除电子外,其它的基本组元,即6种夸克和6种轻子都一概不知。同样,除电磁力和引力外,并不知道弱和强相互作用力的存在。爱因斯坦通过推广狭义相对论成功地建立广义相对论来描述引力,既是一个自然的推广,也是科学上的一个创举。爱因斯坦引力场方程首次建立起了时空几何与物质间的相互关联。
1928年,狄拉克把狭义相对论与非相对论性量子力学结合建立了相对论性量子力学。相对论性量子力学的狄拉克方程给了人们更多的启示:当把时间与空间联系在一起作为四维时空进行平权处理时,描述基本粒子的波函数不再是标量场而是4-分量的狄拉克旋量场。这意味着时空的4个维度对应于物质场的4个分量,进一步阐明了时空的基本性质与物质的内禀自由度之间的几何联系。这之后,发展了相对论性量子场论和粒子物理标准模型。粒子物理取得了许多突破性进展,例如:建立量子电动力学(QED)、提出Yang-Mills规范理论、发现宇称不守恒、建立电弱统一模型、发现夸克和轻子、建立量子色动力学(QCD)。
当把以弯曲时空动力学为基础的广义相对论与建立在整体平坦时空中的相对论量子场论结合时,却遇到了难以逾越的一些理论障碍:弯曲时空不再具有四维时空的整体平移和转动不变性,不能很好地定义能量、动量和角动量等物理守恒量,也无法像狭义相对论那样很好地定义时间和空间间隔。基于时空坐标广义线性群GL(4,R)局域对称性所建立的广义相对论与基于基本粒子量子场幺正规范对称性U(1)Y x SU(2)L x SU(3)c建立的粒子物理标准模型,显然无法在同一层次上进行统一描述。然而,建立在量子场论框架上的粒子物理标准模型和基于广义协变原理的广义相对论都得到了已有实验的验证。
这使得理论物理学家面临着一个长期未决的基本问题:能不能基于整体平坦时空的量子场论框架来描述引力相互作用?也就是说能否建立起不基于广义协变原理的引力理论?要解答这个问题,自然要求超越爱因斯坦广义相对论的基本假设 [5]  [5] 
对这个基本问题的探索导致吴岳良打破爱因斯坦广义相对论中关于广义坐标变换不变假设的局限,不再从推广狭义相对论和坐标时空几何的途径来构建量子引力理论,而是基于量子场论和规范对称原理,建立超越爱因斯坦广义相对论的引力量子场论。

基本假设和原理

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依据规范对称原理,规范对称性决定相互作用。而对称性的引入与构成自然界的基本组元(如夸克和轻子)的内禀自由度紧密相关。引力量子场论的建立是在量子场论理论框架下基于以下的基本假设和原理:
(i)将费米子量子场的自旋对称群SP(1,3)作为一种内部对称性,区别于闵氏时空中坐标的洛伦兹对称群SO(1,3);
(ii)所有量子场的运动学需遵循狭义相对论和量子力学原理;
(iii)所有量子场的动力学由规范对称性支配的基本相互作用来刻画;
(iv)引入双标架时空(biframe)概念,其中一个时空标架是整体平坦的闵氏时空,它起着惯性参考系的作用,用以描述基本场的运动,并很好地定义守恒量;另一个标架是局域平坦的非坐标引力场时空,它用于表征相互作用,刻画场的动力学;
(v)在引力场时空中构建规范不变和时空坐标无关的量子引力作用量。
由此得到的引力量子场论不仅具有在局域平坦引力场时空中的自旋和标度规范变换不变性,并且具有在整体平坦闵氏坐标时空中的庞加莱(非齐次洛伦兹)和标度变换不变性。

基本性质和研究内容

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引力量子场论的一些基本性质和研究内容:

(1)基本引力场是定义在局域平坦非坐标四维时空和整体平坦四维闵氏坐标时空的双协变矢量场

(X)。 这里的矢量场

(X)是伴随基本粒子量子场具有局域自旋规范对称性SP(1,3) 和标度规范对称性时而引入的双协变矢量场,其对偶场 耦合到所有量子场的动力学项和规范相互作用项;

(2)由双协变矢量引力场形成的非坐标时空是一个局域平坦引力场时空,由对偶引力场基{
公式公式
公式公式
刻画。局域平坦引力场时空具有非对易几何特性,并由引力场强刻画。矢量场
公式公式
作为定义在整体平坦闵氏时空的规范势,其场强描述引力相互作用;
(3)量子场论中整体平坦闵氏时空提供一个惯性系以描述量子场运动;且能很好地给出动量和能量等守恒量的定义,可导出所有量子场的运动方程。通过与守恒的能动量张量相联系得到引力场的运动方程;
(4)当自旋和标度规范对称性破缺到具有整体洛伦兹和标度对称性的背景时空结构时,在固定标度规范条件定义的幺正基下,可求解得到背景场运动方程的严格解; [6]  [6] 
(5)引力场时空的几何特征通常由度规场和标度场刻画。得到的背景引力场时空具有洛伦兹不变性,是一类共形平坦的闵氏时空。背景引力场时空由具有非零宇宙质量标度的宇宙矢量来刻画。背景引力场时空对共形固有时而言不再是各向同性的,只有在共动坐标系框架下才显得各向同性。就共形固有时或共动坐标系而言,当光运动接近宇宙视界时,宇宙共形标度将变为无穷大,但以宇宙固有时作为时间度量,需要无穷长时间才能达到宇宙视界。只有以宇宙固有时作为时间度量时,早期宇宙呈现暴涨的性质。宇宙暴涨的发生可由引力量子场论的量子效应引起。
标度规范不变性允许在幺正基下(基本引力场的行列式为1)构建量子化的引力相互作用。规范固定对于引力规范理论量子化的贡献表现为利用路径积分方法下的Faddeev-Popov形式。类似于Yang-Mills规范理论量子化,引力量子场论在确认物理自由度以及量子引力理论定义时,不存在任何困难。基于背景引力场时空,通过给出领头项的有效作用量,可推导得到费曼规则并研究引力量子效应。因规范型引力场的对偶场耦合到所有量子场而产生非线性相互作用,甚至导致无穷大使得理论不可重整性。另一方面,具有标度规范不变的引力相互作用,且局域平坦引力场时空是非对易的,表明存在一个由理论的紫外行为所表现的基本能标,因此通过很好地定义和正规化发散积分,可使得理论变成有限且是有意义的,如:2003年由吴岳良发展的圈正规化方法。当自旋和标度规范对称性破缺到具有整体洛伦兹和标度对称性的背景时空结构时,会出现与背景场耦合而导致的极其丰富的引力相互作用。基于标度子有效背景标量势的单圈量子贡献可探讨宇宙暴涨的量子效应,其量子效应的二次型贡献可引发整体标度对称性破缺,引发早期宇宙暴涨。当背景场标量势真空期望值演化到稳定的极小值时,宇宙暴涨效应停止。
当把引力场作为类Goldstone场使得局域自旋规范对称性成为性对称性,理论呈现整体洛伦兹对称性,可由自旋规范场构建对应的时空规范场:
公式公式
,这里自旋规范对称性变为一种隐性规范对称性。这里时空规范场可定义在平坦闵氏时空下的一种洛伦兹张量场,由此可给出另一种等效形式的量子引力作用量。理论表明,玻色子量子场的引力相互作用可由类Goldstone引力度规场以及时空规范场来描述,但引力场同费米子量子场的相互作用除外。只有当自旋规范固定到幺正规范条件时,即通过自旋规范变换使得双协变矢量引力规范场成为对称的张量,基本引力场与度规场具有相同的自由度,引力量子场论的两种形式才完全等价。由此,可将规范引力量子场论与爱因斯坦广义相对论进行比较,从而得到几何引力场方程:一组对应于爱因斯坦广义相对论的引力场方程,由对称的能动量张量支配;另一组引力场方程是超越爱因斯坦广义相对论的引力场方程,由反对称能动量张量支配。
引力量子场论给出了统一描述引力、弱力、电磁力和强力四种相互作用力的一个理论框架,如何把四种基本相互作用力统一成为一种基本相互作用成为理论物理学家追求的梦想。在引力量子场论框架下,2017年吴岳良基于时空维度与基本量子场自由度之间的相干关联,建立了高维超时空中的统一场论,表明了支配所有基本相互作用力的超自旋规范对称性具有其引力起源。
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彭罗斯1968年提出
理论被否定!
宇宙是确定性的。
Mathematicians Disprove Conjecture Made to Save Black Holes | Quanta Magazine https://www.quantamagazine.org/mathematicians-disprove-conjecture-made-to-save-black-holes-20180517/

In a paper posted online last fall, mathematicians Mihalis Dafermos and Jonathan Luk have proven that the strong cosmic censorship conjecture, which concerns the strange inner workings of black holes, is false.

“I personally view this work as a tremendous achievement — a qualitative jump in our understanding of general relativity,” emailed Igor Rodnianski, a mathematician at Princeton University.

The strong cosmic censorship conjecture was proposed in 1979 by the influential physicist Roger Penrose. It was meant as a way out of a trap. For decades, Albert Einstein’s theory of general relativity had reigned as the best scientific description of large-scale phenomena in the universe. Yet mathematical advances in the 1960s showed that Einstein’s equations lapsed into troubling inconsistencies when applied to black holes. Penrose believed that if his strong cosmic censorship conjecture were true, this lack of predictability could be disregarded as a mathematical novelty rather than as a sincere statement about the physical world.

“Penrose came up with a conjecture that basically tried to wish this bad behavior away,” said Dafermos, a mathematician at Princeton University.

This new work dashes Penrose’s dream. At the same time, it fulfills his ambition by other means, showing that his intuition about the physics inside black holes was correct, just not for the reason he suspected.

Relativity’s Cardinal Sin

In classical physics, the universe is predictable: If you know the laws that govern a physical system and you know its initial state, you should be able to track its evolution indefinitely far into the future. The dictum holds true whether you’re using Newton’s laws to predict the future position of a billiard ball, Maxwell’s equations to describe an electromagnetic field, or Einstein’s theory of general relativity to predict the evolution of the shape of space-time. “This is the basic principle of all classical physics going back to Newtonian mechanics,” said Demetrios Christodoulou, a mathematician at ETH Zurich and a leading figure in the study of Einstein’s equations. “You can determine evolution from initial data.”

But in the 1960s mathematicians found a physical scenario in which Einstein’s field equations — which form the core of his theory of general relativity — cease to describe a predictable universe. Mathematicians and physicists noticed that something went wrong when they modeled the evolution of space-time inside a rotating black hole.

To understand what went wrong, imagine falling into the black hole yourself. First you cross the event horizon, the point of no return (though to you it looks just like ordinary space). Here Einstein’s equations still work as they should, providing a single, deterministic forecast for how space-time will evolve into the future.

Graphic comparing a black hole with and without a Cauchy horizon

Lucy Reading-Ikkanda/Quanta Magazine

But as you continue to travel into the black hole, eventually you pass another horizon, known as the Cauchy horizon. Here things get screwy. Einstein’s equations start to report that many different configurations of space-time could unfold. They’re all different, yet they all satisfy the equations. The theory cannot tell us which option is true. For a physical theory, it’s a cardinal sin.

“The loss of predictability that we seem to find in general relativity was very disturbing,” said Eric Poisson, a physicist at the University of Guelph in Canada.

Roger Penrose proposed the strong cosmic censorship conjecture to restore predictability to Einstein’s equations. The conjecture says that the Cauchy horizon is a figment of mathematical thought. It might exist in an idealized scenario where the universe contains nothing but a single rotating black hole, but it can’t exist in any real sense.

The reason, Penrose argued, is that the Cauchy horizon is unstable. He said that any passing gravitational waves should collapse the Cauchy horizon into a singularity — a region of infinite density that rips space-time apart. Because the actual universe is rippled with these waves, a Cauchy horizon should never occur in the wild.

As a result, it’s nonsensical to ask what happens to space-time beyond the Cauchy horizon because space-time, as it’s regarded within the theory of general relativity, no longer exists. “This gives one a way out of this philosophical conundrum,” said Dafermos.

This new work shows, however, that the boundary of space-time established at the Cauchy horizon is less singular than Penrose had imagined.

To Save a Black Hole

Dafermos and Luk, a mathematician at Stanford University, proved that the situation at the Cauchy horizon is not quite so simple. Their work is subtle — a refutation of Penrose’s original statement of the strong cosmic censorship conjecture, but not a complete denial of its spirit.

Building on methods established a decade ago by Christodoulou, who was Dafermos’s adviser in graduate school, the pair showed that the Cauchy horizon can indeed form a singularity, but not the kind Penrose anticipated. The singularity in Dafermos and Luk’s work is milder than Penrose’s — they find a weak “light-like” singularity where he had expected a strong “space-like” singularity. This weaker form of singularity exerts a pull on the fabric of space-time but doesn’t sunder it. “Our theorem implies that observers crossing the Cauchy horizon are not torn apart by tidal forces. They may feel a pinch, but they are not torn apart,” said Dafermos in an email.

Because the singularity that forms at the Cauchy horizon is in fact milder than predicted by the strong cosmic censorship conjecture, the theory of general relativity is not immediately excused from considering what happens inside. “It still makes sense to define the Cauchy horizon because one can, if one wishes, continuously extend the space-time beyond it,” said Harvey Reall, a physicist at the University of Cambridge.

Dafermos and Luk prove that space-time extends beyond the Cauchy horizon. They also prove that from the same starting point, it can extend in any number of ways: Past the horizon “there are many such extensions that one could entertain, and there is no good reason to prefer one to the other,” said Dafermos.

Yet — and here’s the subtlety in their work — these nonunique extensions of space-time don’t mean that Einstein’s equations go haywire beyond the horizon.

Einstein’s equations work by quantifying how space-time changes over time. In mathematical language, it takes derivatives of an initial configuration of space-time. In order for it to be possible to take a derivative, space-time has to be sufficiently “smooth” — free of discontinuous jumps. Dafermos and Luk indicate that while space-time exists beyond the Cauchy horizon, this extended space-time isn’t smooth enough to actually satisfy Einstein’s equations. Thus, even with the strong cosmic censorship proven false, the equations are still spared the ignominy of outputting nonunique solutions.

“It makes sense to talk of the Cauchy horizon; however, you can’t continue beyond it as a solution of Einstein’s equations,” said Reall. “They’ve offered pretty convincing evidence that that is true, in my opinion.”

You could think of this outcome as a disappointing compromise: Even though you can extend space-time beyond the Cauchy horizon, Einstein’s equations can’t be solved. But it’s precisely the fact that this middle ground seems to exist that makes Dafermos and Luk’s work so interesting.

“This is people really discovering a new phenomenon in the Einstein equations,” said Rodnianski.

Correction: This article was updated on May 18, 2018, to reflect that it has been 40 years since Roger Penrose proposed the strong cosmic censorship conjecture, not 60 years.

2018年5月19日,李小坚 转自量子杂志

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英国自然杂志还是比较开放地在探索:Innovations In The Biggest Questions In Science 。
The biggest questions in science https://www.nature.com/collections/mnwshvsswk
其实,这给了中华文明以新的机会,引领世界的基础科学与世界观、宇宙观、认识论和方法论的创新。
2018-5-25
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苑广明先生的博文:

物质世界微观和宏观的区别

科学无止境 2018-04-25 11:58:44

所有学科的微观和宏观都是一个相对的概念。数量级就是对这个概念的一个具体描述。既相差十倍以上就不是一个数量级的事物了。当然即便是相差几个数量级,微观的效果依然会反应到宏观的范畴,只是不起决定性作用或者可以忽略其存在而已。

物质世界微观和宏观的区别

但是量子力学的微观和宏观还有更明确的区分条件。这个条件就是量子力学的空间概念和四维时空的空间概念是不同的。

物质世界微观和宏观的区别

所以量子力学不能描述四维时空中的物质运动。同时四维时空中也看不见量子力学描述的大部分概念。既四维时空是由物质的黎曼维度形成,而量子力学的维度是物质的复辛维度。所以两者之间的区别是非常明显的,而联系则是更高一级的数学关系。

物质世界微观和宏观的区别

所以在物质世界微观和宏观之间就存在一条鸿沟。区别微观和宏观的方法也是这条鸿沟。

物质世界微观和宏观的区别

既符合黎曼代数关系的维度就是宏观关系。

物质世界微观和宏观的区别

而相互之间符合复辛代数关系的维度之间就是微观。

物质世界微观和宏观的区别​​

这个原理不仅适应物质世界,也适应其它的学科。

柯召-魏时珍猜想与霍金平行宇宙

柯召-魏时珍猜想与霍金平行宇宙
—-量子信息理论的研究与应用(3)
虞函川 李小坚

摘要:联系到柯召-魏时珍猜想发展出的多元宇宙与宇宙轮回结合的模型,可以一下子明白,其实霍金之前“宇宙会像半球一样闭合”,以及后来的“回溯到节点,是到达永恒膨胀的门槛”,能够整合在一起,说的是一回事。在复数空间看,类似保形变换1/Z将其点外开放半球变换到点内闭合半球,阴阳平衡,点内点外合二为一。因此,宇宙成为有限的统一的整体。

关键词:平行宇宙 柯召-魏时珍猜想 庞加莱猜想外定理 三旋理论

一、霍金生前的平行宇宙论

据《科学网》2018年5月3日报道,“平行宇宙没有那么多”,是已故英国物理学家霍金在生前最后发表的一篇论文,给出的一项关于宇宙起源理论的主要观点。2018年3月4日是这篇论文霍金的最后修改时间,10天后霍金逝世,目前该论文已在国际《高能物理杂志》上发表。要说该理论,其实在2017年7月在剑桥大学的一次会议上,曾以纪念霍金的75岁生日首次公开过。

霍金论文的合著者、比利时鲁汶大学理论物理学教授赫托格说,这是基于弦理论进行的大量复杂的数学计算,才得出多元宇宙是有限结论的。霍金在2017年秋天曾说:“常规的永恒膨胀理论预测,宇宙是一个无限的分形,在膨胀的海洋中,镶嵌着不同的口袋宇宙。”这是指宇宙暴胀理论,认为在大爆炸后的极短时间内,时空进行了指数级膨胀的继而推论:在整体上宇宙会永恒地膨胀,只在一小部分区域停下来,不断形成无限多气泡般的宇宙。人类的可见宇宙就是不断膨胀的时空中的其中一个“泡泡”。但人类所处的这个“泡泡”中的物理法则,如光速是300000km/s无法适用到其它“泡泡”;因此这些迥异的小宇宙就共同构成一个多元宇宙。然而霍金说他“不喜欢多元宇宙这个概念。如果多元宇宙中的不同宇宙是无限的,那这个理论就无法得到验证。”霍金临终又一次否定自己的多元宇宙、平行宇宙理论,而接受龚学循环宇宙的思想。

霍金在去世前10天最后修改论文时中,他和赫托格提出:多元宇宙论的这种叙事,是错误的。霍金用论文标题的比喻说,要“给永恒膨胀找到一个平滑的出口”。他们这个平滑的出口,是如何找到的呢?赫托格的解释是:传统的永恒膨胀理论假定宇宙整体背景,依据爱因斯坦的广义相对论演化,量子效应在此基础上提供了一些涨落;永恒膨胀的内在动力,消除了经典力学和量子力学的分割,相对论由此崩溃,于是他们就利用弦理论,去统一相对论和量子力学,重新讨论计算永恒膨胀。因为弦理论是一种试图将四种相互作用力统一起来的理论,认为自然界的基本单元是微小的“弦”,弦在振动和运动过程中产生基本粒子。具体来说,是借用弦理论中的“全息”概念:把整个宇宙看成是一张巨大而复杂的全息图,由此三维空间中的物理现实,在数学上可以简化投影到二维平面上。

即霍金和赫托格推出的“全息”概念,是一种分支,它将永恒膨胀理论中的时间维度,分离投射出来,摆脱对爱因斯坦理论的依赖,把永恒膨胀,被简化为时空起点上的一张空间曲面的这种模型中。而联系之前霍金关于宇宙“无边界条件”的预测:如果回溯到宇宙开始时,宇宙会像半球一样闭合。但霍金最后修改的这篇论文中,他却给出不同的结果:“当回溯到某个节点,就会到达永恒膨胀的门槛。过了那个门槛,人类熟知的时间概念会失去意义”。
正是这个“关节”点上,联系到柯召-魏时珍猜想发展出的多元宇宙、平行宇宙与宇宙轮回结合的模型,可以一下子明白,其实霍金之前的“宇宙会像半球一样闭合”,和之后的“回溯到节点,是到达永恒膨胀的门槛”,是能够整合在一起的阐述,与柯召-魏时珍的理论模型是一回事,甚至中国特色的理论更胜一筹。所以,也能够理解赫托格说“现在我们要发现,在过去还是有边界的”,这是我们所说的串行的轮回的、循环多宇宙。

即可以说,目前关于柯召-魏时珍猜想发展出的平行宇宙与宇宙轮回结合的模型,霍金和赫托格也类似用中国本土弦理论这种新方法,计算出了永恒膨胀理论的一个平滑出口,导向的“有限宇宙”,类似也比西方此前的永恒膨胀理论,建构的无限分形结构简洁得多。但后者也增加了前者理论的可验证性。

因为赫托格分析,新理论缩小后的尺度,可能在人类太空望远镜的观测范围之内—-尤其是原初引力波—-这种在永恒膨胀的“出口”处,产生的时间涟漪,可能是验证新模型的最佳证据。即随着宇宙的膨胀,原初引力波的波长,已超出了LIGO的探测范围,但未来欧空局的空间引力波探测卫星LISA,有望听到这些律动。但相比柯召-魏时珍猜想发展出的平行宇宙与宇宙轮回结合的模型,赫托格也承认,他们还“没有减少到一个唯一的宇宙,结果只是大大简化了多元宇宙,使可能存在的宇宙的范围要小得多。”

目前赫托格表示,他还会在该论文基础上继续探索。其次,如同霍金生前的一些成果,霍金提出“平行宇宙没有那么多”的最后这项宇宙学理论,也有人困惑。例如,加拿大圆周理论物理研究所的一位教授问:“为什么霍金会觉得这个设想有趣?”但更多的是认为,无论如何霍金和赫托格利用“全息投影”,给解决“泡泡”间不相通的问题,提供了一种思路。 哈佛大学的一位天体物理学家就说:“新论文用数学来克服这个数学和哲学瓶颈,对允许在多元宇宙中存在的宇宙类型,进行了预测。”联系柯召-魏时珍猜想,分析宇宙暴胀理论发展至今日,虽然被无数天文观测结果所验证,但统一的宇宙理论,留待的一些终极问题的解答,如膨胀如何开始?膨胀的预设启动条件是什么?膨胀如何形成了如今的宇宙?无论过去未来,膨胀都是永恒的吗?等等,霍金给世界留下的最后一篇论文,虽说是纯理论,纯计算,纯假说;没有观测结果,没有验证对象,没有指明通向循环的多宇宙的道路,但在统一宇宙的终极问题上,它和中国本土的柯召-魏时珍猜想一起,埋下的都类似一颗不知是否能发芽生根的种子。

二、霍金平行宇宙与彭罗斯宇宙的轮回

霍金和彭罗斯在英国长期合作研究量子宇宙学,还出版过《时空本性》一书。霍金生于1942年,彭罗斯生于1931年。彭罗斯可以说既是霍金的老师,也是霍金的师兄。要了解霍金的平行宇宙观,以及宇宙膨胀如何开始?膨胀的预设启动条件是什么?膨胀如何形成了如今的宇宙?无论过去未来,膨胀都是永恒的吗?等等问题,彭罗斯都是国际权威的数学物理学家之一,他的研究对于说明霍金,以及比较霍金和他与柯召-魏时珍猜想在现代宇宙学上的应用的差异,都具有一定的代表性。我国翻译彭罗斯最近出版的此类研究,是2015年湖南科技出版社出版像彭罗斯的《宇宙的轮回》一书,解答类似宇宙的“熵轮回”疑难,有没有更为合理的?其中彭罗斯说引力子能穿越四维时空,进入高维和多维,类似涉及说明它能“翻转”。然而众所周知,热力学里的“熵”概念是代表无序或混乱。

热力学第二定就说,与外界没有物质和能量交换的封闭系统,熵值只增不减;类似时间箭头。那么“宇宙的轮回”,彭罗斯如何能解决霍金的平行宇宙即使很少,也有熵不可轮回循环的问题的呢?我国改革开放后,1985年上海科技出版社出版的《科学的未知世界》一书中,就有选编进彭罗斯的文章《自然是复的吗?》,说明彭罗斯的思维,接受了宇宙轮回。而不是我国改革开放之前主流坚持的“以苏解马”哲学,不认可恩格斯赞成复数、虚数也是物质客观存在的马克思主义,比国内主流进步。

彭罗斯有自然是复的讲述。从黎曼球面到复数坐标平面的球极平面投影,可描述从代数到自然界的自然数和复数,当然也可以联系“宇宙的轮回”—-“自然是复的”类似“旧实在性”和“新实在性”,是两个不同的阶段、两个不同的地方,因发现和证实的时间不同,“旧实在性”和“新实在性”也许都正确。“旧实在性”类似的自然数和实数的物质及时空,像在“点外空间”。“新实在性”类似的虚数和复数的物质及时空,像在“点内空间”。由此再看我国1989年出版彭罗斯的《皇帝新脑》一书,他讲的广义相对论引力方程的引力机制,揭开了国内和国际对牛顿万有引力及爱因斯坦广义相对论引力,为何长期停滞不前的原因?是没有分清韦尔张量引力效应和里奇张量引力效应。

彭罗斯说的里奇张量效应,是指“当一个物体有被绕着的物体作圆周运动时,被绕物体整个体积有同时协变向内产生类似向心力的收缩作用”。由此,弘扬马克思主义赞成复数、虚数也是物质客观存在的现代宇宙学研究,才搞清楚引力场和引力子,是分韦尔张量和里奇张量两大类:牛顿万有引力属于直线运动作用力模型,而爱因斯坦广义相对论引力属于弯曲空间运动作用力模型。因此次彭罗斯用里奇张量引力效应,证明了虚数超光速的“新实在性”,是回归恩格斯的《反杜林论》一书早就承认存在虚数的合理性。彭罗斯让科学,从旧实在性回到真正的马列主义立场。

这是彭罗斯得知贝尔实验证明量子纠缠在宏观尺度上的正确性后,立即把他的“自然是复的”结合“旧实在性”和“新实在性”,运用于量子引力模型得出的。因为彭罗斯的这个转折点,只要联系彭罗斯的里奇张量引力收缩效应就更清楚,他提供的这幅虚数超光速快子图像,能清楚地假设:绕着星球作圆周运动物体的半径为1米,它到星球表面的最近距离为30万千米,星球的半径大于30万千米时,如果要里奇张量引力产生整个星球体积的同时理想收缩,是以“旧实在性”的光速引力子传到星球表面的信息开始,就不能使星球直径另一端的表面也同时开始收缩。因此必然有产生一半对一半的实数光速引力子,和“新实在性”的虚数超光速引力子,并以实数引力子到达时为准,这才不违反两个相对论。

然而到了2015年,为什么彭罗斯的《宇宙的轮回》一书,已不同于他第二个阶段的《皇帝新脑》、《时空本性》、《通向实在之路》等三本书的明晰呢?因为在2015年的这第三个阶段,彭罗斯书中没有再提里奇张量引力讲的当一个物体有被绕着的物体作圆周运动时,被绕物体整个体积有同时协变向内产生类似向心力的收缩作用,而转向宇宙轮回。这为啥?

因为要创新回答类似霍金的平行宇宙的终极宇宙理论,最大的难题是遇到的熵增不能轮回的问题。现在彭罗斯已用尽他平生的学问,得出他认为最好的结果。但我们认为,彭罗斯还是没有解决熵增为何能轮回的问题。因为解决熵增联系宇宙的轮回,类似柯召-魏时珍猜想发展出的平行宇宙与宇宙轮回结合的模型,就要掌握2006年已经得到国际数学界公认证明庞加莱猜想的方法,如球面、环面和空心圆球等三类“翻转”。由此终极宇宙理论最大的难题,只能从分“点内空间”与点外的串行的平行宇宙轮回才可解。但彭罗斯只是把“共形映射”数学,应用到宇宙的爆炸开端和宇宙膨胀的结束上去分析;从两者拓扑结构的不同,才得出再变回原来的空间,“熵”也可减少至开头一样。

但比较柯召-魏时珍猜想更早就探索平行宇宙与宇宙轮回结合的模型。这个“川大学派”,在坐实引力子实的“空心圆球内外表面翻转”的数学操作方法,是类似“膜面”加“奇点”式的线旋翻转,采取反包围的轮回循环。这比彭罗斯的棱锥式的两端不同拓扑结构类型的说明,更具有创新。彭罗斯的宇宙轮回,是一个“点外空间”接着一个“点外空间”循环的平行宇宙,所谓的“熵”增和“熵”减,以“平行宇宙”的分隔线来勾销的。但柯召-魏时珍猜想探索平行宇宙与宇宙轮回结合的模型,坚持马列主义承认存在虚数的合理性,把彭罗斯宇宙轮回一个“点外空间”接着一个“点外空间”循环的平行宇宙的“分隔线”,扩展放大开,以一个“点外空间”接着一个“点内空间”,再接着一个“点外空间”式的循环,不断完善、推导和预见“点外空间”宇宙演化图像,与“点内空间”宇宙演化图像的正反对称,如正弦或余弦曲线式的变化,“熵”增和“熵”减的矛盾自然得以解决。

三、中国本土的柯召-魏时珍猜想

2012年第7期《环球科学》杂志发表陈超先生的文章说:“2006年,借助于俄罗斯数学家佩雷尔曼证明的庞加莱猜想外定理的—-空心圆球内外表面翻转熵流,人们把时间和热力学、量子论、相对论、超弦论等联系了起来,点燃了第三次超弦革命。”这中间说的“庞加莱猜想外定理”,就是上面文章提到的“柯召-魏时珍猜想” ,以前还曾称为过“赵正旭难题”。

为什么新中国解放后这样重要的工作,却无声无息?这使人想到赛义甫教授在“科学网”的博文《华沙学派—-一个几乎被历史遗忘的哲学、数学、逻辑学派》称:“1918年波兰重新独立,波兰学者开始重建其国民教育,最受重视的当属数学。重点是数学基础问题,包括集合论、拓扑学以及这些学科在整个数学教育中的应用。华沙学派的20年,大致分为两个时期:1918年至1929年、1929年至1939年。波兰独立前十年培养了大批华沙学派的中坚力量,是积蓄力量的时期,并未产生令世界关注的成果。华沙学派学术成就的爆发集中在了后十年1929年至1939年,将数学的学习和哲学思维的训练合为一体,开创了对各种形式系统的理论研究,这在当时是一个创举,使得华沙学派在后世的历史评价中占有独特的一席之地。二战的爆发使得华沙学派彻底毁灭,二战后,波兰成为苏联阵营的一份子,受限于严格的意识形态,后期的成就已经很难再和战前的华沙学派相比”。

苏联阵营坚持的“以苏解马”哲学,过度强调“斗争性”和“阶级性”,不了解科学技术是第一生产力的平衡作用。受其影响,这也是我国解放后近70年来,除在中医药研究院工作的屠呦呦研究员外,全国所有著名大学无一例本土求学的教授获得过诺贝尔自然科学奖。科学创新在于青年,许多科学爱好者从青年努力学习奋斗到暮年,仍然还是“民科”。其实,不坚持中国特色社会主义,坚持“以苏解马”哲学搞科学创新,在国际科学界主流看来,即使著名的院士也是“民科”。以改革开放前为例,当时宣传与国际科学界主流坚持的“夸克模型”划清界限的我国“层子模型”,直到改革开放后改口说成“层子模型”就是“夸克模型”,才融入国际科学界主流的。

所以,我国本土的科学创新,坚持中国特色社会主义,与“以苏解马”哲学的冲突化解与未来发展,取决于科学创新人才青年世代的成长成熟,从而应以“青年优先”,来化解类似民科“青年失败”或“青年造反”的问题。这具体体现在2018年5月2日习近平总书记考察北京大学,在北京大学师生座谈会上的讲话时指出:“国势之强由于人,人材之成出于学。”国家发展同大学发展相辅相成。我们要在国家发展进程中办好高等教育,办出世界一流大学,首先要在体现中国特色上下功夫。要培养造就一大批具有国际水平的战略科技人才、科技领军人才、青年科技人才和高水平创新团队,力争实现前瞻性基础研究、引领性原创成果的重大突破。

习近平总书记还说:“马克思主义是我们立党立国的根本指导思想,也是我国大学最鲜亮的底色。今年是马克思诞辰200周年,中国共产党的主要创始人和一些早期著名活动家,正是在北大工作或学习期间开始阅读马克思主义著作,并推动了中国共产党的建立。这是北大的骄傲,也是北大的光荣。”并强调了只有国家强,采用科学强的道理。

这使我们想到“柯召-魏时珍猜想”涉及的张圣奘教授。因为鲜为人知的是,张圣奘1918年考入北京大学历史系,在校期间结识李大钊先生,并成为马克思学术研究会7名发起人之一,还认识在北大图书馆工作的毛泽东,且交往密切。除开这些经历,张圣奘作为重庆大学的创办人,与柯召教授的关系不一般。张圣奘原籍湖北赤壁,生于湖南新化。叔父张国淦是北洋政府高官,张圣奘自幼随叔父张国淦长大。早年在天津南开中学读书,与周恩来有同窗交谊。1922年张圣奘到英国、法国等欧洲国家留学,在德国期间又与周恩来重逢,友谊加深。1922年张圣奘到法国巴黎参加社会活动,经周恩来介绍与邓小平结为朋友。

1920年3月12日张澜、吴玉章、王佑木、杨闇公等四位负责人,在重庆组织成立中国共产党,就有如李大钊、陈独秀、瞿秋白、张圣奘等相约组织的北京马克思学说研究会,毛泽东组织的湖南马克思主义研究会等的一些成员的支持和参与。由此“重庆组织”给列宁共产国际写的《重庆报告》中文稿,帮助作俄文翻译稿的就是张圣奘。2017年11月12日由中共绵阳市委组织部、宣传部、党史研究室、中共江油市委共同主办的纪念王右木诞辰130周年学术研讨会,在江油举行。中央党史研究室第一研究部原副主任、研究员李蓉同志出席,并在绵阳日报发表《不忘初心高举旗帜不懈奋斗》的发言摘要文章中说:“《四川省重庆共产主义组织的报告》显示,四川省重庆共产主义组织于1920年3月12日在重庆成立,这是目前国内发现最早的共产主义组织。这份重要文献的发现,为中国早期共产主义运动历史提供了新的证据,证明了中国共产党的诞生也是中国社会发展的历史必然”。张维为教授说针对穆加贝,邓小平同志曾说:“社会主义究竟是个什么样子,苏联搞了很多年,没有完全搞清楚”。接着又说:“可能列宁的思路比较好,搞了个新经济政策”。这是列宁在上世纪20年代采取的一些比较灵活的促进经济发展的方法,包括把土地租给农民,吸引外国资金和技术,开展对外贸易等。可见中国特色社会主义,就是当代世界和21世纪的马列主义。

张圣奘1921年北大毕业,1922年到英国牛津大学攻读欧洲文学,获文学博士学位后又进入德国莱比锡大学研习医学,获医学博士学位。后又到美国哈佛大学攻读历史,获法学博士学位。1929年张圣奘回国,曾任上海复旦、交大等5所大学的教授。1931年“九一八”事变后,四川总督刘湘邀请张圣奘入川创办重庆大学,张圣奘接受邀请第一次到四川。1937年张圣奘二次入川后一直在重大任教,还在中央大学等12所大学兼职。先后教过应用数学、内科学、妇科学,德语、法语、英语、俄语、阿拉伯语、日语,法学、哲学、经济学、古代文学、现代文学,明史、清史等28门课程,被人称为“万能教授”。

1945年毛主席到重庆进行国共两党谈判时,张圣奘在八路军办事处周恩来办公室重晤过毛泽东。1950年11月2日修建成渝铁路的军工第四总队,在资阳莲花山发现一批古文物,移交川西博物馆。川西行署向西南局报告了此事,邓小平经研究派重大教授张圣奘去考察。1951年2月1日张圣奘率团到资阳就开始工作,农历春节有人要求过年,张圣奘请示邓小平批准后也没放假,2月16日终于发现一件较为完整的资阳人头盖骨化石。但他的命运是在1952年邓小平调离重庆,四川各行署合并成四川省后,重庆大学院系调整,他调西师,后又调成都四川省图书馆任研究员,二级教授降为三级教授;“文革”中被多次抄家。

张圣奘教授是德国莱比锡大学的医学博士。非数学专业人员从医学看“柯召-魏时珍猜想”,似乎结论简单直观:往往只想到它对应的空心圆球庞加莱猜想外定理,联系弦线的不同振动的中医摸脉,从血脉振动的弦象翻转,类似可以对应各种病症一样。但张圣奘和柯召与魏时珍一样,明白更为关键的应用是,“柯召-魏时珍猜想”发展的离散里奇流理论和算法追求的严密性,会迫使“川大学派”共同努力完成的证明,将三维流形的拓扑理论和计算理论,深刻地纠缠在一起。这类似于今天计算共形几何创始人、清华大学丘成桐数学科学中心的顾险峰教授,认为单值的所有封闭曲面,有三种几何中的一种:球面几何,欧氏几何和双曲几何可配。但“柯召-魏时珍猜想”更多—-这 似乎没有任何实用价值,然而它诱发的离散曲率流方法,应用于精准医疗领域如人造心脏瓣膜、人造骨骼、肝脏手术计划等,需要对各种人体器官进行影像获取、几何重建、特征分析等,都绕不过微分几何逼近操作应用。如用简单的离散三角网格,逼近复杂光滑曲面技术关键,是可以分解成在光滑曲面上离散采样,和将采样点进行三角剖分。

柯召和魏时珍等川大数学家在1963年前,并没有对外公开说研究西方数学的庞加莱猜想和苏联数学的灵魂猜想,为“空心圆球不撕破和不跳跃粘贴,能把内表面翻转成外表面”的证明。把“柯召-魏时珍猜想”称为“赵正旭难题”,是因有人知道这个情况很偶然的。1963年赵正旭先生从川大数学系毕业,分配到四川盐亭中学初中部教书。赵正旭老师出生射洪县,1958年考入西南师范学院培养大学数学教师师资班。1960年因自然灾害该班停办,赵正旭从重庆转入川大,也许与柯召经历类似,加入研究。由此也才流入民间的,在1963年后的继续的研究中,人们发现“赵正旭难题”非常有前沿科学价值。

因为川大数学家们创建的“柯召-魏时珍猜想”表述:“空心圆球不撕破和不跳跃粘贴,能把内表面翻转成外表面”的证明,引申的发现的类似空心圆球膜面加奇点式的翻转反包围—-柯召-魏时珍猜想的“内外翻转”联系,也能囊括龚学理论中的一系列抽象计算的高等数学方程联系的物理、生命对象是属于彭罗斯讲的“零锥”问题,能翻新彭罗斯的宇宙轮回猜想。

因为类似空心圆球膜面加奇点式的翻转反包围—-柯召-魏时珍猜想的“内外翻转”,与一般循环周期不同,且含有类似新陈代谢、阳泄阴收的内外翻转整体观,含有非线性和熵流等性质。所以我们说柯召-魏时珍猜想是属于现代高等数学的进步,而不是中学水平的推导方法。其次它背后重大的是—-中苏两国研究亚历山德罗夫空间拓扑数学及其延伸的灵魂猜想、灵魂定理,在今天还涉及引力子通信和中微子通信的应用探索。对比三旋理论,对量子信息结构与量子编码,量子信息传输、存储、复制、运算机制等所用的量子全息原理,三旋理论是通过对韦尔张量和里奇张量等的发现,以及对有特殊意义的点内空间和点外空间等的认识,来阐述引力等自然现象。当然这也是来自对彭罗斯和庞加莱猜想,有独到研究的结果;对柯召-魏时珍猜想内外翻转,有确切的分析、分类,因此,宇宙的“轮回”循环可以理解,苏俄的“灵魂定律”也可以研究。

而联系超弦、超膜理论模型研究的维度,进入到的“基本粒子”范畴,人类无法赋予物理中的粒子一个特定的“形象”。“川大学派”透露出的“赵本旭翻转”,是60多年前作为引力行为的并行处理要进入主流,就需意在追求创立“引力学”。从类似时间箭头和热力学第二定律,“引力熵”存在于引力没有斥力。而联系量子力学的概率论结构,和相对论的光速物理极限,速度增加包括微型化增加;这两者的相互支持和论证,能提出改变宇宙芯片“引力熵”的拓扑学翻转,以及采用原子的自旋加偏振性质,模拟反映量子引力塑造的实体引力宏观世界等两大问题。但这更需坐实引力子和量子引力计算所涉的联络机制。今天量子引力通信类似能在相互纠缠的光子之间,保持量子微妙联系能力的量子通信网络,采用相互纠缠的光子安全地传送至关重要的量子密钥,通过量子隐形传态,远距离地将从一个位于地球或太空的物体的量子态信息,传送给另一个在地球或太空的物体,而物体本身却不需要移动。

所以坐实引力子实,量子引力通信是分韦尔张量引力效应类似量子纠缠分发(包含量子密钥分发)通信,和里奇张量引力效应类似量子隐形传态为两大前提。没有韦尔张量引力效应的量子纠缠分发,里奇张量引力效应圆周运动的整个体积收缩反映就不会开始。而里奇张量引力效应的量子引力隐形传态,是指利用引力子实量子纠缠的原理,将作圆周运动相隔遥远地点的两个物体之间的未知量子态,精确传送到相互作用的双方。对于两大引力路径积分的深度机制是量子卡西米尔效应平板链及其复数的量子起伏的收缩作用;引力子类似通信兵在引力路径上的速度是复数光速运动。由此里奇张量引力效应具有量子计算的属性,而有观控引力子分群分工的超快并行计算和模拟能力。

但“川大学派”意在创立量子信息的“引力学”,到1963年研究被停止而流向社会,除开“川大学派”核心的“翻新”科学思辩外,他们基于数学证明完善引力子传输模型所做表达的公式、方程,都遗失了。“川大学派”揭示改变宇宙芯片“引力熵”的拓扑学“翻转”,奇妙在球面与环面的不同伦,正如费米子与玻色子一样,是有严格的数学和定量要求的。例如,虚拟空心圆球不撕破与不跳跃粘贴的内外表面翻转,类似“8”字一个“0”凹陷装入另一个“0”内面像口袋内再装口袋这种顶对顶的交点,变成“壳层”类似的翻转。这里“零锥”的点移动,从拓扑结构和庞加莱猜想来说,只在空心圆球壳层一处,有一条连通内外表面的一维的弦或虫洞,空心圆球才与球面同伦。如果两处有两条或更多连通内外表面的一维的弦或虫洞,这时空心圆球如圈体,就属于与环面同伦,不再是与球面同伦了。但类似“膜面”加“奇点”式的线旋反包围轮回循环,是对球面和环面的超越,也是一种包容。这种区别很重要。

例如,把庞加莱外猜想空心圆球外表面向内表面翻转,比喻龙卷风,磁单极可以说就像龙卷风。但龙卷风与池塘水底有漏洞,产生的水面漩涡外表虽一样,但拓扑结构类型却不同伦。有漏洞的池塘水面漩涡场,和平凡的普通带圈及不平凡的墨比乌斯带圈,都等价于环面拓扑类型;只有一个曲面的克莱因瓶也如此。综述以上点内空间类似空心圆球内外表面翻转的庞加莱猜想外定理,空心圆球内外表面也类似一对平行宇宙,就如阴与阳、有与无、大与小共生的宇宙。而从“零锥”翻转须有一维的弦或虫洞来说,又能推演膜弦共生类似费米子和玻色子的统一。如内外表面翻转成两个圆锥体顶对顶的3维曲面,自旋类似费米子,内外表面翻转后像口袋内再装口袋的2维曲面,自旋类似波色子。

由此“川大学派”推论空心圆球不撕破和不跳跃粘贴把内表面翻转成外表面,联系的“点内空间”就是一个大类,不但能联系显物质的量子或粒子,也能联系超弦线条,这种弦线还可以类似虫洞。“点内空间”因能联系额外维和暗物质等宇宙略影,所以加来道雄的《平行宇宙》一书说的超对称伴子,有类似兰德尔的额外维或膜的平行宇宙还不够。因为加来道雄说的各种平行宇宙,就类似虫洞弦管,吹出的各种泡泡。而从威腾到彭罗斯等,也有这类把欧几里德几何空间无限平移推理的逻辑痕迹。但只要把“点内空间”引进到彭罗斯的“零锥”,把古斯的宇宙暴涨论划入“点内空间”,彭罗斯的宇宙轮回遇到的熵增不能轮回的难题就可解决。因为熵增的掉头是在“点内空间”里发生的;平行宇宙的轮回,是包含有平行的“点内空间”宇宙的。如此分析来看彭罗斯的《宇宙的轮回》一书,与“川大学派”的差别,可以说前者是平凡轮回,后者才是不平凡轮回。

因为彭罗斯是将宇宙“大爆炸+膨胀”的双曲面类似的时空结构,映射成貌似柱面的形状。彭罗斯的共形轮回宇宙模型采用数学基础的共形映射,也叫保角变换。保角变换在数学物理中联系物理定律在变换下保持不变,比如电磁场方程,就可以利用保角变换将复杂的边界条件,变换成简单形状的边界条件,以方便求解。但如果不是平面几何,而是曲面的拓扑几何,类似球面上的直角,从“赤道”大圆到两极点,这里的“直角”相对平面几何的“直角”是不同的。它的“保角”反映变换的几何意思,是保持两条光滑曲线之间的角度,以及无穷小结构的形状不变,但不保持它们的尺寸。例如,两个共形映射保持曲线间的夹角为直角所示的小矩形图中,在变换后仍然映射成“矩形”。 彭罗斯就是将宇宙熵减变换,设想成像“柱面”的时空结构;无限扩张只是可以一个一个地首尾相连,接成一长串平滑过渡的时空流形,并一直延续下去。

由此把现在的宇宙从大爆炸到未来看成一个“世代”的话,“柱面”保角变换可以不变“直角”,便有无穷多个这样类似的“世代”接在一起。 上一个世代的结束,将会诱发下一个大爆炸,并进入一个新的世代。但彭罗斯在这里漏掉韦尔规范场说的“世代”链接中的“间隙”,我们称为“点内空间”或虚数时空。彭罗斯的推导太漂亮,可惜只在“点外空间”,利用的共形映射来连接差距极大的标准宇宙模型的“起点”和“终点”,即广义相对论解中的两类不同奇点:大爆炸和黑洞。在这里起始奇点是整体的,只有一个。而黑洞奇点却是局部的,有很多个。宇宙的轮回理论应用共形映射的尺度变换,认为一方面可将物质密度和温度极高趋于无限的体积极小的宇宙初始状态,变换成密度、温度、体积都有限的时空。另一方面,也能将未来无限膨胀的宇宙时空变换成尺寸有限的范围。

如此一来,一个世代的起点就可以由上一个世代的终点平滑过渡而来,世代的未来又再平滑过渡到下一个世代的起点。无限大或无限小都可以映射成有限,这类似于庞加莱的共形圆盘模型。但庞加莱张量的双曲共形变换,可以在正负实数范围内,也可以在正负虚数数范围内,还可以在正负复数数范围内。也许彭罗斯人老了,忘记他年青时候研究的《自然是复的吗?》的情形,即在“点外空间”有庞加莱张量的双曲共形变换,同时在“点内空间”也有庞加莱张量的双曲共形变换,这是解决“熵增与熵减”轮回,和宇宙的时空轮回相反相成的关键。

其次柯召-魏时珍猜想提供的这种物理世界底层的描述模式,强调了复数以及虚数的意义和作用,说明宇宙的一切动力来自永恒的旋转,自旋与一环套一环的旋转。因此,三旋理论对物理世界的描述也有着极其重要的意义。该理论牵涉广泛,不但完全能够表达底层物质结构与能量质量,而且,考察底层空间的量子信息结构和表达,有可能揭示一个全面、完整的量子信息理论。这些探索有可能获得一个统一的宇宙,统一的理论,从而说明众多的学说将在一个新的框架下,得到统一。这些工作富有对当今主流基础物理科学严重挑战和科学革命的味道。这些工作既有意义,也很有意思,更深入的探讨需要艰苦努力,其结果将有助于人类获得对宇宙自然有更正确的认识。

所以类似的数学基础,包括集合论、拓扑学等研究的“学派”,就不在清华、北京大学,复旦、浙江大学,南京、武汉大学,中山、南开大学,而在巴蜀的“川大学派”。与华沙学派相似,它也涉及有两部分—-重庆大学和四川大学,但以四川大学为主,形成时期主要在1953年至1963年十年间。“川大学派”的核心人物是数学家柯召(1910-2002)教授,解放后他从重庆大学调到四川大学。主要人物有数学家魏时珍(1895-1992)教授,他是部分川大的创办人。而另外涉及的有重庆大学的创办人张圣奘(1903-1992)教授,也是一位应用数学家;他最著名的是在邓小平同志的领导下,在主持成渝铁路修建的文物保护工作中发现“资阳人”头骨化石。他们三人都在国外留过学,特别是魏时珍在欧洲留学时,直接向爱因斯坦请教过相对论,对庞加莱的有限而无界宇宙双曲空间二维模型,离圆心越远,该空间中点的距离收缩得就越多有研究。柯召重视苏联数学家们推出的新成果,又特别是亚历山德罗夫的空间研究,数学定义“灵魂”为:“针对某类特定的数学对象,可从这类数学对象的一些小区域,将性质推广到整体。这些小区域,称之为数学对象的灵魂”。人工用漏瓢装粉子和的稀面团做传统粉条,像弦线下雨的粉丝,随着拍打振动,从漏瓢底部多个孔眼钻出,在沸水锅中弯曲变幻成形。这是一种“翻转”。而张圣奘还联系过传统格物“数往者顺,知来者逆”的太极生两仪特别有感受。

“柯召-魏时珍猜想”,是中国科学家们早于韦内齐亚诺独立,研讨现代超弦理论的先声;我国应该要争部分优先权。“柯召-魏时珍猜想”能精准去一网打尽庞加莱猜想、灵魂猜想、圆锥曲线、中国格物,直到今天的超弦理论、圈量子引力理论、多维时空、虫洞、黑洞、白洞、暗物质、暗能量、反物质、反宇宙、宇宙轮回等模型空间。而它产生的背景,也与1953年毛主席开始选定的“物质无限可分”的命题,希望交给全党内外的干部、学者、科学家和群众去研究有关。而张圣奘及魏时珍很早与党和国家领导人毛泽东、周恩来、朱德和邓小平同志等相交相识,作为可以教育好的学者,在周恩来、朱德和邓小平同志等的关注下,柯召、魏时珍、张圣奘等三人,解放后都先后集中在成都工作。

“柯召-魏时珍猜想”的研究,是在中苏交恶、“四清运动”开始,“文革”前夜意识形态加紧的1963年停止的,但这并不说明,解决它的条件和时机,在国际、国内就不成熟。川大著名数学教授柯召院士,浙江温岭县人。1935年考取英国曼彻斯特大学公费留学生。柯召师从英国著名数学家莫德尔(Mordell),颇具传奇的是见面就要他研究“闵可夫斯基猜想”。而莫德尔对这个猜想已钻研了三年,而不得其解。但短短两个月之后,柯召完成的《关于表二次型为线型之平方和》的论文,令莫德尔赞赏有加,说已经达到了毕业水平。1937年柯召提前获得博士学位,被莫德尔推荐到在伦敦数学学会报告论文。

许多年之后,一位美国数学家读到柯召在英国期间发表的一系列论文,不由惊异中国人那么早就已作出了巨大的成就。早在20世纪40年代,柯召解决了不定方程中的一个著名问题“安道什猜想”。英国数学家毛达尔在专著《不定方程》中,把柯召的成果称为“柯氏定理”、“柯氏方法”。1938年柯召回国,1946年到重庆大学数理系任教授,并担任重庆大学数学研究所所长。1950年担任重大副教务长,加入九三学社。1953年重庆大学理学院撤消,并入四川大学,柯召调入四川大学,历任四川大学教授、数学研究所所长、副校长、校长、名誉校长。柯召从事教学、科研,开设过微积分、方程式论、高等代数、群论、复变函数、高等几何、微分方程、数论、三角和、矩阵论、组合论等课程,培养了数以万计的学生。曾任第一至七届全国人大代表、四川省政协副主席、中国数学会副理事长、国家教委教材编审组成员、《数学年刊》副主编。1955年被聘为中科院学部委员(院士)。新中国成立初期,柯召翻译出版了库洛什的《高等代数教程》 、马尔采夫的《线性代数学》以及甘特马赫尔的《矩阵论》等专著。“柯召-魏时珍猜想”能包容和消化苏联数学家的“灵魂猜想、灵魂定理”,正是得力于柯召此时期对苏联数学著作的翻译研究。

今天华人中数第一的超弦理论权威和顶峰,要数丘成桐院士。他在《大宇之形》书中介绍了威滕等国际超弦理论权威,高度评价他完成的“卡拉比猜想”证明,创立“卡-丘空间”,对推进超弦理论研究作出的巨大贡献。2002年丘成桐院士在国内杨乐院士等专家的支持下,帮助邀请国际著名科学家霍金等超弦理论权威到北京、杭州等大城市讲学,宣传普及超弦理论。但到现在的效果显现不是很大,为啥?接地气不够—-“卡-丘空间”不如“柯召-魏时珍猜想”大道至简、明快。加之2006年丘成桐院士支持的中国年青数学家朱熹平和曹怀东两教授,与俄国年青数学家佩雷尔曼争夺“庞加莱猜想”证明,发生纰漏,国内部分科学家及其追随者跟国外一齐喝倒彩,使庞加莱猜想联系超弦理论之魂的“柯召-魏时珍猜想”,命运依然如旧,更无高层专业科学家看好。

2018年初随总统访华的法国数学家维拉尼,2010年获得菲尔茨奖。领奖前菲尔茨奖评委会曾怕他像俄国数学家佩雷尔曼,会拒绝领奖。但他说自己的“境界不高”,会痛快接受。其实佩雷尔曼的“境界”之高,也是他深知“与弦共舞”的“庞加莱猜想外定理”,才是完成“庞加莱猜想”三定理证明的终结。佩雷尔曼是著名数学家亚历山德罗夫最后的关门弟子,1896年出生的亚历山德罗夫为前苏联培养了好几代大数学家,1982年卒于莫斯科。引导和培训佩雷尔曼证明庞加莱猜想的灵魂猜想和灵魂定理,就来自亚历山德罗夫空间的研究。

在20世纪50年代初,亚历山德罗夫已放弃了对亚历山德罗夫空间的研究。但此间中苏两国的革命结盟,使对政治端正的柯召教授,转向注意苏联数学的成就。1953年张圣奘因“资阳人”到毛主席家吃饭,得知主席关注战国的“分杵定律”,到1958年大跃进毛主席发出向科学进军、“政治是灵魂,是统帅” 的指示,“川大学派”领会这里的“灵魂”自然不是迷信,而能等价延伸及苏联数学家定义的灵魂猜想、灵魂定理。作为封闭空间内外翻转,也有“灵魂出窍”说法。那么战国先贤的“分杵定律”,分“端”到顶会不会也像真空量子起伏,是“点内空间”零点能的内外的翻转?这影响到略高一筹的“川大学派”,看到毛主席选定的“物质无限可分”命题,是在集中古今中外的科学大智慧。

知难而上的魏时珍教授,四川蓬安县人。1920年24岁的魏时珍前往德国入法兰克福大学学习,1922年报考有“数理王国”之誉的哥廷根大学成功,并任哥廷根中国留学生会会长。魏时珍师从希尔伯特、柯朗等国际知名的数学、物理教授,使他大开眼界。1923年初朱德来到德国,寄居在魏时珍宿舍附近。魏时珍帮助朱德补习德文,由此结下了深厚的友谊。在哥廷根大学经过四年攻读,魏时珍完成高水平的毕业论文,1925年被授予数学、物理学博士学位。此外魏时珍还关注国际最新物理学动态,当他听说爱因斯坦正在柏林大学讲学,便给爱因斯坦写信希望得到指导。不久魏时珍就收到爱因斯坦热情洋溢的亲笔复信。魏时珍遂夜以继日精心研讨相对论学说,他把自己写的科学论文连同爱因斯坦的复信,寄回祖国发表在1923年的《少年中国》月刊上。魏时珍成为最早向国内介绍爱因斯坦相对论的学者之一。1925年魏时珍回国,先后在上海同济大学、成都大学、四川大学理学院、川康农工学院、国立成都理学院任教,给学生带来最新的数学理念。在上世纪30年代,他就在国内讲授偏微分方程、变分法、相对论等新兴学科。1927年他撰写的《偏微分方程》规范的数学讲义,1936年由商务印书馆出版,是中国第一本关于偏微分方程的大学教材。1935年中国数学会成立,魏时珍当选为第一届理事,并担任杂志编委会成员,成为中国数学界的元老。

魏时珍还亲手创办川康农工学院和国立成都理学院,并曾任川康农工学院院长、国立成都理学院院长。1949年国立成都理学院结束,学生合并入四川大学。1951年在周恩来及张澜的亲自关心下,魏时珍受聘四川大学数学系教授。1958年他在川大时还主编过《相对论》。魏时珍由于解放前参加过“青年党”,解放后受到几次冲击,特别是文革中。但他始终保持一个学人的风范,文革后魏时珍回到川大继续任教。退休后在少城奎星楼街一间小公寓中,度过晚年到病逝。

四、统一的宇宙物理理论

中国的三旋理论已经代表中国的超弦理论,对宇宙世界的基本结构作了一个中国特色的表述。川大学派的数学理论开创了国际领先的数学创造。例如“柯召-魏时珍猜想”比“卡-丘空间”更加简单、明快;比佩雷尔曼完成的“庞加莱猜想”更加大道至简。

中国本土学者王德奎先生提出与发展起来的三旋理论属于基础物理学理论最早可追踪到毛泽东时代,与物质粒子无限可分有关。王德奎先生独创性的三旋概念时,把无限可分引向环量子粒子有“三旋”:体旋、面旋、线旋,且视为物理空间的自然属性是一个拓扑面包圈结构。这样三旋理论甚至能深入到夸克层底下的符号信息表述,构成底层结构。往上层发展,基本粒子物质可由一个个环量子的线旋自然耦合,形成链,再看成是一条线、面、体。这与西方圈量子引力理论及其圈量子旋转网络概念,有融合一致的发展。可参考国内LQG最具代表性的工作—邵常贵教授的《空间时间的量子理论》一书,它在理论上较全面地树立了一种空间时间离散和量子化的新图景。因此,三旋理论的环量子三旋自旋,与LQG旋转网络极为相似,值得大家对比研究。

我们认为三旋理论还可以往底层发展,甚至还可以远溯到n重三旋底层结构。我们可以采用多重复数,可以运用博特周期性定理描述酉群的同伦群和正交群同伦群的周期性。多重复数的展开形式为标准的辛结构,所以多重复数的同伦周期为 8,在物理意义上同伦的概念可以和性质相似等同。多重复数是现代数学和物理学体系的演绎和发展。通过对多重复数的深入 研究可以进一步揭示客观世界的更深层的规律,直到普朗克尺度,甚至超越普朗克尺度。

根据龚学理论确定性方程: (delta E * delta T)=h-bar,能量空间与时间具有反对称性。
可取:minon== min delta E ==h-bar/(max delta T), 而max delta T=137–138亿年,是宇宙的年龄。

普朗克常数:h-bar =   ħ = 1.0545718 × 10-34 m2 kg / s

C = 299 792 458 m / s = 2.99 x 10 ^ 8 m/s

宇宙的年龄T =max delta T(life time of universe, 13.799±0.021 billion years) = 4.34 x 10 ^17 s (second)

minon=h-bar/max delta T =( 1.0545718 × 10-34 m2 kg / s)/ 4.34 x 10 ^17 s= 2.429889× 10-52 m2 kg / s2

在此我们称minon为宇宙最小基本能量单元。与此能量对应的最小物质单元质量m0=h-bar/(max delta T*C^2)。我们可以确定现行宇宙的最小能量质量单元远比普朗克常数还小很多个数量级(18个数量级)。

我们还提出了在复数空间,引入保形变换1/Z^n,将其点外开放半球变换到点内闭合半球,阴阳平衡,合二为一,从此,宇宙成为有限的统一的整体。类似于将“柯召-魏时珍猜想”应用于物质的底层,直到宇宙最小能量、最小质量、最小空间单位。

五、结束语

今天在中国更加重视基础理论创新的时代,我们应该推出我们中国特色的基础理论,我们可以推出有中国自己特色的基础理论,我们必将让世界为之动容、折服。

参考文献
[1]虞涵棋,霍金生前最后一篇论文发表:平行宇宙没那么多,科学网,2018年5月3日;
[2][英]罗杰•彭罗斯,宇宙的轮回,湖南科技出版社,李泳译,2015年;
[3]孔少峰、王德奎,求衡论—庞加莱猜想应用,四川科学技术出版社,2007年;
[4][日]福田伊佐央,超弦理论:最有希望成为统一解释中各种物质与力的终极理论,科学世界,2017年第8期,魏俊霞等译。
[5]王德奎,三旋理论初探,四川科学技术出版社,2002年;
[6]王德奎,解读《时间简史》,天津古籍出版社,2003年;
[7] 陈超,量子引力研究简史,环球科学,2012年第7期;
[8][英]史蒂芬•霍金,罗杰•彭罗斯,时空本性,湖南科技出版社,杜欣欣、吴忠超译,2007年。

[9]李小坚,龚学时空与物质粒子的关系,  http://www.pptv1.com/?p=2036

希格斯王国迷雾解密

希格斯王国迷雾解密              

—–量子信息理论的研究与应用(1)

王德奎  李小坚

摘要:希格斯粒子对标准模型意义重大。LHC发现希格斯粒子已经5年多了,该粒子仍然没有一个合理的机制,因而,无法解释清楚占其60%的H==>u-u/d-d衰减通道。原来的模型是希格斯场如同黏稠的沥青湖,为其它粒子提供质量。三旋理论认为该粒子的大小不能大于“希格斯船闸”可供进靠的大量子的极限“长度”的悖论,类似“谷仓内的标枪悖论”。依据顶夸克的质量,寻找希格斯粒子质量的判据是:大型强子对撞机将它产生时的速度达到光速的97%,据此确定,它的质量为125.4GeV–125.9GeV。  同时,介绍了龚学真空子玻色子机制,它的质量为125.46GeV。

关键词:希格斯粒子 标准模型 质量机制

一、标准模型缺失质量产生机制

2018年元月3日,杨振宁先生肩负着对中国基础物理界引领教育年轻人的责任,宣讲了《 麦克斯韦方程与规范理论概念的起源》,介绍了电磁学理论的发展和 麦克斯韦方程建立的历程,并以自己亲身经历介绍了规范场论物理学理论的发展,直到建立了标准模型(SM)的伟大成就,并认为LHC发现的 Higgs玻色子为SM完成了最后的验证,似乎为SM画上完满的句号。

以杨—米尔斯规范场理论为基础,标准模型其核心概念是规范不变性。 但这个理论的重要问题就是质量机制没有得到很好地解决。后来发展的希格斯机制认为,希格斯粒子是其他粒子的质量起源,即其他粒子通过与希格斯场耦合而获得质量,因此它又被称为“上帝粒子”。

自从 2012 年欧洲核子研究中心的大型强子对撞机上发现所谓的希格斯粒子后,标准粒子物理学理论预言的粒子都找到了。显然,杨振宁先生也为找到了希格斯玻色子而感到欣慰。整个物理学界对此也为之欢欣鼓舞,很快就将2013年诺贝尔奖颁发给了希格斯团队。可是关于希格斯粒子理论值计算,从发现到现在已经5年过去了,这个希格斯粒子的机制还没有搞清。因此,有必要对希格斯粒子进行更深入的研究。2016-2017年国际弦论学派,期望中国建100TeV的大型对撞机,其主要功能就是作为希格斯粒子工厂,进一步研究希格斯粒子的特性。

为什么这么强大的LHC,竟然还不能确认它自己发现的希格斯的结构和特性?而且,LHC还有一个加强版,功能将将进一步提升。他们没有把希望寄托在加强版的LHC上,也没用寄希望与世界各国其它的对撞机上,如日本的ILC,而是把希望在未来的中国版的大对撞机上?显然,一是他们自己知道,那个他们发现的希格斯玻色子不是他们要的那个希格斯玻色子!二是原来希望撞出超弦的超对称粒子,但已经不可能。为什么不是超对称粒子?不可能有超对称粒子或如果有是什么样的,这有如迷雾中探秘。三是或者中国希望撞出一点自己的东西。如中国首创基本粒子三旋理论,总应该用大对撞机做点事吧!因为三旋理论已经补充了这个基础物理理论,或许能撞出一个中国的毛粒子(夸克底层粒子)。

高能物理学理论和实验进入后希格斯粒子时代,中国在正负电子对撞机上已取得一定的经验,但是还没有足够的实力来建设这个大对撞机。而且,由于没有正确的理论指引,或者说没有达成主流共识理论。该大科学装置项目就没有明确的科学目标,但投资达1000亿人民币以上,因此,没有得到大多数人的理解和支持。

2016年10月至2017年5月,中国有一场关于建设大对撞机的学术争论,包括杨振宁先生在内的许多科学家,“反对盲目建设和浪费资金”,“大沙漠”论成为新时代的新现象。目前世界各国,能够投资建造更大型的加速器的国家很有限。连美国在1983年就已经准备建设的超导超大对撞机SSC,半途下马,没有可能恢复该项目。 然而标准粒子物理学理论质量产生机制最基本问题还是没有解决。而且如果粒子基础物理学理论不能建立正确的质量产生机制,规范场方程及其解的性质,就是一个空中楼阁,无根之木,甚至导致理论体系崩溃。因此我们还是先从 理论上解决这个问题的出路后,再建实验大对撞机,进行检验也行。这里,我们首先要说的是LHC找到的希格斯粒子,是不是他们要找的希格斯粒子。

二、现有模型能否解释希格斯大质量

1、欧洲核子研究中心(CERN)2012年7月4日宣布,CERN的ATLASA(超环面仪器)实验和CMS(紧凑缪子线圈)实验都观测到新粒子。CMS发现质量为125.3±0.6 GeV/c2的新玻色子。ATLAS发现质量为126.5GeV的玻色子。CMS实验组的发言人乔·因坎迪拉表示:“这是一个初步的结果,但我们认为这个结果非常有力。”我国的态度如何?有两个人的新闻引起我们的关注,特提出来与大家商榷。

1)陈和生先生是中科院高能物理研究所院士、欧洲核子中心大型强子对撞机实验CMS和ATLAS物理研究的中方首席科学家,一直致力于相关科研实验和组织协调工作。他说:“这个粒子是否就是希格斯教授提出来的那种,还需要大量的验证。现在有一种模型是‘超对称模型’,该模型中也有一种希格斯玻色子,但其性质与‘标准模型’中的希格斯玻色子的性质并不相同。这两种粒子的性质不同,衰变也不同。因此,对这次发现的新粒子究竟是哪一种粒子还需要多年的验证。”“目前需要增加统计性,看到更多的粒子。预计在今年年底,这一结果可以出来。至于究竟是什么粒子,还需要更长时间,甚至于还要再造一个加速器。”(2012-07-22《人民日报 海外版》张保淑、李理)

2)陈国明先生是中科院高能物理研究所研究员、参与寻找希格斯玻色子的欧核中心CMS项目中国组成员及负责人,他说:虽然这次发现新粒子的一些特征,比如产率(出现几率)、衰变模型等与之前预言的希格斯粒子相吻合,但现在统计性太少,还不能确定这个新粒子的各种特性,因此这次也可能发现的是另一种新粒子。以目前取得的数据,要最终确认希格斯粒子的存在恐怕还远远不够,仍然需要更多的实验数据积累。可能还需要再建一个高能量的直线正负电子对撞机,才能更仔细、准确地验证这个结果。(2012-07-11《科技日报》,董子凡)“99.99994%的置信度并非意味着是希格斯玻色子的可能性,而是指这是一种新发现粒子的可能性。”陈国明说:“要最终证实这个新粒子是不是‘上帝粒子’,还需要验证它的自旋宇称,衰变道,衰变分支比以及与其他粒子的相互作用等特性。”这些特性都得到验证后,如果仍然与彼得・希格斯的预言相符,才能说找到了“上帝粒子”。(2012-07-13《光明日报》詹媛)

2、被认为与科学界寻求已久的希格斯玻色子一致的新粒子,质量已经确定,而且在统计学上有极高的确定性,但为何却不敢确认这就是最终的希格斯玻色子?陈和生院士和陈国明研究员的解释都不错,但可能都没有说到要害。要害是希格斯粒子的单位质量为什么是从大到小?希格斯以及标准模型和超对称模型都还没有一个理论上,预言它的较准确的质量值。

1)希格斯物理是一个神秘的王国,陈和生和陈国明说得对,但不是关键,这不奇怪。例如,1964年希格斯提出的E=M2h2+Ah4希格斯场公式,是对的,但他和合作者这只是理论上预言它,能解释其他粒子的质量起源。

2)物理学标准模型和大爆炸理论是对的,但大爆炸理论并不能计算出夸克、轻子等费米子,和除希格斯粒子以外的规范玻色子等24种基本粒子的质量。杨振宁-米尔斯规范场理论是对的,得到了实验的验证,但它无论应用到弱还是强相互作用,都禁止规范玻色子带有任何质量,却与实验不符。即标准模型也没有预测希格斯粒子较准确的质量。

3)希格斯之后,科学家中所有关于希格斯场自发对称破缺产生质量机制的科普模型解释,都是对的,但也都没有留下希格斯玻色子的质量较准确的预测。

4)霍金等科学家支持的弦论,是对的。“舶来品”弦论能把包括引力在内的4种自然基本作用力统一起来,但它也没有预言希格斯粒子的质量。按汉语“弦”的词意,弦有多种模具,可如魔杖,西方超弦并非金科玉律。

 三、仓内的标枪悖论修正希格斯大质量

那么我们可以这样来设想希格斯王国,它出现在137亿年前的宇宙大爆炸初始,说来它的使命已经大部分完成。这就是希格斯王国有条闸门式工程的“运河”,沟通唯物的点外真空与唯物的点内空间。这类似巴拿马那条高高的悬河,我们的世界就生活在这片热带雨水的“地峡”。

希格斯运河的两端同样是三级闸门,船闸可供进靠的大量子的极限“长度”为175GeV类似的质量;这个“船闸”的尺码,极大地打造了基本粒子物理,被称为希格斯场机制,成为造“上帝粒子”的首选。目前欧洲粒子物理研究所的希格斯王国模拟实验,125.3±0.6 GeV/c2为CMS发现的质量,而ATLAS发现的质量为126.5GeV。取他们各自发现的概率为50%,那么希格斯粒子的质量准确值为:

(125.3 +126.5)×50%=125.9(GeV)        (1)

ATLAS和CMS已经取得了重大研究进展,大多数科学家都认为这种粒子应该就是捉摸不定的希格斯-玻色子,但为什么又不能一锤定音呢?

如今,大型强子对撞机的这些实验仍在继续,两个研究团队希望能够拿出更权威的证据来证明他们所“看到”的粒子就是希格斯-玻色子。但是,接下来该怎么办呢?我们说,不能一锤定音,是因为这个125.9GeV/c2的希格斯粒子质量,与顶夸克的实验质量为175GeV/c2是矛盾的。

这是一个类似“谷仓内的标枪悖论”,即希格斯大小不能大于“希格斯船闸”可供进靠的大量子的极限“长度”的悖论。但解决这个悖论反而能为ATLAS和CMS两个研究团队接下来该怎么办?提供了一个方向:依据顶夸克的质量打开希格斯粒子质量寻找的判据,是大型强子对撞机将它产生时的速度,达到光速的97%的判据确定,质量为125.9GeV就可一锤定音。

1、上海科技教育出版社2010年4月出版的查尔斯·塞费的《解码宇宙》一书介绍的“谷仓内的标枪悖论”,是个早已闻名和已经研究解决了的悖论。它的关键点类似塞费的分析是,希格斯王国的“宪法”,测量或观察执行的是爱因斯坦相对论两个假设知识的密码。虽然这个希格斯王国在137亿年前的宇宙大爆炸初始,就已完成了它的使命,但质量“宪法”没变。

塞费说,相对性原理和光速不变原理两个假设有许多离奇的结果,但该理论却有着完美的对称性。观察者或许对长度、时间、质量以及许多其他基本实物各抒己见,但与此同时,所有的观测者都是正确的。塞费用具体数据解说了“谷仓内的标枪悖论”:想象有一名短跑运动员能以光速80%的速度快跑,他是手持一根15米长的标枪,向着一座15米长的谷仓跑去。

这座谷仓有一个前门和一个后门。一开始,谷仓前门开着,后门关着。观测者原地不动,坐在屋顶橼架上测量,由于奔跑者米尺的相对论性效应,他实际测量到这根15米长的标枪缩短了,只有9米。而固定不动的谷仓,仍然保持它原来的15米的长度。塞费说:“正如爱因斯坦的理论所说,信息即实在。如果我们的精确测量仪器获取了关于标枪的信息,这些信息显示标枪是9米长,那么它就是9米长—-不必考虑一开始时它有15米长”。

我们不想重复塞费在书中从各个角度论证他的这个正确结论。丹尼尔·肯尼菲克出版的《传播,以思想的速度》一书中,也重复了对类似“谷仓内的标枪悖论”塞费得出的分析:短跑运动员与屋顶橼架上的观测者对事件的顺序意见不一致,解决这个悖论与时间有关。肯尼菲克说,我们习惯于独立地在空间或在时间中测量,但实际存在一个描述两扇门关闭之间信息传播需要时间的时空区域,它兼有空间的和时间的两个方面。

  • 具体联系到ATLAS和CMS两个研究团队,他们是要在人工实验室里重新“复活”大爆炸时期的希格斯王国和希格斯运河的船闸,以寻获希格斯粒子的踪迹。这里时间顺序是被颠倒了,但爱因斯坦的理论告诉这却有着完美的对称性。我们用类似巴拿马运河船闸模型的大量子理论,解释希格斯粒子是一种理论上预言的能解释其他粒子质量起源的新粒子:先是在1996年推证出24种的夸克、轻子,和除希格斯玻色子以外的规范玻色子等基本粒子的质量谱公式。这类似从薛定谔猫到彭罗斯的薛定谔团块,假设宇宙大爆炸的撕裂,质量变化有类似轮船在船闸的位移,是在不同落差的分段的数学分析来解释的。

当然还有类似射影几何的投射锥,和取截景等交织,基于撕裂的质量谱公式,理论上才可算出顶夸克的质量为175GeV的。

1)但我们说125.9GeV/c2为今天希格斯粒子的质量,不是把它比作大爆炸时期的希格斯运河的船闸,而是与顶夸克调换了一个角色,成了希格斯巨轮,顶夸克的质量成了船闸的长度。而且根据前面塞费的谷仓内的标枪悖论分析,还应把希格斯运河的船闸与谷仓调换,成为“希格斯谷仓”,那么顶夸克的质量成了谷仓的长度,希格斯粒子也被再调换为短跑运动员和标枪的组合。设希格斯粒子在对撞机里“跑”的速度为νx,质子速度为νz。虽然大型强子对撞机有能力将质子流加速到光速的99.99%,但已知顶夸克的质量是约质子质量的200倍,希格斯粒子也比质子的质量大,且由质子生成,希格斯粒子速度νx自然比质子速度νz是光速的99.99%还小。

2)希格斯粒子的速度νx是光速的多少?根据塞费对谷仓内的标枪悖论提供的数据:短跑运动员以光速80%的速度向着一座15米长的谷仓跑去,他手持的15米长的标枪缩短为只有9米。如果塞费说的准确,因相对性原理和光速不变原理的信息真实效应适用于“希格斯谷仓”,其对应比例是:

(标枪的测量长度/谷仓长度):运动员速度=

等于(希格斯粒子质量/顶夸克质量):希格斯粒子的速度νx,即:

(9/15): 0.80=(125.9/175): νx       (2)

νx=(0.80×0.72)÷0.60=0.58÷0.60=0.97(光速)

3)这个希格斯粒子速度νx为光速的97%,是已知实验数据的理论反推。实验“重演”的过程是欧洲核子研究中心在建造的能量强大的大型强子对撞机设备里面,有能力将质子流加速到光速的99.99%,使两束高能质子流进行加速、对撞。每1012次的质子对撞,才可能产生一次希格斯粒子。困难的是它一旦产生,就转瞬即逝,衰变成光子和强子等其他粒子。

目前ATLAS和CMS寻找该粒子最主要的过程,只是“抓住”希格斯粒子衰变产生的光子,反推它们会不会是希格斯粒子产生后又衰变出来的。遗憾的是,他们没有反推希格斯粒子的速度νx。希格斯粒子没有自旋,即没有内在的角动量,是一个标量场。如果质量为125.9 GeV,则标准模型的能量等级可以有效直到普朗克尺度(10 16 TeV)。如果对撞机实验能测出希格斯粒子的速度νx,与我们理论预测的νx为光速的97%数据,进行对比吻合,应该说新粒子是希格斯粒子和质量为125.9 GeV能定下来。或者验证希格斯粒子质量为125.4 GeV,或是125.4 GeV–125.9 GeV之间。三旋理论可以首先理论估计希格斯粒子的范围,也完全可以根据实际碰撞出来的结果反推计算斯粒子的速度νx。

在2016年公布的数据上,希格斯粒子质量几乎就是125.46 GeV,但希格斯衰减通道的高达60%(H=>b-b,u-u)的成分没有确定。也就是说,主流至今无法解释希格斯玻色子机制。

四、从实验分辩希格斯粒子幺正方法讨论

2012年7月份,ATLAS和CMS这两个团队宣布发现了可能是难以捉摸的希格斯玻色子,8月份他们发表的论文分别有39页和59页,详细描述了新发现粒子衰变成γ射线、W和Z玻色子等粒子的过程。这过程只是证明类似“谷仓内的标枪悖论”手持缩短为9米标枪的短跑运动员来过,但还需是否类似以光速80%的速度向着谷仓跑去,才能最终确定他的身份。

这是我们提出的一个最简便、快速证明希格斯粒子的第二步程序。即寻找希格斯粒子的第二个方向,最方便、直观的判据是检查大型强子对撞机,将它产生时的速度是否达到光速的97%。判据确定,125.9GeV是它的质量也一锤定音。

但有人说,ATLAS和CMS在统计和系统误差范围内,在不同的搜索渠道中得到的结果与标准模型希格斯玻色子的预期一致;然而还需要更多的数据去测量该粒子的特性,如不同衰变道(γγ,ZZ,WW,bb和ττ)中的衰变率,和最终该粒子的自旋和宇称,从而认定它确实是标准模型希格斯玻色子?还是超出标准模型的新物理的产物?

1、这是一个无稽之谈:实验已经反推出疑似希格斯子的质量,各人用的哪种理论模型自然知道,难道还需要再问吗?寻找认定希格斯粒子之难,众所周知。如果第二步的方向仍是进一步探索如不同衰变道中的衰变率,和最终该粒子的自旋和宇称的数据,难道这就一定是希格斯粒子的本性吗?可想实验科学家队伍中一定“混进”了不少“中国南郭先生”。

实话实说,兹维•伯恩(Zvi.Bern)、兰斯•J•狄克逊(Lance.J.Dixion)和戴维•A•科索维尔(David.A.Kosower)等三位科学家在2012年第7期《环球科学》杂志撰文《粒子物理学迎来革命时刻》,就一针见血地类似指出:要破译这个数学关联中藴涵的物理内涵,还需要一些时间。其实,无论从哪方面看,探寻基本粒子散射的奥秘,与在既定的地铁路线上穿梭完全不同。可能需要一个更深刻的理论来处理它们,也许就是弦论。

2、当然这个弦论不可能是那种“舶来品”的西方僵化了弦论,而是按汉语“弦”的词意扩容,包括还有前面没说的第六种弦图像利用干涉方法得到测得的磁重联结构的弦线。我们曾在《刘路与西塔潘猜想和大亚湾中微子实验》一文中说过,张英伯教授的《对称中的数学》书中的“格点”理论,与粒子对撞的散射和宇宙大爆炸后的星云分布等图像信息联系,可见格点成为扩容弦论统一提取大量有关量子物质结构分辨率信息的又一分支方法。具体说到宏观的“磁重联”弦图,也类似粒子碰撞概率的散射。

1)这种散射的碰撞,也分为两个部分的方向:如来自太阳风和地球磁场两个部分的作用。对撞的结果会造成地磁场由于压缩拉伸甚至交叉而发生重联过程,导致磁场拓扑结构的改变,使太阳冕区物质抛射及耀斑等活动,以高能粒子与射线的形式释放出巨大能量。这是一种自然王国里的现象,与希格斯王国的运河船闸现象,都属自然格点弦论同构。

这不同于在人工实验室,对磁场重联物理过程的模拟,和对希格斯粒子物理过程的模拟。这种人工自然实验室里的研究,所取得的有关数据、图像照片等信息,具有极大的偶然性。但这也有别于人们在室外,对自然王国被动性较强的观测。因为人工实验格点弦论的物理观察,仍使得可以在条件参数可控的情形下,重复地、全过程地研究相关的一些物理现象。

2)例如,中科院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)光物理实验室的李玉同、上海交通大学的张杰和中科院国家天文台的赵刚研究团队,在上海高功率激光联合实验室神光II实验平台上,利用激光等离子体实验构造相似的磁重联结构研究,条件是不够的,但他们想了很多办法。

一方面他们利用别人的卫星恰好在地磁重联发生的短暂时间内,在现场观察到的不同时间地点的地磁重联现象的不一致信息,如2003年欧洲太空总署的Cluster-1卫星在地磁场的一个重联区中心位置,测量到一个细长的电子扩散区(EDR)的记录,与2005年发现的19个EDRs全部分布在磁重联区两侧的观测记录,就存在极大的差异。

另一方面是他们自己做模拟实验来研究重联过程中EDRs的特征。他们的实验捕捉到了激光等离子体重联区产生的一个运动的“磁岛”,以及其运动导致的二阶电流层及明亮的尖状结构。同时,他们还发现了磁重联区中心与两侧边缘一共三个EDRs,其中中心EDR的出现时间要略晚于两侧EDRs,但其速度明显要高得多。这一发现也为揭示检查大型强子对撞机产生的希格斯粒子的速度达到光速的97%,是否过大,提供了解释参照。

3、再回过头来看《粒子物理学迎来革命时刻》一文,他们已经直接挑明,大型强子对撞机及其ATLAS实验小组,使用过他们发现的目前全世界最先进的幺正方法,计量过不同衰变道中的衰变率。他们的预测与ATLAS的实验数据进行过对比,结果两者非常吻合,为寻找梦寐以求的希格斯粒子已经出了一把大力。但问题是,即使做过,却并没有使全世界所有这类专业物理学家相信发现的新粒子能一锤定音,就是希格斯粒子。

1)他们这类专业物理学家说的理由是:一些与希格斯粒子无关的粒子,也能产生这样的结果。幺正方法的初次使用,就是精确计算这些容易让人混淆物理反应的出现概率。

2)但可笑的是,他们这类专业物理学家仍然坚持,“实验人员接下来还会用这些结果探究新的物理现象”。具体到寻找希格斯粒子,陈和生和陈国明先生的解释,也没有脱离他们的这种思路。这是一个循环的悖论啊!

 

五、中国本土的三旋理论之希格斯粒子模型

中国科学殿堂中的希格斯之梦,已经做了数十年。中国在科学理论方面不都是照抄照搬西方的理论,没有自己的原始创新理论体系。2012年第7期《环球科学》杂志发表陈超先生的文章说:“2006年,借助于俄罗斯数学家佩雷尔曼证明的庞加莱猜想外定理的—-空心圆球内外表面翻转熵流,人们把时间和热力学、量子论、相对论、超弦论等联系了起来,点燃了第三次超弦革命”。这事还得从川大流出的数学说起。

1958年量子中国走到了大跃进年代“超英赶美”的向科学进军,四川大学数学系柯召教授和魏时珍教授等科学家,带领少数大学生开出研究类似拓扑数学“灵魂猜想、灵魂定理”的Alexandrov空间(亚历山德罗夫空间)课题。这是苏联著名数学家亚历山大·丹尼洛维奇·亚历山德罗夫在20世纪50年代便放弃了的研究。“灵魂”按汉语词意被解释为:“迷信的人,认为附在人的躯体上作为主宰的一种非物质的东西”。但毛泽东同志却有“政治是灵魂,政治是统帅”的论断。这是我们中国人内心的乱麻吗?不!柯召-魏时珍猜想的论断,符合数学对“灵魂”性质的定义:“针对某类特定的数学对象,可从这类数学对象的一些小区域将性质推广到整体。这些小区域称之为数学对象的灵魂”。

前苏联对外公开,称为是Alexandrov空间。也许这与被一批中国高层的从哲学家到物理学家组织信奉“以苏解马”不同,带有“纯数学味”。但川大的数学家们仍然为避嫌,对外公开,就改为一道难题:“不撕破和不跳跃粘贴,把空心圆球内表面翻转成外表面”,请“纯数学味”证明出来。然而最终因三年自然灾害,还是偃旗息鼓。川大数学随着学生毕业,流落到了民间。

川大流出的数学,能否再流回川大,我们不管。川大流出的数学与科学殿堂之外的三旋理论结合,在庞加莱猜想的基础上,对原先的弦论扩容,我们发现有六种内部结构的特定弦图,类似“魔杖”或“变形金刚”:

1)弦图像孤子链组成的弦线。可用来描绘基因双螺旋结构,微观波粒二象性以及粒子的产生、湮灭、虚发射、虚吸收、电磁波的传播;因孤子链中每个圈子体旋为1/2的自旋,可对应费米子和反费米子的自旋等。

2)弦图像《羊过河》寓言中的独木桥变形“魔杖”的弦线。针对萨斯坎德的《黑洞战争》书中的“持球跑进”,和特霍夫特的全息信息守恒的疑难,“魔杖”类似空心圆球内表面翻转成外表面,两只羊在桥中间碰头的“转点”,有类圈体三旋式的自旋能化解矛盾。

3)弦图像“泰勒桶”、里奇流、傅里叶变换结构的弦线。这对宇宙总质量(100%)≌重子和轻子(4.4%)+热暗物质(≤2%)+冷暗物质(≈20%)+暗能量(73%)方程,可用类似幺正性概率守恒的办法,作出准确计量的解释。

4)弦图像道路交通网络的公路线、立交桥和车库、城市及各种汽车组成的弦线。解释对应费曼图中的树图、圈图进行的对撞、衰变等更好。

5)弦图像长江及其三峡大坝船闸模型组成的弦线。我们称为“大量子论”,可为求证夸克、轻子和规范玻色子等基本粒子的质量谱计算公式提供说明。例如希格斯粒子的单位质量,为什么反比除顶夸克质量外的所有的基本粒子的质量还大?就是它能解答的难题。

6)第6种有内部结构的特定弦图,我们在最后说。

在近百年的粒子物理学史上,多数的事实说明,实验发现的新未知粒子,理论上早先有质量预测值的,实验都能一锤定音。对新发现的疑似希格斯粒子,类似船闸模型的大量子论能一锤定音吗?我们试着来讨论。

我们生活在中国,但对长江三峡大坝船闸的数据并不了解,只是用作大量子论的科普,长江大家熟悉。现换为巴拿马运河船闸,更为恰当。

据《南方周末》2012年6月21日发表的《巴拿马运河》一文报道:巴拿马运河是沟通近在咫尺而又相隔千万里的太平洋与大西洋的闸门式运河工程,两端的三级闸门,围起巴拿马地峡的热带雨水,形成一条高高的悬河,让轮船在其中来来往往。船闸可供进靠的船舶极限为长292米、宽32.2米、吃水12.04米。事实上,船闸的尺码极大地改变了造船业,业界把32.2米宽且292米长的船称为巴拿马极限型,成为造船工程师的首选。

现在我们可以把巴拿马运河比作希格斯王国,把巴拿马运河的船闸限定大船的机制,与希格斯王国生成大量子的机制连接。因为根据物理学标准模型和大爆炸理论,我们的宇宙起始于一次大爆炸。大爆炸刚发生时,无数的正反粒子同时产生,轻子和夸克通过与希格斯场的相互作用获得了质量。这些粒子凝聚成物质,通过长时间的演化形成了星系。

这是一幅生动的希格斯场、希格斯机制、希格斯粒子和其他基本粒子质量起源的写照。这里对撞机寻求证明的希格斯王国不再神秘,这并不是说希格斯粒子可有可无,而是说类似巴拿马的船闸每级闸门至少要修多宽?多长?才是巴拿马极限型类似的基本粒子大质量。因为基本粒子中的庞然大物,与被精确地塞进为它特制的容器是一致的。我们把所有24种的夸克、轻子和除希格斯玻色子以外的规范玻色子等基本粒子,类似对应船只,修的大坝的船闸闸门才合适,就可知希格斯船闸的极限型。三旋理论估计希格斯粒子在 125.4GeV–125.9 GeV 之间。

众所周知,在希格斯物理的理论中,有它预测和已经实测的含最大质量的基本粒子。而这个最先的预测,竞获得证实,并已通过重要的实验检验,这就是发现顶夸克的质量为175GeV。LHC碰撞出来的希格斯玻色子基本符合三旋理论125.4 GeV–125.9 GeV希格斯物理的理论估计值。

六、龚学真空玻色子是LHC希格斯粒子吗?

2012年由欧洲核子研究组织(CERN)的大型强子对撞机(LHC),发现的疑似希格子的粒子DP:125.4GeV。但有关希格子粒子的机制及希格子粒子的本质,一些人认为到现在还没有真正确立,当然主流物理学家也还在探索。例如,美籍华人学者龚劫存(又名龚天任),在美取得物理学博士;博士期间创建的龚学理论(GM),就认为希格子粒子没有必要存在。那么能说大型强子对撞机,使命是发现希格子,发现的是龚学模型预测的真空子吗?

因为龚学的真空子这个粒子,由龚学物理推导计算出为GM:125.46GeV。其实,GM真空子,被认为产生于质子对撞的内部,低层的结构色动力学,其结构与质量,据说均可由GM前夸克模型精确计算;其机制又是GM前夸克理论所论断的真空子,而不是国际科学主流的前夸克理论。

本来原来计划2015年6月大型强子对撞机启动第二轮运行,重新启动更高能量碰撞。2015年12月15日已经有新进展,龚劫存博士等人当时的预见是:不会见到希格子,但可以见到GM真空子。龚学的真空玻色子,是从(u,-u)到(d,-d)“真空转变”的媒体。所以,龚学的真空玻色子的质量是:

VB=(1/2)×真空能量VeV+真空波动(约1%×)=123+2.46=125.4 6GeV

即VB==125.46GeV(千兆电子伏特)。由此,就说是,大型强子对撞机(LHC)称之为希格斯波色子的粒子,早已是被龚学理论预测并精确计算,应称之为真空波色子。可见国际科学界,也有“南辕北辙”之事。例如,龚学预测多能级上的真空能量,以及对于更高的真空能定态,即高能级真空或更高,是不稳定的,高能真空玻色子不会成为的真空转型媒体。因此,没有更高的真空玻色子,但有更高的真空能量状态。即这种高真空状态不会保持,而是这种状态的衰变。所以此时,仍然可见到真空玻色子,但比基态下的真空波色子幅度低。现在,物理界该坐下来想想,为什么不要建造大型强子对撞机(LHC),龚学(GM)一类的专家,也能“精准”探知宇宙的本源。这能说没有更完美的理论来指导物理实验和科学实践吗?但以上结果,龚学博士们,在2015年12月向中国物理学杂志投稿,显示其预测的结果。但所投稿件,无理由被拒。现在,国际主流物理走在大路上,也就是说越来越多的数据,更加逼近龚学理论所预测的结果。事实上物理界有注意GM理论,聆听GM的见解的上层人士。例如,有上层《前沿科学》杂志,正在关注龚学殿堂进展。

七、结束语

希格斯粒子有如“上帝”,为标准模型带来福音。有人说希格斯粒子是迷雾,但这让物理世界擦亮了双眼。希格斯粒子是子虚乌有吗?是一场黄粱美梦吗?三旋理论认为,希格斯玻色子类似长江中的水,又类似让基本粒子“船”通过的船闸。龚学理论认为这是真空玻色子。佛说:色即是空,空即是色。是也非也!科学也有选边站,不奇怪。

参考文献

[1][美]查尔斯·塞费,解码宇宙,上海科技教育出版社,隋竹梅译,2010年;

[2]孔少峰、王德奎,求衡论—庞加莱猜想应用,四川科学技术出版社,2007年;

[3]兹维•伯恩等,粒子物理学迎来革命时刻,环球科学,2012年第7期;

[4]李小坚,龚学时空与物质粒子的关系, http://www.pptv1.com/?p=2036网;

[5][日]福田伊佐央,超弦理论:最有希望成为统一解释中各种物质与力的终极理论,科学世界,2017年第8期,魏俊霞等译。

[6]王德奎,三旋理论初探,四川科学技术出版社,2002年;

[7]王德奎,解读《时间简史》,天津古籍出版社,2003年;

[8] 陈超,量子引力研究简史,环球科学,2012年第7期。

评《龚学时空与物质粒子的关系》

评《龚学时空与物质粒子的关系

玄增诚

摘要:龚学理论中的一系列抽象的数学计算,获得了一些可以检验的结果。所用数学方法并不复杂,却能描述物质底层结构、基本粒子家族、物理学常数的理论计算,所得的结果与客观观测高度一致。这说明自然简而美,龚学数学方法也很美。物理理论研究也像今天人工智能中的“区块链”,类似用一些加密的算法在区块链上能够达到既保护个人的局限,又能够做出聪明的计算说明。

关键词:龚学理论 薛定谔方程 柯召-魏时珍猜想 区块链

 一、引言

北方工业大学自动化学科的研究生导师李小坚教授,来信说他写有一篇博文《龚学时空与物质粒子的关系》( http://www.pptv1.com/?p=2036),请参与讨论。在此文指导下,我们有了一些想法,可供大家参考。

二、龚学时空物质关系要点

李小坚教授的介绍是:“龚学理论认为极大和极小是一个完美的对称(或0与无穷的互反对称)。因此,极小空间的研究完全能够折射极大空间的特性。这个原理是统一的宇宙,统一的理论的基础之一。事实1,龚学理论理论计算夸克低层的物质精细结构参数计算与宏观宇宙结构参数计算,采用的是同一个理论模型。事实2,最近物理学家发现,在大质量天体周围形成的圆盘内的波的传播竟然可以被量子力学的基础方程—-薛定谔方程所描述。事实3,中国古老的医学,认为阴阳表内互动,人体内部疾病完全体现在其外表,望闻问切就可以断定病因病灶,基本可以不用手术及解剖学原理。事实4:量子力学的微观世界与宏观世界现在存在许多迷惑不解的问题,如量子态叠加、量子纠缠等问题,龚学理论采用微观局部与宏观全局整体的对应关系,已经知道谜底。”

此博文还提出了一个引力子量子的数学表述和定义:

“基于Ligo发现引力波,根据波粒二重性,一定有引力粒子存在。但引力波如此微弱,相应的引力子也就同样的微弱。以至到现在,物理世界还未发现真正的引力子。

龚学理论中时间产生引力,驱使宇宙万物从过去到现在,并走向未来。因此,我们断定龚学统一力方程所确定的统一量子力能量,在大尺度空间范围就是引力子!我给出了一个引力子量子的具体定义,因为要仔细斟酌,仅供讨论。定义:

引力子:delta G=K0‘ *delta E=K0‘*F*delta S=K0*h-bar/  delta T。

K 0是引力子系数,可以取K0=1。

引力子量子 :delta G=h-bar/  delta T。

可见,引力子量子只和时间量子成反比。以上方式定义的引力子,只要实验条件允许,就可以实验检测”。

认真学习《龚学时空与物质粒子的关系》一文,确实感到龚学理论运用的数学描述有基础,阐述的物理道理很明白,这是物理数学美感。这里不妨摘要其中的一些部分:

“连续平直时空与物质的关系,从连续时空的角度看,传统的时间t是实数域R上的一个连续变量,但在龚学理论中,时间的表述是一个连续自旋的复函数变量Ψt:Ψt=e ^iwt。该复函数时间Ψt,满足薛定谔方程。三维空间的薛定谔方程(i=(-1)^1/2),方程的通解Ψ(x,y,z,t) ,如果Ψ(x,y,z,t) 分解为两部分, Ψ0 =Ψ(x,y,z)和Ψt则:Ψ(x,y,z,t)=Ψ(x,y,z)*Ψt=ψ0*e^−(2πiE/h)t.= ψ0*e^−iwt.= ψ0*Ψt。粒子n,具有能量En, 该粒子产生波函数:

Ψtn=e^-iwnt=e^-it*2π*En/h。波函数满足线性叠加原理。N个粒子体系的波函数的叠加,具有总能量E。该粒子体系产生的波函数:

Ψt=e^-iwt=e^-it*2π*E/h。而对时域波函数的积分,或取傅里叶变换,或是拉普拉斯变换,可以将时域函数,变换为复频域时间波函数波函数ψ(S )。

Ψt==》ψ(S )=A(w)*φ(w)。Ψ0 =Ψ(x,y,z)是在能量守恒条件下的定态薛定谔方程的解,其实质是空间相位波。空间相位波Ψ0与复频域时间波函数ψ(S )的乘积,其实就是两种波的叠加。其共同作用就是薛定谔方程的全局解:

Ψ(s) =L{Ψ(x,y,z)*Ψt }=Ψ(x,y,z)*ψ(S )。并以此为驱动,驱使平直三维欧式空间运动的结果Ψ0 =Ψ(x,y,z),即时间、空间、物质波运动,从过去,到现在,向明天发展变化。而这个方程解Ψ0描述了在三维空间中运动的一个粒子波的空间几率分布。事实上,Ψ(s)就是复时间函数ψ(s),驱动的三维空间相位的波动Ψ0和时间波动涟漪ψ(s)共同作用的结果,并形成物质粒子。这就是薛定谔方程所确定的物质粒子的质量能量的空间分布图谱。

该图谱反映了该粒子的全空间全时间的全局质量能量分布特性。而且,复频域Ψ(s)的能量质量分布,具有量子体系几率波的特征。因此,量子所具有的量子态谱密度,其实就是其质量能量分布态,并具有量子态叠加特性。如果想去测量该粒子的具体的时间域的动态行为,该粒子的质量能量的空间分布图谱将必须变换回到时间域:

Ψ(s)==>通过拉普拉斯反变换(L=RMI)==》Ψ(t)。由于测量过程必须采用具体的实时间坐标,这个实时间只是无穷时间的局部片段,因此,该粒子质量能量的空间分布图谱,必须崩塌到某个具体的能量分布点对应的实时间函数。该时间函数一定与频域的全局特性产生量子相关相干特性。该时间函数一定与频域的全局特性和全时域全时空产生相关联系。特别是两个相互耦合的粒子,其相关相干作用不可忽略。因此,量子纠缠是两个粒子之间时域局部与其频域全局特性的一种相互关联关系。

L=RMI(Relation Mapping Inversion,RMI)只是一种数学变换,但是,它改变了人们对事物的观控时空界面。这种时空变换让量子力学具有一些让人迷惑的诡异特性,如波粒二重性,量子观测的崩塌,量子态叠加,和量子纠缠等,使得大多数人迷糊不解。以上解释是我们龚学理论对量子力学的新解释。

这个薛定谔方程已经通过了到目前为止所有实验的考验。它是量子力学最基本的方程之一。它以一个简洁的公式描述了微观物理的每一个量子力学系统的对象:电子、光子、中子,所有的量子。

这个方程建立了连接经典物理连续时空,与经典量子力学时空的桥梁。薛定谔将他的方程用于氢原子,发现方程解精确地重现了玻尔制定的能量级。因此,该方程最早的成功描述了氢原子的离散能量谱,从而促进了量子理论的发展。我们给出连续平直时空、与物质的关系:

我们的宇宙世界,就是三维欧氏空间的每一个维度上,叠加了复时间Ψt,并以此复时间驱动三维空间以光速传播物质运动波,其波动形式满足薛定谔方程。因此,t是宇宙万物的连续的实时间进程。而复时间的描述则是龚学时间锥Ψt。而且Ψt反映了以连续围绕时间锥体作螺旋运动的结构特征,表明了时间的虚实交替变化,并推动宇宙作螺旋运动,并形成11维空间。

事实上,薛定谔方程不仅适用于在三维空间中运动的一个粒子,也可以描绘一个由多个粒子组成的系统。最近发现,薛定谔方程甚至可以描述宇宙的某些星云空间运动结构。如物理学家发现,在大质量天体周围形成的圆盘内的波的传播,竟然可以被量子力学的基础方程—-薛定谔方程—-所描述。可见物理学家对薛定谔方程的掌握已经相当深入了,而发现这一经典的方程还能够用来描述天体圆盘的长期演化,对于想要模拟大尺度现象的科学家而言简直就是神来之笔。

此外,令人惊喜的是,自然界中两个看起来并无关联的—-描述大尺度和小尺度世界—-物理学领域,居然能够由相似的数学所支配。有科学家说:“很高兴找到了一个通常被用于微小系统的方程,也能在如此庞大的系统上得以运用……薛定谔方程支配了类波扰动的演化。从某种意义上是说,代表扭曲的波以及天体圆盘的不平衡,跟振动的弦并没有多大的区别,它们自身也跟盒子里的量子粒子的运动没有什么分别。回想起来,这种关联似乎很明显,但是将要揭开这种相互关系背后的数学支柱令人尤其兴奋”。

对应离散时空与物质的创生,时间量子化对复时间函数微分:

dΨt=iw*e^iwt *dt。而以wt取离散化值(0 ,pi*n/2,pi*n,3*pi*n/2,2 * pi *n)后的量子化时间:(n=2k+1,k=1,2,3,……),DT0=DΨt/iw= { +1, +1i; -1,-1i }DT。

DT就是量子化的实时间,DT0是量子化的复时间。DT0可以取以上{ +1, +1i; -1,-1i }的任意一个值与DT的乘积。现在,一般人不明白,为什么量子会波动?龚学认为,完全是时间的虚实时空的旋转(自旋),驱动着万物波动,包括时空背景的波动!量子化的实时间DT不再连续,量子化复时间DT0也不是连续的了,但系统的离散化空间和时间,仍然满足离散化后的薛定谔方程。从而看似连续的平直空间,在离散化后的薛定谔方程约束下,时间量子化后,空间也量子化了,而且还产生了量子化的基本粒子。时间、空间、物质粒子统一在一起。从此创生宇宙万物,并被时间量子搅得云生水起、天翻地覆。

对应空间离散化、量子化:DS=DΨ0 =DΨ(x,y,z)=(DX0,DY0, DZ0)=(C*DT0x, C*DT0y, C*DT0z)= C *(i^nx,i^ny,i^nz)* DT。可以等价于:

DS =(i^n1,i^n2,i^n3)* C * DT =N * C * DT。i是虚数,i^n1是i 的n1幂次,同样i^ n2和i^n3;{n1, n2, n3}自然数取值范围(0,1,2,3)或(1,2,3,4);
DS是一个空间单元,DT一个时间单元;C是光速。N是一个虚-实数域,而N方有四个可能的值。N^ 2 = { + / – 1 ,+ / – 3 }。

DS =(i^n1,i^n2,i^n3)* C * DT =N * C * DT方程以精确的方式连接时间和空间。虚-实数域的N产生64个子空间。N^ 2 = { + / – 1 ,+ / – 3 } 方程是一个选择规则。N ^2 = + / – 3,一共占据了16个空间量子。当一个子空间有N ^2 = +  3,那么这个子空间是一个真正的实空间,8个此类子空间相当于欧氏的3维纯真空实空间(X,Y,Z);N ^2 =  – 3,即8个此类子空间构成3维虚空间(ix,iy,iz)。而N ^2 = + / –1,则产生基本粒子。

对应产生量子化的费米子:当N ^2= + / – 1,这是一个物质粒子子空间,事实上,是一个基本粒子。方程0包含48个这样的子空间,因此,给出了标准模型SM中的48个费米子基本粒子。由此产生宇宙在时空中创建万物统一力方程:

F(统一力) = K * h-bar/ (delta S * delta T)。K 是力耦合常数。

并且,delta E=F*delta S=h-bar/delta T;且(delta E * delta T)=K*h-bar;K〉1,为量子力学不确定性方程。K=1,为龚学理论确定性方程。

由此产生龚学引力子是:delta G=h-bar/delta T。可见,引力子量子只和时间量子成反比。

如此等等计算,结论是:龚学对宇宙万物以及主流物理的所有开放问题,有了一个统一的描述,基本完成了一个统一理论的任务;完成了所有基础物理学常数的理论计算。还包括解释了:量子力学中的不确定性原理,完全等价量子力学确定原理;非定域理论,完全等价于龚学全局理论;量子态叠加态,完全是变换了时空的复频域质量能量分布图谱;量子纠缠,完全是时域的局部性与全局性态的关系等,令世人迷惑困顿的问题。

三、各种理论的竞争与发展

在以上李小坚教授的《龚学时空与物质粒子的关系》的指导下,我们确实体会他说的正确:“龚学理论认为极大和极小是一个完美的对称(或0与无穷的互反对称)。因此,极小空间的研究完全能够折射极大空间的特性。这个原理是统一的宇宙的理论基础。”

这一原理在很多物理数学理论中都有体现。参考文献“[日]福田伊佐央,超弦理论:最有希望成为统一解释中各种物质与力的终极理论,科学世界,2017年第8期,魏俊霞等译”中,《科学世界》杂志35页的“3维的膜(立体)”图,是一致的。

福田伊佐央的文章有意思的是,超弦理论证明,四维时空,类似一个膜立方体,它被包围在四维或五维以上的高维或多维之中。而这种高维和多维,又是紧致的,即类似在“点内空间”。这就是说,“龚学理论认为极大和极小是一个完美的对称(或0与无穷的互反对称)。因此,极小空间的研究完全能够折射极大空间的特性。这个原理是统一的宇宙,统一的理论的基础”,就类似包裹在“3维的膜(立体)”图中一样,由此可证我们的宇宙为什么正物质多?

龚学理论中的一系列抽象计算方程很美。但与此相似的研究也多。例如,《从反粒子到最终定律》一书中,费曼的文章谈时间反演的高等数学。如崔君达教授的《量子力学与分子生物学的时空结构》一书中,谈复合时空的高等数学,而且他能解答为什么有200多种晶体结构?如《时空本性》一书中,彭罗斯和霍金谈量子力学时空和宇宙的高等数学。

但以上他们的研究,又都类似与1963年的川大数学家们,创建的“柯召-魏时珍猜想”表述:“空心圆球不撕破和不跳跃粘贴,能把内表面翻转成外表面”的证明,而引申的发现的类似空心圆球膜面加奇点式的翻转反包围—-柯召-魏时珍猜想的“内外翻转”联系,也能囊括龚学理论中的一系列抽象计算的高等数学方程联系的物理、生命对象是属于彭罗斯讲的“零锥”问题,能翻新彭罗斯的宇宙轮回猜想。类似空心圆球膜面加奇点式的翻转反包围—-柯召-魏时珍猜想的“内外翻转”,与一般循环周期不同,且含有类似新陈代谢、阳泄阴收的内外翻转整体观,含有非线性和熵流等性质。所以我们说柯召-魏时珍猜想是属于现代高等数学的进步,而不是中学水平的推导方法。其次它背后重大的是—-中苏两国研究亚历山德罗夫空间拓扑数学及其延伸的灵魂猜想、灵魂定理,在今天还涉及引力子通信和中微子通信的应用探索。

 

四、物理理论的“区块链”模型

当今物理学理论的美中不足,各种理论都有自己的一套方法和结果。这类似于今天人工智能中的“区块链”—-理想的信息世界,是每个人拥有自己所有的数据,类似用一些加密的算法在区块链上能够达到既保护个人的局限,又能够做出良好的计算说明。

2018区块链技术及应用峰会(BTA)在北京召开,中关村区块链产业联盟理事长元道提出“通证派”的主张;即每一个分布式协作组织(DCO)都需要定义和发行自己的组织内通证,称为区别于传统网上组织的根本点。

对此,在2018中国(深圳)IT领袖峰会上,著名的科学家张首晟教授在报告中说:区块链的产生,能够产生一个去中心化的数据市场。区块链建筑在数学基础上的,也许能在数据市场里面保护个人隐私,又能够做出合理的统计性的计算。比如有一种非常神奇的计算方法叫零知识证明,它能够向你证明我的数据是非常有价值的,但又不告诉你真正隐私的数据在哪儿。

张首晟教授说,整个区块链,大众对它的认识还不是最根本的第一性原理认识—-达成共识就好比大家都同意同一个“账本”;达成共识在自然世界里面也有的。达成共识,大家都朝一个方向的话,这个状态的熵远远比杂乱无章的熵要小。达到这个共识是非常难的,因为熵总是在增的。在区块链上能达到一个共识系统都是用一种算法,需要消耗能量。账户为什么要耗费能量?因为达成共识本身是熵减,所以在达成共识的同时,一定要把另外一些熵排除出去。这种没有中心化的机制,跟自然世界里面磁铁,从杂乱无章的状态达到有序的铁磁状态非常相像。所以理想的信息世界,是未来每个人拥有自己所有的数据,完全去中心化的储存,这样黑客也不可能黑每个人的数据,又能够做出良好的计算说明。

今天搞科学创新的人,也类似“区块链”。有人选边站队“整体论派”,或者“还原论派”。但从“区块链”看来,“整体论”和“还原论”是统一的。例如,罗正大先生,四川宜宾人,1952年7月19日出生,现任四川景盛集团有限公司董事长。他从1984年创办宜宾市布艺有限公司开始,短短11年时间就获得了七项国家专利,和贸易部“发展中国室内装饰事业特殊贡献功臣”等多项荣誉称号,以及省人大代表等多项社会兼职。正是这样一位事业有成的企业家,却从1982年开始深入研究宇宙学和力学问题,终于在30多年后,一共相继出版了《量子外力—-宇宙第一推动力》和《不可视觉物质—-暗能量和量子外力》等九本学术专著。他用“力”概念—-“斥力”+“斥力”=“外力”,解释了包括“引力”的天文、宇宙、基本粒子到量子力学、相对论及经典物理学的诸多现象和难题,得到北京相对论研究联谊会组织,中国科学院高能物理研究所吴水清,白景芝等数十位科技工作者的高度评价。

罗正大先生把这一切科学现象,解释为“力”作用,类似“还原论”。但一般的“力”感受,众所周知,应是一种“整体论”。又如,龚学理论中,说“时间产生引力”,有“薛定谔方程”等数学为证。这里只“需要定义和发行自己的组织内通证”,也都是可以达成共识的。

李小坚教授说,威滕等西方“超弦理论”的权威人物,于2016年9月15日的量子杂志承认,今天的“超弦理论”作为物理学理论(量子引力)已经失败了。为什么?因为他们的理论没有得到物理世界的客观观测结果的支持。他们的科学“开矿”只顾“前冲”,不搞“回采”,没有“区块链”的通证应用是核心驱动引擎,通证+实体经济才是真正的“发展”意识。例如,古今中外的“弦理论”发展,都得力于“回采”,如法拉第的“磁力线”、安培微小“电流环”、中医的“摸脉”,是类似有“实体经济”的共享科学成分。“时间产生引力”、“力”=“斥力”+“斥力”=“外力”,数学能说明,众人能感受,也许还需要爱因斯坦的类似“时空弯曲”的形象实测,牛顿的类似“作用力=质量×加速度”的可计量。当然龚学理论在这方面做出了很多的成绩,已完成了很多区块的挖矿。

例如,最大的对称就是0和无穷的对称。所以,宇宙可以从0开始,奔向无穷。这也是对称。正物质与反物质对称,龚学是在前夸克的结构基础上,指出48个费米子,本身就具有对称。即三代共(3×8)=24个正费米子,同时对称的有三代(3×8)=24个负费米子。负物质它们现在仍然和正物质一样,包含在质子、中子、正电子、负电子之中,构成我们的这个客观世界。物质底层是这样,宇宙总体仍然也是这样。这是计算暗物质、暗能量的依据。龚学对整体宇宙还有正负交替增长,可计算宇宙学常数。龚学可计算希格斯玻色子=125.46GeV。所以,计算与观测也能一样,如计算混合角等粒子物理精细结构常数,描述的是我们物质世界的底层这个面包圈结构。等等。

李小坚教授还说,三旋理论所描述的低层结构,也是基于面包圈结构,所以也能计算所有夸克的质量能量。他还发现,苑广明先生的多重复数,也能够很好地描述底层结构的数学关系,值得学习研究和借鉴。这里值得讨论的问题是:

龚学底层量子,是确定性的;因此与量子不确定性原理不同,龚学是量子确定性关系。其次,龚学的时间,是引力的源头;龚学发现底层结构构成的质子、中子,是生命游戏的滑翔机,是智能和意识、生命的种子。对比三旋理论,对量子信息结构与量子编码,量子信息传输、存储、复制、运算机制等所用的量子全息原理,三旋理论是通过对韦尔张量和里奇张量等的发现,以及对有特殊意义的点内空间和点外空间等的认识,来阐述引力等自然现象。当然这也是来自对彭罗斯和庞加莱猜想,有独到研究的结果;对柯召-魏时珍猜想内外翻转,有确切的分析、分类,因此,宇宙的“轮回”循环可以理解,苏俄的“灵魂定律”也可以研究。这些理论,都可以是这个理论体系的“区块链”模块。

五、结石语

现在的各种物理理论,有如“区块链”中的去中心化很严重。但是,“区块链”去中心化是必然趋势吗?如果存在一种全面、终极、客观、公正、完备、一致的“区块链”中心化机制,或是去中心化机制,我们必定应该去探寻这样的机制。所以,龚学和三旋理论作为“区块链”,值得“通证”探讨。

参考文献      

[1]李小坚,龚学时空与物质粒子的关系, http://www.pptv1.com/?p=2036网;

[2][日]福田伊佐央,超弦理论:最有希望成为统一解释中各种物质与力的终极理论,科学世界,2017年第8期,魏俊霞等译;

[3]王德奎,三旋理论初探,四川科学技术出版社,2002年5月;

[4]孔少峰、王德奎,求衡论—庞加莱猜想应用,四川科学技术出版社,2007年9月;

[5]王德奎,解读《时间简史》,天津古籍出版社,2003年9月;

[6]刘月生、王德奎等,“信息范型与观控相对界”研究专集,河池学院学报2008年增刊第一期,2008年5月;

[7]叶眺新,中国气功思维学,延边大学出版社,1990年5月;

[8] 陈超,量子引力研究简史,环球科学,2012年第7期;

[9] 罗正大,统一的宇宙—-自然外力原理,四川科技出版社,2013年1月;

[10] 罗正大,自然外力—-宇宙第一推动力,四川科技出版社,2013年9月;

[11] 罗正大,不可视觉物质—-暗能量和自然外力,四川科技出版社,2013年9月;

[12] 罗正大,宇宙自然力—-自然外力与自然斥力,四川科技出版社,2013年2 月;

[13] 罗正大,100个科学难题的宇宙自然力解,四川科技出版社,2016年9月;

[14] 罗正大,用宇宙自然力解读古今物理学中的术语,四川科技出版社,2015年2月;

[15] 罗正大,以外力、斥力对称交错力学结构解200个物理学术语,四川科技出版社,2017年9月。

 

量子叠加和量子纠缠不再是谜!

李小坚

为什么量子叠加和量子纠缠不能让人看个明白?-悟空问答

题主认为量子叠加和量子纠缠是个谜,该问答下面,有大师声称,这个问题,全世界无人明白!我们却有谜底。

量子叠加和量子纠缠不再是谜!

量子态叠加是量子力学体系中全同态粒子全空间分布特性,这是所有相同粒子的量子统计行为图谱,也完全等价于单个粒子所有可能的行为空间的几率波特性。另外,此波函数还是量子能量谱,这也是一种复频域特性。 这是薛定谔方程所确定的物质粒子的质量能量的空间分布图谱。该图谱反映了该粒子的全空间全时间的全局特性,而且,具有量子体系几率波的特征。因此,量子所具有的量子态,其实就是其质量能量分布态,并具有量子态叠加特性。

对于单个粒子的态动态行为的测量,可以获得该粒子的某个时段的时域特性。由于测量过程必须采用具体的实时间坐标,这个实时间只是无穷时间的一个局部片段,因此,该粒子质量能量的空间分布图谱必须崩塌到某个具体的能量分布点对应的实时间函数。该时间函数一定与频域的全局特性和全时域全时空产生相关联系,即量子纠缠特性。特别是两个相互耦合的粒子,其相关相干作用不可忽略。因此,量子纠缠是两个粒子之间时域局部与其频域全局特性的一种相互关联关系。

物理学界根本没有在观控界面搞清楚物理世界的本质!能量-频率域看物质就是波!物质是其所有可能的波的叠加;而在时间-动量域看,物质就是粒子,即质点和质点集在时间中运动变化。同时在频域和时域一起看,这就是物理世界的波粒二重性!这个波粒二重性把整个物理世界搞得晕头转向。

举例说明:薛定谔猫既死又活,这是猫的一个所有的可能性的叠加态,猫出生了,必定活,但其生命时间有限,猫必然死!在无时间的历史长河里看,死猫活猫都存在于无实在时间的质量能量空间图谱中;你一定要想看猫是死是活,那你一定要在实时空中选好时间,当猫的生命周期上去打开看,猫一定是活的!你选的时间是不巧的猫生命前或猫生命后看,那猫是死的,甚至还什么都没有,为啥,它还没出生!

附加条件,如果触发氰化钾毒杀机制,无论何时发生,龚学时间对此量子行为均有历史记录。无论你观测不观测,什么时候猫死,什么时候猫活,都是确定的;无论你何时打开,该是活就是活,该是死就是死,这是确定性的。

龚学理论认为极大和极小是一个完美的对称(或0与无穷的互反对称)。因此,极小空间的研究完全能够折射极大空间的特性。这个原理是统一的宇宙,统一的理论的基础之一。事实1,龚学理论理论计算夸克低层的物质精细结构参数计算与宏观宇宙结构参数计算,采用的是同一个理论模型。事实2,最近物理学家发现,在大质量天体周围形成的圆盘内的波的传播竟然可以被量子力学的基础方程—-薛定谔方程所描述。事实3,中国古老的医学,认为阴阳表内互动,人体内部疾病完全体现在其外表,望闻问切就可以断定病因病灶,基本可以不用手术及解剖学原理。事实4:量子力学的微观世界与宏观世界现在存在许多迷惑不解的问题,如量子态叠加、量子纠缠等问题,龚学理论采用微观局部与宏观全局整体的对应关系,已经知道谜底。”

最近梅晓春先生发文指出:所谓的量子纠缠态,其本质就是微观粒子的全同对称性!所谓的纠缠应当理解为相互作用。如果两个 纠缠的粒子分离很远,二者间已经没有相互作用,就只能说存在关联,有全同对称性,没有纠缠。

“事实上,量子力学的基本原理中根本没有纠缠态的概念,只有全同对称性概念。纠缠态概念是爱因斯坦为了反驳波尔的哥本哈根解释,作为反面的东西而提出的,爱因斯坦将它称为鬼魅。想不到几十年后,纠缠态竟然变成正面的东西,堂而皇之地进入量子力学厅堂,并喧宾夺主,把全同性原理给边缘化了,这样的结果实在令人感到莫名其妙。

按照量子力学,微观粒子又分成费米子和玻色子,二者的统计性质不一样,具体体现在波函数的交换对称性不一样。电子和质子是费米子,光子是玻色子。费米子的波函数交换是反对称的,波色子则是对称的。比如有两个光子,分别位于空间x1和x2点上。如果x1和x2相距离很远,两个光子间没有相互作用,波函数分别是A(x1)和B(x2)。不考虑全同对称性,总波函数是A(x1)B(x2)。考虑全同对称性,两个光子的坐标互换,总波函数不变,写成A(x1)B(x2)+ A(x2)B(x1)乘上一个归一化常数。如果是两个电子,位置交换后要加一个负号,总的波函数是A(x1)B(x2)-A(x2)B(x1)乘上一个归一化常数。

两个粒子互相远离,之间没有相互作用并不意味着没有关联。如果两个粒子的初始状态存在关联,如能量守恒与角动量守恒等,分开后二者的关联仍然存在。如果两个粒子没有相互远离,之间存在相互作用,波函数就不能写成坐标分开的形式。不考虑交换对称性,波函数为D(x1,x2)。考虑交换对称性,波函数为D(x1, x2)+ D’(x2, x1)或D(x1, x2)- D’(x2, x1)。

如果说两个粒子存在纠缠的话,在这样的情况下才能说纠缠,所谓的纠缠应当理解为相互作用。如果两个粒子分离很远,二者间已经没有相互作用,就只能说存在关联,而不是纠缠。虽然两个粒子有全同对称性,但这种对称性不是纠缠,将它看成纠缠是错误的。

以上是量子力学逻辑的自然结果,到此为止一切正常。然而现在的量子物理学者却混肴了关联与纠缠的概念,把全同对性性说成纠缠,事情就完全变味了。按照哥本哈根解释,两个相互远离的粒子始终处于纠缠的状态。没有测量前每个粒子的状态都是不确定的,测量使粒子从不确定状态变成确定状态。

比如有两个极化分别为+1和-1的光子位于x1和x2两点上,哥本哈根解释认为,在测量之前哪个光子在x1点,哪个光子在x2点是不确定的。这种不确定性不是我们不了解,而是在物理学上不确定。由于纠缠态存在鬼魅的相互作用,测量发现位于x1点上的光子的极化+1,就会使x2点的光子的极化马上变成-1。反之亦然,如果测量发现x1点的光子的极化为-1,马上就会把位于x2点的光子的极化变成+1,尽管这两个光子相距非常远,相互之间没有相互作用。纠缠态的相互作用被认为是超光速的,甚至速度无穷大的超距作用。

可见哥本哈根解释实际上把量子力学变成一种测量理论,并得出对一个粒子的测量能够瞬时改变另外一个粒子的状态的荒唐结果。由此导出各种奇奇怪怪,莫名其妙的理论,比如薛定谔猫佯谬,比如量子隐形态传输问题。量子力学被认为是非定域性的理论,微观粒子被认为不存在确定的轨道运动。量子纠缠作用被认为是超时空距离的、瞬间就能实现的过程,科学唯物论和因果律遭到彻底的破坏。”

无论在宏观和微观,龚学理论表明,世界的本质规律是确定的。量子力学中的不确定性定理:  (delta E * delta T)〉h-bar;而对应的龚学理论确定性方程:  (delta E * delta T)=h-bar。如果都是确定性的理论,量子力学体系里,还有那么多令人迷惑的问题吗?

另外有姜放的《统一物理学》,他不明白,为啥宇宙世界可以这样描述,没有时间这个维度,宇宙世界可以用10维空间描述。但因只知其一(能量),不知其二(时间),所以,这个理论是一个不完备的理论。

我们龚学理论指出,引力来自时间,时间驱动宇宙万物从过去、到现在、到未来运动发展。在能量复频域,有规范场对称性,而此规范场对称性的破缺,产生时间和引力。这个理论将规范场理论、爱因斯坦相对论、量子力学都统一在此架构之中,宇宙万物在龚学看来,已无秘密。

结论:

龚学对宇宙万物,以及主流物理的所有开放问题,有了一个统一的描述,基本完成了一个统一理论的任务。完成了所有基础物理学常数的理论计算,还包括解释了:量子力学中的不确定性原理完全等价量子力学确定原理、非定域理论完全等价于龚学全局理论、量子态叠加态完全是变换了时空的复频域质量能量分布图谱、量子纠缠完全是粒子之间时域的局部性与全局性态的相关关系等令世人迷惑困顿的问题。

欲知详情,且细看如下博文:

龚学时空与物质粒子的关系 | 统一的宇宙 统一的理论 http://www.pptv1.com/?p=2036

参考文章:https://www.toutiao.com/a6537198932236173837/?tt_from=weixin&utm_campaign=client_share&timestamp=1524639560&app=news_article&utm_source=weixin&iid=16440434754&utm_medium=toutiao_android&wxshare_count=1

附1

《量子力学的核心有一个巨大的深洞》

原创 原理 2018-03-26 18:30:35

从手机中的硅片,到屏幕上的LED;从最遥远的太空探测器的核心,到超市里用来结账的激光扫描器;从太阳为什么会发光,再到我们的眼睛能看到什么。这些日常生活中我们所熟悉的一切,以及太空中发生的许多现象,都可以用物理学中的量子力学来解释。

没错,量子理论在过去取得了惊人的成就,它几乎所有现代技术背后的理论基础。尽管如此,在量子物理学的核心,依旧存在着一个深洞,我们仍然没有真正地理解它是如何描述我们周围的世界的。

量子理论背后的数学可以对实验结果和自然现象做出难以置信的精准预测。既然能做得如此之好,那么量子理论必定抓住了与这个世界本质有关的根本且深层的真理。但是,物理学界对于它对现实的诠释、甚至能否对现实进行任何诠释一事,却存在很大分歧。

即使是最简单的事物,到了量子物理中也变得难以被解释。举个简单的例子,假如你想描述一个微小物体的位置,比如最简单也最为我们熟知的亚原子粒子——电子的位置。因为空间由三个维度组成,所以你可能想需要用三个数字来描述这个电子的位置。在日常生活中这的确如此:如果想知道一个物体的位置,就需要知晓其纬度、经度、和高度。但在量子物理学中,仅有这三个数字是远远不够的。相反,为了描述一个电子的位置,你需要散布在整个空间里的无穷多个数字

这种数字的无限集合被称为“波函数”,因为这些散布在空间中的数通常有着平滑地变化,就像起伏的波浪一样。用来描述波函数会如何在空间中传播的方程,叫薛定谔方程,该方程于1925年由奥地利物理学家埃尔温·薛定谔(Erwin Schrödinger)提出。波函数遵从薛定谔方程,就如同坠落的岩石遵从牛顿运动定律一样——它就像是某种自然法则。而且就像许多自然规律一样,它非常的简洁,尽管在数学上它乍看起来有些令人生畏。

量子力学的核心,有一个巨大的深洞

○ 薛定谔方程,其中ψ(x,t)表示波函数。

尽管薛定谔方程非常简洁和优美,但波函数的确非常奇怪。它为什么需要这么多的信息,要动用遍布在整个空间的无穷多个数,来描述一个物体的位置?令人费解的是,当我们真正去寻找电子时,它却只出现在一个点上。而当找到电子之后,更奇怪的事情发生了:电子的波函数会暂时停止遵从薛定谔方程。相反的,它会“坍缩”,除了在找到电子的位置,其余所有无穷个数字都会变为零。

所以,究竟什么是波函数?为什么它们只在有些时候遵从薛定谔方程?明确地说,为什么它们只在没人“看着”的时候遵从薛定谔方程?这些悬而未决的问题在量子物理学的中心戳出了一个洞。最后一个问题尤其“臭名昭着”,还被有赐予了一个特殊的名称:“测量问题”。

量子力学的核心,有一个巨大的深洞

○ 在进行测量后,粒子会坍缩在随机的一个点上。| 图片来源:Iceberg Fernandez

测量问题似乎应该阻碍量子物理学的发展。“观看”或“测量”究竟是什么意思?对此目前还没有被广泛认同的答案。这就意味着,我们不知道薛定谔方程什么时候适用,什么时候失效。不知道这一点,我们就不知道何时该使用这条定律,何时又该把它置之不问,那我们究竟该如何使用这一理论呢?

实用的答案是,当物理学家看量子物理学时,倾向于把它看作是关于超微小物体的物理学。通常假设薛定谔方程并不适用于像桌子椅子等生活中常见的这些宏观物体。相反,作为一个实际问题,物理学家会假设这些物体是遵循牛顿经典物理学的,并且当这些物体一旦与量子世界中的微小物体相互作用时薛定谔方程就会失效。在大多数情况下,这种假设足以得到正确的答案。但几乎没有哪个物理学家真正相信这就是宇宙的实际运作方式。在过去几十年中,大量的实验显示了量子物理可适用于越来越大的物体,到现在,很少有人会对它于所有大小物体的适用性表示怀疑。确实,量子物理已被常规且成功的用于描述物理领域中最大的物体——宇宙本身。

但是,如果量子物理真的适用于所有尺度,那么测量问题的真实解答是什么?量子世界中究竟发生了什么?从历史上看,曾经的标准答案应该是——测量问题并不存在,因为在没有人观测的时候问询发生了什么是没有意义的。那些发生在无人观测时候的事是不可观测的,从而谈论不可观测的事也就毫无意义。这种见解被称为量子物理学的“哥本哈根诠释”,以丹麦的伟大物理学家尼尔斯·玻尔(Niels Bohr)的家乡命名。玻尔是量子物理学的教父,也是哥本哈根诠释背后的中坚力量。

尽管它有着是这些量子问题的默认答案的历史地位,但哥本哈根诠释并不恰当。它没有解释在量子物理的世界里正发生些什么。在关于现实性质的讨论中它也表现出顽固的沉默,它没有为量子物理为何可以运作提供任何解释,因为它无法指出这个世界有任何特征是与量子理论核心的数学结构相似的。而且对不可观测事物是无意义的宣称,无论从逻辑学或哲学角度看都是没有说服力的。至少对“不可观测”这个词的定义也不比对“测量”这个词的定义更好。因此宣称“不可观测事物无意义”是一个非常模糊的说法。这种模糊性从一开始就困扰着哥本哈根诠释。现在,“哥本哈根诠释”已成为好几个相互矛盾的量子物理学观点的集体标签。

尽管有这么多的问题,但在20世纪的大部分时间里,哥本哈根诠释在物理学界中占据绝对的优势,因为它可以让物理学家在不用担心量子理论中心棘手问题的情况下进行精确的计算。但在过去的30年中,对哥本哈根诠释的拥护受到一些削弱。据调查表明,虽然它仍受到许多物理学家的支持,但现在也有一些拥有大量支持的其他诠释。

量子力学的核心,有一个巨大的深洞

○ 多世界诠释。| 图片来源:Max Tegmark

在这些替代方案中,其中最著名的就是量子物理学的“多世界诠释”,它指出薛定谔方程总是适用,且波函数永不坍缩。因为宇宙会不断地分裂,每一个事件的每一个可能的结果都发生在“多重宇宙”的某个地方。另一种替代方案是导航波理论(又被称为“德布罗意-玻姆理论”),它所陈述的是量子粒子在它们的运动中会受到波的引导,并且反过来粒子还可以对远处的波施加超光速的影响(尽管这不能用于发送比光速快的能量或信号)。

这两个思路为现实提供了两种截然不同的描述,但它们都与我们所知的量子力学的数学完全吻合。还有一些替代理论对量子物理的数学进行了修正,例如自发坍缩理论,它认为波函数的坍缩与测量无关,而是一个完全随机发生的自然过程。

量子力学的核心,有一个巨大的深洞

○ 2011年,在一次会议上,有33位科学家被邀请对最喜欢的量子力学诠释进行投票。有42%的人选了哥本哈根诠释,18%的人选了多世界诠释。| 图片来源:M. Schlosshauer et al.

还有很多其他的理论。量子基础——这一解决量子理论中的测量问题和其他基础问题的领域,是一个生机勃勃且充满创造性思维的主题。虽然在量子物理学核心,那个洞仍然存在,这些难题仍待解决,但是物理学家已提出许多有趣的理论来解决这些问题了。这些想法或许可以指出物理学中其他问题的前进方向,例如,自阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)以来一直被物理学家作为终极目标的“万有理论”——量子引力理论。

虽然能否实现这一目标仍有待观察,但长久以来被哥本哈根诠释所掩盖的问题终于得到了应得的关注。而试探这个量子洞的深度,或许有助于我们探索出一个不仅对量子世界、还有对显示本质的全新视角的理解。

文:Adam Becker

原文首发于https://www.npr.org/sections/13.7/2018/03/20/595286482/the-puzzle-of-quantum-reality。略有修改,中文内容仅供参考,一切内容以英文原版为准。

附2

论爱因斯坦-玻尔争论之症结

北京大学  王国文

摘要:文中摘引了爱因斯坦和玻尔争论中各自的主要观点和论断。争论有多个焦点,指出关键焦点在于量子现象的不可分性与量子实体的可分离性。很多人相信已经有实验做了谁是谁非的裁决,这种看法系以讹传讹。这里讨论了量子行为的起源和探索他们争论之症结,指出症结在于对量子行为的起源缺少意识。我们看到,两位巨人都对微观粒子的行为有着特别深刻的洞察,各自观点中都包含着深奥真理成分。认识他们争论之症结和他们坚持的真理,不仅具有深刻的科学意义,事实上,对把握当前量子应用技术开发的方向也非常重要。文章强调,创新寄托于子虚乌有的“量子非定域性”和“波函数坍缩”是危险的,势必实事一项无成。特别指出,一切量子隐形传态的实验演示和用半反半透镜等的光子纠缠实验演示,均系违背量子力学本身涵义的肆意编造。

1. 前言
伟大人物的思想、观点、意见及他们之间的争论,都备受专家和公众关注。在物理学方面,上个世纪最著名的要算阿尔伯特·爱因斯坦与尼尔斯·玻尔的争论了。前者于1955年离世,后者于1962年故去,论战近30年。玻尔在1927年的科摩会议上提出时空描述和因果描述互补地诠释量子力学,不久,互补观点被认为是量子力学哥本哈根诠释的核心,很多人认为它是理解该理论所必需。关系到对量子力学的理解,爱因斯坦反对波函数坍缩观点,在1927年的索尔维会议上以电子的小孔衍射为例,说明这个观点与相对论矛盾。还有,他想证明一个光量子通过快门的时刻和它的能量是同时可以测准的,在1930年的索尔维会议上提出所谓光子箱的思想实验。到1935年,他与鲍里斯·波多尔斯基和纳山·罗森(EPR)企图证明量子力学的描述是不完备的,设计了在一对纠缠粒子上进行的思想实验,其中出现所谓EPR佯谬。对于EPR的论证,现在有很多人相信所谓贝尔型不等式检验实验已经做了爱因斯坦和玻尔谁是谁非的裁决,这种看法系以讹传讹,实际上贝尔不等式本身是一大谬误,后面要谈到。在EPR论证之后,爱因斯坦还对量子力学描述的完备性观点多方面提出批评。此外,这场争论还关系到对科学目的的认识。玻尔在1934年的《原子论和自然的描述》绪论中写道:“在我们的自然描述中,目的不在于揭露现象的实在本质,而仅仅是寻踪我们的多方面经验的关系。”而爱因斯坦在1936年的“物理学和实在”文中写道:“科学的目的一方面是尽最大可能理解感觉经验之间在其整体中的联系,另一方面是用最少基本概念和关系来达到这个目的。”在他们故去之后,至今这场争论还在继续。在上世纪90年代以前,争论主要限于热衷于探讨量子力学基础者、科学哲学和科学史研究者圈内,后来,由于量子信息科学的兴起而且逐渐变得热门,量子力学基础的探讨也跟着有点热闹起来,这是因为量子信息的理论不仅关系到量子力学的数学形式,而且与对它的物理涵义的认识密切相关。因此,探索两位巨人争论之症结,不仅对理解和发展量子力学本身有根本意义,而且对把握当前量子应用技术开发的方向也很重要。
这篇文章是这样安排的,下面七节的标题是:玻尔的观点和论断,爱因斯坦的观点和论断,双方争论之关键焦点,量子行为的起源,量子纠缠的定域性,双方争论之症结,争论各方持有的深奥真理成分。

2. 玻尔的观点和论断
为避免作者掺入个人偏见,介绍尽量罗列玻尔的原话。这里的某些引语可能不太好懂,在后面其它节中对它们有所解释。
在1925年海森伯和1926年薛定谔建立不同形式的量子力学之后,玻尔在1927年科摩会议的报告“量子假设和原子理论的新近发展”中提出了“互补性”观点,报告次年发表在《Nature》上。文中写道:“承认经典物理概念用于原子现象的根本局限性,是量子理论的特征。如此产生的情况有特殊的性质,因为我们的实验资料的解释根本上基于经典概念。尽管量子理论表述中有因此涉及的困难,我们即将看到,似乎理论的本质可以用所谓的量子假设表达,这个假设赋予任何原子过程以本质上的不连续性,或更确切地说,个体性,它完全越出经典理论,而由普朗克作用量子表征。…现在,量子假设意味着,原子现象的任何观察涉及与观察机构不可忽视的相互作用,因此,通常物理意义上的独立实在性既不能赋予现象,也不能赋予观察机构。…一方面,一个物理体系的态的定义,如通常理解,要求排除一切外部干扰。但是假使那样的话,按照量子假设,任何观测将不可能,而且时间和空间观念首先失去它们的直接意义。另一方面,如果为了使观测成为可能,我们容许这体系与不属于它的合适的测量机构的某些相互作用,则这体系的态的明确定义自然不再可能,而且不可能有通常意义上的因果性。就是量子理论这个性质,如此地迫使我们把联合描述经典理论的时空坐标和因果性要求看作是这描述的互补而排斥的特性,它们分别表征观测和定义的理想化。”文中以光现象对互补性作了解释:“一方面,试图按量子假设追溯光的时空传播规律,我们离不开统计考虑。另一方面,为满足作用量子刻画的个别光过程的因果性要求,不得不放弃时空描述。理所当然,时空观念和因果性观念不可能完全独立地应用。光性质的这两种观点宁可认为那是对实验证据解释的不同企图,其中经典观念的局限性以互补方式表达。”至于海森伯不确定关系式,玻尔把它“看作是时空描述和因果性要求互补性质的简单符号表示”。
玻尔把光的波粒二象性认作互补观点的实验证据。在1949年的文章“关于原子物理中的认识论问题与爱因斯坦讨论”中写道:“辐射的任何简单粒子图像显然与干涉效应不相容,干涉效应那样基本地呈现辐射现象的一个方面,它只能用波动图像描述。…在这种情况下,不可能去尝试对辐射现象做因果分析,而只能联合利用这截然不同的两种图像去估计个别辐射过程发生的几率。然而,最重要的是认识到,在这种情况下对几率规律的求助在目的上根本不同于统计考虑的熟悉应用,那种统计考虑是作为说明结构上非常复杂的力学体系的性质的实用方法。…从在不同实验条件下得到的证据,不可能综合在单一图像里,而必须在这个意义上看作互补,即仅仅现象的整体穷尽关于这些物体的可能信息。”这里的“穷尽”是指互补描述是对量子现象的完备描述。关于这个完备性,他在1958年的文章“量子物理和哲学–因果性和互补性”中写道:“强调在明确实验条件下的永恒记录作为量子论形式体系一致性诠释的基础,是与经典物理陈述中隐含的那个先决条件相对应,即事件的因果序列的每一步原则上都允许验证。[量子论]描述的完备性,也还是像经典物理所针对的那样,为有考虑一切实验安排的那种可能性所提供。”
1935年爱因斯坦等(EPR)向量子力学描述的完备性观点发起挑战,发表了标题为“量子力学对物理实在的描述能认为是完备的吗?”的文章。文中先提出理论的完备性判据“物理实在的每一个元素必须在这物理理论中有一个对应量”和实在性判据“如果对一个体系无任何方式的扰动,我们可以确定地预言(即几率为1)一个物理量的值,那么就存在一个物理实在元素对应于这个物理量。”接着论证了量子力学对实在的描述不完备。对于EPR的挑战,一个多月后玻尔在《Nature》上发表“量子力学与物理实在”短文做了回应,五个月以后在《Physical Review》上发表了一篇与EPR的同标题文章。关键之点是,EPR的实验中刻意避免“任何扰动”,玻尔要直接否定EPR思想实验中的“无扰动”简直不可能。他避开在EPR的挑战布局上对抗,而用他的互补性观点进行反驳。他考虑电子先经过隔屏上一个单缝衍射,接着又在后面放置的隔屏上的若干个狭缝上衍射,电子最后落到照相板上。玻尔认为电子与那组缝的作用,即动量交换,在观念上是不可能加以分析的,因为考虑动量交换的可能性与由所有狭缝的位置决定的达到照相板上一给定面元的几率这个事实不相容。他再改变这个实验装置,把前面的隔板悬挂起来,以便测量电子在缝上与这隔板的动量交换。测量是利用动量和能量守恒定律,由于海森伯不确定关系,为测准交换的动量,要求所有空间维的尺度和时间间隔都很大,这意味着完全去除干涉效应。他因此写道:“现在从我们的[互补性]观点看到,爱因斯坦,波多尔斯基和罗森提出的物理实在的上述判据的言词,在“对一个体系无任何方式的扰动”的表达方面,包含着一种含糊性。当然在像刚才考虑的情形中,在测量步骤的最紧要阶段不可能有研究的体系的力学扰动,但甚至在这阶段根本上存在对条件的影响问题,就是这些条件定义了关于体系未来行为预言的可能类型。因为这些条件成为任何现象描述的固有元素,对这元素才能合适地加上“物理实在的名称”,所以我们看到,上述作者的论证不能证明量子力学描述根本不完备的结论。…事实上,只是允许互补物理量明确定义的任何两种实验过程的互相排斥给新物理定律提供机会,乍一看,其共存似乎与科学的基本原理不相容。”
有意思的是,他在上述1935和1949年的文章中,对爱因斯坦等强调的“分离性”只字不提,即对“既然在测量时两个体系不再相互作用,那么,无论对第一个体系做什么事情,第二个体系都不会有实际变化”的说法不做正面回应。因为“分离”是时空描述的语言,如果放弃时空描述,“分离性”当然也就可以闭口不谈,如果谈分离,就势必落入EPR设计的圈套。值得注意的是,他在1939年的“原子物理中的因果性问题”文章中提到,爱因斯坦的“态”观念与量子力学中的态观念不同是EPR佯谬的来源。他写道:“事实上这个佯谬能在量子力学形式体系中找到圆满的解答,按照此体系,关于同这个物体曾接触过的分离的那个物体,没有“态”观念的任何明确使用被允许,直到涉及这个观念的定义的外部条件明确地被对这个从属物体的进一步适当控制所确定。”
玻尔认为不可分性(indivibility)是整体(wholeness)特性的显示,他所谓的整体性是指其中的部分间存在不可能在观念上加以分析的联系。为深入一点了解他的整体性思想,这里我们摘录了一些有关陈述。他在1952年发表的文章“医学研究和自然哲学”中写道:“那是不令人惊奇的,在不同实验安排下得到的证据,不可能以惯常方式联合。尤其是,明确的量子过程不可能被表示成事件的因果链,那是因为分出明确定义的步骤的任何细分,要求实验装置有一个与我们想要研究的现象的面貌不相容的改变。这里向我们呈现完全越出经典物理的原子过程中独具的整体特性,而且其表现形式与原子物体行为的定义中所包含的限度天然地联在一起。”在1954年的“科学和知识的统一性”文中写道:“这一[普朗克作用量子]发现揭露了完全越出机械自然观的原子过程中的整体特性,而且使经典物理理论是仅在现象描述中有效的理想化这个事实变得很明显,在那现象的分析中全部作用量都足够大以致可以将普朗克作用量子忽略。…在经典物理学和量子物理学中现象分析的基本的区别在于,前者中测量对象和测量仪器之间的相互作用可以忽略或补偿,后者中这种作用构成现象整体的必要部分。正规的量子现象的本质整体性在这种情况下得到合乎逻辑的表达,即企图对现象进行任何明确定义的细分,要求实验装置有一个与现象本身面貌不能相容的变化。”在1957年的“物理科学和生命问题”文中写道:“经典物理描述是以无限可分性要求为基础,这个要求也显然和典型量子现象中的整体特性不相容,该特性包含的意思是,任何可定义的细分都要求实验装置有一个产生新个体效应的改变。”
至此,我们再引用玻尔在去世前不久发表的文章“索尔维会议和量子物理学的发展”中的一些概括性论述:“既然在完全一样的装置中一般能观察到数个不同的个体效应,故在量子物理中对统计学的依赖原则上不可避免。而且,在不同条件下得到的且不能综合在单一图景中的证据,尽管明显大不相同,必须在这个意义上看作是互补的,即它们合起来穷尽关于原子物体的一切明确定义的信息。从这点看,量子理论形式体系全是用来推导给定实验条件下得到的观察期望值。在这一点上过去强调过,所有矛盾的消除为形式体系的数学一致性所保证,而且那描述在其范围内的穷尽性为对任何可想像的实验装置的适应性所表明。…爱因斯坦特别表示不愿意原则上放弃决定论的描述,他用一些暗示原子物体和测量仪器间相互作用更清晰考虑可能性的论据向我们挑战。…我们对此不指望可能性的回应未能说服爱因斯坦。”
互补观点是一种哲学观点,也称互补原理。它不是一种物理观点,所以“互补原理”不像叠加原理和不确定原理那样称得上是量子力学的一个原理。在玻尔自己的著作中从不称它为原理,而把它看作是一种新的普遍的认识论观点。玻尔除用互补性观点诠释量子力学,还推广应用到物理学的一些其它分支,甚至其它领域。约翰·惠勒称它是我们时代最革命的哲学观念,量子化学家查尔斯·柯尔荪称它打开理解我们生活宇宙的新篇章。

3. 爱因斯坦的观点和论断
这里的介绍也尽量罗列爱因斯坦的原话,有利于读者自己分析判断。爱因斯坦一生耿耿于怀量子力学描述的不完备性,关于这一点,在他的文章、报告、通信、谈话中常要论及,请参阅许良英和范岱年两位学者编译的《爱因斯坦文集》第一卷。除容易找到原文的资料外,这里有许多引语直接摘自这个文集。爱因斯坦在1953年纪念马克思·玻恩退休的文章开头写道:“目前形势的特点,我看是:对于[量子]理论的数学形式体系是无可怀疑的,但是对于它的陈述所作的物理解释却不能那样说了。psi函数究竟同一个具体的一次出现的状况有什么关系呢?也就是说,psi函数同单一体系的单个状况有什么关系呢?或者说:psi函数关于(单个的)“实在状态”究竟说了些什么呢?”文末强调:“物理学必须努力求得单个体系的实在描述,这一观念是绝对无法避免的。”他一生也常提那个EPR佯谬,在1953年12月给玻恩的信中说:“在空间一个部分中所进行的测量,居然会决定以后对空间另一部分所进行测量的预言的性质(空间中远离体系各部分的耦合)。”在1954年一月给玻恩的信的附件中又说:“我的断言是这样:psi函数不能认为是对体系的完备描述,而只是一种不完备的描述。换句话说:单个体系有一些属性,它们的实在性谁也不怀疑,但是用psi函数所作的描述并没有把它们包括在内。”
这个完备性问题与物理实在的观念有关。关于世界的实在性,爱因斯坦在1931年发表的纪念文章“麦克斯韦对物理实在观念发展的影响”开头就说:“相信有一个离开知觉主体而独立的外在世界,是一切自然科学的基础。”在1940年的文章“关于理论物理学基础的考查”中讲到:“有些物理学家,包括我自己在内,不能相信我们竟然必须永久放弃在空间和时间里直接表示物理实在的想法;或者説,不能相信我们必须接受这样的观点,说自然界中的事件类似于靠碰运气取胜的游戏。”在1949年回答批评的文章中写道:“以“感官印象”(及其回忆)为一方,以纯粹的概念为另一方,二者之间的区别是观念上的基本区别,它是科学思想和前科学思想的必要前提。…为了克服唯我论,我们需要做这种区别。…物理学中的“实在”必须被看作是一种纲领,然而我们并不被迫先验地抱住它不放。在“宏观”领域里,大概没有人会倾向于放弃这个纲领(…)。但是,“宏观”和“微观”是如此相互联系着,以致单独在“微观”领域中放弃这个纲领似乎讲不通。我也不能在量子领域的可观察事实范围内的什么地方看到有这样做的任何机会,但除我们真的先验地抱住这个论点不放之外,即量子力学的统计方案对自然的描述是终极的。”在1950年给维斯康特·塞繆尔的信中说:“断定“实在”独立于我的感觉而存在是理智构造的结果。我们恰好相信这种构造,要超过用我们的感觉所作的那些解释。由此使我们相信“那几棵树在能被我们知觉到它们以前很久就已经存在着。”他在1952年祝贺路易斯·德布罗意60岁生日的文章中谈到:“像物理体系的“实在状态”这样的事是存在的,它不依赖于观察或测量而客观地存在,并且原则上是可以用物理的表述方法来描述。当然究竟应当采用什么合适的表述方法和基本概念呢?(质点?场?还是首先要规定方法?)在我看来,现在还不知道。”
关于光量子,由于具有波动性,爱因斯坦认为它不同于质点,对它的本性曾提出一些探讨性意见。早在1909年,他在讲演“论我们关于辐射的本性和组成的观点的发展”中谈到:“我总是认为,目前最自然的观点是:光的电磁场的出现是同奇点相联系的,就像静电场的出现遵循电子理论一样。不能排斥,在这样的一个理论中,电磁场的能量,可以看作是定域于这个奇点,完全像过去的超距作用理论那样。我设想,也许每一个这样的奇点都被一个力场围绕着,这种力场在本质上具有平面波的特性,而其振幅随离奇点距离的增长而减小。”在1936年的文章“物理学和实在”中写道:“事实上,到目前为止,用不带奇点的场的理论来描述微粒,我们还未取得成功,而且我们不能先验地断言这种实体的行为。但有一件事是肯定的:如果有一种场论对微粒终于做出了不带奇点的表示,那末这些微粒在时间上的行为,就唯一地由场的微分方程来决定了。”在1938年与里奥波德·英费尔德合著的《物理学的进化》中写道:“最大部分的能量集中在实物之中;但是围绕微粒的场也代表能量,不过数量特别微小而已。因此我们可以説:实物便是能量密度特别大的地方,场便是能量密度小的地方。”关于对新量子论的期望,他认为,引力理论(非线性理论)方面的经验指示了方向,在1946年的文章“自述”中写道:“这样的线性规律遵守其解的叠加原理,因此不包含元构成物的相互作用的陈述。真正的规律不会是线性的,也不能从这样的线性规律获得。”至晚年,爱因斯坦对光量子的本性还是不清楚,他在1951年给米歇尔·贝索的信中説:“整整五十年的苦思冥想, 没有使我更接近于解答‘光量子是什么’这个问题。”
量子力学描述的完备性问题,还与对统计性规律和因果性的认识有关。他在1926年给玻恩的信中説:“量子力学的确是冠冕堂皇的。但是内心声音告诉我,它还不是真实的东西。这个理论讲得很多,但是实在没有使我们更接近‘老天爷’的秘密。无论如何我确信他不在玩骰子。”在1928年的一次讲演“物理学的基本概念及最近的变化”中,谈了对统计性理论的理解,例如对分子气体,“直到最近还没有谁怀疑过,气体分子相互之间以及气体分子同容器壁之间碰撞的准确的定律,是这种规律性的基础。…统计性定律只是把严格的因果性定律和被考查体系原来的实在状态的不完备知识或不准确估计组合起来的结果。”并且表示:“我的科学本能反对放弃严格的因果性。”他在1932年同詹姆斯·墨菲的谈话中说:“他[普朗克]承认在目前情况下,因果原理不可能应用到原子物理学的内部过程上去;但他断然反对这样的命题:我们由这种不适用性(Unbrauchbarkeit)所得到的结论是,外界真的不存在因果过程。在这里,普朗克实际上并没有提出任何确定的观点。他只不过反对某些量子物理学家的强词夺理主张;在这里我是完全同意他的。”
在1930年的索尔维会议上爱因斯坦提出所谓光子箱的思想实验,企图证明一个光量子通过快门的时刻和它的能量(或重量)是同时可以测准的。玻尔认为爱因斯坦企图用这种思想实验置海森伯不确定关系于死地,挖空心思予以反驳,以至动用广义相对论,以其人之道还治其人之身。保罗·埃伦费斯特在访问爱因斯坦后,1931年7月写信给玻尔,告知爱因斯坦的这个思想实验不是为了否定不确定关系的有效性。信中説:“他[爱因斯坦]对我説,他已经很久绝对不再怀疑不确定关系了,因此,例如,决不会发明那个“可称重的闪光箱”(简称L-F-Box)“反对不确定关系”,而是为了完全不同的目的。”但他未讲目的到底是什么。
爱因斯坦曾以多种方式论证量子力学的描述不完备,最著名的是所谓EPR论证。EPR论文中提出一个思想实验,考虑一个安排使得在其中能够用观测和理论推断一个体系同时具有精确的动量和位置,即设计企图证明物理体系具有量子力学不能决定的同时性质,借此证明这个理论是不完备的。他们提出一个完备理论的必要条件:“物理实在的每一个元素必须在这物理理论中有一个对应量。”关于如何判断一个物理量的实在性,他们提出一个充足条件:“如果对一个体系无任何方式的扰动,我们可以确定地预言(即几率为1)一个物理量的值,那么就存在一个物理实在元素对应于这个物理量。”他们考虑一个力学体系由两个体系1和2组成,在分离前曾有过暂短的相互作用,这合成体系的波函数为psi(x1,x2)。按量子力学,在体系1上的测量必然对体系2有影响(所谓EPR关联),例测量1的粒子的位置会对粒子2的动量有影响。他们设想,如果两个同样的粒子开始从一个地方以同样的速度向反方向运动,则在某时刻测量粒子1的位置,就能预言粒子2的确定位置,如果测量粒子1的动量,就能预言粒子2的确定的动量,这表示对粒子2未作任何扰动就得知它的确定位置和确定动量,满足实在性条件。既然它们都是独立实在的,粒子2的动量决不会受粒子1的位置测量的影响。因此被迫得出结论:“波函数对实体提供的量子力学描述是不完备的。”EPR思想实验给量子力学添上一个佯谬,他们在文中说:“作为在第一个体系上进行的两种不同测量的推论,第二个体系可以处在两个不同波函数的状态中。另一方面,既然在测量时两个体系不再相互作用,那么,无论对第一个体系做什么事情,第二个体系都不会有实际变化。这当然只不过是两个体系之间不存在相互作用这个意义的一种说法而已。”爱因斯坦在1946年文章“自述”中表示“坚定不移地认为”:“体系S2的实在状况与我们对那个在空间上同它分离的体系S1所采取的行动无关。”
EPR文章由波多尔斯基执笔,据悉在稿件投出之前爱因斯坦没有看过,事后他表示对写法有所不满。他在1936年的“物理学和实在”文章中表达了自己对物理实在的认识,其中不提那个实在性判据和实在元素。关于实在性,他写道:“与心理学截然不同,物理学只直接论及感觉经验和对它们之间的联系的“理解”。但是,甚至连日常思维中的“实在的外在世界”这一概念也完全是以感觉印象为根据的。…我相信,在建立“实在的外在世界”时,第一步是形成有形物体的概念和各种不同的有形物体的概念。在我们的许多感觉经验当中,我们在内心任意地取出某些反复出现的感觉印象的复合(部分连同被看作别人感觉经验记号的感觉印象),并且赋予它们一个意义–有形物体的意义。…第二步见之于这样的事实,在我们的思维(它决定我们的期望)中,我们赋予有形物体这个概念以重要意义,它高度独立于那个原来产生这个概念的感觉印象。这就是我们在把“实体的存在”赋予有形物体时所指的意思。”关于完备性问题,他写道:“也许以前从来没有一种理论发展成像量子理论那样,能对如此庞杂的一群经验现象提供解释和计算的钥匙。尽管如此,我却相信这理论在我们寻求物理学的统一基础时,容易诱骗我们陷入错误,因为在我的信念中,它是对实在事物的不完备表示,虽然它是仅有的一种能够用力和物质质点这些基本概念建造起来的理论(对经典力学的量子修正)。这种表示的不完备性必然导致定律的统计性(不完备性)。”他做了如下说明。考虑薛定谔方程的一系列周期解(能量本征解),设体系最初处在最低能量的态,在有限时间里受一个小的干扰力,由薛定谔方程我们得到的下一时刻的函数psi是那些周期解的叠加,系数是(复数)常数。如果周期解是“归一化”了的,那么最低能量态的系数的绝对值是接近于1,其余态的系数的绝对值同1相比是很小的。现在问,psi是不是描述体系的一个实在状态?如果是肯定的,那么我们除了给这个状态以一个确定的能量E,简直不能有别的做法。具体地说,E这个能量要比最低能量稍微大一些。但这样的假定同弗朗克和赫兹所做过的电子碰撞实验矛盾,要是我们考虑到密里根关于电的分立本性的证明的话。事实上,这些实验导致这样的结论:在那些量子数值之间的能量数值是不存在的。由此得知,我们的函数psi无论如何不是描述体系的一个均匀状态,而只不过是表示一种统计的描述,那里的系数表示单个能量数值的几率。经这番论证,他说:“psi函数无论如何不能描述会是单个体系状态的一个状态;不如说它与多个体系相关,从统计力学上的意义说,就是与一个“系综”相关。如果说,除去某些特殊情形,psi只提供可测量的量的统计数据,其理由不仅在于测量操作带进了一些只能在统计上掌握的未知因素,而且也因为psi函数在任何意义上都不描述单个体系的状态。不管单个体系有没有受到外界的作用,薛定谔方程都决定着系综所经历的时间变化。”爱因斯坦的这个观点被称为量子力学的系综诠释。
他在1948年的文章“量子力学和实在”中表示倾向于相信这个观点:“这个(自由)粒子实际上具有确定的位置和确定的动量,即使它们二者不能在同一个体情形中由测量来确定。按照这一观点,psi函数体现实在事态的不完备描述。”并认为:“有朝一日终究要被一种更加完备更加直接的描述所代替。”他在1948年给玻恩的信中谈到:“如果一个物理体系铺开在空间A和B两个部分,那么在B中出现的东西应当以某种方式存在,而无关于在A中出现的东西。在B中实际出现的东西因此不会依赖于空间A部分中进行的测量的类型;它也应当无关于空间A中究竟是否进行了测量。如果我们坚持这个纲领,那么就简直不能把量子理论的描述看作是物理实在的东西的完备表示。然而,如果我们企图把它看作是那东西的完备表示,那么就不得不假定,由于在A中的测量,B中物理上实在的东西要经受一次突然的变化。我的物理学本能对那种意见非常恼火。可是,如果我们抛弃这样的假定,即在空间不同部分出现的东西真正独立存在,那么,我完全不明白要物理学描述的是什么东西。”
他在1949年回答批评的文章中写道:“两位作者[泡利和玻恩]不赞成我拒绝现时统计性量子理论的基本观念,因为我不相信这个基本观念会给整个物理学提供有用的基础。…他们[玻恩、泡利、海特勒、玻尔和马格瑙]坚定地相信,一切粒子的二象性(粒子性和波动性)之谜已在统计性的量子理论中根本上找到了最终的解答。凭借这理论的成功,他们认为它证明了,一个体系的理论上完备的描述根本上只涉及关于这体系的可测量的量的统计断言。…事实上,我坚定地相信,现时量子理论本质上的统计特征完全是由于这种[理论]是以物理体系的不完备描述运作。”在文中,他以放射性原子为例作了说明:“就初等量子力学意义上说,[放射过程]要由三维的psi函数来描述,在t=0时,它只在势垒内异于0,但它随时间扩展到势垒外的空间。这个psi函数能提供粒子在某一选定时刻实际处在空间某一选定位置的几率(即通过位置测量实际发现它在那里的几率)。然而,psi函数不包含关于这个放射性原子的衰变时刻的任何断言。现在我们提出这样一个问题:这种理论的描述能认为是关于单个原子衰变的完备描述吗?最近乎合理的回答是:不。原来首先我们倾向于假定单个原子是在确定时刻衰变的;可是,这样一个确定的时间值并不包含在用psi函数的描述之中。如果单个原子因此有一个确定的衰变时刻,那么对单个原子用psi函数的描述就必须解释为一种不完备的描述。在这个情形中,psi函数应当认为不是关于单独一个体系的,而是关于多体系的理想系综的描述。在这个情形中,我们不得不相信单个体系的完备描述终究应当是可能的;但是,在统计性量子理论的观念世界里,无这样的完备描述存在余地。”关于互补原理,爱因斯坦在这文章中写道:“尽管我在它上面花费了很大精力,我还是未能得到玻尔互补原理的清晰表述。”
爱因斯坦的好友卡尔·波普尔在《无尽的探索–卡尔·波普尔自传》(邱仁宗译)中写道:“有一个广泛流传的神话说,玻尔在他同爱因斯坦的争论中获得了胜利;大多数有创见的物理学家都支持玻尔,并且同意这个神话。但是两位最伟大的物理学家德布罗意和薛定谔却很不满意玻尔的观点(后来被人们称为“量子力学的哥本哈根诠释”),他们按照一条独立的思路工作。第二次世界大战后,又出现了若干重要的对哥本哈根学派持不同意见者,特别是玻姆、邦格、朗代、马格瑙和维日耶。”

4. 双方争论之关键焦点
以上分别介绍了两位巨人的主要观点和论断,从中可以看到他们争论有多个焦点,至于哪个是关键焦点,不同学者可能有不同意见。因为争论是由物理问题引起,所以我们要从物理上去看他们争论的关键焦点,而且看哪一点是决定性的。玻尔从1927年起,一直强调原子现象的任何观察涉及与观察机构不可忽视的相互作用,或者説,不可能把原子的行为和与供定义现象出现条件的测量仪器的相互作用明显分开,即测量仪器与测量对象有着根本的不可分性,因此,他认为现象和观察机构都无独立的实在性,而且必须放弃时空和因果联合的描述方式,而代之以二者的互补描述,并认为互补描述是对量子现象的完备描述。可见,玻尔的观点的基础是那种不可分性。另一方面,爱因斯坦不承认测量仪器与测量对象的不可分性,认为描述物理实在的时空和因果观念不能放弃,它们在宏观物理学和微观物理中都应当适用,而且认为量子力学对物理实在的描述是不完备的。他断言,如果两个体系已停止相互作用且远远分离,那么,无论对第一个体系做什么事情,第二个体系都不会有实际变化,这个思想被称为分离性原则。而玻尔认为,对一对粒子中的一个粒子做某个物理量测量后能预言另一个粒子的物理量,而换一个物理量测量时要改变实验条件,这时对另一个粒子的预言和实在情况已经改变,所以不可避免存在实验条件改变所引起的影响。也就是说,爱因斯坦认为量子力学的数学形式体系意味着对已分离的一对纠缠粒子A和B,触动A会对B有影响,但认为这不可能是真实的事实,因为那是违反实体的分离性原则的。玻尔认定该形式体系含有这种影响,认为这是真实的事实,这种影响是量子现象不可分的整体性的表现。由此我们看到,玻尔的量子现象不可分性观点与爱因斯坦的量子实体可分离性观点是争论的关键焦点。这个焦点明显表示在爱因斯坦1949年的回答批评的文章中,爱因斯坦声称把玻尔的意思换成自己的话说:“如果两个局部体系A和B形成一个总体系,这个总体系是由它的psi-函数psi/(AB)来描述,那就没有理由应当把任何互相独立的存在(实体的状态)赋予分开考虑的局部体系A和B,即使这两个局部体系在考虑的特定时间在空间上彼此分离,也无理由。因此,在后一种情况下,B的实在状况不会受对A进行任何测量的(直接)影响的这种断言,在量子理论的框架里是没有根据的,而且(如这个悖论所示)是不能接受的。”
曾有无数物理学家和哲学家研究过和讨论过这两位巨人的争论,重重迷雾尚未拨开。要从根本上调解他们的争论十分困难,特别是要调和量子现象不可分性与量子实体可分离性相冲突的观点。这种冲突与量子力学的诠释有关,然而,现时流行的种种诠释,无一有助于缓和他们的对立。下面我们来讨论量子行为的起源和探索他们争论的症结,看是否能终结他们及其两派的论战。

5. 量子行为的起源
为探求量子行为的起源和诠释量子力学,我们免不了要去猜想量子力学数学形式体系背后潜在的量子实体和潜在的变量。曾经有各种各样关于量子力学潜变量不可能存在的证明,指出不发散态不可能存在。无疑量子力学波函数不可能线性叠加出绝对不会发散的态,但是事实上一个电子或一个原子是稳定的,所以潜变量不可能存在的结论很可能其根据偏面或证明绕同义反复的圈子。量子力学是线性理论,可是要做出一个满足线性方程的像粒子的不发散波包似乎束手无策,无路可循,几乎令人绝望,因而有人把眼光转向非线性理论,特别是德布罗意本人和他的巴黎学派。爱因斯坦也有这个倾向,在他看来,真正的规律不会是线性的,也不能从这样的线性规律获得。自然,我们最容易想到的潜变量是粒子的位置、动量和角动量,而且认为理论中出现的物理量是这类潜变量统计平均的结果。事实上,这类潜变量理论包括戴维·玻姆理论都未能解决量子力学诠释问题和量子测量问题,这或许暗示把这些量当作潜变量不是解决问题的出路。
关于潜变量的类型,我们可能忽视了一个大的方面,从波动方面看,波作为变量也可以是潜的,这个想法发表在1988年的文章“超短光脉冲和光子概念”中(见 Proceedings of SPIE,V.1032,428-431)。我们不妨假设,满足爱因斯坦-德布罗意关系式(能量-频率关系,动量-波长关系)的波在量子理论中是“显的”,不满足的是“潜的”,这个假设使做出满足线性方程的不发散波包成为可能。事实上,数学上极其简单,物理上直观明了,在相对论框架内,由无限多个原始简谐波可以等权叠加出极窄的、满足线性方程的、不发散的波包–初级波包(简称初包),这种初包可以描述自由的微观粒子,其中与粒子的动量和能量关联的特征分量就是我们熟知的波函数。因为动量和能量依赖于惯性参考系,所以在无数分量中哪个是特征分量依赖于参考系的选择。在量子理论中唯独这种特征分量是“显的”,其余分量都是“潜的”,但是这理论中“显的”波又是不可观测的,在观测中可能显露的无非是初包–量子实体。考虑到电子和光子有自旋,已知狄拉克电子有四个关联的特征分量(波函数),光子有六个关联的特征分量(电磁波)。光脉冲或德布罗意波包是那些特征分量叠加成的次级波包,原则上要发散是其特征。微观粒子的初包模型意味着实在性、决定性、因果性、定域性和完备性,这是量子力学诠释的五大症结,为长期纷争的焦点。显然,这里的潜波是量子实体的组分,而不是参与平均的随机潜变量。戴维·玻姆认为:“也许我们现在的量子力学平均是还未直接探测到的潜变量的表现形式。”约翰·贝尔认为:“psi描述的量子力学态由对lambda[代表潜变量的参数]的均匀平均得到。”看来他们两人都在一味依赖潜变量统计平均诠释量子力学这点上犯了原则性、方向性错误,以致出现贝尔不等式理论的谬误。
量子力学的潜波诠释看来在逻辑上无懈可击,然而逻辑只管对错不管真伪,是真是伪则至少要看它的物理推论或对量子现象的解释是否合理。推论或解释有:
(1)在照相板上、威尔孙云室中和光电探测器上显示的都是初包峰的被放大的痕迹。
(2)一个光子的能量就是光子初包的能量,初包的特征分量的频率乘普朗克常数代表它的能量,这就直接了当解释了光电效应,即光电效应是能量取决于频率的光子初包与电子初包交换能量的结果。
(3)光波的多普勒效应解释为在不同速度的参考系中以特征分量名义出现的傅里叶分量在更换,而不是某个特征分量本身在随着参考系的改变而变化。
(4)微观粒子在半反半透镜上发生的情况为:初包含峰片的反射和不含峰片的透射,或者,含峰片的透射和不含峰片的反射。这就排除了违背因果律的波函数坍缩和前因后果颠倒的惠勒延迟选择效应。
(5)微观粒子经过快门时,初包的峰外相当大部分被切除,使其能量发生相当程度的随机变化。
(6)量子衍射起源于初包峰外部分被切割对峰运动轨道的影响,量子干涉起源于初包的不含峰片对含峰片的作用,这就避免了波动性与粒子性在认识上的对立。
(7)光子的互干涉,是一个光子初包的含峰片与另一个光子的非含峰片在重叠时,由耦合(共振)作用引起了的干涉。
(8)量子在势阱中零点能起源于初包峰外部分的存在及其自干涉。
(9)在原子中,电子初包的峰外部分引起的自干涉决定初包峰的量子化轨道运动。
(10)量子隧穿起源于初包的峰外部分对峰的自作用使得粒子有一定几率跳过势垒,这时粒子动能涨落的均方根与经过透入深度的时间涨落的均方根满足能量~-时间不确定关系式。这个解释避免了隧穿粒子的虚动量和负动能悖论。
(11)量子纠缠起源于初包的含峰片与其它初包的不含峰片由某种物理作用引起的不可分割的融合,远离的纠缠粒子间不存在神秘的隔空影响(所谓非定域性)。要区分融合前后的粒子编号,对融合后粒子间的作用力,在量子力学中用融合前的粒子编号来计算的,故出现所谓的交换力。
(12)波函数的叠加原理意味着,初包的峰含于叠加的成分之一中,其余成分全是(准)空的,因此粒子的个体性与波的叠加性无逻辑上的矛盾。
(13)海森伯不确定关系意味着初包的峰外部分和不峰片所起的作用有一定程度的不确定性,因这些部分是受外部条件制约,而外部的作用有一定的复杂性和随机性,例如,用一个夹子夹住一个粒子时几乎把初包的峰外部分全切掉,使动量和能量发生随机变化。
(14)玻恩几率是量子实体的显露几率,原来初包的峰会被不含峰片不同程度的干涉性隐藏或凸显。
(15)环境和测量不仅对初包峰发生有形的作用,也对峰外部分和不含峰片发生无形的作用,它们只会影响量子的相干性形式,不会影响量子的相干本性,即环境和测量无消相干作用。
(16)初包是物质存在的基本形式,场是它的特征性属性。如果说,场是物质存在的基本形式,粒子是场的量子,这就颠倒了对象与属性的关系。
(17)关于粒子的自旋,按麦克斯韦方程,光子波包一般有互相关联的6个特征分量,决定它的自旋量子数为 1,而电子波包,按狄拉克方程,一般有互相关联的4个特征分量,决定它的自旋 量子数为1/2。
(18)量子统计学中普朗克元胞h的三次方意味着,每个量子不仅其初包的峰(粒子性)参与统计,峰外部分(波动性)也参与统计。
(19)初包的不含峰片和峰外部分不能单独观察到,它们的效应必然表现在统计性的观察结果中,这说明为什么黑体辐射的普朗克统计解释是通向发现作用量子的顺畅捷径,也说明紧接薛定谔方程的发现会出现波恩的操作性统计解释。
(20)由量子的初包模型看,牛顿力学和量子力学对物理实体的描述都是不完备的,各有自身的适用范围,适用于介观物体运动的完整力学有待发展。
显然,这里量子力学潜波诠释的推论或对量子现象的解释,名正言顺,一通百通,量子佯谬和悖论荡然无存。这些推论表示波粒二象性可以完全综合起来,实现爱因斯坦的遗愿。也可以说,这个综合根本上消除了牛顿的微粒说与惠更斯的波动说的对立。
还有,可以推论,宏观物体的经典特性来源于外层物质对内部物质的物质波的几乎完全屏蔽。介观物体(纳米物体)的特性来源于外层物质对内部物质的物质波的部分屏蔽,屏蔽的程度决定物体量子性到经典性的过渡,不是所谓的外部环境的消相干作用决定量子性到经典性的过渡。大物体或大颗粒物体的整体运动完全遵守经典力学,也不是因为这时普朗克常数h“趋于零”,常数照样那么大,而是因它对整体运动的作用已经完全被屏蔽掉。
而且,从相对论和初包模型已经很清楚,对于一个速度为v的实物粒子(初包),莱布尼兹“活力”(pv=mc^2-内能=真动能,这里“^2”表示二次方)决定的特征分量的相速度严格地等于粒子的速度,慢速运动粒子的机械动能(近似pv/2=pv减去近一半变成的内能)决定的(名义)相速度近似等于粒子速度的一半,而相对论能量mc^2决定的三维(赝)相速度(c^2/v)是超光速的。后者不是波阵面沿波矢方向的传播的速度,而是它们与三维空间坐标轴的交点的移动速度,正像手电筒在地面上的光斑能超光速恍动。至于为什么我们发现有这样的情景,我们人是实物,光不像实物,运用哲学思辨,设想“我”是一个“光怪”,“我”会“看到”些什么,也就是说,如同用日心说代替地心说一样,我站在光的立场能说些什么,那时,你这个实物人在“我”看来只会在“我”所在的空间中以光速运动,正如王国维的《人间词话》中所言:“有我之境,以我观物,故物皆著我之色彩。”。这也意味着好像光与实物具有表象对称性,即他所谓:“无我之境,以物观物,故不知何者为我,何者为物”。因此,相对论和初包模型提供对光和实物的统一认识,也把相对论和量子论二者融合起来。现在国内外流行一种说法:所谓“量子纠缠",是指不论被纠缠的两个粒子相距多远,操纵一个粒子都会即时影响另一个粒子。这与相对论矛盾。前面的推论(11)表示这种说法混淆虚实、颠倒远近,大错特错,相对论与量子论的融合不成问题。
看来,谁如果对莫名其妙的波函数psi和算符有受煎熬的感觉,也许最好是承认初包的峰、峰外部分、含峰片、不含峰片和其特征分量在量子世界里扮演戏剧角色–表演:半反半透呀、衍射呀、干涉呀、隧穿呀、纠缠呀、散射呀、共振呀、跃迁呀等等。至于初包的峰外部分和不含峰片是些什么玩意儿,既然它们的合成振幅已经近乎零,还能指望有什么作为?不过我们清楚记得,峰外部分与峰有共同的特征分量(相同的psi),包含的成分数目无异,只是前者各成分的位相不齐,它们好比一群步伐不齐的散兵,一旦归队,活力仍不可小觑。虽然我们没有先验理由断定初包的峰外部分和不含峰片具有活性,但是在无数量子现象面前恐怕不得不承认其作为,没有这种活性就没有量子世界。
在上面推论(4)中的半反半透镜的作用,可以这样来设想,比如用对入射光几乎全反射的金属做一个窗格,大量微小格孔都是正方形的,设孔的尺寸比光的波长大得多,并使窗格总的反射率为百分之五十。这时一个光子初包的峰如果碰到格架,它就被反射,与此同时,初包的峰外部分被分割出一半跟着反射,另一半(不含峰片)透射。如果不碰到格架,初包的峰就透射,峰外部分被分割出一半跟着透射,另一半(不含峰片)反射。由此可见,波函数坍缩是一种多余假设。实际常用的半反半透镜是利用金属膜或介质膜制成,称光分束器。光分束器是线性光学器件,不管结合任何光电探测装置–妄想使波函数坍缩,都不能起纠缠光子的作用。
经典的点粒子观念对量子力学的理解极为有害,它反映对初包峰外部分和不含峰片的忽视,使得合理解释量子的衍射、干涉、隧穿和纠缠等现象成为不可能,直接导致量子力学的诠释问题。经典的波观念对量子力学的理解也极为有害,它不区分非空波和准空波,即反映对初包的含峰片和不含峰片不同性质的忽视,使得无法避免矛盾去解释上述那些现象,直接导致量子力学的测量问题,包括引入波函数坍缩假设的谬误。经典的点粒子观念和经典的波观念会引起种种量子佯谬或悖论,例如,玻姆要求爱因斯坦澄清其观点中所蕴涵的如下悖论:如果对粒子进行测量以前,粒子是在容器内往复运动着的,它“怎么能够以有限速度通过psi=0的那些点,而在这些点处找到粒子的几率依然为零呢?”这类“节点佯谬”在原子的电子态中最为常见。这种佯谬其实不难解决,玻恩几率是操作性几率,例在光驻波节点处,该光子由于自干涉使得与其它物质(例1890年Wiener实验用的几乎透明的感光乳胶)无作用,所以该光子在驻波节点处只是不显现而已,原来操作性的量子几率|psi(x)|^2(玻恩几率)一般不等值于量子的实在几率(初包峰的实在几率)。因此我们可以説,量子既不像经典的波,也不像经典的粒子,而是像一个不会发散的波包–初包。
对于波粒二象性的认识,要知道粒子的位置和动量同时具有精确值的观点与海森伯不确定关系并不矛盾。例如,在极弱光的极小孔衍射实验中,在感光板上出现的一个斑点代表一个光子的反应,作为放大像的斑点的大小与感光乳剂的银盐颗粒大小有关,斑点中心原则上有精确的位置,而且从该位置值可以算出那个光子衍射偏离的精确角度,从而知道那个光子的精确动量矢量,所以我们可以说,粒子同时具有精确的位置(初包峰的位置)和动量。而海森伯不确定关系是说,孔愈小,即光子在孔内的位置不确定度愈小,则动量矢量的不确定度愈大,对应于光子偏离角的不确定度愈大,因此这个不确定关系与粒子本身同时具有精确位置和精确动量的观点并不矛盾。类似的情况发生在1930年爱因斯坦提出的光子箱思想实验中。那里快门(时间缝隙)相当于衍射实验中的狭缝,如果用弹簧称测量光子箱的重量,弹簧称所连的指针读数相当于感光板上斑点的位置。比如说,时间缝隙非常小,光子的能量不确定度变得非常大,则在某一个光子通过快门之前和之后,弹簧称前后两个读数之差值可能会相当大,该值表示逸出光子的重量(等价的能量),这里的读数误差相当于感光板上斑点的弥散程度。多次测量结果的分布应当遵守能量-时间不确定关系式。当年玻尔用广义相对论的反驳是离谱的,第一,这里的时间不确定度就是快门的开启时间,而不是由重力势变化引起的时间变化,第二,在反驳的推理中,对宏观的箱子用位置和动量的海森伯不确定关系式是没有道理的,这涉及对量子力学到经典力学的过渡的认识,过渡问题将在后面讨论。
现在事情变得很清楚,量子力学数学形式体系中出现的x和p并非粒子的坐标{x}和动量{p},它们仅仅是粒子的位置算符和动量算符的本征值。位置算符的本征态是次级波包,它的峰位于x,而{x}是初包的峰的位置;p是平面波表示式中出现的动量参数(本征值),而{p}是初包的动量。粒子同时具有坐标{x}和动量{p},但显然不能同时处在位置算符和动量算符的本征态,因而不能同时有本征值x和p。例如在x处用一个夹子夹住一个粒子(初包),这一操作好像使它进入一个无限窄的势阱,这时它的本征态是一个次级波包,本征值是x,而p变得不确定({p}的值是随机的)。显然这个x与{x}相等,所以可用这种方式测得粒子的精确位置。另一方面,要测量{p},只要不破坏长长的平面波列,测得的精确的p等于{p},但x是不确定的({x}是随机的)。所以在多大程度上能测准{x}和{p},视具体的测量方式而定。能量和时间一对量的情况类似。混淆位置算符本征态(次级波包)与量子实体(初包)是最易犯的错误,例如,波函数坍缩假设和冯·诺伊曼用态矢投影描述测量过程都出自这种混淆。
现在我们有可能来分析玻姆的量子力学潜变量诠释。在双缝干涉实验中,玻姆认为粒子是穿过一个狭缝的,干涉条纹的产生归于经过另一个狭缝的波所决定的量子势的作用,这个解释直观且合乎逻辑。常听说一个粒子是同时通过双缝的,或者説一个粒子是既在这里,又在那里,这些说法都是违背形式逻辑的排中律(A或非A)。从潜波诠释来看,真相是,初包的含峰片穿过一个狭缝,它的一个不含峰片穿过另一个狭缝,干涉条纹的产生归于这两片间的干涉。这里的不含峰片就是量子势的载体,因此在这一点上潜波诠释与玻姆的诠释一致,这很自然,因为这两种诠释本来就都与量子力学的数学形式体系一致。然而,初包的峰的轨道是“粒子的轨道”,如前所述,它的显现的程度是有条件的,而玻姆的所谓“粒子轨道”是玻恩几率分布中的几何轨迹,所以从观念上严格来说,它不能称谓轨道,因而波姆的诠释不是真正的潜变量诠释,称为量子势诠释比较恰当。还有一点很重要,对于二粒子和多粒子纠缠体系,不含峰片的影响是定域的,这说明量子势的影响是定域的,玻姆不明量子纠缠的真相,错误地判断量子势的作用是非定域的。
现在我们有可能来分析从量子力学到经典力学的过渡情况。关于量子理论的经典极限,玻尔认为极限是:涉及的作用量比普朗克作用量子h大得多,即h可以忽略不计。而最流行的观点是:经典极限是普朗克常数h趋于零。从逻辑上看,一个量怎么可能既是常量又是变量呢。按潜波诠释思路,可以证明,对于介观凝聚态物体,海森伯不确定关系式中的h应以ah代替,a(0至1)是该物体的外层物质对内层物质的波的屏蔽参数,因此经典极限是ah中的a趋于零,不是h趋于零。可见,玻尔在反驳爱因斯坦的光子箱思想实验时,对宏观的箱子(a=0)用了对微观物体(a=1)的位置和动量不确定关系式是错误的。同样,在WKB近似方法中,h应以ah代替,按h的幂级数展开应代以按a的幂级数展开,这不仅使推演合理化,而且使此法适用于整个介观领域(0
从对量子行为起源的以上认识看,玻尔误解了波函数psi的含意。玻尔强调“量子假设意味着,原子现象的任何观察涉及与观察机构不可忽视的相互作用”,关于这种作用,我们把他的各种说法拼在一起,他的意思是,存在着一种普朗克常数蕴含的、不可避免的、不可忽视的、不可控制的、无中介的、不可能清晰陈述的作用。他从而推断,测量仪器和现象不再能明确加以划分,因而仪器和测量对象也就失去独立实在意义。所以他不把波函数psi与个别量子体系联系起来,认为psi不是描述个别量子体系的状态,而把它与实验安排的整体联系起来,认为psi是测量机构和被测量体系联合定义的状态。现在从潜波诠释,我们看到,作用的中介不是没有的,也不是不可能清晰陈述的,中介就是初包的峰外部分和不含峰片,因此不能认为测量仪器和测量对象之间存在着不能在观念上加以分析的作用。

6. 量子纠缠的定域性
一个共同的问题是:纠缠粒子间究竟存在什么性质的关联?前面已经做了回答。现在我们来仔细一点讨论量子纠缠的不可分割性和分离性问题。在BBO(beta-偏硼酸钡)晶体上通过自发参量下转换产生纠缠光子对是目前最常用的方法,它把一个紫外光子变成一对红外纠缠光子,被编号为“光子1”和“光子2”。这种编号出现在量子纠缠的数学公式中,所以我们称它们为“形式编号”。例如,制备一个纠缠态,波函数是F(x1,x2)=H(x1)V(x2)+H(x2)V(x1),H和V表示水平极化和垂直极化,这里省略了归一化系数。这二粒子纠缠态中含有四个波函数(初包的特征分量),由简单逻辑分析断定,其中必有两个是准空的。按潜波诠释,如果改用小写字母表示准空的波函数,函数F(x1,x2)分出两种情形:F1(x1,x2)=H(x1)V(x2)+h(x2)v(x1)和F2(x1,x2)=h(x1)v(x2)+H(x2)V(x1)。从波函数对粒子编号的交换对称性可见,纠缠意味着非空的H(x1)与准空的h(x2)(或H(x2)与h(x1))不可分割地相伴着,它们融合成新的体系,我们可给予新的编号S1。同样,V(x2)与v(x1)(或V(x1)与v(x2))不可分割地相伴着,融合成新的体系,给予编号S2。不同于“形式编号”,新的编号是“分离编号”,“分离编号”的两个体系在遥远相隔(类空间隔)时,不再有任何相互影响,而“形式编号”的体系因相互交融而不再能简单赋予分离意义。“形式编号”与“分离编号”容易不知不觉混淆,比如,说BBO产生一对“波数k1和k2的光子”,在这个表达里所谓的k1光子和k2光子的编号已经是“分离编号”,然而量子力学形式体系不允许这样的编号,它只允许那种“形式编号”。真相是,k1光子是“光子1”的含峰片和“光子2”的不含峰片的融合体,k2光子是“光子2”的含峰片和“光子1”的不含峰片的融合体。在量子力学形式体系中,诸如“光子1”和“光子2”的“形式编号”具有交换对称性,即该形式体系中包含对应粒子编号交换的不确定性。又如,我们常听到这样的说法:“不论两个粒子相距多远,一个粒子的变化都会影响另一个粒子的状态,这就是量子纠缠”。这里第一句话出自默认“分离编号”,第二句话出自默认“形式编号”,二者混用、自相矛盾,所以上述这个说法是荒谬的。如果相信这个说法反映真实情况,那就会相信“量子力学是非定域性的”的谬论。1935年爱因斯坦等(EPR)认为,对一对动量纠缠粒子,按量子力学,改变一个粒子的状态会影响另一个粒子的状态,不管它们相距多么遥远。在这句话中,同样混淆了两种不同类型的编号,好在他们不相信会有鬼魅般的远距作用(非定域性)。爱因斯坦在1946年文章“自述”中表示“坚定不移地认为”:“体系S2的实在状况与我们对那个在空间上同它分离的体系S1所采取的行动无关。”爱因斯坦的这个分离性直觉与相对论因果性一致,然而这里的S1和S2实际上已属“分离编号”。上面是对爱因斯坦的这个著名论断做了解读,原来他不经意地改换了粒子的编号方式,以适合他的直觉和定域实在论思想。在纠缠光子对中,光子1的非空态与相伴(融合)着的光子2的准空态必定同时受外界作用,所以容易误解为改变光子1的状态会影响遥远的光子2的状态,原来,光子2的非空态“远在天边”,而它的准空态“近在眼前”,所以用存在隔空影响(非定域性)来解释量子纠缠的错误在于空实混淆、远近颠倒,也就是说,“形式编号”的体系间根本不存在任何隔空影响(非定域影响)。
这样说来,非定域作用在自然界子虚乌有,只虚构在我们的头脑里,怪不得此种“作用”可以瞬间远达天边,无需媒介,也没有任何东西能阻挡。可见,所谓的非定域性既不出自量子力学神奇,也不出自自然界怪异,倒是出自我们自己的头脑糊涂。爱因斯坦很清醒,他不相信存在这种鬼魅般的隔空作用或传心术式的影响。由此看来,1993年查尔斯·贝内特等6人发表在《Physical Review Letters》上的文章“经由经典信道和爱因斯坦-波多尔斯基-罗森信道隔空传送未知量子态”无科学意义。该文加上某些人的虚假实验演示,诱惑了许多物理学家和哲学家陷入迷途。有著名量子物理专家説,“量子非定域性已经是确立的事实”,我们倒不如説,那些所谓的事实都是编造出来的,现在是吐弃量子非定域性谬论的时候了。
现在我们有可能来分析玻尔对量子纠缠的认识。他在1935年《Nature》上回应EPR挑战的文章中写道:“那是真的,在考虑的测量中,[被测量]体系和测量机构间的直接的力学作用被排除在外,但是比较周密的考察揭示,测量过程对所谈物理量借以定义的诸条件有着根本的影响。”这话晦涩难懂,现在可以拿个例子来解读。比如有一对动量纠缠粒子,粒子的“形式编号”为1和2,当我们用一个“夹子”探测到连带平面波的“粒子1”的位置时,按前面的潜波诠释,这时“粒子1”的含峰片和与它融合的“粒子2”的不含峰片的特征分量(平面波)都变成了delta函数(次级波包)。假如改换实验装置,用一套不同频带的窄带滤波片去检测“粒子1”的波长(相当于动量),则“粒子1”的含峰片和与它融合的“粒子2”的不含峰片的特征分量还是平面波。不明这个真相者,自然会去想,“粒子2未受任何力学作用”,怎么“粒子2”会既变成delta函数又还保持平面波呢?按玻尔的解释,用“夹子”的实验条件定义了态“delta函数”,用滤波片的实验条件定义了态“平面波”,也就是说,“测量过程对所谈物理量借以定义的诸条件有着根本的影响”,这就似乎避免了“既变成delta函数又还保持平面波”的悖论。不过,玻尔未曾想到,“[被测量]体系和测量机构间的直接的力学作用被排除在外”这句话是有问题的,其实在“粒子2”的不含峰片上是有“夹子”的力学作用的,而“粒子2”的含峰片不受任何影响,如果两个含峰片已足够远离(类空间隔)的话。因此,这里的实验条件对于“粒子2”,只定义了它的不含峰片的态(特征分量),而定义不了它的含峰片的态(特征分量)。
从对量子纠缠真相的如上认识,即从量子力学本身的涵义,可以毫不犹豫断言,查尔斯·贝内特等的隔空传态(中译量子隐形传态)理论是错误的,错在未分清“形式编号”和“分离编号”和空实混淆、远近颠倒,因此量子隐形传态的一切实验演示都是不折不扣的巫术表演,如《科技日报》最近选取的100个“科技新第一”中的“第一次实现复合系统量子态隐形传输”。贝内特不讳言把隔空传态比作通灵术(voodo)。还可以断言,用半反半透镜结合符合计数测量的“后选择”,决无纠缠光子和交换纠缠的功能。此法常被用做所谓贝尔态测量,因此一切以这种贝尔态测量为关键步骤的实验的演示,像用此法的多光子纠缠演示一样,都是不折不扣的魔术表演,潘建伟研究组在2008年8月《Nature》上的论文“BDCZ 量子中继器节点的实验演示”就是一例。他们用两个容器各盛着铷原子并置于磁光阱中,让两组冷原子散射光(喇曼散射)。其中问题不少,第一,用偏振分束器的“贝尔态测量”是不可能把这两组原子散射的光子互相纠缠起来的,因为凭借的波函数坍缩子虚乌有;第二,在离开容器的光束上做任何测量,不可能把原本不相互纠缠的原子组纠缠起来,好比隔靴挠不了痒,况且连挠都是假的;第三,拿无意义的CHSH型贝尔不等式的违反做证据。事实上,有大量知名专家对贝尔不等式提出强烈批评和否定意见,前面的潜波诠释直接说明它毫无意义。意味深长的是,这项“成果”被列在“院士评选2008年十大科技进展新闻”之中,称“量子中继器实验被完美实现”。十余年来,从号称里程碑的到走近诺奖的,虚假成果不胜枚举。创新寄托于子虚乌有的“量子非定域性”和“波函数坍缩”是危险的,势必实事一项无成。无关于量子力学的何种诠释,相信我们的物理教师和科研工作者,凭他们个人的学识和经验,大多至少会怀疑隔空传态(物)的可能性和反半透镜等的量子魔术功能,不是那么容易被忽悠的。
目前,物理学真有点乱糟糟,搞量子信息的某些专家凭借时髦的“非定域性”一味编造虚假的实验结论把它搞得更乱了。这并非故作耸人听闻之辞,你看,我们有一大堆颇有争议的观点、理论和方案–互补原理,量子力学描述完备,波函数坍缩假设,贝尔不等式理论,量子力学与潜变量、定域实在论不相容,非定域性是量子纠缠的本性,隔空传态理论,量子稠密编码,用非定域性量子加密,用非定域性量子计算,环境消相干,一瞥决定薛定谔猫的死活,观测创造实在,量子力学的信息诠释和多世界诠释等等。现在出现了新的情况,有人捣鼓出了量子力学的潜波诠释和一个小精灵–初包,用来破解杨氏干涉之谜和神秘的量子纠缠,且一举颠覆上述一大堆东西。这在某些人眼里,自然是大逆不道。对这个初包説,有学者大怒,斥之为妖言惑众,唐吉诃德自叹不如,有人指责变态无聊,还有出言更不雅的。说来有点夸张、有点寒心,此时不由得想起一句名言:莫谓书生空议论,头颅掷处血斑斑。平心而论,除少数被彻底洗了脑的学者之外,学过物理的人都晓得像电子、质子等都是一个一个的稳定客体,决不会像海里冰山那样容易融化。作者无非是出于这种简单至极的想法去捣鼓的,目的在于解决量子力学的诠释问题和测量问题,同时消解这些问题引起的一切佯谬和悖论。

7. 双方争论之症结
言归正传,现在我们从量子力学潜波诠释来看两位巨人争论之症结。由潜波组成的初包模型是以物质质点为范例的传统实体观念的修正,初包的含峰片是物理实体,不含峰片也应看作是物理实体,为区别起见,我们就称它为准实体,它具有准空的特征分量,即准空的波函数。在原子和亚原子的物理实验中,初包的峰外部分和不含峰片的身影无处不在,无它们就无任何量子现象和量子效应。这种初包的峰外部分和不含峰片正是玻尔所谓“测量仪器与测量对象之间不可忽视的相互作用”的中介,而不含峰片正是“EPR关联”的根本。遗憾的是,两位巨人都未意识到它们的存在。含峰片和不含峰片及其性质都是物理实在的,但其特征分量或其叠加–波函数,仅仅是它们的部分表示,显然是它们的不完备描述,这直截了当表示量子力学对实在的描述不完备。对二粒子的纠缠,它被解释为不含峰片的交换和含峰片与不含峰片间不可分割的融合,而含峰片之间和不含峰片之间决无非定域影响,对量子纠缠的这一解释调和了量子现象的不可分性和量子实体的可分离性的对立。对于一对纠缠粒子,玻尔认识到,测量粒子1对粒子2必有真实的影响,相当于坚持含峰片与不含峰片的不可分割性(已融合在一起),而否认含峰片间及不含峰片间的可分离性。而爱因斯坦断言分离的实在粒子间不可能再有相互影响,相当于坚持含峰片间及不含峰片间的可分离性,而他否认纠缠体系有某种真实的不可分割性,相当于否认含峰片与不含峰片在纠缠中发生的不可分割的融合。这个情况表示他们争论的错综复杂性,之所以争论不休,显然是因为他们都不明量子纠缠的真相。由此看来,他们都对量子行为的起源缺少意识,具体说,都对初包及其峰外部分和不含峰片的存在缺少意识,是这场争论之症结。或者广而言之,“现在无人懂得量子力学”(理查德·费曼的名言),是这场无休止争论的缘由。

8. 争论各方持有的深奥真理成分
玻尔在“关于原子物理中的认识论问题与爱因斯坦讨论”文末讲了自己研究所里的故事:“当遇到麻烦时,我们过去常用一些玩笑话来安慰自己,包括有两类真理的老话。属于一类真理的陈述是那样地简单明了,以致反方的主张显然无法捍卫。另一类所谓“深奥真理”,在属于此类的那些陈述中,反方的主张也有“深奥真理”成分。”现在我们来分析争论双方各持有的深奥真理成分。爱因斯坦从量子力学预言的统计性及该理论还意味着一对曾经相互作用过的粒子分离后还有相互影响,断言它对物理实在的描述不完备,其实,上述情况不仅反映它的描述不完备性,还反映一种定域不可分割性,后者为他所未意识到。所以在爱因斯坦的论述中,量子力学描述不完备性陈述和远距分离性陈述属于“深奥真理”成分,但他否认量子纠缠体系有某种真实的不可分割性,是一大失误。倒是玻尔提倡的整体性包含着这种不可分割性,所以他的整体性陈述中包含着“深奥真理”成分。然而否定时空描述和因果律的普遍意义,似因噎废食。这样看来,互补性观点(互补原理)是玻尔对量子力学误解产生的一个哲学怪胎。
顺便指出,与玻尔的不可分析的整体性思想不同,玻姆不放弃对量子现象的时空因果描述,他用量子势把测量仪器和单个粒子的行为关联在一起,所以他指的整体性是可分析的整体性。他提出的量子势观念是对量子世界的深刻的洞察,但是他的量子势“非定域性”判断也是对量子力学误解产生的一个怪胎,不过他并不认为能利用这种“非定域性”传递信息。玻姆和贝尔提倡“非定域性”导致后来许多人欲借神秘力量–隔空鬼魅作用–去搞量子信息技术。玻尔倒从未表示过支持“非定域性”,似乎连波函数坍缩假设(投影假设)都不赞成。
认识爱因斯坦-玻尔争论之症结和他们坚持的真理,不仅具有深刻的科学意义,事实上,对把握当前量子应用技术开发的方向也非常重要。比如,近年来国内外有几个科研团队还在热衷于借神秘的隔空影响(非定域性)和用半反半透镜等操作的假量子纠缠,盲目自信、自欺欺人地编造成果,那些所谓成果都是依据错误的理论,进行错误的实验和做出错误的结论编成的。有的影响极大,例如,《科技日报》最近选取的100个“科技新第一”中的“第一次实现复合系统量子态隐形传输”和“院士评选2008年十大科技进展新闻”中的“量子中继器实验被完美实现”。
总之,爱因斯坦和玻尔都对微观粒子的行为有着特别深刻的洞察,各自观点中都包含着深奥真理成分。他们公开和友好争论的丰富历史记录为我们留下了极宝贵的遗产,他们那种锲而不舍求真的科学精神为我们树立了最光辉的榜样。

(作者:王国文,北京大学物理学院)