《物理世界的理论创新模型》 《创新物理学》之一

《物理世界的理论创新模型》

李小坚,龚劫存

本文简要介绍和总结龚劫存先生所创立的物理世界模型及其由此而创立的学术体系。采用完美性作为检验真理的新标准,并进行完美性比赛作为具体评判。由此树立一个完美理论的标杆和擂台,接受所有可能的挑战。

一、创新物理学必须面对的问题

许多科学家和哲学家对建立一个完美理论梦寐以求,其中有些物理学家致力于创立终极理论TOE (Theory of Everything)以解释世界万物。此前,已经有几个版本的终极理论TOE了。古代中国产生了太极八卦阴阳五行理论用之解释万物,被中国人使用了几千年而且还在用,但缺乏现代科学体系的支持。当代M弦理论是建立在粒子物理标准模型SM理论基础上的一种TOE理论、还有霍金的TOE等。但是它们经得起检验吗?

一个终极理论,必须面对三个大问题:1)时间的起源、时间的本质、时间之矢射向何方。什么是昨天、今天和明天。2)宇宙的起源、世界的起源、物质的起源。这个看得见的和看不见的物理世界到底是什么。3)生命的起源、智能的起源。为什么你我今天能生活在这个世界里。

物理学界还有一系列更具体更细致的公开问题:

1.解释自然常数的由来,如电子精细结构常数Alpha(electron fine structure constant)、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.说明量子力学原理的由来,并从理论中推导出测不准原理。

4 给出力的大统一方程,统一描述电磁力、弱力、强力和引力。

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、检验真理的新标准:完美性

面对以上问题,物理界付出了艰辛的努力,有众多的物理学说给出了各种版本的理论结果。但什么是真理?哪个是真理?是否有终极真理?哪个是终极真理?

人们总是对真理孜孜以求,因此人类探索真理的脚步永远不会停止。如果定义真理是自然的客观规律在人们头脑中的正确反映,那么真理既有客观性又有主观性。那个客观规律就是绝对真理,而那个主观的认识就是相对真理。三十多年前中国有过一场对真理检验标准的大讨论,正方认为实践是检验真理的唯一标准,另一方认为逻辑是检验真理的客观标准。这样的辩论对中国的改革开放和理论创新有着重大影响,直到今天讨论也还没有结束。

一个科学理论的提出总是由一定的假说与不断地证实或证伪而确立的。科学的进步就是不断地继承与推翻过去的理论而产生新的理论。人类的认识也就越来越接近真理了。

经典物理理论建立的主要途径是:1)在对现实世界的观察和实践基础上,通过大量实验的分析归纳获得规律性的总结,并通过实验验证和实践检验证实的理论。2)在实践的基础上,通过大胆假设创立新理论,并通过了逻辑检验或未被波普派 (Popperianism) 所证伪的理论和理论范式。

一个经典理论的有效性必须经过可重复的实验验证和长期实践检验,并具有对相关事物的预测能力,而且其有效性检验被证实。而波普学派提出的一个理论只有能够被证伪才能称之为理论,其本身就是逻辑错误,例如绝对真理就是不可证伪的。我们认为真理是那些可以被证实为正确的完美的理论,只有那些存在漏洞、不够完美的理论才可以被证伪。

面对同样的事物,从不同的角度完全可以构造出不同的理论框架来描述。但比较而言,哪个理论更好?哪个更完美更接近真理呢?我们总结前人的经验,第一次介绍检验真理的新标准:完美性。完美性具体体现为:

1.简单性:大道至简,简单明了。越简单越美!

2.精确性:准确无误、计算精确,甚至可计算至小数点后任意位的精度。

3.解释性:不仅逻辑上合理,并揭示事物的本质。

4.预见性:不仅适合现在的各种环境和条件,对于未来亦适用,能预测和预见未来。

5.统一性:能够将不同的理论和描述,甚至是矛盾的理论,统一成为一个完整的整体。

6.包容性:兼容并蓄,尊重原有各种理论及其产生的原因和历史背景,但新理论一定站得更高、看得更远,覆盖更广。

7.先进性:超越原有理论,更新旧的理论,与时俱进。

8.独立性:不依赖任何学派与理论,创建一个完全独立自主地创立一个新的理论体系。

9.稀缺性:不可缺少的力量(the power of indispensability

如果没有创新物理学,就不可能解决令人迷惑的问题。这就是创新物理学不可或缺的、不可替代的、前所未有的力量。

10.一致性与完备性:一个理论的最高境界,既达到一致的逻辑和推理,结果无矛盾。同时,完备性,没有漏洞,没有悖论,全面、整体、终极。

 

如果创立一个新的理论体系,具有上述10个优势和特性,那么这个理论就具有完美理论的特征,也就离客观的真理更接近了。

这样的理论在科学世界还要接受更为苛刻的检验,如进一步排除奥卡姆的巧合概率,进行理论检验公理检验,并符合理论创新定律等。这样的理论才可以成为人类的真知,才可以成为世人广泛接受的真理学说。参见[14]:科学方法的正确性问题。

一个理论接受了各种考验和挑战,还能立于不败之地,那就可能成为一个最终完全正确的理论,一个真正完美的理论。如果这个理论探讨的是终极问题,可以形成最终完全正确的终极理论(The Final Total TOE)。

THE FINAL TOTAL TOE (THEORY OF EVERYTHING)终极全统理论

三、选美竞赛

一个理论怎样面对质疑和挑战才能立于不败?当一个理论缺失了建立的基础、无法完成它原有的使命或失去了使用价值,它就失去了存在的价值。或者,当一个更具有竞争力的理论登台了,原来的理论失去了魅力,它也就该结束了。这就是科学的进步、时代的进步。

一个理论可以发表在公开学术刊物和会议,从而公布于天下。现代网络化的传播更是让新消息立刻传播开来,指尖一触从而人人皆知、家喻户晓。新的学说有了网络这个更广阔的表演舞台,更像是比武擂台参与比拼,或是选美T台任由世人欣赏与挑剔。如果其正确性和完美性不仅可以得到学界的认可,而且可以得到普通大众广泛的赞美与欣赏,那么这个理论可以成为科学舞台的明星。

为了检验一个理论的完美性,需要一种公开、公平、公正的竞赛评判标准。并且,需要面对公开的具体问题,代表各种理论的各参赛方公平参赛,我们学界以及普通大众都参与其中,并对参赛选手解决这些问题的表现成绩进行评判。

我们用以上的10条完美性准则作为评判标准,面对以上物理学12个问题,进一步推出可操作性的公平比赛:物理学选美竞赛!

正像一些重要的国际体育赛事及世界小姐选美比赛那样,先进行初选或资格赛。我们对一些著名的物理学理论进行一次资格审查:

1, M弦理论(M-string theory) 是一个物理学统一理论,这个用来描述物理基本粒子标准模型SM的使命根本没有完成。在此基础上又发展了超弦理论,更是玄乎其玄!所选用的方程太复杂、无法精确计算,也就无法完成其使命。现在大多数人认为这是一个失败的理论。参见:[15].《M弦理论在它自己建立的标准下完全失败》。http://www.pptv1.com/?p=14

2, 多元宇宙(Multiverse)的基础是假定有无数不同的自然常数支配宇宙形成无数个并行的泡沫世界,而这些无数的自然常数集是随机的。也就是说,我们这个宇宙的自然常数 (如 Alpha…) 只是随机性的结果,而不能被选择。因此,我们这个宇宙的自然常数的方法是如何衍生出来的也就无法进行理论推导。显然,这种理论也毫无用处。 参见:[16]《多元宇宙已经崩塌》。http://www.pptv1.com/?p=83 。

注:我们已经用两个事实证伪了多元宇宙。其一,表明这个宇宙的自然常数可以理论推导出来。二是推导这些自然常数模型表明我们这个宇宙是确定的与泡泡宇宙毫无关系。

我们认为M弦理论、多元宇宙理论得分太低,他们差不多已经被物理界抛弃。因此,他们没有达到一个完美理论的资格赛的水准,我们先放下它们。我们也邀请所有可能的参赛者到我们的网站www.pptv1.com来比试高低,或留下你的邮箱地址,我们来与你辩论。

那么,现在我们来看下面这两个选手参加选美比赛的具体进程。一个是G弦物理所设计的宇宙模型GM(Gong’s Model),另一个选手自然宇宙系统NS(Nature System)这个最完美、最强大的选手。当然,后面的真实自然宇宙系统本身不可能自己上台来参赛,我们只好请全体科学界来提供我们人类所了解的宇宙全部事实和所发现的物理学世界DP(Discovered Physics) 作为挑战对手。DP就是全体科学界已经确认的物理世界。

具体比赛开始:

3.1  第一场:在天体物理层面,科学界通过微波背景辐射等大量实验观察已经获得关于天体结构的普朗克数据(Planck CMB data 1)。

UNIVERS-CONTENTS-11

DP:暗能量 = 69.2 % ;暗物质= 25.8 % ;可见物质= 4.82 %

GM:取暗能量DE、暗物质D、可见物质V、空间X、时间Y、物质Z,  W暗物质融人暗能量的速率。

GM模型:X=Y=Z=33.33%,X+Y+Z=1

D/V= [(48 –(8 – 1)) (100 – W) % / (8 – 1)]=5.33, 其中W我们选取为:W=9%。该预测值可以进一步由观测值得出。

V= [(Z –V) x  (100 % – W) ]/5.33 =4.86 %

D=[(Z –V) x  (100 % – W)]= 25.90 %

DE=X+Y+[(Z – 4.86) x W )] =69.22 %

因此,GM理论推出暗能量DE=69.22 % 、暗物质D=25.90 % 、可见物质V=4.86 % 。以上模型精度取决于观测值W的精度,理论上可以实现任意位精度要求。

以上计算可以用下图表示,不仅简约精确,举世无双。该模型计算中采用W=9%是一个预测值,该结果最近被证实。[14]

ICE-11

得分评判1:在DP物理学中以上三个常数是观测参数,不是理论推导得出。而GM是理论推导,可达任意位精度。

得分评判2:在GM模型中以上三个常数是相互关联的整体,普朗克数据1的三个常数总和是99.82,GM的的三个常数总和99.98,更接近整体1。

得分评判3:在GM模型中仅采用1,8,24,48,这几个数值及一个观测常数W进行计算得出。

得分评判4:GM模型天体物理宏观预测结果及其最近的W=9%观测估计[17]与实际观测值具有高度一致性。

得分评判5:GM模型表明我们这个宇宙的自然常数不是随机选择的结果。GM模型描述的宇宙是确定性的。

3.2  第二场:在粒子物理层面,科学界通过大量实验观察已经获得关于微观粒子结构的多个物理常数。以下常数Cabibbo角、Weinberg 角、Alpha或Beta值是粒子物理的基石。

  1. DP:Cabibbo angle (Dp) = 13.04°

GM:θc (GM) =A(1)= 13.5211574853 °(可达任意位精度)

GM: A (0) = {(360/2pi) * [(pi/64 + (pi/64) ^ 2 + (pi/64)^3  + … ]  /2]}
= 1.4788425146211°(可达任意位精度)

A(1)= [360 – 24 * A(0)]/24 =13.5211574853 °以此,可达任意位精度。

  1.  DP:Weinberg angle (Dp) = 28°to 30°

GM:θW (GM) =A(2)= (2 * [360 – A(1) – A(0)]/24)  = 28.75 °(可达任意位精度)

3.DP:Beta (1/Alpha) (Dp) = 137.0359 …

GM:Beta = 1/alpha = 64 {1 + 1/Cos A (2) + 2(1/48)[(1/64) + (1/2)(1/64)^2 + …+(1/n)(1/64)^n +…]}

= 137.0359 …(可达任意位精度)

得分评判1:在DP物理学中以上三个常数是自由参数,由度量所得, 不是由理论推导得出。而GM是理论推导,可达任意位精度。

得分评判2:在DP物理学中以上三个常数是没有关联的。而GM中,它们是相互关联的,是由理论模型运算得到。

得分评判3:在GM模型仅采用360,pi=π,1,8,24,48,64这几个数值进行计算得出。

3.3   第三场:在亚原子粒子或费米子层面,科学界已经公认的标准模型SM描述夸克和轻子,已成为现代物理学的基石。但在更进一步的更深层次的工作称作为BSM(Beyond Standard Model),已经有M弦理论和超弦理论等,但它们没有完成使命。再来看看GM 模型中的G弦理论表现。

DP:夸克和轻子是通过实验发现并得到确认的。

SM-11

图 SM模型中的基本粒子24个基本粒子:6×3个夸克、2×3个轻子。

GM:与SM相对应的夸克和轻子是通过前夸克(Prequark )来描述:

Table I: GM–Prequark Representation for Leptons
Generation Particle name GM–Prequark Representation Colors Electric Charge
1st Electron -(A, A, A1) colorless one (-1)
1st Neutrino (V, V, V1) colorless 0
2nd Muon -(A, A, A2) colorless one (-1)
2nd Muon neutrino (V, V, V2) colorless 0
3rd Tau -(A, A, A3) colorless one (-1)
3rd Tau neutrino (V, V, V3) colorless 0

 

Table II: GM–Prequark Representation for Quarks
Generation Particle name Red Yellow Blue Electric Charge
1st Up quark (V, A, A1) (A, V, A1) (A, A, V1) 2/3
1st Down quark -(A, V, V1) -(V, A, V1) -(V, V, A1) -1/3
2nd Charm quark (V. A. A2) (A, V, A2) (A, A, V2) 2/3
2nd Strange quark -(A, V, V2) -(V, A, V2) -(V, V, A2) -1/3
3rd Top quark (V, A, A3) (A, V, A3) (A, A, V3) 2/3
3rd Bottom quark -(A, V, V3) -(V, A, V3) -(V, V, A3) -1/3

GM前夸克模型认定:以上18个夸克和6个轻子,形成24个亚原子粒子族,并由此而构成我们的物质世界的原子和分子。这24个的反向对称形成24个反亚原子粒子族,并由此而构成反物质世界。整个物质世界就是由以上48个亚原子粒子构成,另外有16个空间元素,共有64维度。这个模型在SM层是一致的[19]。

SM-ENTHAN11

Pic.The particles and antiparticles of the Standard Model. Image credit: E. Siegel.  Ethan Siegel, Contributor to Science #WhoaScience JUL 21, 2016

GM前夸克模型是通过以上A-V符号语言来表达。A称之为角子(带1/3 e电荷),V称之为空子(不带电荷)。48个亚原子粒子可以表达为48个弦结构:

即:

String 1 = (V, A, A 1) = {1st, red, 2/3 +e, ½ ħ} = red up quark.

String 2 = (-A, V, V 1) = {1st, red, -1/3 e, ½ ħ} = red down quark.

String 3 = (A, A, V 1) = {1st, blue, 2/3 +e, ½ ħ} = blue up quark.

String 7 = (A, A, A 1) = {1st, white (colorless), 1 +e, ½ ħ} = +e (Positron).

String 8 = (V, V, V 1) = {1st, white, 0 +e, ½ ħ} =+e-neutrino.

String 9 = (V, A, A 2) = {2nd, red, 2/3 +e, ½ ħ} = red charm quark.

String 24 = (V, V, V 3) = {3rd, white, 0 e, ½ ħ} = tau-neutrino.

String 25 = -(V, A, A 1) = {1st, red,- 2/3 e, ½ ħ} = anti-red up quark.

String 48 = -(V, V, V 3) = – {3rd, white, 0 e, ½ ħ} = anti-tau-neutrino.

每个弦不是一个粒子点而是一个由A-V组成的三位一体结构。亚原子的 ‘色荷 (color charge)’ 是由弦 ‘位’ (红, 黄, 蓝) 來表达。由此构成一个新的超弦理论–GM弦,可以包容以前的S0(32),E(8)*E(8)超弦。所有的48个基本粒子皆由A-V这两个符号描述,因此,整个物质世界也是由A-V这两个符号来表达。

得分评判1:GM前夸克模型已经达到最精简结构模型,即这个物质世界可以仅用A-V二值符号来描述。

得分评判2:关键是GM弦能够描述电荷的产生、质量的产生、智能的产生、生命的产生等重大问题。

得分评判3:在GM前夸克模型中,进一步发展前夸克色动理论,描述质子衰变等重要粒子变化。引入虚时间的慨念从而揭示了宇宙的时空本质。

得分评判4:在GM前夸克模型中,48个G弦构成48个基本粒子。前24个粒子作为正物质而后24个粒子作为反物质,反物质就是对称的24个基本粒子的负值。而夸克之上层的物质就是由这48个正物质和反物质粒子构成,宇宙物质就是正物质基本粒子和反物质基本粒子构成,它们相缠一起,不可分离。

得分评判5:进一步说明,在第一场的GM前夸克模型中,暗物质就是以上24个反物质粒子和16个第二代和第三代粒子。而可见物质只是第一代的8个粒子,减去一个看不见的正电子中微子,因为它不与任何物质相互作用而看不见。这48个粒子在统一宇宙模型中扮演的角色和作用如下图。

stagemodel

得分评判6:以上特性完全由一个方程0描述,空间S、时间T、SM的48个基本粒子相嵌在一起。C为光速。

Delta S = (i^n1, i^2, i^3) x C x Delta T ———(方程0)

3.4  第四场:统一力

GM已经给出所有力统一方程:

F (统一) =K* ħ/(delta S * delta T) ———(方程1)

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。

得分评判1:可以发现,测不准原理是该力的直接结果:

取:Delta P = F * Delta T = K* ħ/ Delta S

则:Delta P * Delta S =   K* ħ

当:K>=1, 有Delta P * Delta S>= ħ ,这就是量子力学著名的测不准原理。

得分评判2:该统一力方程描述了一种宇宙力。该力驱动宇宙万物在时空中运动以及宇宙时空本身的运动,见下图。

Gravity11

G弦模型描述了时间-空间-基本粒子的关系方程,建立了统一力公式和公理化体系。对于物理世界的所有开放的难题,已经有了自己的统一、一致的表述。

GstringDiagram

四、最新进展

近年来物理学界,围绕着这些热点,已经有了不少发展。如最近几年的诺贝尔物理奖的授予:

1.2011年诺贝尔物理奖 授予 发现宇宙加速膨胀学者。

2.2013年诺贝尔物理奖 授予 发现希格子科学团队。

3.2015年诺贝尔物理奖 授予发现中微子质量者。

物理界仅仅是发现了这些存在的事实,但不知道它们的机制是什么。而这些机制GM在1984年都已经给出了相应的原理。

宇宙加速膨胀的机制是GM宇宙力的直接驱动结果。

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:125.4 Gev.,其实是GM真空子。这个粒子在由龚学物理推导计算出为GM:125.46 Gev.:其机制是前夸克理论所论断的真空子。( in the book “Super Unified Theory (on page 20), US copyright TX 1–323–231, issued on April 18, 1984”,)

中微子的结构与质量均可由GM前夸克模型精确计算。

特别是有关希格子粒子的机制及希格子粒子的本质还没有真正确立,主流物理学家还在探索之中。在GM中,希格子粒子没有必要存在。那么,大型强子对撞机的使命是发现希格子,却发现了我们模型预测的真空子。事实上物理界已经开始注意GM理论,在聆听GM的见解。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。我们可以预见:不会见到希格子,但可以见到GM真空子。

HIGSS11

Note (added on June 28, 2016): A new data from Albert De Roeck (CERN)

The last but not the least is the issue of QUANTUM GRAVITY (QG). Higgs mechanism can do absolutely nothing on this QG issue. On the other hand, this Vacuum Boson gives rise to QG, see[18]

https://medium.com/@Tienzen/quantum-gravity-mystery-no-more-1d1bf39ad255#.r27qw9g1t .

 

真空玻色子是从(u,-u)到(d,-d)“真空转变”的媒体。所以,真空玻色子的质量VB=(1 / 2)×真空能量vev+真空波动(约1%×)= 123 + 2.46 = 125.46 Gev(千兆电子伏特)

预测多能级上的真空能量:X(n)=(2n+1)X, X为基态。X是真空能量vev(量子真空)= 246Gev(千兆电子伏特)。

X(1)= 3X =3 x(246)= 738 + / – 15 Gev(千兆电子伏特)

然而,对于更高的真空能定态,X(n)=(2n + 1)X。即高能级真空X(1)或更高,是不稳定的,会衰变为X(0);高能真空玻色子VB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。因此,这种高真空状态x(1)= 3 x = 3 x(246)= 738 + / – 15 Gev(千兆电子伏特)不会保持,而是,这种状态会衰变到X(0)。所以,此时,仍然可见到真空玻色子的质量VB=125.46  Gev(千兆电子伏特),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什么是宇宙的本源,看看有无更完美的理论模型来指导物理实验和科学实践。

五、结束语

G弦理论模型构成一个物理世界的公理化系统。它纯粹是由一组数据和选定的公理而构建成的一个自成体系的数理系统,或自洽的形式化语言系统。这个数理系统与过去任何理论没有必然的依存关系。GM通过选择一些设计参数和公理而进行理论推导建立出来一个世界模型与真实客观的物理世界是一致的,即在多层面、多场合、全部重要物理常数的与外部物理世界的一致性。不仅与自然规律的完全一致,而且从完美理论的标准来评判,GM揭示出一个更接近真理的完美理论体系。

因此,面对前面的12个重大问题,G弦理论已经提供了近乎完美的答案,这是值得庆贺的。可以肯定地说:GM成功创建了一个完整的物理世界模型–The Final TOE。

toe1

“啊,你真美”!我们相信这是一个具有中华传统哲学精髓与现代科学精神完美结合的学术典范。

G弦理论值得大力宏扬,发扬光大。

 

参考文献:

1 S.温伯格  终极理论之梦 湖南科学技术出版社 2007,ISBN978-7-5357-3688-8

史蒂芬·霍金 大设计· 湖南科学技术出版社 2011,  ISBN:9787535765444

3 Jeh-Tween Gong,  Super Unified Theory , US copyright TX 1–323–231,  1984
4 Tienzen (Jeh-Tween) Gong,Truth, Faith, and Life , Adams Press, Chicago. 1990, ISBN 0-916713-04-0

5 Tienzen (Jeh-Tween) Gong, The Divine Constitution, Adams Press, Chicago. 1991, ISBN 0-916713-05-9

6 Tienzen (Jeh-Tween) Gong,Linguistics Manifesto  ISBN 978-3-8383-9722-1,

https://tienzengong.wordpress.com/

http://www.prequark.org/Ftoe.htm

http://www.prequark.org/Gravity.htm

10 http://www.prequark.org/pq11.htm

11 http://www.prebabel.info/

12 http://www.prequark.org/Pq1.htm

13   http://www.ams02.org/

14.科学方法的正确性问题 , http://www.pptv1.com/?p=324

15.《M弦理论在它自己建立的标准下完全失败》,

http://www.pptv1.com/?p=14

16.《多元宇宙已经崩塌》, http://www.pptv1.com/?p=83

17.http://news.berkeley.edu/2016/06/02/universe-expanding-faster-than-expected/

18.https://medium.com/@Tienzen/quantum-gravity-mystery-no-more-1d1bf39ad255#.r27qw9g1t

19.Ethan Siegel, Contributor to Science #WhoaScience JUL 21, 2016

Dark Matter May Be Completely Invisible, Concludes World’s Most Sensitive Search

http://www.forbes.com/sites/startswithabang/2016/07/21/dark-matter-may-be-completely-invisible-concludes-worlds-most-sensitive-search/#4cc724325b60

 

发表评论

电子邮件地址不会被公开。