从物质、能量与信息到“暗信息” 王德奎 摘要:今天人们所知的复杂性,最难的还是“暗物质”、“暗能量”、“暗信息”,而把观测的范围延伸到普朗克长度。它们意味着我们生活在一个膜世界中,一个在高维时空中的四维面或膜,而且邻近我们膜世界还有第二张膜,或称“影子膜”,光被限制于膜上,不能通过它们之间的空间传播,所以我们不能看到影子膜世界,但会感觉到影子膜上物质的引力影响,这是否就是“暗信息” 关键词:暗物质、暗能量、暗信息、环量子、球量子、超全息 【0、引言】 物质、能量与信息三者常常是联系在一起的,但现在有“暗物质”、“暗能量”,是否就有“暗信息”呢?当然,“暗物质”、“暗能量”问题常与宇宙学、粒子物理或量子场论相联系,带有很强的量子性,那么“暗信息”是否类似量子“暗物质”、量子“暗能量”,也是量子“暗信息”呢?目前大多数人对此还比较模糊的,但有的人似乎在模糊地把“暗物质”、“暗能量”、“暗信息”暗中统一在起。 例如,时空“虚粒子”的虚质量、虚能量,如果不是物质和能量,那么,这类似不是物质和能量的信息,而且这类信息也带“虚”信息的性质;当然带虚信息的不一定的“虚粒子”,所以“虚粒子”带的虚信息可称“暗信息”。 如果“环量子”要介入量子信息学,有一个比较基本的问题,就是“环量子”三旋相干性是怎么不被破坏的? 破坏就是坍塌的过程,也就是怎样进入“点内空间”的。这个问题肯定是非线性的。如果量子信息是朝一个方向走,让相干性变得更加的长,范围更大,而坍塌恰好是它的反方向,是类似有干扰、有耗散等现象,那么“环量子”能否像粒子物理的标准模型那样,去统一描述目前人类已知的最小“粒子”(夸克、轻子、光子、胶子、中间玻色子、Higgs 粒子)的性质和强、电、弱三种基本相互作用,以及沿此方向去研究、探索超出标准模型的新理论、新模型和新的物理概念?众所周知,这种新的研究、探索有的已经公诸于世,这里暂且不谈,然而如果反观球量子单曲率诠释体系,存在拓扑分类、驻波图象、实验分析等硬伤,也许更能增加一些鉴赏能力。 例如,狄拉克认为,电子的波动方程允许的解的数目是它应有的解的两倍。这些解的一半联系于动能为负值的态。 在经典相对论中,由于所有经典力学变量的变化是连续的。如果动能原来是正的(它一定大于或等于零),它后来就不能为负的(小于或等于零)。但是在量子理论中,不连续的跃迁可能出现,所以,如果开始时电子处于动能为正的态,可以作一跃迁而跳到动能为负的态,因此,不能再像在经典理论中一样,简单地忽视负能态。 负能解联系于一种新的粒子的运动,这种粒子的质量等于电子的质量,电荷符号与电子相反。所以不是“暗信息”的虚粒子,这样的粒子已经在实验中观察到,称为正电子。 这里不能说,负能解代表正电子;说一个正电子有负的动能,肯定是不对的。所以从上世纪到21世纪有一些人在多少不同的立足点上建立类似正电子的涉及“虚粒子”的物质、能量与信息理论。其中著名的,如狄拉克把正电子之类的反粒子视为负能粒子海洋中的“空穴”或“气泡”,负能粒子充满的海洋又视为是真空,负能电子的无限分布对电场没有贡献。又如费曼,他把负能解视为时间倒流宇宙中的表现为不断打折、转换方向的一系列“反粒子”;这种解释与复合时空理论对正电子的理解是在不同空间才是一致的。复合时空理论把负能解直接与正电子对应,自由正电子的填充可以自然地消除狄拉克海的起伏困难,但在费曼图中,没有这种解释引入的多重时空,只是在正实数时空和正虚数时空之间跃迁打折、转换方向。 而量子曲率解释认为,狄拉克方程的负能解作为时间倒流宇宙的一种“粒子”,等价于时间顺流的宇宙中低于真空零点能的负能粒子;同一种物质在四重复合时空中的不同形态等价于同一时空中的四类对称的物质,即空间左右对称,时间正负对称。 这里量子曲率解释的时间正负对称,是漏掉了时间的正负虚数对称说的,它只是把正负实数对称的时间倒流宇宙的粒子,对应于普通时空中的负能态粒子,反之亦然;这与狄拉克一致而与费曼图不完全是一致的。正负实数对称的时间倒流只能类似正放电影和反放电影,而且量子曲率解释把正能粒子类比于真空海洋中具有正曲率的波峰,负能粒子类比于真空海洋中具有负曲率的波谷,它们各自有对称(电荷、宇称或自旋相反)的反粒子,这是把反粒子的单个粒子和粒子场与波峰、波谷的波浪场混淆的波粒二象性类比。 这不如它的类比量子力学交易解释的图像有个反粒子的单个粒子图像清晰。这个反粒子的单个粒子图像,类似一段振动着的和飘荡着的“弦”,当然这只能是局域性的,而不是非局域性的。 例如,按量子曲率解释把“提供”波和“确认”波都看成是有自身的几何形态,通过量子交易得到的量子几率形成的相互作用后的“提供”波和“确认”波,也看成是有自身的几何形态,从而进一步揭示物质波几何形态像类似一段振动着的和飘荡着的“弦”的复杂性和多层次性。如把“提供”波和“确认”波,分别视为带有正能和负能的波包“弦”或者“自组织细胞”振荡体系的“呼吸波”“弦”来看,迭加而成的对粒子的运动状态起着“相位调谐”导波作用的薛定谔物质波,实际是不带能量的“空波”的理由是,“提供”波相当于呼出的像一段飘荡着的振动的“弦”的虚粒子气,“确认”波相当于吸入的像一段飘荡着的振动的“弦”的虚粒子气,两者的迭加所完成的量子交易使微观粒子的总能量达到收支平衡;无论是“提供”波还是“确认”波,其中要设像一段飘荡着的振动的“弦”的虚粒子气团均以光速传播,从而使整个过程所完成的内在时间为零。 再对比费曼图中表现为不断打折、转换方向的一系列类光世界线的总和,就如同而从始点到终点的世界线,使得像一段飘荡着的振动的“弦”的电子之类带质量的微观粒子的总体运动速度低于光速。由于像一段飘荡着的振动的“弦”的“提供波”和“确认波”之间的量子交易平衡,也就产生了物质波本身的“周相谐振”。 而1927年爱丁顿就主张量子系统,存在两个沿相反时间方向传播的像一段飘荡着的振动的“弦”的对称行波,它们共同形成了量子概率。薛定谔方程是描述概率幅演化的波动方程;若取薛定谔方程的复共轭,可视为向过去传播的波函数,当然这意味着两个时间即一个来自过去,一个来自未来的像一段飘荡着的振动的“弦”的相通,也意味着量子论的时间箭头与电磁学时间箭头是不同的。 【2、环量子、全息、超全息与“暗信息”】 没有光子、没有电子也没有正电子的真空态按照狄拉克对解的解释不是一个定态,因为电磁场与真空中负能粒子海洋的相互作用会导致负能电子海中发散的、无穷大的密度起伏,而且不能通过简单的修改方法(如重整化)来避开它们。狄拉克认为,量子场论中发散困难的存在,以及重整化技术的被迫引入,意味着相对论和量子论的结合面临着根本性的困难,量子场论有必要发展为更新的理论,那么这种新的理论是“球量子”还是“环量子”? “球量子”和“环量子”的问题是,量子像一个“点”,量子像一个“体”,量子像一个“能包”,量子像一段飘荡着的振动的“弦”,最后都可以归结为“球量子”。作为献给科学的礼物,球量子已经正统了两千多年;由于量子力学诠释向信息学科的渗透和拓展,“球量子”又稳妥地迈向量子信息技术的科学。“球量子”重新热闹起来的有关诠释是“量子曲率”的讨论和研究,因为无论什么曲面,其基本的数学特征就是“曲率”,而且有正曲率曲面和负曲率曲面之分,这就增加了解释问题的自由度,所以有人把解决“薛定锷猫佯谬”和“EPR佯谬”的希望寄托于“量子曲率”。但理论物理学经过了20世纪蓬勃发展以后,现在已面临“球量子”和“环量子”之争,例如像相对论和量子力学或者量子场论这些20世纪最辉煌的最基本的理论,有迹象表明涉及“球量子”和“环量子”之争是最终难免的。 类似爱因斯坦学派提出本想否定玻尔学派的假设实验而发展出量子信息学一样,上世纪我国的 政治家们和科学家们联手打造“物质无限可分”和“一分为二”的层子图像,本来是想否定玻尔学派的量子力学“点”模型而发展出了“环量子”模型。这对量子信息学也应该是一个很重要的发展方向。理想的“球量子”和“环量子”是最对称的“球量子”和“环量子”,其“量子曲率”似乎仅是单曲率和双曲率的数量多少的差别。其实不然,由于拓扑学的介入,“球量子”和“环量子”有不同伦之分,对应曲面,“球量子”类似完整的曲面,“环量子”类似破裂的曲面,这就联系到黎曼切口和膜理论的轨形拓扑,即在25种卡--丘流形的基本轨形拓扑规范中,类似不穿孔的“球量子”类似有4种,类似穿孔破裂的“环量子”有21种之多;再联系到类似宏观物质如刚体与流体缔结的模糊体的自旋,“球量子”只有8种转动,“环量子”却有62种转动,这又增加了“环量子”解释问题的自由度。如果基本的“球量子”和“环量子”物理理论还需要继续发展,而且有可能继续发展,当然其难度很大,需要数学方面的准备,也还要有哲学方面的准备。
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