【6、量子世界虚数不虚】 自旋与非自旋产生正反粒子的不对称性的数学证明,涉及类似的“数学政治”,这正是“科技圈内外”人物的难处。 例如用百度搜索“超弦理论”条目,“百度百科”解释中的“弦理论在中国”讲:“在超弦的第一、第二次革命,以及随后的快速发展中,中国都未能在国际上起到应有的作用。我们在研究的整体水平上,与国际、与周边国家如印度、日本、韩 国,甚至和我国台湾地区相比都有一定的差距。一些有影响的物理学家公开地发表‘弦理论不是物理”的观点,因而在某种程度上制约了弦理论在中国的研究和发展。我国的世界一流大学如北大、清华,在相当长的一个时期内都严重缺乏主要从事弦理论研究的人才。值得庆幸的是,在丘成桐教授的直接推动下,伴随每年举办的多次高水平专业会议,并邀请像斯特罗明格这样一流水平的学者到中心工作,中国的超弦理论研究在平静的外表下,正积蓄着旺盛的爆发潜力,也期待着她的早日到来”。 造成不承认有类似虚数的物质,是长期的“以苏解马”宣传,像以黄志洵、杨新铁等教授为代表的一批左中右学者,同声认为“超光速”只能是“实数”,才是“唯物论”和“辩证法”。第三极基础理论建模被认为涉政,不能发表。然而在2023年9月号《环球科学》发表的论文《量子世界虚数不虚》却讲:“在量子世界中,虚数似乎已经脱离了工具的范畴,成为了物理本质的一部分”。 有人想用实数替代薛定谔方程中的虚数单位,但《量子世界虚数不虚》一文的三位作者却给出了实验方法,能证明量子力学不能由纯实数的理论来描述。更可贵的是,这些实验已经被本文翻译和审校团队实现了。这篇文章的三位作者都是量子物理学家,翻译是中科大的两位博士,审校是中科大的教授。 大家熟悉的复数,-1的平方根虚数(i=√-1)是一个神奇的数字。复数的波函数和真实的量子世界是什么关系?复数到底在里面扮演何种角色呢?复数究竟是一种数学技巧,还是客观实在?一直没有答案:如果不用复数,而只用实数来描述量子世界,是可行的吗?复数在量子力学里,是非用不可的吗?复数由实部和虚部组成,其中虚部那个令人困惑的尽管你知道它代表了-1的平方根,但是它究竟有什么意义、对应现实世界的什么场景,可能大部分人都说不上来。 量子力学建立之初,薛定谔在1926年建立波动方程的时候,最初参照波动光学的模型,写下了机械粒子的微分方程,将虚数引入方程,用来描述微观粒子的奇特行为。但这个方程没有任何物理上的意义,然而当他将负1的平方根放入到方程里时,复数形式的波函数瞬间变得有意义了,能够帮助我们准确描述粒子的量子行为: 薛定谔的猫既是死的又是活的,光既是波又是粒子,量子既在此又在彼(迭加态)、既相隔千里又合二为一(纠缠态),粒子的速度与位置既测得准又测不准(两种测量相互对立),真空既“空”又“不空”……微观世界里只有粒子(或能量、波)而无意识可言。但普遍存在的虚数,使意识的萌生成为可能──当微观粒子结合成宏观物质,从那样一种关系里便涌现出了意识,以及与意识互为表里的生命。 有人说:在实数范畴内,任何负数都不能开平方根。-1是负数,它的平方根i是对“√-1无定义(实数范畴内)”这个命题的否定。即宏观世界里,见不到虚数(i=√-1)这样的关系,有就是有,没有就是没有。如“有珠穆朗玛峰”跟“没有珠穆朗玛峰”,就是出于对宏观世界的观察和理解。从经典物理学到相对论再到实数量子理论,都是这样操作的。但在微观世界里,事物与自身对立面之间的关系比比皆是,不要以为把实数与虚数结合起来,再套上一个复数的壳就自证和谐了。除非承认我们的世界一团混沌,秩序来自且仅来自于意识。 2021年3月中国科技大学潘建伟、陆朝阳、朱晓波等组成的研究团队基于自主研发的超导量子体系,首次对量子力学中复数的必要性进行了实验检验。后来国内外还有量子研究院的研究团队加入,分别从超导量子体系和量子光学体系两个完全不同的实验体系上向世界揭示:最终参与各方根据联合测量结果,以超过判据4.5个标准差的实验精度,得出了相同的结论:实验验证了虚数不只是一个工具,而是一个必不可少的存在。复数的更深刻意义,还有待进一步探究。 【7、结束语】 最后来谈一点感受:一生选择钻研纯科学难题的人并不多,终生坚持的更少;获得成功的人除专业科学家之外,科学圈之外几乎微乎其微。即选择钻研纯科学难题,纯粹是个别人的爱好;当然创新型人才所必需的最重要特质,不应只是单纯的“兴趣”,而应是“使命+兴趣”。但因生存的困难很大,而并不是绝大多数人的兴趣,也对。 所以我们赞同类似著名科幻作家刘慈欣教授说的话:“年轻作家们把自己的眼光,跳出自己生活有限的范围,看到更广阔的时间和空间。同时,现实一点,尽量不要专职写科幻。‘不然你的生活可能会面临巨大的困难。现在的科幻市场,也能养活作家,但可能让你生活变得吃力。这样反而会把你的创作热情会熄灭。最好作为一种业余爱好,等你发展到一定程度,能维持自己生活,再变成专业’”。 2023年10月18日世界科幻2023大会在成都开幕,刘慈欣教授接受媒体专访。由此我们看到《中国科学报》10月18日,发表记者杨晨采访文章《刘慈欣:中国科幻发展的最大机遇就是中国发展本身》,也就有此类似联想。而复杂超过功利、现实,还因数学政治,并不全如世界著名数学力学家石根华教授所说:“科研中什么最难?创新最难,而灵感是创新的一把钥匙。要找出自己学过的各个知识点的内在联系,这样的知识才是自己的知识,活的知识,才能灵活运用”。 石根华教授,1939年生,河北唐山乐亭县人。1963年毕业于北大数学本科,1968年毕业于北大数学硕士研究生。1980年赴美国留学,1988年毕业于美国加州伯克利大学获博士学位,现为伯克利大学教授。他在数学上的成功成果,仍是兑现到工程实数对象上的。 2023年10月22日《中国科学报》,发表同济大学教授樊秀娣主任的文章《得诺奖的“三无”人员,在国内能拿到科学大奖吗?》,说得很好。她说:国庆期间,2023年诺贝尔生理学或医学奖正式揭晓。获奖人之一、美国科学家考里科引起了很多人关注。主要因如考里科这样“无单位推荐、无职称、无科研团队”的“三无”人员,在国内可能被授予科学大奖吗?该问题背后,反映希望科研成果评价,不唯成果主人的年龄、性别、职务职称、学术头衔、学历资历、“帽子”和“门派”等因素,而唯成果质量和贡献本身的心声。 樊秀娣教授说,更糟糕的是,由各种人才计划项目而来的“帽子”,人才被“概念偷换”,成为优质、拔尖人才的代表,并在客观上几乎通吃了各种学术资源和奖项。说白了能否借鉴诺贝尔自然科学奖的提名制评价方式,由评奖主办方组织权威专家筛选并最终确定获奖人员?这样既可免去申报人为准备材料而耗费的时间和精力,又能让各种虚假包装以及因评选而起的拉帮结派、行贿受贿等伎俩无用武之地,还可以强化评价主体的责任意识,选拔出已产生重大影响并获得同行广泛认可的研究成果,为优秀科研成果和人才脱颖而出创造条件。 樊秀娣教授的说法是可行的,但“各种人才计划项目”评奖,仍是以兑现到工程实数对象上的成功成果为主的。诺贝尔科学奖项目也如此。“磁力线”这类像“虚数物质”的东西,国内外学者,至今有人发文承认它是“物质”吗?当然2020年诺贝尔物理学奖,也授予过89岁的英国数学家彭罗斯,是因他“由于发现黑洞的形成是广义相对论的一个有力预测”而被授予了诺贝尔物理学奖的──这是一件众望所归的大喜事──彭罗斯研究过量子里奇张量引力效应的作用线,也类似“磁力线”这类像“虚数物质”的东西;并且彭罗斯说大尺度圆周旋转运动中,里奇张量引力速度有分为“光速”和虚数“超光速”两部分的,分别对应旋转物体映射不动星球的对面和背面。 彭罗斯作为一个数学家,能获诺贝尔物理学奖,并不奇怪。虽然他是1965年1月在爱因斯坦去世10年后,为了证明黑洞的形成是一个稳定的过程,彭罗斯用数学“奇点”证明了黑洞确实可以形成,指出广义相对论导致了黑洞的形成,并进行详细描述──这篇开创性的文章至今被视作爱因斯坦之后对广义相对论的最重要贡献,而且他也称为新脑洞物理学的开创人物之一,但这种人在全世界是极少数。 把对写作科幻小说的爱好,类比选择钻研纯科学难题的人爱好,虽然科幻中也包含有许多类似虚数的事物,但这类“虚数的事物”不懂高深科学理论知识的普通人,仍然是容易懂得的。而钻研纯科学难题所作出的基础理论推导,普通人几乎听不懂,也不感兴趣。而且成功解答难题,不是几天、几月的功夫,而是数年、数十年的功夫。其次科技圈外人很难在单位和国家立项,没有科研资金来源,出差考察、买书订杂志、写作实验等花费,要个人想法。 因为我们钻研自旋与非自旋产生正反粒子不对称性难题的兴趣,是从上世纪60年代初开始的,60多年来的坚持,深切感受创新发展科学的机遇,并不取决于纯科学难题本身,也不取决于有兴趣的人、出版人、出版方;第三极基础理论建模发展的最大机遇,是中国发展本身;发展到现在,需要有一些重大的变革,才能恢复它自己的活力。 至于这种变革是什么样的?正如刘慈欣教授说说:“我觉得只能等时代来回答,我真的不知道”。第三极基础理论建模不像人工智能题材,有国家、种族、文化、信仰的区分。尽管它也有这些因素,但总的来说,第三极基础理论建模里,人类是作为一个整体出现的。 钻研纯科学难题的人只是宇宙中的一粒尘埃,我们都是一个整体,都生活在这个尘埃上的。但第三极基础理论建模是最能够引起不同文化、不同种族、国家的人们共鸣的一种人类命运共同体题材,因为它所描写的类似“柯猜”──是1904年庞加莱提出被列为七大“数学世纪难题”之一庞加莱猜想的“庞加莱外猜想”:与空心圆球内外表面所包围的时空映射点内和点外,共形循环翻转,对映“科学是生产力”是一种不“撕破”翻转,是全人类共同的梦想;描写的噩梦、危机也是人类要共同面对的噩梦和危机,而成为连接全世界不同文化的桥梁。 参考文献 [1]陈鹏飞,磁能释放的有效机制──磁重联,《10000个科学难题──物理学卷》,科学出版社,2009年5月,291-294页; [2]陈思佳,“反物质苹果也会坠落吗?”欧核中心首次观测到反氢原子自由下落,“观察者”网, 2023年9月28日; [3]马克•奥利维尔•勒努等三人,量子世界虚数不虚,刘丰铭等翻译,环球科学,2023年9月号; [4]赵修竹,操纵“巨人”激子,环球科学,2023年9月号; [5]]王德奎,自旋曲线过所有基本粒子质量点证明──复杂曲线拆分成易理解计算的基本曲线方法,金琅学术出版社,2023年4月; [6]王德奎,三旋理论初探,四川科学技术出版社,2002年5月; [7]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; [8]王德奎、林艺彬、孙双喜,中医药多体自然叩问,独家出版社,2020年1月; [9]王德奎,解读《时间简史》,天津古籍出版社,2003年9月; [10]叶眺新,中国气功思维学,延边大学出版社,1990年5月; [11]王德奎,中国层子模型六十年分析回顾,Academ Arena,April 25, 2023;金琅学术出版社,2022年11月; [12]李威,电子太圆了,排除了潜在的新粒子,科学世界,2023年6月号; [13]王德奎,聊天手机本质上是人工智能拓扑序──中文智能聊天手机模型数学初探宣言,Academ Arena,September25, 2023;金琅学术出版社,2023年9月。
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