A、线性叠加常识是20世纪科学的巅峰之作吗? 刘海军高工把他的线性叠加常识:维度越高空间越大的“多维度空间和无限维度空间”概念的意义,说成是宇宙自然界的巅峰之作──有限多维空间的外围是,无穷的空间,没有任何物体;外围星体的外面,没有任何力的作用,外围星体会像脱缰的野马逃之夭夭,接踵而来的是多米诺骨牌效应,多维空间摧毁了,星系体系摧毁了,星体结构摧毁了,宏观粒子离解了,微观粒子离解了,所有物质实体都摧枯拉朽般地消失得无影无踪。因此,多维空间是无限的。从宇宙无限维度空间的物理结构上可证明无限维度空间的正确性──正是多维空间的无限性,才保证了微观粒子的稳定性,宏观粒子的稳定性,星体结构的稳定性,星系结构的稳定性,多维空间的稳定性,以及整个宇宙结构的稳定性。这是首次全面论述保证宇宙、星云、星系、星体、宏观粒子和微观粒子的结构和体系的稳定性方面,所起的重要作用。 这确实是首次全面论述的线性叠加常识──我们没有责怪刘海军高工的意思──他毕竟是从事工程技术工作的,还不像曹盛林教授后来回到大学,专门从事理论物理之类的教学。因为大学毕业后我们也曾被分配到矿山工程工地劳动锻炼了十余年,知道能全面了解国际国内前沿科学研究进展的资料有限。当然改革开放后,我国与国际的科技交流也大为改变,各种杂志和书籍介绍20世纪以来科技的进展很多。当然为了保证国家的安全,互联网搜索,像百度搜索这样顶级的科技检索也有局限。但像“多维度空间”这样的知识介绍,联系类似“点内空间”的杂志和书籍还是很多,而这正是刘海军高工文章引出的21世纪科学变换的巅峰意义,而应认知的。下面作一点简介。 B、时空四维以上不是线性叠加是向非线性点内空间转折 2017年8月中科院主管的权威科普杂志《科学世界》,推出特别策划的大块文章《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》。在“卷首语”,是陈斌教授写的文章《弦论:实现爱因斯坦之梦》。它们说的都是超弦理论研究揭示时空四维以上,不是线性叠加“维度越高,空间越大”,而是向非线性点内空间转折。 陈斌教授1992年毕业于中国科技大学近代物理系,1997年在中科院理论物理研究所获得理学博士学位。其后在日本、意大利等国从事博士后研究工作。2003年回国工作。2005年进入北京大学,现是物理学院教授、博士生导师。主要从事弦理论、量子场论和宇宙学的研究,已发表研究论文100余篇。 《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》一文,是[日]福田伊佐央教授写的。他说:现在的超弦理论也引进了“膜”和“立体”。我们生活在3维的D膜(立体)中,构成整个世界的各种物质是由吸附在3维D膜上的开弦(基本粒子)组成的。引力子是闭弦,无法吸附在D膜上,所以引力子能自由穿梭于我们生活的3维之外的空间(高维空间)。而超弦理论的高维空间是“紧致”空间,实际类似“点内空间”。 由于宇宙空间的3维D膜的“外部”,是指超过4维的高维空间,无法用图片描绘;拟设用立体图片,描绘3维膜的一部分来区分“内部”与“外部”。现在我们用空心圆球壳层来代换这种立体图片。那么空心圆球的中心“内部”就类似兰德尔教授在《暗物质与恐龙》一书中说的暗物质盘;空心圆球的“外部”视界就类似兰德尔教授说的暗物质晕。而我们平时说的4维时空及其包涵的所有类似实数(包括负实数)的事物,都居住在空心圆球外表面和内表面之间的壳层中。 C、卡鲁扎--克莱因理论首提四维以上向点内空间转折 2008年湖南科技出版社出版的《伟大的超越》一书,详细介绍四维以上时空向类似点内空间转折的卡鲁扎–克莱因理论(Kaluza–Klein theory也简为K–K理论)。陈斌教授的《弦论:实现爱因斯坦之梦》文章也提到:在上世纪20年代卡鲁扎–克莱因通过引进第五个紧致的维度,统一了引力和电磁相互作用。 德国数学家卡鲁扎1919年首先提出,到1921年正式发表的一个模型,它将广义相对论延伸至一个五维时空,所得方程式可分成好几组方程式,其中一个与爱因斯坦场方程式等价,其它组方程式则与描述电磁场的麦克斯韦方程组等价──通过在四维空间的每个点附上一个圆,在拿走这些圆之后,通常是重力四维空间中的爱因斯坦方程的非真空解。这些圆创造了一种物质,即电磁场。瑞典物理学家克莱因1924年独立进行五维研究,尽管克莱因发现自己的理论基于不同的方法和假设,但在概念上卡鲁扎和他不可思议地相似。克莱因虽然苦闷,但到1926年他还是决心发表了两篇文章强调自己的创新。 在第一篇文章里,克莱因友好地引用了卡鲁扎的文章。由于克莱因用第五维是闭合的圆环解释量子效应,他对于第五维的微小尺度的计算与实验限度符合很好,让他的理论更加令人信服。克莱因认为:第四个空间维度卷曲成一个半径非常小的圆,所以粒子沿着这个轴移动很短的距离,就会回到起始点。粒子在回到起始点前所能行进的距离则称作是该维度的大小。这个额外维度是一个紧致集,而时空具有紧致维度的现象则称作是紧致化。 卡鲁扎–克莱因理论是由两个部分组成。一是额外维:如果把我们面对的现实的四维时空,看成一个区域或一个整体,那么超出空间三维和时间一维的区域或整体的视界的地方,无论大与小,都是额外维范围。二是引进第五个紧致的维度:类似“环量子”的微小圈形状;这是克莱因从麦克斯韦电磁场数学方程组,推证得出的一个额外维具体的几何形态。2015年12月21日在中国科技会堂,为纪念广义相对论诞生一百周年,著名数学家丘成桐教授曾发表题为《几何:从黎曼、爱因斯坦到弦论》的演讲。他说:“广义相对论是四维空间,爱因斯坦其实很想从四维时空里面推导到电磁场──克莱因随后将这项理论向物理方向进行了更深的发展。在四维空间添加维度的想法,以后发展成现在弦论里的四维空间──这个被称为弦论的关于量子引力的新理论发现,粒子表示为时空中微小的振动的弦。21世纪是量子力学和引力理论相结合的世纪,弦理论已是一个相当不错的起点”。 但想到K–K理论类似环量子重叠的弦“线”,我们觉得还有不到位的地方。这是1983年我们在四川盐亭县科协工作时,才从科普杂志上看到我国对卡鲁扎–克莱因理论的介绍。于是当年,我们就在黑龙江省科协主办的《科学时代》杂志第5期上,发表文章《自然全息律》分析过卡鲁扎–克莱因理论。至今我们还认为:K–K理论确实是开辟了超弦理论的先河,但美中不足的是,卡鲁扎–克莱因理论的“环量子”的微小圈,是不做自旋运动的“死圈”。 因为1966年开始的文革,我们还在大学里读书,看着其他同学给所谓的“走资派”带高帽子;在对这种行为不理解之余,也联想过我们自己的“环量子”猜想:想到类似环量子重叠的弦“线”──高帽子重叠起来,可以有正负两头之分,对应正负电荷。其次重叠的高帽子线柱子,还可以弯曲圈起来,形成没有正负两头之分的环圈──圈子与圈子再重叠起来,形成柱面,一条柱面远远看去,就成一条线,用来表示粒子为时空中微小的振动的弦,难做自旋就是“死圈”。
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