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 王德奎 发表于: 2021-3-14 10:06:33|显示全部楼层|阅读模式

[自然科学] 凝聚态弦物理数学初探

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凝聚态弦物理数学初探
            -──先人指路物理学和科技应用
                    平角
摘要:新冠病毒已把全世界作为人质,全球抗击新冠病毒和多种变异病毒疫情联系着“大智慧”。这种大智慧如“放弃新冠疫苗知识产权”是一种“解密”,揭示了世界的统一性,以及和平与发展仍然在第三孵抱期是时代的主题。那么未来综合第三孵抱期特征的政党与科技这幅“立体交通网”又是一个啥样呢?其实这也类似凝聚态和凝聚态弦物理数学芯片“立体交通网”,可激励理解促进“第三孵抱期”协作混合增强的“大智慧”、“大科学”、“大历史”的全球化。
关键词:凝聚态、弦物理、芯片、孵抱期、解密
            一、粒子物理学和凝聚态物理学之分
121世纪基础科学理论中的阶段转换
A从李侠到格雷厄姆西法梅洛看弦论
上海交通大学李侠教授在《中国科学报》2021年1月23 日发表的《基础研究的现状是停滞了还是仍在路上》一文中说:“中国基础研究的现状与改革路径问题──客观地说近代科学(尤其是基础研究)是西方的舶来品,我们与西方在起点处就存在很大差距,从19世纪末开始的这个追赶过程到目前为止还没有完全结束。我们还需要花时间把西方近300年间关于物理的意识与认知真正学来,然后才有可能实现超越。现在仍然处于学习阶段,毕竟从知道到理解还有很长的认知鸿沟需要跨越,这种跨越既需要知识的积累,也需要天才的涌现。全世界概莫能外。换言之现有的物理学范式,仍处于生命的壮年期。梳理科学史的线索可以清晰发现,从牛顿范式的建立(1687)到爱因斯坦范式的建立(1905)人类足足等了218年;现代的物理学范式从创立到现在也不过100多年的时间,远没有到理论生命的枯萎期,到目前为止该范式还没有遇到有分量的反常与危机”。
李侠教授的说法,既对又有不对。对──是“近代科学(尤其是基础研究)是西方的舶来品”;不对──是“到目前为止该范式还没有遇到有分量的反常与危机”。出现这样的问题,不怪李侠教授,因为他的专长是梳理自然科学史的,不是直接从事前沿基础科学理论专业研究的。例如,2021年《环球科学》杂志1月号,英国理论物理学家、美国东北大学兼职物理教授格雷厄姆西•法梅洛发表的《弦论:物理学中的数学奇迹?》一文,就说到众所周知的统一场论圣杯的弦论,在21世纪遇到有分量的危机──一是弦论“与对称性破缺似乎并不相容”;其次是“弦论似乎并不能被实验验证”等危机。但这个问题说来话长,首先什么是弦理论?
作为是一门理论物理学上的学说,弦理论里的物理模型以及它的升级版超弦理论认为,所有的亚原子粒子都并非是小点,而是类似于橡皮筋的弦──组成所有物质的最基本单位是一小段“能量弦线”,大至星际银河,小至电子,质子,夸克一类的基本粒子,都是由这占有二维时空的“能量线”所组成。在弦理论中,基本对象不是占据空间单独一点的基本粒子,而是一维的弦。这些弦可以有端点,或者它们可以自己连接成一个闭合圈环。正如小提琴上的弦,弦理论中支持一定的振荡模式,或者共振频率,其波长准确地配合。即弦理论模型与粒子类型的唯一区别在于弦振动的频率差异,但为啥弦有振动?它的能量守恒从哪里来?没有人说明白?
其实这与“0”在数学上属于算术及代数等的运算原理有关──11”、“01”、“10”;1=1;1=1=…=1;都因是有1+(-1)=0;0+0=0;0+0+…+0=0等自然数、实数、虚数、复数的加法计算原理。由此涉及到量子起伏、真空起伏等类似卡西米尔收缩效应的检测和霍金黑洞辐射、暗能量包含类似虚数能量效应等现象的观察。这里如果把类似正负数对简单加法计算的算术、代数等于“0”的原理,看作弦理论的振动、能量守恒起源等的纯数学“数论”,那么弦理论在时空即有无穷多的对称:即有无穷多的无穷大对称,也有无穷多的无穷小对称;还有无穷多的无穷大与无穷小的对称,这含对称的破缺。
那么弦论又是怎么进入现代物理学中的呢?这日本人争得很厉害,他们说是1968年“当时在日内瓦的欧洲核子研究中心实验室工作的两名青年物理学家韦内齐亚诺和铃木真彦,独立地翻査自己的一本数学书,偶然发现了欧拉的贝塔函数(β函数)──这是由欧拉在18世纪发现的一个晦涩的数学表达式,它给人一种奇怪的感觉,似乎这个函数几乎可以全部满足描述基本粒子强相互作用所要求的所有属性:他俩惊讶地发现,这个抽象的数学公式似乎是在描述亚原子世界两个介子在巨大的能量下碰撞的情形。这个‘韦内齐亚诺模型’很快在物理学界引起了不小的轰动,足足出现了几百篇论文试图对它进行归纳概括,用以描述各种核作用力。到了1970年,芝加哥大学的南部一郎和日本大学的铁雄宫彤发现,韦内齐亚诺-铃木模型的奇妙性质的背后是振动的‘弦’,而弦的振动可以解释量子力学中所有的基本粒子。到这里,弦理论的雏形基本就出现了”。
但格雷厄姆西•法梅洛的《物理世界的数学奇迹》书中只提到:“以色列魏兹曼研究所一个专门从事散射振幅研究的小组,1968年6月前后第一个对偶模型提出者,是26岁的刚博士毕业的韦内齐亚诺。后来他回忆说,当时正在研究所内的咖啡吧小憩,深入思考描述
π介子间碰撞的散射振幅是个什么样子时,突然想到一种正式发表于100多年前的数学物理系学生就已经熟悉的数学函数──欧拉贝塔函数──这类似散射振幅公式,价值连城。几周后,韦内齐亚诺在造访欧洲核子研究中心时,同那里的几位同行讨论了这个公式。受到鼓励后,决定发表这个公式;相关论文正式发表于1968年9月1日”。
有人说:“纵观历史上除了弦理论以外,所有能够写进教科书的物理学理论无不经历了这样一个过程:归纳总结客观现象(自然现象和实验观测)、逻辑推理、理论预言及实验验证。然而,弦理论的最大问题是无法获得实验验证,而实验才是物理学以及所有科学扬名立腕的关键所在。一个不能实验验证的理论,永远只能沦为一个假说。作为一个数学游戏,这当然是无可厚非的,但为此就真的以为,弦理论所描述的那些空间真的就存在了,无异于皇帝的新装”。
又有人说:“弦理论真的比其它模型更能描绘现实吗?人们总是说弦理论没有预言任何东西,但这种说法是错误的。弦理论预测了整个宇宙是多维的,而迄今为止这只能从弦理论中推导得到。并且它很好演绎了量子相对论最深层次的问题:在基态下许多无质量的粒子都会违反等效原理,但弦理论成功预言了基态下自由夸克的存在,量子色动力学也证明了这点”。其实这种不真不假的状态持续到了1980年,两位物理学家施瓦茨和格林将弦论与超对称理论结合,进而提出超弦理论。他们发现,在使用超弦理论解释强力时,结果会相等。
但是在解释万有引力时,会出现一个质量为零,自旋为二的粒子,也就是引力子。即这是第一个能从微观角度描述引力的理论,从此之后越来越多的科学家,加入了超弦理论的热潮,并在两次超弦革命后将弦论产物推向最接近“万有理论”的王座。韦内齐亚诺总结:“人们怀疑弦理论的主要原因是:它需要无法想象的巨大能量来证明自己,但长距离的实验可以扭曲新的弦理论模型。如果想要在短距离内测试弦理论,最好的方法就是从宇宙学入手。在大爆炸时,弦理论很可能就在早期的宇宙里留下足迹,随后在膨胀中渐渐地变得宏观”。
B、新时代任正非张天蓉论凝聚态换新天
正统的方法,理论物理学家显然是应该让实验发现,指引他们前行的道路──因为这在发展亚原子层面的现代理论时,已立下了汗马功劳,并在后来成为粒子物理学的标准模型:标准模型以寥寥数条简单的原理为基础,很快就取代了此前所有想要描述亚原子粒子行为的尝试,漂亮地解释了每个原子的内在运作机制。
但20世纪80年代初,随着关于亚原子粒子之间作用力的实验所带来的新信息逐渐减少,更多的理论物理学家转向了以数学为辅助工具的纯推理式研究。这给基础物理学带来了一个新方法──弦论。这个理论假设宇宙的基本要素并非粒子,而是极小的弦,企图以此在最精细的层面上对大自然进行统一的描述。
理论物理学家在这个理论上取得了一些进展,但仍没能给出实验物理学家能够检验的预测。然而,不仅物理学离不开数学,数学也离不开物理学。早在20世纪30年代狄拉克就认为,基础物理学是通过越来越能体现数学之美的理论取得进展的。这不难看出这对于弦论学家来说,有着特殊的吸引力。弦论的盛行,给现代基础物理学添上了浓厚的数学色彩。这正确吗?正确的道理在哪里?谁能说了算。
说出这个道理的第一个能人就是华为总裁任正非。他说的道理就是自己及其团队的实践证明;不相信的中国人,你去和他比试吧,这里还有“等文化”,允许你“等着瞧”;还有“进攻性马”──华为任正非总裁把“进攻性马”,总结为“自己图强,也让别人图强;别人先要争强,就让其实践”的战略。2021年1月22日“观察者”网发表的《任正非:敢于将鸿蒙推入竞争,鲲鹏和昇腾软件开发决不停步》一文中,任正非总裁说的先人指路物理学和科技应用的道理有五点:
1)过去几百年来,西方科技像灯塔一样照亮了人类追赶的道路,不仅仅是飞机、火车、汽车、轮船、收音机、卡拉OK……;也不仅仅是欧拉公式、拉格朗日方程、傅里叶变换、门捷列夫元素周期表……他们对人类文明进步的贡献,是我们敬仰的。在美欧日俄……等国的灯塔照耀下,整个世界都加快了追赶步伐。今天的人类繁荣与英欧美日的“灯塔”是分不开的。我们要尊重这些文明国家、尊重先作出贡献的先辈。孔子都二千多年,我们还不是在尊孔吗?今天我们已积累到一定程度了,也想要学习在无人区点亮5G的灯塔,作出我们应有的贡献,回报世界给我们的引导,让我们的光辉也照亮大家共同前行。
2)我不赞成片面地提自主创新,“只有在那些非引领性、非前沿领域中,自力更生才是可能的;在前沿领域的引领性尖端技术上,是没有被人验证的领域,根本不知道努力的方向,没有全球共同的努力是不行的”。我们不仅要搞好“1-10”的工程设计,而且要坚定不移地挺进“0-1”的科学研究,不全球化是不行的。

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 楼主|王德奎 发表于: 2021-3-14 10:08:14|显示全部楼层
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3)当前科技的进步已超过人类的迫切需求,一项科技发明并不能创造一个大产业、创造超额利润──像蒸汽机、电动机的出现那样,就改变了一个世界。现在需要全世界的合力,才能完成一个产品、一个产业。科技发展正处在一个饱和曲线的平顶端,付出巨大的努力,并不能有对等的收益,反而给追赶者减少了追赶的困难。例如,我们每年投入研发经费是200亿美元,但收益只有研发投入的40%,60%的蜡烛在黑暗的探索之路燃尽了。我们仍无怨无悔的努力攀登,也像欧、美、日、俄等国领先公司一样,像蜡烛燃烧自己,也照亮别人。
4)我们正处在一个伟大的时代,同时又遭遇百年闻所未闻的风暴打击。什么叫战略?就是能力要与目标匹配。现在必须全面靠自己打造产品,这是我们的能力与战略极大的不匹配,是我们最薄弱的环节,逼着我们从小学生做起,而且要快速跳级再跳级到博士,我们哪有这么大的弹跳能力?我们既不是巧媳妇,也没有米。我们是从九十年代搭上了数字化的列车,主要是依靠数学在电子技术上构建了优势,获得了产品与服务的成功,这只是信息领域的很小一部分。20多年来我们聚集了全世界大量的数学家、天才、电子工程师……,加强与全世界顶尖的大学合作,仅仅在电子通信联接技术领域刚刚有点突破,就像一块大石板下面的小草,石板刚扳开一小会还没有喘过气来,又压上了,现实给了我们的压强是很大的。我们不要因美国一时打压我们而沮丧,放弃全球化的战略。
5)沉默不是懦弱,忍耐不是麻木,善败者不亡。青春泣血,生命绽放光芒。AI的数据是本地化的,是可以大有作为的;冯诺依曼架构、反冯诺依曼架构,都是冯诺依曼思想的胜利。对未来科学的探索不停步,研发不停步,继续勇往直前。不能以后生存下来了,却看不见未来了。没有明天了,这样的生存是没有意义的。
当然任正非总裁以上说的先人指路,五点道理只能作参考。因为任正非总裁说的是从飞机、火车、汽车、轮船、收音机、卡拉OK等实践、实用看的理论,仅是众所周知的牛顿力学、热力学、电动力学、量子力学、相对论等物质层次的基础理论。说弦理论无法获得实验验证,实际是不知道它对称破缺发生的地方在哪儿去看?因为这要具体到凝聚态弦物理学,才是弦理论换新天的道理。这只能像张天蓉教授这样学贯中西的专业物理学家,说的才是内行。2021年1月12日“科学网”个人博客专栏,张天蓉教授发表的《量子英雄传-26-凝聚态中的对称破缺》一文,她对实验能看到理论预测的样子,讲了三条原则很精辟、有深度,联系弦理论就知道未来凝聚态及科学发展的方向。
即凝聚态物理和粒子物理,初看似乎是两个风马牛不相干的两个领域,在研究时所涉及的能量级别上也相差几百亿倍,但它们在本质上却有一个共同之处:研究的都是维数巨大的系统,粒子物理基于量子场论,凝聚态物理研究的是连续多粒子体系。对此张天蓉教授说的三条原则,是联系对称、对称破缺和自发对称破缺的。即弦论在深度空间对称的,现在能进行的实验都属于它的凝聚态。要能看见,只能是对称破缺和自发对称破缺的情况。就是说它的方程的某一个解,也就是物理系统实际上所处的某个状态,却不具有这种对称性。因此我们看到的世界中的一切现实情况,都是“自发对称破缺”后的某种特别情形。这样它只能反映物理规律的一小部分侧面,因此理论上是:
第一条原则是坐标方向不对称原则。张天蓉教授说,例如一个在山坡上的石头,山坡造成重力势能的不对称性,使得石头往右边滚动,这是一种明显对称性破缺。我们认为这条原则涉及场的拉格朗日形式。坐标与作用方向的矢量、张量以及线度的标量等有关。实际弦论技巧如中学数学课上讲的抽象技巧最深的是:部分包含未知量x和y的数学公式,能用来描述对真实世界的观测。这时x和y代表的则是实验人员可以测量出来的量。一些刚学的数学技巧,可化为基础的简单原理,用来准确预测各种大小的物体的轨迹。再到大学,包含基础数学的物理学理论能够描述从载流导线附近磁场的形状,到原子内部粒子的运动。物理学绝对离不开数学,这似乎成了某种意义上的科学事实。不过数学也离不开物理学。爱因斯坦场方程,可以从弦论一圈阶的共形对称性导出。自洽的量子理论能够解释实验已经观测到的广义相对论效应。说弦论没有实验支持那是错的。因为没有其他任何理论,能更好地同时解释广义相对论和量子物理两个方面的实验并且自洽。
当然坐标原则也有现时理论上的困难。2021年1月26日“科学网”肖建华个人博客专栏,发表的《20世纪基础科学理论的尴尬》一文中,肖建华教授说:目前的科技研究现状普遍性的工程上使用的坐标系是:把传统的直角坐标系的3个空间坐标轴的直线变为任意曲线,在这个全局的曲线坐标系下,任意点的位置依旧可以用3个全局坐标来表示。即在数学上3个微元直线正交轴的交点形成一个局部的坐标原点,这样就形成局部的直角坐标系;但是在全局看,这个局部系的坐标原点是沿曲线运动的,从而全局坐标系是曲线系。全局的曲线系,局部的直角系,这对于一般的任意曲线坐标系却是未知的,从而在实际的工程应用中,在没有开发一般的测量技术之前是无法实现工程应用的。后果就是由于这个脱节,工程界对于的张量理论和群理论描述也就根本上谈不上应用。这是各国科技界面对的现实性的尴尬。所以这个问题要不尴尬,就是要学会凝聚态弦物理数学。
第二条原则是自旋自发对称破缺原则。张天蓉教授说,如一支铅笔竖立在桌子上,它所受的力是四面八方都对称的,它朝任何一个方向倒下的几率都相等。但是,铅笔最终只会倒向一个方向,这就破坏了它原有的旋转对称性。这种破坏不是由于物理规律或周围环境的不对称造成的,而是铅笔自身不稳定因素诱发的,所以叫自发对称破缺。
我们认为这条原则涉及哈密顿形式和正则量子化,比如说,设想一个无质量的盒子,其中充满了不停地从四壁来回反射的光子。光子及盒子都没有静止质量,但是由于光子带有总能量E,因而整个盒子可以有与能量相对应的m=E/ c^2的质量。实际上,质子质量的绝大部分就是来源于与上述光子盒类似的机制。质子的静止质量为938MeV,组成质子的三个夸克的总质量仅为11MeV,剩余的927 MeV的质量从何而来呢?是来源于强相互作用的传递粒子“胶子”。胶子g和光子一样,没有静止质量,但质子中的许多胶子在一起运动和相互作用,因此而具有的束缚能,便是质子中绝大部分质量的来源。
即如果空间中存在某种场,场与在其中运动的粒子相互作用。这种作用的结果便有可能改变运动粒子的能量,从而赋予粒子以相应的“质量”,这是希格斯机制能够赋予粒子质量的基本道理。即如果场的势能曲线比较特别,比如通常经常使用的所谓“墨西哥帽子”的形状。这时,能量最低的状态如图墨西哥帽向下凹的一圈。这一圈的能量最低,但场强却不为0。希格斯场的真空态,便可以由这种势能曲线描述的系统,产生“自发对称破缺”而得到,就像小球无法停在中间能量较高的不稳定位置,最后朝一边滚下到谷底某一点的情形。
因为先前与相变相关的“对称破缺”应用于粒子物理,解决了标准模型中的质量问题。但标准模型虽然是试图将“万物”归纳统一为最少数目的“基本元素”较成功理论,却有一个缺陷:美妙的理论导致了一个不符合实际的结果──与其相关的粒子(规范粒子)的质量只能为0,这会导致标准模型中所有基本粒子质量都为0。幸亏有希格斯机制来解围才使规范场的理论趋于完美。这就是1964年希格斯能猜想到方程E=M2h2+Ah4,的情况。这是从相对论性狄拉克方程方程E2=p2c2+m2c4引出的对称和超对称图像,因为该方程早在提示其中质量m为平方,会引出的负质量和虚数质量;光速c分别为平方和四次方,也会引出的负实数和虚数。
如果分别用倒置抛物线平面坐标图(C)来表达方程E2=p2c2+m2c4和“墨西哥帽子”的形状平面坐标图(D)来表达方程E=M2h2+Ah4的对称及超对称的意思,这是把图(C)的坐标中的X和Y轴定为实数轴,坐标中类似的倒置抛物线对称,表达的是正实数和负实数的对称;这如果看作是“对称图像”,代表的是标准模型尺度内的质量情况。那么,把图(D)的坐标中的X定为实数轴,Y轴定为虚数轴,坐标中大的倒置抛物线底部有一隆起抛物线的类似“山”字形的光滑曲线的对称,表达的就不仅是正实数和负实数的对称,还有正虚数和负虚数的对称。如果看作是“超对称图像”,其代表的就不仅是标准模型尺度,而且还包括了普朗克尺度内的质量情况。
所以“超对称图像”引人重视,是研究图(D)坐标中的图像产生的数学原由是,方程E=M2h2+Ah4和E2=p2c2+m2c4中的对称及超对称的意思,希格斯已超越过狄拉克。这不是说希格斯比狄拉克聪明,而是时代已经给希格斯提供了大量的高能实验,希格斯有身立其境的文献条件。希格斯才能把狄拉克方程E2=p2c2+m2c4左边的E2用E代替,右边第一项中的p2用M2代替,c2用h2代替;右边第二项中的m2用A代替,c4用h4代替,变为E=M2h2+Ah4。其中A是一未知的正值常数,h为希格斯场。比较爱因斯坦的质能转化公式E=MC2,这是在我们的时空或真空中能测试的公式。而希格斯场方程E=M2h2+Ah4式中,只要M2和A皆为正值,E亦为正值,因此E随着h的增加而增加,表现的正是图(C)的坐标中倒置抛物线的对称图像。h的四次方h4不为零,h也不为零时,如果质量平方M2为负值,A比M2大许多,则E在h更小时为负;但随着h渐渐变大,等式右边的第二项变得愈来愈重要,最后使E大于零,表现的正是如图(D)的坐标中,大的倒置抛物线底部有一个小小隆起的抛物线类似的光滑曲线的超对称图像。这是与图(C)的坐标中倒置抛物线的对称图像不同,是包含了有虚数参与的过程。希格斯的科学进步,是“相对论与量子力学各种统一方案最终通向类似弦线、圈线等乱麻”吗?

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 楼主|王德奎 发表于: 2021-3-14 10:09:13|显示全部楼层
时间跨过22年,是1986年我们在《华东工学院学报》第2期发表的《前夸克类圈体模型能改变前夸克粒子模型的手征性和对称破缺》论文,解决了哈热瑞引出的质量难题──以色列科学院院长哈热瑞把质量与手征性联系起来,解决了零质量问题,却遇到了超对称使质量的手征性发生对称性破缺的难题。而我们的论文说明导致量子力学的各种解释有重重困难的原因是,质量变能量、能量变质量只能发生在标准模型尺度到普朗克尺度物质内的微观领域。而科学家们花了很长时间的实验探索,和考察希格斯场公式E=M2h2+Ah4才知道,那是一高能领域,是以质量平方M2的变化引领质能及时空的。具体说来可作平面坐标图(E),该图中所示的图像,纵轴为质量平方M2,横轴为能量,普朗克尺度对应于高能量,因此在标准模型尺度的右边。
希格斯场与标准模型粒子进行交互作用,也类似在超对称势阱中,球量子通过隧道效应穿过势垒一样,有阻力作用。这种充满宇宙真空态的希格斯场就类似在水中行走一样,会受到比在空气中行走更大的阻力,就像是自己变重了一般,粒子就藉由这个过程获益质量。
第三条原则是几率自发对称破缺原则。张天蓉教授说,如水滴结晶成某个雪花图案前,每种图案的几率对称,最后自发对称性破缺呈现成一种图案。我们认为这条原则涉及的问题面很广,可以说所有的可见物质,都是凝聚态弦物理数学可以描述的。
如法拉第说的“磁力线”、安倍说的“微小环形电流”、化学反应说的“化学键”,到中医藏象、藏数思想的脉象、经络等,都指向弦图的“呈展”,可联系作“回采”。而磁性物质、导电物体、化学物质到人体结构,也可以看作弦“迭代”的凝聚态。而中医体现的“藏超弦于民”,正是中华文明科学特有的博大精深。如此这般存在的几率自发对称破缺,不但涉及高维、多维,而且是非线性的。所以在社会人群中出现极端思维的几率,也会远远多余后来专家能研制出的只属于空间高维类似芯片知识的超弦理论──而藏专家的极端于民,不如凝聚态藏超弦于民。因为像大栗博司教授在《超弦理论》一书中,虽然很强调“呈展”,但他并没有说透“呈展”本质是什么?其实超弦普及类似互联网、迭代网、物联网等,正是网弦凝聚态的全息特征。
张天蓉教授说:“凝聚态以量子理论为基础,在量子场论建立之后,理论物理朝两个不同的方向发展:粒子物理和凝聚态物理。公众的眼光大多数投向传统的、以还原论思想为指导的高能粒子物理,以为那才是物理的正统方向。然而实际上当今的物理学家中,70%以上是在做凝聚态物理的相关研究,包括理论和实验两个方面。凝聚态物理与粒子物理有许多理论相通之处。凝聚态物理在理论上独树一帜的有关对称和对称破缺的研究是前苏联知名物理学家朗道(1908-1968)的费米液体及相变等理论,奠定了整个凝聚态物理的基础。费米液体理论可以在处理多粒子的凝聚态物理中继续使用单粒子图像,因为基态的低能激发可以看做是近自由的准粒子,通过准粒子的相互作用对基态进行微扰,可以获得金属、绝缘体,以及超流性、超导性等诸多不同的物态。此外朗道提出的相变理论与对称性破缺理论相关,能够用序参量来描述凝聚态系统的宏观态,给不同物相进行分类”。
2、文小刚首创从弦转凝聚态的探索
A凝聚态物理数学从张天蓉到文小刚
弦理论所失,是只顾试图解决表面上的不兼容的两个主要物理学理论:量子力学和广义相对论,并试图创造的描述整个宇宙的“万物理论”。然而这项理论非常难测试,以及需要更多的时空维度来应付对我们所描绘的宇宙所知的四维空间。这些隐藏的维度,可能卷起到非常小,以至于我们无法发现它们;而弦论到处可测试是在凝聚态。
张天蓉教授在“科学网”博客《量子英雄传-26-凝聚态中的对称破缺》一文中提到三位创建凝聚态物理数学的科学家:费米、朗道和安德森,但他们都不是从弦理论转换的,而是从常规的一般的物质有固、液、气三态开拓的。她说传统的科研方法以还原论为主,古希腊的科学就是从“追本溯源”,即“还原”开始的。所谓还原论,就是认为复杂系统可以化解为各部分之组合,并且,复杂体系的行为可以用其部分之行为来加以理解和描述。例如,物质由分子组成,分子由原子组成,原子又由更深一层的基本粒子组成,依次类推,构成了物质结构中越来越小的层次。还原论的方法便是逐层级地回答问题,期待深一层的结构能解释上一个层次所表现的性质。如此下去,科学演化的路线似乎归结为一条还原的路线,最后追溯到一个“终极问题”。
费米的液体理论,是让在处理多粒子的凝聚态物理中,继续使用单粒子图像,这已经是很深的知识了。朗道和安德森说来是“循序渐进”──初中物理就告诉我们的固、液、气三态知识,在后来的现代物理研究的结果之中,才将“物质三态”的概念扩大,有了等离子态、波色-爱因斯坦凝聚态、液晶态等等。再后来又扩展细分到物质的许多种不同的“相”。这是根据物质的对称性及其破缺的方式来研究相和相变的方法,也被称为“朗道范式”,可以说由此方式才催生了凝聚态物理。即朗道对连续相变建立的数学模型,提供了一个统一的描述。朗道教授认为:连续相变的特征是物质的有序程度的改变,可以用序参数的变化来描述。或者更进一步可看成是物质结构的对称性的改变。物质相之间的互相转换,被称之为“相变”。
因为固、液、气三相的变化,相应地伴随着体积的变化和热量的释放(或吸收),这一类转换叫做“一级相变”,它们的数学意义是说:在相变发生点,热力学中的参量(比如化学势)不变化,而它的一阶导数(体积等)有变化。后来,实验中不断观察到的物质相及相变的数目多了,一级相变的概念便被扩展到“二级”、“三级”……N级相变,分别用热力学量的N阶导数来区分。这些N级相变,被统称为“连续相变”。对凝聚态物理做出开创性奠基的另一位大师,是2020年才辞世的美国物理学家菲利普•安德森(1923-2020)。他在对称性破缺、高温超导等诸多领域都做出了重大贡献,1977年获的诺贝尔物理奖。1972年安德森在《科学》杂志上发表的“多则异”的论文,针对一切归于最简单粒子的还原论,提出各种不同物质层次形成不同分支的层展论,被认为是凝聚态物理的独立宣言。
因为安德森认为:还原并不能重构宇宙,部分之行为不能完全解释整体之行为。高层次物质的规律不一定是低层次规律的应用,并不是只有底层基本规律是基本的,每个层次皆要求全新的基本概念的构架,都有那一个层次的基础原理。也就是说这个世界不同于还原论,还有另一种视角“层展论”(或称整体论)的观点。层展论既不属于还原论,也不反对还原论,而是与还原论互补,构成更为完整的科学方法。安德森以凝聚态中的对称破缺为例,说明层展论能把朗道说的凝聚态物理中的相变与物质结构中对称性的变化联系在一起。安德森是采用把从高对称到低对称的过程叫做“对称破缺”;相应的,反过来的相变则意味着“对称恢复”。然而,如何判断对称性的“高低”呢?特别有时候会将“对称性”与“有序性”等同起来,但这两个概念的“高低”程度,正好相反:越有序的结构,对称性反而越低。
用数学的语言来描述的话,液态时,如果将空间坐标作任何平移变换,系统的性质都不会改变,表明对空间的高度对称。而当水结成冰之后,系统只在沿着某些空间方向,平移晶格常数a的整数倍的时候,才能保持不变。所以,物质从液态到固态,对称性降低了,破缺了。从连续的平移对称性减少成了离散的平移对称性,或叫做:固态破缺了液态的连续平移对称性,即晶体是液体的任意平移对称性破缺的产物。相比于液体,晶体的粒子密度出现了空间上的周期调制,因而更加有序,而从无到有的周期调制的变化,便可以表征物质从液体结晶为固体时的相变。对称破缺分为两大类:明显对称性破缺和自发对称性破缺。第一类“对称破缺”的原因是自然规律决定的,是因为某些物理系统本身就不具有某些物理规律对应的对称性。
如果用数学语言来描述这种对称性破缺的话,就意味着:物理系统的拉格朗日量或哈密顿量,明显具有某种不对称性的项。所以物理学家们越来越认识到,分别单独地研究固体或液体,都远远满足不了实际情况的需要。特别是掺和进了低温物理之后,固体物理的研究转向了对大量粒子构成的各种体系的研究。这些系统中的粒子具有很强的相互作用,在各种物理条件下,不仅仅表现为固态、液态、液晶态、等离子态,此外还有超流态、超导态、波色子凝聚态、费米子凝聚态……,对这些千姿百态以及它们互相转换的研究,便构成了凝聚态物理。而从弦理论转换到凝聚态,我们要首推的第一人是文小刚──文小刚教授是在美国把超弦理论,学到手之后,就把超弦理论投入到物质凝聚态,用投影构建法构建了“弦网凝聚”研究。
这是21世纪第一、二个10年开始以来的学术交往,我们联系到上海交通大学吴新忠教授和北京北方工业大学李小坚教授等博士,但他们都说超弦理论不行了。吴新忠博士还说我国超弦理论早先研究的专家李新州和李淼教授等,已经不研究超弦理论了。但读1981年考入美国普林斯顿大学,师从国际弦理论大师威滕教授学习超弦理论的文小刚教授的《量子多体理论──从声子起源到光子和电子起源》一书(2017年已是高等教育出版社2004年以来第四次出版),才知道超弦理论被文小刚教授1989年“拟设”为“拓扑序”、“量子序”、“自旋液体”和“弦网凝聚”等数学描述,引进到凝聚态物理学,到1999年后成为现在主流凝聚态物理,已被证明是成功的研究──文小刚教授的“弦网凝聚”,实际类似改头换面的中医药传统理论的集成。如果说翁经科教授是在国外从事类似空心圆球内外表面翻转,延伸中医药+西医药交叉模式的科技精英,那么文小刚教授也同样是一个在国外从事类似空心圆球内外表面翻转,延伸中医药+西医药交叉模式的科技精英──文小刚与翁经科的不同,是文小刚在理论和数学上为创造量子色动医药智能机器人作准备,而翁经科则偏重物质手段及疗效。

 楼主|王德奎 发表于: 2021-3-14 10:09:53|显示全部楼层
B文小刚教授及其弦网凝聚简介
文小刚,1961年生,西安人。1977年考入中国科技大学,1981年考入美国普林斯顿大学,师从国际弦理论大师威滕教授学习超弦理论,1987年获得博士学位。随后转向凝聚态物理看到《潜科学》等杂志后,1989年首次提出“拓扑序”概念,他引入对称保护拓扑相等概念,建立分数量子霍尔效应拓扑序理论和边缘态理论,预言双层量子霍尔体系中的超流/超导现象;揭示拓扑序和量子序的弦网凝聚的本质,并用弦网凝聚提出了统一光子和电子等理论。1991年文小刚到美国麻省理工学院任教,1995年被提升为教授。2002年当选美国物理学会会士;2017年获国际凝聚态物理最高奖巴克利奖;2018年文小刚获国际理论物理中心狄拉克奖。
文小刚教授的《量子多体理论──从声子起源到光子和电子起源》一书,已经出版10多年了;文小刚自己不写科普本,解读《量子多体理论》的科普书至今也没有,而且大、中学校也缺乏教这种数学的老师──这可以拿霍金的《时空的大尺度结构》和文小刚的《量子多体理论》两本书,到大、中学校对理工老师进行测量,看占到1%没有?文小刚教授说:“在科学中,只有能被实验检验对错的论述,才有意义。只有答案能被实验检验对错的问题,才有意义”。但文小刚教授用的却是高等数学的计算方法,这像古斯提出“暴涨宇宙论”,看似荒谬,也是用的高等数学计算方法一样──古斯为了解决磁单极、视界、平坦三大难题中的磁单极问题,拟设让宇宙进入的“过冷”状态,是一个亚稳态。古斯计算这种能量最低的稳定态“真空”,在“正常”的宇宙大爆炸模型中,这么一点时间内宇宙的大小,只会在总共10 -35秒的时间内存在──不是真正稳定态的亚稳态“假真空”。
文小刚教授计算的“弦网凝聚”,也追溯到能量最低层次的“真空”层级。那什么是“弦网凝聚”呢?在《量子多体理论──从声子起源到光子和电子起源》一书第10章开头的353页中说:“真空充满了任意大小的弦网状物体,这些弦网组成了量子凝聚态”。在该页底边的注释是:“‘弦网凝聚’是指任意大小的弦网状物体的凝聚”。但该书353页中还说道:“弦网理论和标准的超弦理论是不一样的。在标准的超弦理论中,所有的基本粒子,包括规范玻色子,都对应与超弦理论中小弦的不同振动模式。而在弦网理论中,真空充满了和宇宙一样大的大弦(或大弦网)”。对于从事中医药和西医药的人来说,读《量子多体理论──从声子起源到光子和电子起源》一书都是一件痛苦的事──弦网凝聚是一种超越对称破缺的新的序──拓扑序:分数化、任意子、演生规范理论、自旋液体都是拓扑序框架下的内容。
这些物理对理解高温超导的机制,都是很重要的。文小刚教授本人就是高温超导理论的大家;拓扑序的概念,就是在高温超导机制的研究中诞生的。1989年文小刚教授回到普林斯顿大学,已经变换追求物理之美的兴趣──凝聚态物理理论框架,最重要的就是朗道的费米液体理论和对称自发破缺理论,但他认为,这个理论框架不够完美,或者,没有到物理最底层的实质。于是他展开了漫长的寻找世界本源的历程,找到了“一锅面条汤”和“量子信息世界”──弦波动,就像一锅开水中的面条一样:面条汤──弦网液体,是文小刚教授借用弦理论中的思想,在那里基本粒子都从零维的点模型变成了一根根一维的弦,弦的振动、卷曲、缠绕的方式决定了粒子的质量、电荷、自旋等性质。如果假设我们的世界是由无数根看不见的“弦“组成,弦在不断随机波动地涨落,就像一锅开水中的面条一样(有的面条是个圈),形成了“面条汤“弦网液体。找到了量子世界的以太,那么光就是弦网的密度波(只有横波分量)。但即使在凝聚态物理学家们眼中,有点像粒子物理学家看那些做弦论或膜论的科学家一样,文小刚教授的“面条汤”──弦网液体──弦在真空不断随机波动地涨落,就像一锅开水中的面条一样的理论,最先也曲高和寡。
有难以理解的网友说:“如果不是文小刚教授的心血,我会毫不犹豫的把它当做民科理论。据我的粗浅了解,他把量子信息看做是物质的本原,而原本的由基本粒子组成的我们熟知的宇宙万物看做是量子信息的激发态”。这使我们想10多年前的2005年,四川景盛集团有限公司董事长罗正大先生,把他刚在四川科技出版社出版不久的第三本书《不可视觉物质──暗能量和量子外力》寄给我们读。对于“量子外力”,它的微单元是属于球量子还是环量子的先验图像和经验图像,罗正大先生没有直说,但他对量子外力满状的描述是:现实宇宙类似“一锅盐渍蘑菇汤”,物质类似“蘑菇”,量子场类似“盐分”;还说满状的宇宙量子外力对地球的“包裹”、“囚禁”,以重力的表达形式直达地心。罗正大先生说,不可视觉物质是满状的暗能量,充满整个宇宙空间,对类似天体的可视觉物质是有全包围、收缩和聚集的作用。这里即使罗正大先生把量子外力论的不可视觉物质的微单元的先验图像与经验图像,解读为球量子;但他的量子外力论的不可视觉物质,还包括与量子外力收缩特性对偶的量子斥力。量子外力论根据宇宙可视觉物质和不可视觉物质相互转换的能转质、质转能的两种转换方式,物质在量子外力的作用下,建立起源自物质核心的量子斥力发射机制,可形成典型的纬进极出的质能交换体系。
为啥文小刚教授那“面条汤”比罗正大教授那“蘑菇汤”神奇?只因一百多年前,当年经典物理陷入的危机之一,就是光的载体──以太到底是否存在?迈克尔逊--莫雷的实验证明光速是各向同性的,也就是说经典的以太并不存在。但一百余年后的今天,已经是量子力学的物理时代,量子形式的以太会有么?我们清楚地知道光是一种电磁横波,但是什么东西的振动产生了电场和磁场,又是什么东西的振动产生了光?文小刚教授带着一个从本科时期就孕育的物理问题,思考出了新形式的以太──量子色动“弦网凝聚”。
这个想法很简单,因为光是横波,而液体是不能传播的──液体里只有如声波等的纵波,固体里面不止有横波也会有纵波,所以必须寻找到一个既不是液体也不是固体的物质。文小刚教授借用弦理论中的思想,在那里基本粒子都从零维的点模型变成了一根根一维的弦,弦的振动、卷曲、缠绕的方式决定了粒子的质量、电荷、自旋等性质。如果假设我们的世界是由无数根看不见的“弦”组成,弦在不断随机波动地涨落,就像一锅开水中的面条一样(有的面条是个圈),形成了“面条汤”--弦网凝聚──找到了量子世界的以太,那么光就是弦网的密度波(只有横波分量)。文小刚很显然认为,他对弦网世界里电磁场也很容易得到解释──不过是弦网端点分布造成的结果而已。
即他的这锅“面条汤”巧妙地利用弦的概念,统一了光子和电子/夸克。而电子和夸克可以组成一切原子,这些都是凝聚态物理中最基本的研究对象──就像粒子物理学中的弱电统一模型甚至大统一模型,无处不在的希格斯场让粒子拥有了质量。在凝聚态物理学中,无处不在的弦网液体形成了光子和电子,我们的世界因这锅“面条汤”而变得鲜活。而且对弦网究竟是什么?文小刚说,其实就是量子世界的“长程纠缠”。用这种长程纠缠的概念,可以推导出麦克斯韦方程和狄拉克方程──这是现代物理学中最基本的方程,也很有希望统一描述所有的基本粒子。进一步为了更清楚地描述弦网凝聚思想,文小刚借用了量子计算机中的量子比特概念──量子比特其实代表的就是空间中的量子相互作用信息。
量子比特的元激发,就像固体中声子元激发一样,会产生准粒子。不过这里的“准粒子”就是光子和费米子,由于长程纠缠弦网凝聚的作用,光子和费米子可以稳定存在。我们的空间充斥着无数量子比特(好比一个巨大的量子计算机),其基态就是真空,而其激发态就是基本粒子,其运动造成的结果就是电磁波。但有人说,文小刚的《量子多体理论:从声子的起源到光子和电子的起源》确实有启发性,但他的弦网液体理论解释电子,是讲“如果面条不是个圈,那么它的端点就正好对应一个带电荷的费米子──它就是电子或夸克……把电子、光子解释成像声子那样的低能激发,可能确实是事实,但这个图像还是不会令人满意(即它不可能是终点)。弦网凝聚打一个比方,声子是格点的振动激发,声子是解释清楚了,但格点的物质承担者是什么?是原子分子,其本质是什么?这还是需要解释。最终,这是一个无限循环的无法穷尽的解释。古印度认为世界就在一只乌龟上,那么乌龟在什么上面?又在另一只乌龟上面,无法穷尽的乌龟等于没有解释。可能世界在乌龟上确实是事实,但这幅图景还是没有穷尽。
我们认为很少有人读懂文小刚教授的《量子多体理论──从声子起源到光子和电子起源》一书的真谛──如果不配合研读清华大学丘成桐数学科学中心访问教授、美国纽约州立大学石溪分校终身教授顾险峰教授的《计算共形几何》、《离散曲面的变分原理》等著作,很难理解文小刚教授的弦网凝聚与顾险峰共形弦网的数学暗含:两家结合,则可开创未来中医药革命──量子“色动革命”;而两家分开,则仍只前进在科学传统的“武装革命”上。此话怎讲?
西医药后来居上,翻转赛过中医药,并不在于阴阳、五行、气血、经络等理论的量子、生物、生理、物理。化学等解释上,而是在“武装”上──如今到医院看病透视,西医药“牛”的是有核酸检测、核磁共振CT断层扫描、X光心电图片和超声波B超等先进的检测/仪器,但未来这不算很“牛”。为啥?核磁共振CT、X光和B超等,无非利用的是电子、光子和声子等微观基本粒子的穿透能力,获得的底片大部分还是宏观尺度的信息;西医药医生观看底片分析,还是以宏观尺度的图像,和类似初等数学运算的方法,在制定疗效精准的方案。但这不是未来人工智能大数据、云计算的超基因测序提升的中医药基础上的疗效精准。此话怎讲?因为对照文小刚教授的《量子多体理论──从声子起源到光子和电子起源》一书的研究,通过类似凝聚态物理实验数据,结合高等数学微积分等更高层次数学的复杂推理、运算的方法,已经能说明电子、光子和声子等微观基本粒子的起源。

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 楼主|王德奎 发表于: 2021-3-14 10:10:28|显示全部楼层
这是超越生命细胞、超基因测序等层次,深入到量子色动力学的“弦网凝聚”层次极限的解读。但文小刚教授的“弦网凝聚”也如中医药的气理论或气血理论一样,还只是一种“拟设”。所以也可以把中医药的气理论或气血理论联系“弦网凝聚”理论,来提升几个层次──这并没有什么障碍。中医学的“气”或“气血”概念,源于古人对人体生命现象的观察。如呼吸时气的出入;活动时随汗而出的蒸蒸热气;细胞的健康就也来源中医药所说的气和血:人体的血液为细胞提供了营养需求,氧气则为细胞提供氧化反应的氧气来源等观察,产生了对气的朴素而直观的认识。加之在气功锻炼中体悟到的气在体内的流动,于是在朴素认识逐渐积累的基础上进行推测、联想、抽象和纯化,逐渐形成了人体之气,是人体中的能流动的细微物质的概念;随着认识的深入,建立了中医药学的气学或气血理论──本来气与血,两者对立又是统一体:异名同源,一源二歧,但又汇合为一。
若以阴阳属性言:气属阳而生于阴;血属阴而生于阳。血从火化、气由水生,这又是阴阳互根的客观规律。气为血之帅,包含气能生血、气能行血、气能摄血三个方面。血为气之母,包含血能养气和血能载气两个方面。中医历来强调养气活血;气血之气主要应属于“宗气”范畴,同时又与诸气存在着密切联系,因为人体诸气统为一体,这是祖国医学整体观的特征。从宗气论什么是血?认为血就是从中焦脾胃受纳的水谷精微之气,通过消化吸收上精于心,又经过心的气化作用,遂变为赤色的血液,而流行于脉道中,资营着人的机体和生命。
气血学说的形成始于秦汉时代,最早的记载见于当时问世的医学巨著《黄帝内经》中。书中以阴阳气血、脏腑、经络为主导,阐述了治疗或预防疾病的要旨,实质上就是调整脏腑经络的气血阴阳,即“疏其血气,令其调达而致和平”;加之后世医家的医疗实践,逐渐地丰富和发展气血学说的内容。与文小刚教授的“弦网凝聚”相似,气是无定形的体质,又是一切生化的本原──“弦网凝聚--气”在自然科学中运用甚广,只从中医药学而言,也非常复杂。
但为啥中医药学的“弦网凝聚--气”学说,赛不过文小刚教授的量子色动“弦网凝聚”理论呢?说到底中医药学的“弦网凝聚--气”学说缺乏结合高等数学微积分等更高层次数学的复杂推理、运算的方法,还仅类似初等数学运算的方法──微积分要求精准到“瞬时点”,这就出现一点的多矢量指向,即类似希尔伯特空间的张量计算,而出现偏微分方程、实变函数、复变函数、泛函等推理计算。同样是牛顿力学第二定律公式的求加速度,在初、高中的物理学中,用初等数学运算的方法就可以计算得到。但在大学的物理学中,就要教用微积分方法,为啥?为更精准,为今后的大工程建设──初等数学运算的方法是一种平均,类似中医药学传统的朴素而直观的认识,也类似西医药学“牛”的核磁共振CT、X光、B超等的看底片的方法──人类命运共同体还停留在类似“中医药学”和“西医药学”争“权”、争“霸”,以“核讹诈、核威胁”相向而行“言不由衷”的两分裂阶段。
但量子色动力学、量子色动化学、量子色动弦网凝聚的逐渐丰富和发展的“色动革命”出现,却会不同。例如,文小刚教授的《量子多体理论──从声子起源到光子和电子起源》,是2003年由牛津大学出版社出版的书,但我国为赶超国际先进水平,及时翻译几乎与原书同时出版,可见“弦网凝聚”理论的重要。事实也是这样,“弦网凝聚”与拓扑绝缘体和新型高温超导材料等中新物理现象的发现分不开。例如1987--1994年获中科院凝聚态物理硕士/博士学位、2020年11月19日出任南科大校长的原清华大学副校长的薛其坤院士,曾领导实验研究团队与清华大学、中科院物理所、斯坦福大学的研究者合作,历时4年实验了逾千个样品,终于找到一种叫做磁生拓朴绝缘体薄膜的特殊材料,并从实验中观测到“量子反常霍尔效应”,获得2018年度国家自然科学奖项中唯一的一等奖。
但是文小刚教授的牛津大学版《量子多体理论》一书,学习非常难懂。我国有研究生说:“我是学凝聚态物理的,现在在上量子多体理论这门课,教材是文小刚的,但几乎听不懂,推导太复杂了!难啊!我的研究方向是轨道物理,属于强关联方面的,偏向实验方面的定性分析,有谁是做这个的,一起交流一下”。有导师回应说:“《牛津大学研究生教材:多体系统的量子场论》书,数学难度较大,对于初学者学习起来有一定困难。但对于攻读凝聚态各相关专业的高年级研究生和相关领域的研究人员,是一部非常有用的参考书──文小刚把凝聚态物理学提高了一个层次,从更为统一的角度来看问题,他甚至认为凝聚态物理比粒子物理层次更高,而且扩展传统凝聚态物理概念,虽然他的结论不一定对,但是方向是对的。如果看完这本书,将会对凝聚态物理体系有更好的把握。这本书关于多体理论的基础写的不够,但可以参照其他多体书籍来看,而且就算数学推导看不懂,能够读懂其间的文字,明白他的思路,也已经收获了这本书大部分内容”。
这里回应说的是:多体系统的弦网凝聚量子场论,是从电动力学、量子电动力学、量子场论力学、量子色动力学,迈向量子色动弦网力学的层次,但还没有引爆与量子色动化学相连的未来量子“色动革命”。为啥?文小刚教授还缺少一个像顾险峰教授这样的高等数学家的结合──因为把他们两者的数学结合,在西医药“牛”的核磁共振CT断层扫描、X光心电图片和超声波B超等先进的检测仪器的基础上,做出更“牛”的医药“弦网凝聚-气”机器人或无人驾驶疗效精准“弦网凝聚”中医药机器人,将是另一个“与狼共舞”的华为任正非总裁所说5G出现:一是文小刚教授和顾险峰教授都是中国人,他们在美国等西方搞类似“空心圆球内外表面翻转”的中医药“翻转”成功,或西医药“翻转”成功,都应说“中医”。
类似“黑箱”,需要“拟设”去打开。“拟设”──是著名凝聚态物理学家文小刚教授,2004年在我国高等教育出版社出版的《量子多体理论──从声子起源到光子和电子起源》一书中,多次出现的概念。例如,在该书第9章第1节《投影建构量子自旋液体态》中,提到“通量相的平均场理论和平均场拟设”,说“选择与格点有关的化学势……为了叙述的方便,我们称‘基态期望值’为自旋液体的‘拟设’”。总之,《量子多体理论──从声子起源到光子和电子起源》一书中,从“序的一种新的分类”涉及的“拓扑序和量子序的概念”,到全书结尾第10章《弦网凝聚──光和费米子的起源》,说的“序”、“拓扑序”、“量子序”、“自旋液体”和“弦网凝聚”等等概念,都可以视为一种“拟设”。原因文小刚教授在第10章《弦网凝聚──光和费米子的起源》开头就说得很清楚:“长期以来,费米子和规范玻色子都被认为是基本且不可及的……即使到现在,2D自旋液体是否真正存在也不是很清楚。但是,这并不表示最初的想法是错的”──“拟设”,文小刚教授的《量子多体理论──从声子起源到光子和电子起源》一书,把传统中医药理论的“拟设”,与“序”、“拓扑序”、“量子序”、“自旋液体”和“弦网凝聚”等等概念联系起来,可以新编一本书:为《医药多体理论──从中医药起源到西医药起源和中西医结合》。
因为文小刚教授的《量子多体理论》一书,如果把“量子”改设为“人”,作为“人类个体”不可再分的最小单位,也能成立。但正如在《量子多体理论》一书中类似“图1•2 物质不同序的分类”和“图8•7”所说:“序的一种新的分类,阴影框中的相,可以由朗道理论描述,其他则不能由朗道理论描述 ”一样,仅仅把“人类个体”多体分为类似“量子序”,还不够,下面还分类似“拓扑序”。例如,“统一的宇宙统一的理论”网主编李小坚教授,就说前沿基础科学的超弦理论不行了,要用美籍华人龚天任博士的“龚学”来统一。
龚天任博士有“拟设”科学的自由,但“量子序/拓扑序”需要世界实践的比拼。李小坚教授和龚天任博士的不同,是李小坚教授承认有这种世界实践的比拼。如李小坚教授在他的“统一的宇宙统一的理论”网,就转载了2019年7月23日文小刚教授做客中国科学院物理研究所,作的题为《物理的新革命──量子信息:物质和相互作用的起源》的科普报告。只不过李小坚教授把标题改为《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》。龚天任博士和文小刚教授,同在美国,作为麻省理工学院终身教授和格林讲席教授的文小刚,与龚天任博士作世界实践的比拼,已经有数十年了。文小刚教授正是在学懂了超弦理论之后,把“拟设”引进到凝聚态物理的实践,把“窄”理论,变成大家的“宽”应用,见到曙光。
但用文小刚教授说的量子序/拓扑序来解读,恐怕大多数中医药专家理解也困难。文小刚教授在中国科学院物理研究所的演讲,说得很明白:“物理学的每一次重大革命,则往往伴随着新数学的引入。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。在我看来,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。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”。读文小刚教授的《量子多体理论──从声子起源到光子和电子起源》这本用于研究生和有关教师、研究人员的教科书,恐怕在数千所大学中,能真正学懂的人也不多──因为全书都充满近代高等数学微积分冗长推证。但该书2004年在我国高等教育出版社出版以来,到2017年已经印行了4次。
原因是文小刚教授1989年首次提出“拓扑序”概念,揭示拓扑序和量子纠缠的深层联系,虽然此后十多年因新的量子自旋液体和非阿贝尔物质态,一直没有被实验实现,“拓扑序”这个概念并没有得到广泛认可,直到1999年之后,才成为现在凝聚态物理研究的主流。所以中国的有关研究生、教师、研究人员,不得不了解。这也是文小刚教授与龚天任博士世界比拼数十年的差距。其实“弯道和直道”超车《量子多体理论──从声子起源到光子和电子起源》也不难──新中国建国72年,科学殿堂内外经历“柯召--魏时珍—赵华明猜想”宽窄科学巴蜀传奇,《环球科学》杂志2012年第7期发表陈超教授整理的《量子引力研究简史》一文中说:“1904年,法国科学家庞加莱提出庞加莱猜想,奠定了当代前沿科学的数学基础。即正猜想的收缩或扩散,涉及点、线、平面和球面;逆猜想的收缩或扩散,涉及圈线、管子和环面;外猜想的空心圆球内外表面及翻转,涉及正、反膜面,和点内、外时空。这标志着传统科学的结束,革命科学的开始”。

 楼主|王德奎 发表于: 2021-3-14 10:11:25|显示全部楼层
文小刚教授比已去世的川大柯召院士及魏时珍、赵华明等教授,在世时还年轻。回采用“柯召--魏时珍—赵华明猜想”解读文小刚教授说的量子序/拓扑序,就是陈超教授谈的“庞加莱外猜想”。这是1953-1963年间川大数学物理学家柯召院士和魏时珍、赵华明教授等提出来的,但直到2007年才有一本约90万字的介绍他们猜想在量子通信和量子计算机上应用的书《求衡论──庞加莱猜想应用》出版──宽窄科学大道至简,“弦理论”的二象论是“开弦”和“闭弦”两分,加之“弦”振动,但这是不够的。因为如果抽象网络、电路,血管、神经、河流、道路为“开弦”,这样不仅开弦在外可振动,开弦内在也可流动。这是因开弦和闭弦结合统一在一起,开弦可以像大江、大河有大坝、闸门,流体也可以象征宽窄人工智能:“人”和“机器”,在于智能的“翻转”,及量子数据信息流的扩散、反馈。
二、凝聚态弦物理统一理论比较之争
1、比较姜放打造的《统一物理学》
A《统一物理学》之妙和不妙
有人说21世纪物理学的忧伤是,被认为“科学圣杯”的“超弦理论”和“M理论”,想统一广义相对论与量子力学,却因难于实验证实成“大一统理论”的最大障碍──物理学家集中的前沿领地都要在亚原子领域才能获得验证──尽管超弦理论已取得累累硕果,因没有办法让理论得证,仍被世俗之人认为是“空想科学的典型代表”──大一统理论能量量级,目前预测为10^24eV,而大型强子对撞机对撞产生10^13eV,这之间的11个数量级,被物理学家称为“大沙漠”。
我国是弦理论研究的大国和古国,但研究现代的“超弦理论”和“M理论”的人不多。凝聚态弦物理数学崛起之后,但仍研究一以贯之的“大一统理论”的人也不少。本文只选择两例共探讨。
2018年中国财富出版社第2次出版的《统一物理学》一书,是姜放教授探索、继续探索、直到整个宇宙,而不同于罗正大教授的《宇宙自然力──自然然外力与自然斥力》的统一理论的新书,但又能回答“量子外力的量子在哪里”的问题。其次姜放教授性格上也不同于罗正大教授,是一位从不直率点名批评国际主流公认的所有著名的真正现代科学理论有错的学者。从姜放到罗正大,都企图打开通向科学世界第三极的路,且也许是一种“弯道超车”的办法。
李小坚教授给我们的信中说:“罗正大的书提出了引力、斥力原理,大范围看也是有道理的──哲理性的东西多,具体精确的计算少。而姜放的书,基本假设简单,精确计算很具体,细则便于验证。他们真是有互补性”。姜放教授的《统一物理学》书之妙,是他拟设的“空间基本单元”,比29岁时就成为普林斯顿大学教授的威滕说弦基本单元还小。其不妙也在这点──威滕的弦,成了类似姜放的“凝聚态”。
姜放比罗正大小11岁,是1963年生,沈阳市人,出生无线电世家。1985年毕业于中国人民解放军电子工程学院;2000--2004年在中科院研究生院通信与系统工程硕士班毕业。1985--1998年在总参研究所从事电子及光电子科研工作,其后分别在朗讯、摩托罗拉、华为工作。姜放从少年时期起,就对电子的构成、“电子云”、空间的“真空”、飞碟UFO等未知事物极其感兴趣,揭开宇宙的奥秘成为终身的梦想。《统一物理学》一书虽是姜放在华为公司时完成的理论,但也是他近40年对未解物理现象的思考积累,以及在无线电实践经验基础上结合前沿的科技实验的发展,尤其是宇宙微波背景辐射的发现。
因为姜放教授认为,2.725k的宇宙微波背景辐射是20世纪最伟大的物理发现,由此想尝试性去揭开宇宙统一的物质属性及统一的物理规则的奥秘。用姜放比较罗正大把“空间、物质、能量、宇宙自然力、外力、斥力”等概念捆绑在一起,相互循环转换无始无终、无穷无尽类似接近自然哲学的不同,姜放的空间基本物质单元理论名词概念更数学化。而且他是再加上玻尔兹曼常数、光速常数、电子康普顿波长等已发现的物理规律、物理常数的现成作基础,且在作为证据去探索──这里构成整个宇宙中的所有物质与空间的最基本的元素。但这种宇宙基本物质单元的空间基本单元“量子”,还是量子吗?
B、量子与粒子之争凝聚态弦跟量子合流
2021年1月29 日《科技日报》记者吴长锋发表的《它不是具体粒子却“构筑”起我们身处的世界》一文说:“一个事物如果存在最小的、不可分割的基本单位,我们就说它是可量子化的,并把其可分割的最小单位称为量子。所以说,量子并不是具体的实在粒子。即量子不是‘子’而是一种物理学概念。从九章量子计算机原型的发布,到证明广域量子保密通信技术在实际应用中的条件已成熟,中国科学家已取得跨越式的发展”。那么《统一物理学》一书呈现的那种完整和统一的物理学体系,能统一现阶段数不清的物理学分支吗?
如由它的空间基本单元,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,能以数学公式计算的精度,同实验测量的结果保持一致,从而达到初步建立并能解释以空间基本单元为最基本原始物质元素“量子”粒子的整个宇宙,及其所包含的形形色色的物质形态吗?例如姜放用空间基本单元理论推导出电子、质子、中子、繆子等重要粒子的磁矩;夸克分数电荷的形成;质子的半径等的数学公式,能计算同实验数据保持一致。可见姜放教授建立于此基础上的质子的能量体系构造,使得“宇宙自然力、外力、斥力等量子”,如同亲眼进入质子内部,观测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一样。即姜放的空间基本单元“量子”,表面上与普朗克常数“量子”差不多,但能明确说出是素数1595819的个数的聚合,如构成一个电子的空间基本单元数目,是638327600个。
其实姜放的空间基本单元“量子”,更和罗正大的“宇宙自然力、外力、斥力等量子”一样,质量与形状同能量状态是直接相关的,不具有环量子自旋角动量属性,但也都不排除具有球体这类形态角动量属性。姜放推证的这种方法,至少涉及五个假设。例如,宇宙空间存在相当于2.725k左右的电磁辐射,就是由这种宇宙空间基本单元的运动引起的。由于在空间的传播速度都是光速,并假设空间基本单元处于空间温度2.725k基本能量态下的能量等效质量为m0,相应的能量为E0=m0c2,空间基本单元的运动或能量交换速度为光速:Urms=c,根据量子物理对于黑体辐射的解释,空间基本单元在空间的运动,可以分解为在0至无限大的频率范围内的谐振子的振动模式。根据玻尔兹曼正则分布,谐振子的平均能量为:E= KβT。由于空间基本单元在空间的运动是三维的,因此空间基本单元的总平均能量为:
E平均动能= E平均势能=(2/3)×(KβT )
E总平均能量= E平均动能+E平均势能=3 KβT
E总平均能量= 2E平均动能=2E平均势能=3 KβT =m0c2
(1/2)×(m0c2 )=(2/3)×(KβT )
其中c=299792458m/s为真空中光速;Kβ=1.38064852×10 -23JK-1为玻尔兹曼常数;T=2.725k;m0为空间基本单元在2.725k基本能量态下的能量等效质量。在假设空间基本单元的运动速度为光速,是均方根速度,以Urms表示,是例如有n个空间基本单元,其速度分别为U1,U2,…,Un,则其速度的均方根值为:
Urms=√[(U12+ U2 2+…+ Un 2 ) /n]
Urms可用于表示空间基本单元的平均能量ε。
ε=(1/2)×(m0 U2rms )
由经典的热力学理论的粒子运动速度与温度的关系有:
Urms =c=√[(3 KβT ) /m0 ]
由此得到由2.725k宇宙微波背景辐射测量的结果以及经典分子热力学理论推导的宇宙空间基本单元的等效质量m0 :
m 0=3 KβT / c2 =1.25582605×10 -39kg。其能量折合电子伏为
E0=m0c2/1.6021766208×10 -19eV= 0.704467meV
假设空间基本单元构成宇宙的一切物质,那么也可假设电子也是空间基本单元组成的。令re为电子半径。已知经典电子半径数据:
re= 2.8179403227×10 -15m;
电子康普顿波长:λe =h/m e c=2.4263102367×10 -12m
假设空间基本单元的半径r0接近或与经典电子半径相同,r0= re,相应的电子空间基本单元体积V0e =4/3×(πr03)。由于电子能量较小,如果电子是由大量激发的空间基本单元构成,电子与激发的空间基本单元应有相同的空间能量密度:
E0e / V0e = Ee / Ve

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E0e为构成电子的空间基本单元的能量:E0e = m0ec2。Ee为电子能量,m e 为电子质量:Ee= mec2。Ve 为球半径的等效体积,r0为电子康普顿波长:Ve =(4/3)×(πλe3)。空间基本单元的能量与电子能量同其各自所占有的空间体积关系,应该呈比例关系,合并以上等式E0e / V0e = Ee / Ve得出:m0ec2/ mec2= V0e / Ve = (r0/λe) 3 = (2π/α) 3;
m0e/ me= V0e / Ve = (r0/λe) 3
其中α为精细结构常数,计算公式为α= e2 /(4πε0ħC) = 1/137 。e是电子的电荷,ε0是真空介电常数,ћ是约化普朗克常数,ћ=h/(2π),c 是真空中的光速)。或α= e2/ћc。更近似为1/α≈137.03599976。
代入相关数值,组成电子的空间基本单元个数约为:
(r0/λe) 3= (2π×137.03599976)3=638327599.950185。
由此推导出的一个电子的空间基本单元数目638327590到638327600之间浮动。638327600是400个素数1595819的和。这个1595819×400=638327600是一个神奇的数目,也是一个巨大的单个量子的数目。这和罗正大教授的自然外力是“大量子论”不同的地方,是姜放第一个推证的数目类似“大量子论”,且与蒋春暄首创的“素数构造物态全息论”有相同之处。因为姜放还把这类素数的集合,和超弦理论的多维数3、5、6、9、10、11等素数集合在联系,企图以无不惊叹宇宙中的如此奥秘而结束。
在此姜放发现、证明和广泛应用空间基本单元的10维属性,尽管10维空间的发现是超弦理论和膜理论的最显著的成就,但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,更广泛使用的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;作自然所有相互作用力的一种统一的描述,且发现太阳系的物质发布,与氢原子的能量轨道是一致的,空间基本单元理论可以统一微观和宏观世界的描述。
因为姜放发现粒子,尤其是核子的空间能量,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。
而完成物质间的构成和相互作用关系的统一,使得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”,能因此诠释各种相互作用力,尤其是困惑罗正大等所有科学探索者的万有引力的形成和根本属性的问题。这里我们尽管不准备对姜放的统一的物理学理论,说明对真理是否是完全正确的描述?是否会同无数描述真理的科学达成共鸣和统一?作具体的读书分析,但姜放教授创新物理学统一性的发现,也可告诉我们,统一物理学其根本意义和贡献,就在于对宇宙巨大宝藏的探索,将改变我们的未来。
但量子与粒子之争辩论没有完结,而且姜放教授的《统一物理学》书还没有涉及。因为除超弦和圈量子引力理论外,姜放和罗正大等教授,都把作为能量和物质的微单元的先验图像与经验图像,只归类如类似球量子;而且姜放的空间基本单元理论,似乎还把经典的量子论变成“大量子论”,与后来罗正大把他原先的“量子外力”改为“自然外力”,实际也类似自然“大量子论”一样。其实经典的量子论也是在发展的,因为根据微分几何及拓扑学球面与环面不同伦之争论,我们因此也赞同后来出现的超弦理论和圈量子理论,认为“量子”可能还存在环量子的先验图像和经验图像。即我们增添了一个假设:人为和不是人为的环量子自旋,存在内禀三种自旋──体旋、面旋、线旋等运动的先验图像和经验图像。由此有张天蓉教授在“科学网”博客专栏发表的《解读量子霍尔效应》系列文章中,用“冰糖葫芦”来说明量子霍尔效应中电子与磁通量子数目的分配关系的图像。
“冰糖葫芦”是类似球量子图像,“亏格”孔的圆环圈是类似环量子图像。张天蓉教授说:研究量子霍尔效应后,将一个电子表示成一个山楂,即类似“冰糖葫芦”的绿色圆饼,当穿过电子的磁通量子用一根竹签表示分数量子霍尔态,不能由朗道的对称性破缺理论来归类和解释,而需要由系统波函数内在的拓扑性质来描述。分数量子霍尔态的出现,是由于极低温下电子基态的简并,不同的分数量子霍尔态之间没有通常所指的那种朗道模式的对称破缺,这些态都具有同样的对称性,它们之间的不同可以直观地用这些基态简并电子集体运动模式的不同(拓扑序)来表征:好比是这些电子在跳着各种复杂的集体舞,每一种分数量子霍尔态对应一种集体舞模式,每种模式可以与拓扑中的“亏格”数来表征。即“冰糖葫芦”变换成了“亏格”图示。
1980年德国物理学家冯•克利青(1943-)在实验室中观察到这种的现象,与原先的经典霍尔效应大相径庭,而称为是整数量子霍尔效应,也就是说,霍尔电阻平台的数值是等于(h/e 2)除以一个整数n。每一层平台对应一个整数n。1982年在美国新泽西贝尔实验室的科学家崔琦和史特莫等,在更深的低温(绝对温度0.1K度)及更强的磁场(20个Tesla)下,用载流子密度更高的材料(HEMT结构)研究二维电子气,得到比整数量子霍尔效应曲线更为精细的台阶。崔琦等的结果表明,霍尔电阻平台不仅仅在整数n的地方出现,也在某些分数处被观察到,故称之为分数量子霍尔效应。即不论分数整数,将这两种霍尔效应统称为量子霍尔效应。崔琦,1939年生于中国河南,后来到香港读书,再赴美国深造移居美国的华人。因建立分数量子霍尔效应理论解释,获1998年的诺贝尔物理奖。
张天蓉教授说:“崔琦被中国媒体誉为‘从贫穷乡材走出来的诺贝尔奖得主’……文小刚继解释分数量子霍尔效应之后,建立了分数量子霍尔效应的拓扑序理论和边缘态理论之后,又进一步把粒子物理中‘弦’的形象嫁接到凝聚态中,提出了弦网凝聚理论,不仅揭示了拓扑序和量子序的本质,而且又转而返回到最基础的物质本源问题,构造出了一个光子和电子的统一理论”。我们却感到分数量子霍尔效应理论的建立,不仅在强化经典量子论对物质分段现象的认识,而且对物质无限可分的理解,也在消融对数值的无限可分与形态结构断代的逻辑矛盾──即对于哥德尔不完全定理的成立证明,也有反类似哥德尔不完全定理的成立证明──完全成立的定理中,有一个情况不能成立;相反,无限可分的数论中,也还有一种情况不再可分。
例如,分数电荷构造出1/3电子的出现,虽是由于极低温下电子基态的简并引起,看起来感觉也非常亲切。但由此啥是量子、霍耳、能级、夸克、玻色子、费米子、凝聚态之类的词义呢?因为量子霍尔效应研究的是二维系统中电子在均匀磁场中的运动,量子化电子的运动遵循薛定谔方程,从而得到了朗道能级,磁场在系统中产生了磁通量;当磁场与电子相互作用时,这个磁通量也应该被量子化。即总磁通量可以被分成一个一个的磁通量子,每一个磁通量子的磁通量等于h/e。这儿h是普朗克常数,e是电子电荷。尽管磁场强度看起来是连续变化的,但对每个电子来说,只有当影响它运动的磁通量成为磁通量子的整数倍的时候,电子的波函数才能形成稳定的驻波量子态。
这里二维系统的面积是有限的,总的电子数N,以及磁通量子数N,也都是有限的。它们的比值,便对应于整数量子霍尔效应中的那个整数n。将一个电子表示成一个山楂,穿过电子的磁通量子用一根竹签表示,图中每个磁通量子所穿过的电子数,便等于整数量子霍尔效应中的整数n。当n=1的时候,只有一个被填满的朗道子能带,这也是一个磁通量子穿过一个电子的情形。当n=2时,有两个朗道子能带被填满,因此,一个磁通量子需要穿过两个电子。以此类推下去来看分数量子霍尔效应的情况:霍尔效应中的分数平台是在总电子数目不变,磁场增大的情况下观察:经过了n=1的平台之后,如果还继续增大磁场,磁通量子数也将继续增加,竹签太多,山楂不够,即磁通量子数太多,电子数目不够分配,因而出现几个磁通量子共用一个电子的情形。如果两个磁通量子共同穿过一个电子,对应的整数n便成为了分数:n=1/2;如果三个磁通量子穿过一个电子,则n=1/3。

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还有更为复杂一些的情形,比如是五个磁通量子穿过两个电子,则有:n=2/5。量子霍尔效应中的这个“填充因子”n,它将量子霍尔效应分成了两大类:IQHE和FQHE。FQHE对应于一种不可压缩的量子流体新物态,填充因子n可以用作物态(相)的分类标签:n为整数时,对应整数量子霍尔态;n为分数时,对应量子流体分数霍尔态。
但矛盾是:2021年1月29 日《科技日报》的文章《它不是具体粒子 却“构筑”起我们身处的世界》中却说:量子只是一个物理学概念,不是实物。一个事物如果存在最小的、不可分割的基本单位,我们就说它是可量子化的,并把其可分割的最小单位称为量子。所以说,量子并不是具体的实在粒子。比方统计人数时,可以有一个人、两个人,但不会出现半个人。再比如上台阶时,人们只能迈上一个台阶、两个台阶,而不能上半个台阶。所以对于统计人数来说,一个人就是一个量子;对于上台阶来说,一个台阶就是一个量子。即在物质无限可分的数字无限可分中,也有结构形态的不再可分。
结构形态的理解还有多样的。例如,电子最初是在阴极射线中发现的最小单位,可以说电子是阴极射线的量子。而光子就是光的量子,一束光至少也要有一个光子,否则就没有光了。以上这类物质组成的量子化,还有一类是物理数量的量子化:拟设驾驶着一辆“量子汽车”,它只能以5千米/小时、20千米/小时或80千米/小时的速度行驶,这些数值之间的速度是不允许出现的。换挡时,即使突然从5千米/小时跳转到20千米/小时,速度的变化也是瞬间发生的,几乎觉察不到加速的过程。能量的取值由连续任意变成离散特定,并且存在一个固定的最小值,其它值只能是最小值的倍数,这就叫做物理量的量子化。延伸到每一种原子和分子中,电子的能量都是量子化的。不只是能量,还有电荷、磁矩、角动量等许多物理量,也是量子化的。
由此量子力学成为描述微观世界的基础理论后,就把传统的牛顿力学称为经典力学,“量子”与“经典”的本质区别被说成经典世界的特点,物体的物理量、状态在某个时刻是完全确定的:晶体管要么导通,要么关闭,完全确定。即经典信息要么是0,要么是1,毫不含糊。但量子世界中,客体的物理量则是不确定的、概率性的,而且这种不确定性与实验技术无关,是量子世界的本质特征,无法消除。
如光电效应是当某一光子照射到对光灵敏的物质上时,它的能量可以被该物质中的某个电子全部吸收。电子吸收光子的能量之后,动能立刻增加,如果动能增大到足以克服原子核对它的引力,就能飞逸出金属表面,成为光电子,形成光电流。单位时间内,入射光子的数量愈大,飞逸出的光电子就愈多,光电流也就愈强,这种由光能变成电能自动放电的现象,就叫光电效应。此前经典力学理论中提出的能量是连续的,但光电效应现象昭示世界不再是线性的,而是非线性的。
光的本质是前辈科学家最早提出量子概念的根据:所有微观世界中的粒子,包括原子、原子核、电子以及光子,全都是量子的,而且它们全都不满足牛顿力学的规律。而且物质粒子的量子属性还涉及费米子和玻色子,因在微观世界中很多微小的粒子并不是固定不动的,其中比较重要的一个性质是拟设粒子自旋,猜想这与地球自转的效果差不多。自旋是粒子的一种与其角动量,即为半径与转动速度的乘积相联系的固有性质。量子力学揭示自旋是量子化的,它只能取普朗克常数的整数倍或半整数倍。由此将不同自旋的粒子分成了两种:一种自旋是整数的粒子被称为玻色子,光子就是生活中最常见的玻色子。
另外一些粒子自旋是半整数,被称为费米子,电子就是典型的费米子。而两个玻色子交换,是波相加,所以两个玻色子喜欢待在一起,有亲和力;两个费米子交换,却是波相消,所以两个费米子无法待在一起,互为排斥。原子中的电子必须占据不同的轨道。所以当原子带有多个电子时,电子按能量由低到高,依次填充不同的轨道。当电子数目不同时,电子的轨道占据构形也是不同的。因为原子的形状,主要是由最后被占据的同颜色轨道所决定的。带不同数目电子的原子,会有不同的性状。这导致了原子的丰富形状和丰富的化学活性,这是复杂生物世界存在的原始基础。但是只有费米子是构不成物质的,必须有东西把费米子装配起来才能构成物质。即还需要费米子之间能够相互作用,传递这个相互作用的粒子的统称,就叫做玻色子。但说白了,这都是凝聚态弦物理数学的阶段性的初探成果,效果重在应用。
2、比较陈蜀乔打造的四种力场统一理论
A统一物理学图像从姜放到陈蜀乔
姜放教授的《统一物理学》一书,是从2.725k的宇宙微波背景辐射这个基本物理事实的发现,来定制类似“以太”式的整个宇宙万物的空间基本物质单元,才逐一打造出统一物理学的数学计算“芯片”知识的。这与传统的物理数学公式定理的衔接,显然跨度还是较大的。与此不同,是陈蜀乔教授的《引力场及量子场的真空动力学图像》一书,更多地一开始就从传统数理逻辑的“0”点真空场基本单元总存在最小的三维性质,就衔接上类似古希腊时代“以太”和欧几里得几何公理的假设,使逐一打造的统一物理学的数学计算“芯片”知识,从衔接经典统一数理的拉格朗日形式、哈密顿形式,直到最新的弦模型的数理,都较为平稳。那么他们两人打造的知识“芯片”,就有人满意吗?雒茂泉高工说:“数学仅仅是抽象的概念,它可以是表达物理规律的工具,但离开具体的物理事实把数学无端的标榜成力,是一种胡乱编造,我不能离开物理,去理解任何人的纯数学!”
有人说:从科学巨人爱因斯坦,到量子力学大师狄拉克,众多理论物理学家都因描述现实世界而创造出的理论,会与数学家以自己的纯粹思想构造出来的数学结构,殊途同归而困惑不解:为何“数学在自然科学中有不合理的有效性”呢?问题也许是在未来人类,可能无法通过实验来证实物理理论的真实性和准确性──即未来不再会有20世纪的相对论和量子力学,这样全方位的革命性理论,但我们仍可以认为理论物理学的前途是光明的。为啥?
例如爱因斯坦专心致志的新理论,目的并不是解释令人困惑的实验发现──这是一种智力上的探索,试图仅通过数学计算,凭自己的想象开发出一种理论;虽然这种方法在他的同行中并不流行:当时大多数人的看法是,物理学家应该通过在现实世界中所做的观测和实验得到的结果,来验证他们关于宇宙的理论。当然爱因斯坦也清楚,这种通过数学方法解决问题的策略,在很多科学学科中是行不通的,因为那些学科的理论框架,通常不是通过数学搭建的。
例如达尔文在用自然选择阐述他的进化论时,根本就没用到数学。同样魏格纳首次描述板块漂移理论时,也只是用语言表述的。这类理论的一大潜在缺陷是:语言并不太牢靠──它们的含义模糊不清且容易被误解,而数学概念定义清晰、含义准确,适合用来做逻辑推演和创造性演绎。而且爱因斯坦1955年逝世后,顶尖物理学家们也达成了一个共识:爱因斯坦的这个方法彻底失败了。然而后来理论物理学的发展证明,这个结论下得太早了──因为理论学家可以避免自欺欺人地夸大自己对自然的认识,但在爱因斯坦开了先河之后,他的一些知名后辈,如今已成功将之应用在前沿研究中──从20世纪20年代初开始,爱因斯坦经常提到经验告诉他,为达到发现大自然的基础定律,数学策略提供了取得进展的最大希望。数学为表达这种潜藏的秩序,提供了一个十分精确的方式。借助数学的潜力发现大自然的新定律,成了爱因斯坦的执念:他敦促理论学家们不要再通过解释新的实验发现的传统方法途径来发现基本定律,而要多从数学中汲取灵感。
但我们认为这个说法不准确。其实爱因斯坦创建的新理论,都是寻找到先前有人的实验公开得证,在作基础的。例如光速不变、布朗运动、光电现象,等等。姜放教授的书《统一物理学》不完全是这样,陈蜀乔教授的书《引力场及量子场的真空动力学图像》虽然也存在这个问题,但陈蜀乔教授打造的数理公式,有更多先前人指路的影子。
陈蜀乔,1964年生,云南人。高级工程师,教授,现任昆明理工大学交通学院实验室主任。1986年毕业于云南工学院自动化专业,1990年加入云南大学物理系赵树松教授领导的昆明强子动力学小组学习和参与研究粒子物理学领域中的强子动力学;之后跟随云南师范大学物理系李淮江教授学习量子力学和量子场论。1997年考上粒子物理学在职研究生,具有研究生学历。主持并完成了2003~2005云南省教育厅科学研究基金项目(03Z192A)研究课题《量子场理论和相对论自洽性的基础研究》;获得发明专利授权12项,实用专利授权198项。出版学术专著2部──2002年云南科技出版社就出版了他著的《超大统一场流形理论》一书。陈蜀乔,初次工作学历虽并不是名牌大学,但他的学习是很刻苦的,当时他才38岁,著书的内容已属科学前沿,说明中国有的是科学前沿的人才储备。
量子中国的目标是,我们需要有自己的源头,即使科学没有国界,知识属于全人类。但具体到实践,是分成东学西渐,和西学东渐两个方面的。没有基础和前沿领域的原始创新,科技创新就没有根基。原始创新是民族发展的不竭动力,是支持国家崛起的筋骨。但原始创新不仅仅是引进、消化、吸收,也不等同于集成创新。
科技发展决定着未来,国家要真正强大,必须要有强大的科技,有众多高水平人才,这是国家发展的力量所在、后劲所在。因为科技不仅是知识和技能,更是一种文化、一种精神。科学对每个人来说都是平等的、开放的。解放思想、实事求是、勇于探索、追求真理,这是科学技术与生俱来的禀性。这使得科学需要理性,也需要独立自由地调查、质疑、思考,以及去猜想未曾被想到过的事物,勇于挑战。当然个人的学术愿望,没有人买单,成败是自相知。但量子中国也还隐藏有另一个事实,不给钱,也有人玩“科学芯片”。因为新中国解放后带来的变化,使许多穷人家孩子也能读中学,上大学。即使命运和能力不如专业科学家,也是国家的主人。只要有国家统编的中学、大学数理化教材知识,业余爱好者也能继续思考自然科学基础和前沿领域的原始创新问题。有人把东学西渐的科学,说成是“整体论”的,把西学东渐的科学说成是“还原论”,这是不全面、不完整的。
多年讲授东西方哲学的刘月生教授,反对这一说法。他说西方科学也有整体论;这两种整体论的区别是,东方的整体论是“生成论”的,西方的整体论是“构成论”的。但接下来他不知道如何更好地定位生成论和构成论。其实这里的生成论,类似自然全息实验的方法,可以用弦网的类圈模具来标示。构成论类似实验室里实验的方法,可以用传统科学的类点模具来标示。理论物理学本质是实验科学。西方科学家从1864年麦克斯韦统一电和磁,提出电磁波的假设开始,到今天以大型强子对撞机的QCD(色动)实验为基础提出弦膜圈的假设,从客观、务实说,是一种国际的走向。而量子中国上世纪五六十年代,由于日本物理学家坂田昌一的《基本粒子观对话》文章,引导了对西方哥本哈根学派“点模型”的大批判。借助这股潮流,1975年我们印发了《基本粒子结构不是类点体而是类圈体》的论文。说实话,这不是来源实验室里实验的方法,而是得来于自然全息实验的方法。

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 楼主|王德奎 发表于: 2021-3-14 10:13:14|显示全部楼层
如果把国内无论专业,还是业余,都无法拥有的大型强子对撞机类似的实验室里实验的方法,但可降格为低能的宏观的手操作的实验室里实验的方法,如类圈体的自旋可“构成”为三旋和“62种自旋态+各种平动”,以及若干种费曼图类型。这种操作把自旋分为三种:面旋──类圈体绕垂直于圈面的中心轴线旋转;体旋──类圈体绕圈面内的任一轴线旋转;线旋──类圈体绕体内环圈中心线的旋转。这就是量子中国量子色动力学(QCD)自己源头的创新。
对于这个不同于西方的自己源头本土的弦膜圈的假设,吴新忠博士说:“三旋在宏观世界是普遍存在的,不会引起大问题;但量子三旋还没有按照真正量子化的主流派的成熟科学的框架术语表达,构造分析力学形式的转动算符、拉格朗日量、哈密顿量与波函数纯态等数学”。但如果把这说成是不能进高能实验室里实验玩的“科学芯片”,那么电子工业出版社2010年7月出版的陈蜀乔教授约56万字的《引力场及量子场的真空动力学图像》一书,就是一部承前启后有数学深度接轨东西方弦膜圈假设的著作──即以三角坐标通过的程式化量子力学数学方程的标准件原则,对弦膜圈说量子力学进行数学接轨。
科学殿堂内外的人要玩科学前沿弦膜圈说“芯片”,谈何容易?但这是自三旋理论诞生已经坚持了60多年的信念。如中科院理论物理所著名超弦理论家朱传界教授,在《写在“2006年国际弦理论会议”前夜》的文章所说:“弦理论在中国,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”。
当然新中国成立70多年,特别是改革开放40多年来,也取得了一批具有世界先进水平的科研成果。但这种明显差距已影响到我国的网络论坛社区,因为当我们打开较能自我学术展示的各种各式科学前沿的创新与应用的论坛社区时,马上就能看到各种各式分散的在相对论和量子理论领域中被视为挑战的各自为阵的创新与应用,因此很难跟踪实现对他们的连续进展的识别与对话。大多数人把它看成是一种喜人的现象,所以在一些报刊杂志上发表或宣传也无难度,但对国际科学前沿主流的承认来说,却是个难以解决的核心问题。
2020年诺贝尔物理学奖获奖者、英国著名科学彭罗斯,由湖南科技出版社2008年出版他的《通往实在之路》一书,就类似一本西方的“弦膜圈说芯片”手册大全。彭罗斯把自然科学的与时俱进或分类学,从古到今整理出32个知识阶梯──这是人类发展的科学长杆标尺。也许彭罗斯整理得还不完全,甚至有错的,但人们还可以继续完善和编写。凝聚态弦物理数学初探,实证是跟进未来之道。让不分科学殿堂内外的人,在学习或创新时,都能看清自己所占阶梯的位置。这种“统”,在于和而不同,和而相长,把大家纳入好的全球合作、全球应对的轨道。这是从东西方各自优良的传统科学文化出发,来搞科学前沿凝聚态弦物理数学的创新“芯片”,而不对骂、对抗、分裂。
因为科学前沿凝聚态弦物理数学的创新“芯片”的编辑方法,也许可以是采用三旋坐标和三角坐标图像分割与接轨的建构,将科学前沿传统的创新与应用效率提高。这类似当医生,学医治病,是有一定的程式和标准件的,不然何以从医?当然局外人可以不管,但由于有这些程式和标准件,也能懂一些常识一样,玩“科学芯片”从自然全息来说,位移与旋转的分割是最常识性思维用的图像。
当然它的初等知识,还不能告诉类似大型强子对撞机产生的每个图像或波形的边界在哪里?但从位移引申的类点平动伸缩,到建立的三角坐标;从旋转引申的类圈对称循环,到建立的三旋坐标,这类分割、使用、联系并通过数学程式化及标准件,进行的匹配和排除,已取得很大的进展,但积淀的这些程式化及标准件的数学、图像、模型、模具,大多是分散的,缺环多,学习效率低,且应用难度大。
而由陈蜀乔教授出版的《引力场及量子场的真空动力学图像》一书(以下简称称《图像》,或陈蜀乔理论),虽然和其他传统研究者一样,也都采取了类点和类球体大致相同的办法,但陈蜀乔与他们不同的是:很多人的初衷只是为独创,而找与主流科学前沿凝聚态弦物理数学的创新“芯片”相区别的最适合图像。也许他们的普及率虽高,而前进的运算和接轨的缺环则是更大。而陈蜀乔对解决类圈和类点粒子模型的接轨,却能提供启示和套路,可将科学的东学西渐与西学东渐的聚焦极大提高。因为陈蜀乔是考虑到了34种之多的量子场论、量子力学、粒子物理学、相对论等教科书或参考书的积淀,可以用较精致的图像进行更多元的数学对接。虽然存在不少还需完成的地方,但陈蜀乔理论仍然算是有一种能找到的最完整对接的方法。即使在科学前沿凝聚态弦物理数学“芯片”领域,还有很多种新的方法,不好说他会让整个凝聚态弦物理数学发生变革。但应该肯定的是陈蜀乔理论非常有趣,可以作为一个出发点,通过与本土源头凝聚态弦物理数学弦膜圈三旋模式的匹配,能够实现对一些相似问题的数学建模。
B层林尽染模具凝聚态弦物理数学的启示
以人为对象的社会科学,不需要拿人作模具,因为自己就生在其中,很多事情一说就明白。光子、电子、引力子、夸克;电荷、光速、重子数、轻子数、同位旋、味道、颜色等等微观世界,早有数学模型统一描述,但我国北京有物理学家讲:“即使世界著名的量子论专家也还说,没有一个人真正懂得了量子论”。可见统一微观的模具量子力学探索,是一个方向。
1)扑面而来的模具量子凝聚态弦物理数学
朱传界教授所说的今天科学前沿快速发展中,在国际上起到方向作用的弦论、膜论、圈论,本质是一种模具量子凝聚态弦物理数学,但国内有不少学者却说见到就“恶心”。分析原因,一是介绍到我国来的和国内教科书所教的东西缺环太大,二是介绍的仅为简单的图像和过深的数学模型,不是模具。打开陈蜀乔教授的《图像》一书,至始至终扑面而来的,是说明量子场论基本概念的配有大量的尽可能利用的图像。并且这不是直接以西方弦膜圈说的简单图像来开篇。陈蜀乔是以小方体及其组装的十字架,作测量时空标尺的模具,加上添设读者能够理解和阅读的一些假设,再和传统的量子场论、量子力学、粒子物理学、相对论等教科书中的数学标准件、程式联系起来,达到了与西方弦膜圈凝聚态弦物理数学一致的接轨目的。
这即使是对理论物理学工作者,也有很好的启发和借鉴作用;是为物理学研究提供了一个新的视角。例如周世勋教授编的《量子力学教程》,张一方教授出版的《粒子物理和相对论的新探索》,通篇是微积分方程一类的数学模型,图像较少,也是好书。但陈蜀乔的《图像》比它们要好学一些,然而这仅仅是一种探索。那么何谓“模具”?模具和模型的分野是,粒子物理并不靠实验就能看清粒子个体内部的图像,而是靠实验提供大量的数据和波形,这就出现模具和模型的分野。
一种内部含有自身推导规则的纯数学演算,能撮合它,这是数学模型;一种近似的实物模具自身包含的物理规则,能作一些撮合的,这是模具模型。可见模型比模具的范围大,但较直观的模具物理几何规则,并不同于数式的演算规则。那么模具量子力学从何而起呢?
在奥斯特和菲涅耳等人对电和磁感应问题的实验研究启发下,1820年安培提出磁性起源假说认为:在组成物体的物质微粒内部,存在着环形电流,这种环形分子电流使每个物质微粒都成为一个微小磁体。这是量子圈态模型模具的第一次定位。1832至1852年法拉第从电磁感应实验和与流体力学中的流场类比的直观研究出发,提出电场和磁场是由力的线和力的管子组成的概念。这是世界上量子弦线的杆线弦、管线弦模型模具的第一次提出。
1864年麦克斯韦把安培的分子电环发展为电圈和磁圈两种不同的圈态,圈套圈交换组装成法拉第的力线,来解释电磁场的传播:变化的电场产生磁场和变化的磁场产生电场。这是世界上量子圈链模型模具的第一次提出。但这仅是个单链式的模具。早在1832年,麦克斯韦发表的《论法拉第的力线》论文借助流体力学方程,就把力线写成矢量微分方程。到1864年他发表的电磁场运动方程,数学公式已相当完善,这是用无形的位移电流激发磁流圈自旋与运动,作电流和电场区别的图像。因此1864年是开启模具量子力学的元年,实验、理论合一不断到至今。麦克斯韦仅是单链和非生命物质的模具,到1953年华生和克里克,提出基因双螺旋结构DNA模具,这是世界上双链式物质模具的第一次提出,且是生命物质。
受此启发,上世纪80年代,三旋理论把麦克斯韦的单链发展为双链的圈态编码,能产生连续的孤波和半自旋,定名为孤子演示链,因此能投射量子的波粒二象性和费米子的半自旋等。1996年延边大学学报发表《模拟DNA双螺旋结构的机械孤立子波》,这是圈态模具第一次统一生命与非生命物质图像的尝试,也是建立有背景和无背景引力场及量子场统一图像的真空动力学的尝试。

 楼主|王德奎 发表于: 2021-3-14 10:13:50|显示全部楼层
2)以太粒子和点模型疑难
类似陈蜀乔的光子力线结构简化图,可由球简化为一维弦再简化为点的合符庞加莱猜想操作。我国科学殿堂内外很多人都热衷于以太粒子创新,但都不及陈蜀乔《图像》的细化和工程完整。一旦和他们认真,就推说仅是在玩科学,并不想以此终生搞专业。
再说模具相对数学模型,仅是一种可观感的平台。模具的名称和样式可以不同,但在有背景空间和无背景空间上,三旋能搭建统一,这有庞加莱猜想证明的数学结论:不是球面,就是环面。弦论学家和圈量子引力学家之间,争论的有、无背景空间问题,实质是各自都还没有弄明白闭弦的自旋存在三旋。而麦克斯韦在1864年写圈套圈的电磁场方程的时候,也没有明白他已经进入三旋。
因为麦克斯韦用圈套圈感应说明电磁波传播,已不需要传播声音类似的媒介以太。所谓“麦克斯韦大厦是建立在电磁以太上的”,是带错了高帽。陈蜀乔说:“空间、真空和以太这三者,不过是同一物理存在的三个不同名称”。即类似孤子演示链模拟真空结构,空间、真空和以太已同一。把麦克斯韦和以太混淆,一是支持麦克斯韦并是他亲密朋友的菲涅耳,是光波动说实验大师,他坚持光的以太介质说,人们把麦克斯韦和他的理论搅在一起。二是至今人们也没有明白圈套圈的电磁波包含线旋。三是有或无背景的真空场,空、实都要以圈态作基础。陈蜀乔说:轻子质量荷的“点”结构和“环”结构,都是为了理论简化和描述方便所采用的简化模型,相对于“点”而言,“线”结构更为高级。这里陈蜀乔没有提三旋,一是他还不清楚;其次他是用位移推证圈态r0≤r≤R形变,不是麦克斯韦的圈态旋转推证位移。
张崇安高工提出空实二源论,说明空与实是万物之源,是对的。但空与实具体到真空场的有或无背景空间的基元图像是什么?传统的量子场论,粒子物理、以太或太极子说,一般是暗指固态或液态的点或球模型。陈蜀乔说,空穴本身没有维度结构,但以空穴为中心点的圈结构却很稳定。由此陈蜀乔《图像》对空实二源论的处理是很好的。例如书中电子产生图10-2-1,因为有空实二源,图方块积木群中,A块受到激发,从原位置中脱出至C时,就形成游离态的A块,构成激发态。在A原位置出现一个空穴方块,形成轻子场负电子。在C处多处的A块,挤压周围的真空场形成反轻子场正电子。接着要用空、实环胎作背景区分。再论张崇安的粒群波,他说用类似天空中飞行的行雁、机关枪打出的子弹列、放学出校门的学生队列等模具,可推出量子力学波动方程,以及密集度、质量、能量、边界等物理量描述。
他定义宏观波粒二象性,波长为相邻两个群间距,频率为单位时间通过某空间界面的群数,波速为群列相对于某参照系的前行速度。还说这与介质波不同,粒群波的波动是近同群在某个空间位置更替的结果,而介质波波动是介质沿平衡位置往复振动的结果。粒群波波速多呈现为矢量,介质波波速多呈现为标量。粒群波的能量具有分立性,而介质波连贯性较强。他给出了几个类似的量子力学方程,但他没有像陈蜀乔那样,具体到每种轻子、介子、重子,如光子、电子、引力子、夸克上试试。如果张崇安拿统一有或无背景空间的孤子演示链模具,用链圈映射宏观的行雁、子弹,学生的确定性,再转换对应微观粒子概念的不确定性,就没有混淆之嫌;也不用双缝实验去区分。
把行雁、子弹,学生代换映射进真空孤子演示链,类似费曼图中入射的初态粒子,至于末态粒子已交给真正的量子波动方程。孤子演示链模具模拟粒群波,自然连贯且分立性分明,推算其他物理量也好说。把粒子硬说成波,是受传统数学模型的影响,但数学是有缺环的。
例如拓扑论数学,图像不能撕裂和粘贴;但弦论的模具一根弦线,可随便断开,随便接长或变为圈。两者混用,模具的弦论与数学的圈论之间,就争吵有无背景。三旋是它们中自主创新的数学,圈态线旋理解弦的断开、接合,很自然。
3)用三旋解读陈蜀乔理论
陈蜀乔说,他的理论和超弦/M理论都在朝统一四种力场的目标努力,但理论都未完善,且不可避免地要把这两种理论进行比对。其实,这两种理论只是分工不同:超弦/M理论是在往前冲,陈蜀乔的理论是在作超弦/M理论的回采。两者理论的未完善,都因未找到三旋理论。三旋本身是一种量子论,但并不意味着是单个粒子(球、膜、弦状或圈态)或单种作用,而是通过类圈体的不同自旋编码,表示整个粒子谱系列及诸种作用的统一。这是它开篇建立的三条公设就昭示的。这是在不改动欧几里德对点的定义的情况下再补充的三条公设:
(1)圈与点并存且相互依存。(2)圈比点更基本。(3)物质存在有向自己内部作运动的空间属性。三旋向物质自己内部空间作运动,既是指线旋,也是时空的自然弯曲,所以能统一量子论和相对论。
其次三旋开发的孤子演示链,也可解决引力场不能量子化的矛盾:引力场时空没有断裂是连续的。孤子演示链可视为质量链和粒子链编码的双链孤波模具,从模拟初态粒子到未态粒子,运动是一个完整的曲面过程,类似在发射一束辐射脉冲粒子。其自旋需要2对圈子,类似含引力子。再用单个类圈体作三旋矢量分析,结合流体实验可证明湍流存在。如陈蜀乔的《图像》书中191页图7-2-2是一个水平放置的环胎,在中心点0作三角坐标x,y,z轴,方向指向胎中心外,为正向位移。x轴与环胎最外侧交于01点,001为环胎外围半径长R。
过01点作垂直于x轴的平面A。以0点为圆心以R为半径作球面C,平面A与环胎和球面都同点相切。把x,y,z轴从0点移到01点。y,z轴在面A内的指向,可用来标示环胎面旋、体旋、线旋等三旋矢量。即y是面旋的矢量,z同时是体旋、线旋的矢量。体旋是沿球面C的向外运动。线旋则是沿环胎本身柱面作类似向物质自己内部的运动。这种奇特,是点内和点外空间的分野,体现了太极和庞加莱思想的“其小无内,其大无外”。从这种三旋坐标与三角坐标的分割到结合,可看出它们各自的不同。这种各自发展空间的分工与合作,三角坐标是各向同性的。而三旋坐标是各向异性,没考虑x方向的位移。
此区别是产生时空背景和湍流的由来:先说湍流。《求衡论》书中从323页“湍流和同步辐射系综”开始,就推证湍流:设放大环胎为极大的圆环,设原先过01点的线旋圆面为B,它和面A及y轴也垂直。由于原先的环胎柱面变似直线的圆柱面,把过01点的三旋矢量坐标移到面B内线旋的各能级的同心圆上,那么z方向的线旋和体旋消失,而y方向也存在向自己内部运动的体旋,只不过线旋和体旋在新点已经合一,原y方向的面旋变成原x方向的位移。由此会出现阵发间歇的湍流效应。
《三旋理论初探》一书中从354页开始讲“自旋磁陀螺之谜”:把垂直的条形磁铁上、中、下作水平直线aa′、00′、bb′,分别代表条形磁铁整个磁力线圈发生面旋,所成球体的北半球剖面、赤道剖面和南半球剖面。把环胎和球面C的赤道00′处的切面A,分别移到aa′和bb′,由于它们都与所在球面的半径垂直,由此两个新切面与00′就会成锐角。这种倾斜方向说明为什么从开始设的无背景空间会产生有背景空间?因为垂直移动条形磁铁,磁力作用对磁陀螺竟然同性相吸,异性相斥;陀螺自转方向改变时其公转方向也改变。这可联系自转相同的地球,南北半球围绕空洞流动的漩涡旋转方向的不同。
对此陈蜀乔理论就难作此区别。如他的《图像》书中说,类似装满水的洗澡盆,当把底部木塞突然拔掉出现空洞,会形成一个围绕空洞汇聚流动的漩涡。于是周围的小的场基本单元就会自旋汇聚填充这个空穴。这种效应就产生电子。把激发态场基本单元对周围所造成的整个形变区域,定义为电子内禀空间所产生的整体的效应称为电子,即具有“自旋”、“汇”的结构。又说拉伸为正空间,压缩为反空间。一个点及其邻域场构成一个量子场,因而每一点对应一个量子场(圈)。量子场是一个有邻域的点(类圈体),量子场可简化为一个点(圈)。所有的场源自于点。一个点发生移动,产生一个邻域场(圈)包含4种场:弱力场和强场是微观的邻域场,小于10-13cm。而电场和引力线构成的邻域场,则充满整个真空场。可见环胎是有邻域的点,实际是他全书模具的套数。
陈蜀乔的《图像》书中开篇也提出类似三旋理论三条公设的四条基本假设,着眼点就在三旋坐标放弃的那个三角坐标x轴向的位移、形变、应变上;有邻域的点可以和微积分运算挂钩。按此他的真空场理论四条基本假设,可整理简化为:(1)类似普朗克尺度为真空场基本单元。(2)维度指向由应变确定。(3)基本单元形变存在拉伸和压缩极限。(4)形变会降低其传播能力。
陈蜀乔的第四条传播能力降低类似三旋理论第三条公设,是一种转折,都含有能使时空弯曲的意思。陈蜀乔的四条假设从图10-2-1的维度方块,引出了位移、形变、跃迁、空穴、源、汇、有邻域的点、拉伸、压缩、内禀空间、应变、弹性、塑性、硬化、撕裂,等等。
C凝聚态弦物理数学承前启后接轨完整景观
高能物理是实验科学,哈密顿形式、拉格朗日形式、薛定谔绘景、海森堡绘景、费曼路径积分、厄米算符,洛伦兹变换、动量表象、时空标架、张量变换、协变导数、正则量子化,等等数学程式、标准件都是实验的积淀,外人看来是清谈,但从找出妨碍实现实验目标的约束条件,并对它进行消除的系统改善方法来说,能否处理得承前启后,是看你专业不专业?

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