第三次超弦革命与21世纪语境分析 王德奎 摘要:超弦理论和圈量子引力理论的语形、语义、语用、语境分析,在物质形相和时空能相的统一上都得了失语症。例如,动量的不确定性也将导致时空的不确定性的图像像什么样?只是分立的,不连续的,离散的,存在最小的时间单元和空间单元的,客观上不再存在比时间单元和空间单元更小的时空尺度,实验上也无法测量到比时空单元更小的时空尺度,等等含糊用语,能说明什么?对自旋进行严格的语义学定义,从而摆脱社会学的语义、语用和物理学的语义、语用,对自旋、自转、转动定义含糊不清的语境,给21世纪量子引力理论反常期的重要论战,带来新的活力和现存的范式,这才能凸显语境分析真正的价值和作用。因为对自旋作语境分析,并作严格的语义学定义,是超弦和圈量子引力、微观和宏观物理学统一的唯一选择,也是分辩球量子图像和环量子图像自旋趋向的唯一选择。 关键词:语境分析、自旋、对称、球、环、第3次超弦革命 【0、引言】 有人说,超弦理论如果成功,极有可能带来物理学的深刻革命,其深刻程度不亚于上个世纪的两场物理学革命:相对论和量子力学。 量子引力理论是继量子场论之后企图把引力量子化的理论。然而圈量子引力理论也是目前量子引力理论中最有生命力的理论。 有人认为,超弦理论和圈量子引力在时空处理上着手方向完全不同,超弦理论把时空当作物理学研究的背景,而圈量子引力理论则直接建立了背景无关的量子引力理论。这是否是继20世纪有人“赌”物质层次无限可分之后,在21世纪“赌”时空层次无限可分的科学探索呢?对这个问题的回答,决定着物理学家建立物理学理论的基础。 【1、第一和第二次超弦革命】 现在量子引力理论界不再把基本粒子视为点状物而是延展性的物体,比如一维的弦或二维乃至高维的膜。这样建立起来的理论是超弦理论。超弦理论最初并不是作为一种引力理论提出来的,它是研究强相互作用时提出的一个方案。 20世纪60年代后期,维尼奇亚诺、南部等人提出弦模型,用来解释实验上发现的强子共振态质量和自旋的雷吉轨迹。但是超弦理论在成功的解释了这些现象之外,还同时预言了一个质量为零自旋等于2的粒子。即弦振动时产生无限多个满足相对论的粒子,质量越来越大;无论如何改变弦论,弦的粒子谱中总含有一个自旋为2,质量为0的粒子。但在强子谱的实验中并没有发现这样的粒子,到20世纪70年代中期,标准模型的成功,弦模型已经被舍弃。 此时,舍科和施瓦兹指出,如果把这个自旋2的零质量粒子,用来描述引力场的量子--引力,弦论可作为低能有效理论的爱因斯坦的引力理论。原因是,一个包含自旋为2的零质量粒子的理论,如果有相互作用,一定产生广义相对论中的相互作用。超弦理论的基本目标是统一各种相互作用,统一粒子物理和时空理论,在更深的层次上理解时空的起源,物质的起源甚至量子力学的起源。 到1984年,前两个目标已经为人所认识,此时又发生了改变超弦面貌的三件事:第一是解决了所谓手征问题,因为粒子标准模型中左手和右手是不对称的,如果希望将这个模型纳入弦论,弦论本身必须也要有左手、右手不对称性,就是手征性。第二,超弦理论是一个十维时空理论,要想回到四维时空,必须将弦论放在一个很小的六维空间上,使得宏观的时空是四维的,同时保证四维时空中有极小超对称,这个办法也在1984年找到了。第三,发现了一种可以将粒子标准模型的规范场纳入的弦论,叫杂化弦。 在1984年以后的数年中,人们肯定具有超对称的弦论一共有五种。超弦理论在1984年之后的一两年间突然成为一个热门的、主流的理论。这一两年间发生的事,后来被成为超弦的第一次革命。 在1994年之前,物理界又累积了一批反对研究超弦的人。 反对的理由是:超弦不能在可见的未来,能完美地解释粒子物理中各种存在的重要参数。从理论的角度来看,超弦理论还不是由一个或几个基本原理所决定的理论,而且那五种理论看起来毫无关系。 最后这个反对的理由,在1994年开始的第二次革命中完全消失。 五种超弦理论其实是一种比每个超弦,更为深刻和普遍的理论的不同极限:由于取极限时,理论中的基本激发态改变了,所以五种理论表面看起来完全不同;但在每一个理论中,如果我们调节其中的一个参数,如某个耦合常数,这个理论就可以过渡到另一个理论,这种等价性,叫做对偶性。对偶性看来是弦论或者后来的这个普适理论──叫做M理论的一个很普遍的性质。 【2、超弦和圈量子引力与语境】 20世纪对相对论和量子力学的哲学分析,我国叫做科学哲学或自然辩证法,21世纪已有改叫语境分析的。 说白了这都是一种评论。语境方法不是万能的,它本身也是"语境化"的。第一,评论前如果自己没具备创新的东西,评论后也不会有实质性的进展。第二,评论前如果自己具备了一点创新的东西,评论后也还是只有那点创新的东西。第三,创新的东西不管评论前自己有无,评论后都有"种瓜得豆"的各有所得的效果。如果说语境分析方法的开放性和灵活性,仅是一种求职的生存策略──那等于白说。 量子引力涉及物理学的大统一,就超弦和圈量子引力的理论之争来说,我们不难预料最终的结果,即人们争论的焦点,本身并不是球量子与环量子之争的那类实质性矛盾。这类似物质有很多层次一样,时空也有很多层次。语境分析作为一种新的方法论尝试,对现代量子引力时空抽象理论模型和概念符号给予的理性诠释,应该看到,超弦和圈量子引力的理论都不承认物质有无限可分的层次,这就使它们之没有大的矛盾。至于说到超弦理论是背景相关的,而圈量子引力理论是背景无关的,这本身仅是“结构信息”和“交换信息”,对时空层次描述是偏远,还是偏近的探索? 众所周知,在我们的实在宇宙,物质是实在的,时空也是实在的。问题是物质属于形相,时空属于能相。在物质内部,牛顿把地上的物质和天上的物质统一了起来。在时空内部,爱因斯坦把时间和空间统一了起来。但物质的形相和时空的能相,本身并没有统一起来。 把物质和时空说成是离散结构,本身并没有区别。因为物质和时空如果涉及大范围的体积或面积,它们无疑类似多粒子聚集的系统,用离散、可分或是连续的概念描述,其实质是一样的。问题是量子引力涉及的是10-17厘米到10-33厘米范围的体积或面积,在这种时空尺度下,电子、夸克、中微子等所知的物质粒子和能量粒子,它们的体积或半径都是测不准的。即人类理性以往对离散、可分或是连续概念描述的能量与物质的先验图像和经验图像都失效了,这时竞争取胜的超弦和圈量子引力的理论,不是要对类似多粒子聚集的系统规定先验的图像和经验的图像,而是要对物质的形相和时空的能相本身的微单元,规定先验的图像和经验的图像。在这个意义上,超弦和圈量子引力的理论才发生有无背景相关的争论。 它们争论的焦点是:如果物质的层次在微观尺度下不是无限可分,如果这里的微观尺度指的是普朗克尺度,那么微观状态下时空结构的分立性是层次无限可分的吗?即时空结构的最小单位指的普朗克尺度──10-33厘米的尺度范围时空的形相像开弦和闭弦,那么时空的能相像什么样?这里所谓超弦理论是背景相关的,而圈量子引力理论是背景无关的,并不是真的代表了物理学家对时空本体先于物质本体,还是物质本体先于时空本体的不同认识,也不是在物理学远离实验范围的情况下,两种理论都各自给出了成功的预言,而无法确定那种一理论是最终正确的问题。 1、所谓超弦理论中描述量子化的工具主要是非对易几何,它是一个指示粒子的位置和时间,将不再具有确定的意义,这是明人不说假话的说不清道不明的重要启示。 而所谓圈量子引力理论预言空间就像原子一样,预言测量实验会得出一组只是以面积和体积的特定量子单元而存在的离散数据,也是以称为普朗克长度的一些说不清道不明的重要启示。如预言在每立方厘米空间中有1099个原子体积,这仅是半斤对八两式的简单数学计算,实际表明超弦理论和圈量子引力理论的语形、语义、语用、语境分析,在物质形相和时空能相的统一上都得了失语症。例如,动量的不确定性也将导致时空的不确定性的图像像什么样?只是分立的,不连续的,离散的,存在最小的时间单元和空间单元的,客观上不再存在比时间单元和空间单元更小的时空尺度,实验上也无法测量到比时空单元更小的时空尺度,等等含糊用语,能说明什么? 2、1971年,彭罗斯提出的叫做自旋网络的具体的离散空间模型,1994年罗威利和斯莫林研究圈量子引力中的面积与体积的本正值算符,结果发现这些值都是离散的。它们对应的本征态和彭罗斯的自旋网络存在密切的对应关系,到底像什么? 所谓自旋,对每个微单元来说,只能是球量子或环量子结构。而所谓网络,对每个微单元来说,又只能类似多粒子聚集的系综结构,综合起来是个悖论解。圈量子引力对黑洞熵计算的基本思路,是认为黑洞熵所对应的微观状态能够由给出统一黑洞视界面积的各种不同的自旋网络位形组成的说法,综合起来也是偏向类似多粒子聚集的系综结构解的,因此结果可以得到贝肯斯坦--黑洞熵公式没有什么奇怪。 超弦理论对黑洞熵的计算,利用了所谓的"强弱对偶性"状态进行统计,也只能类似对多粒子聚集的系综结构求解,得到的熵和贝肯斯坦--霍金的黑洞熵公式完全一致,也没有什么可奇怪。
|