庞加莱猜想与不确定性原理刍议(4)

　　六、匹配能量大于质量的势阱解释
　　质量微单元的最小单位，应该说有两个，一个就是0；另一个就是0.01乘10的-11次方GeV。前者如光子的静止质量是0，带来的“单位”；而且光子也属于匹配能量大于质量的势阱一类的粒子。对于静止质量换算的E=mcc这类“势阱”粒子，以色列魏兹曼科学院院长、高能物理学家哈热瑞（Haim Harari），提出了一种判定无质量粒子的手征性办法，它把光速、自旋、球面和手征性很好地结合在一起。
　 哈热瑞设想的着眼点是：如果“势阱”是无质量粒子，它们的自旋是1/2，并且仅仅通过交换规范玻色子发生相互作用，那么描述它们运动的任何理论肯定是有手征对称性的。然后，如果无质量粒子结合起来形成自旋1/2的复合粒子──夸克和轻子，或者自旋只有面旋或体旋一种的开弦与闭弦，在手征对称性保证的同时，与其内部匹配的巨大能量相比仍然是无质量的。因为一个无质量粒子必定总是以光速运动，决不会有比它运动得更快的观察者。因而，无质量粒子的手征性是一个独立于观察者参考系的不变性质。并且自然界中没有一种已知的作用力能改变粒子的手征性。因此，如果世界仅仅是由无质量粒子组成的，就可以说这个“势阱”是具有手征对称性的。由此来看匹配能量大于质量的第四种情况势阱解释。
　 用夸克组分描述质子和中子的理论叫量子色动力学（QCD），它是量子电动力学（QCD）思路的延伸。但自由夸克已不能被观测到，这叫夸克禁闭。但奇怪的是科学家们还是作出一些可以通过实验检测的预言，并建立了一套包括夸克和量子色动力学的标准模型，将弱力、电磁力和强力统一到“大统一理论”（GUT）的路线。在长达20年的时间内，经受过了各种复杂实验的检验。现在科学家们继续前进，并且试图越过大统一理论再建立“超对称”和“超弦”的理论，把引力包含在内，并符合量子力学的原理。庞加莱猜想证明能否解释这类探索，请看第四种情况继续前面第三种的电子的双缝干涉实验。
　 1、上面的第三种情况，为普通电子双缝实验的干涉图案。电子一个一个到达探测器，我们不知道它们从双缝的哪条通过的。从电子数的曲线图相看，发现中间的探测器上电子数最多，我们标记为A。
　 2、如果用一层很薄的物质插入到狭缝和探测器之间，类似是建立一个势垒。但从量子隧道效应，这很薄的物质层是一个很容易产生量子隧道效应的势垒，是近乎费曼的无限多双缝遍历求和的“白板”，所以干涉图相没有变化。即从两条双缝中过来的电子，经过了同样的相位变化。但这里的“全局”相位不变性，只是这一层很薄材料覆盖了狭缝后面相当于屏的所有区域，才是“不变”的。
　 3、如果只是在一条狭缝后面插入一层很薄的材料，干涉图相就会变化。原探测器中间标记A的电子数目最大，在现在的干涉图相上记录的也许是一个谷。干涉图相的变化是因为那一层材料改变了一列电子波的相位；这个相位的“局域”变化不会导致干涉图相的“不变”。例如，从费曼的“全局”白板求和与“局域”白板求和，密度还是有差异的，所以干涉图相的电子波相位会产生移动，也就不奇怪。联系庞加莱猜想（△J）（△L）=Q方程（1）分析，无穷小量的连续与间断的求和，白板的“全局”和白板的“局域”密度有差异与此是对应同步的。
　 4、现在我们采用匹配没有质量的磁场，去影响电子干涉图相的变化。这与我们不知道电子从双缝的哪条通过不同，这种变化我们或多或少是可以预计的。因为在经典物理中，电子在磁场中会偏转，即电荷和磁场都存在手征性。这里要说明，对称可以没有手征性。例如一个圆，对于通过圆心的一条轴线来说，左右两边是全对称的，没有方向区别。但对于一根标明正负整数的数轴，对称是可以有手征性的。例如数轴对于0点，左右两边的整数的绝对值，是完全对称的，但它们的大小方向是由左指向右。
　 对于庞加莱猜想这种对称没有手征性和有手征性，都是兼备的。例如，在一个封闭的三维球面上，任意一条闭曲线都可以连续收缩到一个点，是没有手征性的，也是正反、左右对称的；即使在一个三维空心球内外的表面上，也是各自如此。但是庞加莱猜想还涉及把一个空心球的内表面上的任意一条闭曲线，连续收缩翻转到空心球的外表面上，并且能使其内外对称。这种从球内翻转到球外的对称，是有手征性的。即球内到球外存在方向性，一是从曲面的曲率不同可以得证；二是可以从球的内外表面密度波不同得证。而这种拓扑性质的不撕破和不跳跃粘贴，能把内表面翻转成外表面之所以能进行，正是利用庞加莱猜想可以把球的内表面上的任意一条闭曲线连续收缩到一个点，然后向球外做一个上升动作，再对称重复复原原来的那条闭曲线。
　 1959年阿哈拉诺夫和玻姆提出，单用电场E和磁场B不足以描述所有的电磁现象。在那些B为零而电磁矢势A不为零的区域内，A能产生额外的可观察效应。在实际做这个实验中，磁场是用一条很长很细的直螺线管实现的。线圈直径比人的头发丝还细，这种类似无限长的直螺线管放在双缝之间稍后处，当螺丝线管中有电流通过时，螺线管外部B=0而A不为零；对源发出的一束单一能量的电子，到达监测器就有额外的相位差。即这种有磁场的电子双缝衍射的干涉条纹，与以上第1种普通电子双缝实验的干涉图案相比，改变了一列电子波的相位。
　 5、把这种磁场屏蔽起来，类似给它一个“势阱”，但在这个“势阱”中的电磁矢势A也类似会有“能量隧道效应”，因此它仍等价于阿哈拉诺夫──玻姆直螺线管双缝实验。即从每一条缝通过的电子在到达监测器的路上并不经过磁场，这类似通电螺线管外部B=0而A不为零。这是一种与“局域”场层次的更小单元分布联系的场效应，它类似引力，不是磁屏蔽材料所能屏蔽的，所以干涉图案还是有一个偏移。
　 6、在以上第5种实验的基础上，在一条狭缝后面插入一层很薄的材料，这类似第5种实验和第3种实验的叠加；也类似“局域”的能量隧道效应与“局域”白板求和效应的叠加，它能引起相移，而且可以通过调整磁场的大小精确地抵消掉。这意味着只要选择合适的磁场与电子相互作用，就可以实现“局域不变性”──“规范”理论的基本原理也与此类似。
　 这种B=0而A不为零的区域电磁矢势场实验，已揭示电磁场不仅是有光玻色子的介子场，而且有质量希格斯场。宇宙大爆炸后，延续时间之箭，热力学和统计力学揭示，靠分子、原子系综运动的复杂多体熵流；但这主要是指分子、原子层次以上，那么在分子、原子层次以下，是否就靠希格斯微单元系综运动的复杂多体熵流？