弦膜圈说回采大爆炸前宇宙位于虫洞

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昂谷
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1 弦膜圈说回采大爆炸前宇宙位于虫洞 --- 关于弦膜圈说纯数学问题的思考习强摘要 : 波普瓦夫斯基的研究确实很妙, 图像也很清晰但我们认为, 英文的物理学家组织网与科学杂志在线版的报道, 和中文的张梦然文章的介绍, 只能算是对宇宙弦膜圈说纯数学的一种求科普解释, 因为他们的这种文章, 并不能等同于波普瓦夫斯基的原文 [Academia Arena, 2010;2(9):50-58]. (ISSN X). 关键词 : 弦膜圈说纯数学大爆炸理论一一种弦膜圈说纯数学的求科普解释 2010 年 4 月 12 日科技日报上, 张梦然先生根据物理学家组织网与科学 (Science) 杂志在线版近日报道, 发表了题为 : 物理快报 B : 宇宙可能位于虫洞内部的文章, 介绍美国印第安纳大学的理论物理学家波普瓦夫斯基, 在世界著名学术期刊物理快报 B (Physics Letters B) 上发表的一篇对宇宙在大爆炸发生之前, 到底是什么样子的研究论文中文的张梦然文章说, 波普瓦夫斯基的研究发现, 我们的宇宙可能自大爆炸之前, 一直处于两个宇宙相连接的时空管道, 即一个虫洞的内部波普瓦夫斯基根据其计算, 由另一个宇宙中某巨大星体的坍塌创造的一个虫洞, 成为了通向另一个宇宙的时空管道在虫洞的此端与彼端间, 可能发展出与大爆炸相联系的类似环境, 我们的宇宙, 最终就在这个虫洞中诞生中文的张梦然文章说, 波普瓦夫斯基这个描述, 还能解释目前人们观察到的宇宙膨胀现象, 包括引力宇宙膨胀与暗能量的纠结关系波普瓦夫斯基的研究确实很妙, 图像也很清晰但我们认为, 英文的物理学家组织网与科学杂志在线版的报道, 和中文的张梦然文章的介绍, 只能算是对宇宙弦膜圈说传统宇宙学的一种求科普解释, 因为他们的这种文章, 并不能等同于波普瓦夫斯基的原文张梦然等人的文章认为, 波普瓦夫斯基的研究, 是在对抗大爆炸理论传统宇宙学, 是在重新审视宇宙那么传统的宇宙学张梦然等人是如何介绍的呢? 他们说, 现在所有研究宇宙物理学关于宇宙起源的主流理论, 几乎都与宇宙大爆炸理论有关, 或者是它的延伸在广义相对论预言中, 白洞与黑洞性质相反, 是一种致密物体, 并不吸收外部物质, 而是不断地向外围喷射各种星际物质与宇宙能量, 像宇宙中的喷泉根据大爆炸理论, 宇宙是由一个致密致热的奇点, 膨胀到现在的状态的但大爆炸理论无法回答我们的宇宙, 在大爆炸发生之前到底是什么样子虽然黑洞广为人知 ; 虫洞, 可描述成是连接宇宙遥远区域间的时空细管, 这是来自于爱因斯坦与罗森的一篇论文, 因此被称为爱因斯坦 - 罗森桥所以这并不全是边缘科学或业余幻想, 或科幻张梦然等人说, 虫洞在理论上, 亦可能是连接黑洞和白洞的时空隧道, 所以也叫灰道在这时, 白洞可以看成时间呈现反转的黑洞, 因此提供了时间旅行的可能性霍金在时间简史中, 就阐述一个空间旅行者, 可利用相对于地球静止的虫洞, 作为从事件 A 到 B 的捷径, 然后通过一个运动的虫洞返回, 并在他出发之前回到地球霍金的推论是, 一个人, 有可能借助时光旅行装置, 回到过去这类似做梦, 因为悖论需要在人自己出发之前, 又回到了地球, 而且只不过回去的, 不是自己出发时的地球, 而是欲去时间段的地球, 并看到自己的奶奶, 甚至祖先, 却不会影响和扭转他作为先人后代的命运这里也说明, 如果进入黑洞的物质, 最后应会从白洞出来, 出现在另外一个宇宙那么暗物质, 也许在负责维持着虫洞出口的敞开如果宇宙的能量和密度, 都以物质的形式出现, 那么一个简单的宇宙, 也许曾一度倾向于 4% 的普通物质, 加上 96% 的暗物质但由于今天人们的实际观测, 没有与此相符, 且这种不一致, 随着时间流逝而变得越来越尖锐所以今天的科学应运而生了暗能量的概念这是一种不可见的能推动宇宙运动的能量, 可以解释观测到的物质密度和理论预言的临界密度之间 70% 至 80% 的差异但我们对以上这些说法, 认为仍也只能算是对传统宇宙学大爆炸理论纯数学的一种求科普解释, 因为这种求科普解释, 并不能等同于纯数学的传统宇宙学大爆炸理论的原文而且, 霍金的时间简史, 也不等同于霍金等的时空的大尺度结构 ; 因为时间简史类似霍金对传统宇宙学大爆炸理论纯数学的一种求科普解释, 而时 50

2 空的大尺度结构才类似纯数学的传统宇宙学大爆炸理论这里, 我们再举波普瓦夫斯基的原文说明从求科普解释上说, 波普瓦夫斯基抓住的是虫洞这个非常重要的概念, 但波普瓦夫斯基是通过类似进入黑洞的物质最后从白洞出来, 出现在另外一个宇宙所经历的灰洞这种具体的数学建模和计算来表述的例如利用基于欧几里得坐标系统的各向同性坐标, 波普瓦夫斯基描述了黑洞引力场, 并为黑洞内大质量粒子径向 ( 沿着直径的方向 ) 行动建模的这里如果有另一个宇宙, 其在我们的宇宙之前就已经存在, 引力就可追溯到一个点上, 该点强弱核力与电磁力已经统一起来同时, 若我们身处的宇宙现在正在向虫洞末端膨胀的话, 这种运动就能够解释宇宙的膨胀, 而不必引入至今难以捉摸的暗能量同时, 波普瓦夫斯基在建模过程中, 着重于两种不同类型的黑洞, 观察粒子穿越其黑洞的边界上的径向运动于是波普瓦夫斯基得出, 除非一个观察者进入黑洞内部, 或者原本就居住在黑洞内部, 物体在黑洞内部的运动模式, 才能通过实验和实际观察可得知但自始以来, 人们只能观察到黑洞的外部, 无法窥其内在波普瓦夫斯基说, 如果我们的宇宙, 本身就处在另外一个更大宇宙的黑洞之中, 那么就可以满足这个条件波普瓦夫斯基这个条件能满足吗? 能满足这就是弦膜圈说纯数学从这里, 我们已经知道波普瓦夫斯基论文推论的一大半但张梦然先生等人还报道说, 波普瓦夫斯基构建的理论能解答黑洞信息丢失之谜, 能完全被避免量子力学与广义相对论之间的潜在冲突在我们看来, 弦膜圈说纯数学是可能的然而波普瓦夫斯基的具体推导, 张梦然先生等人只是说, 相关计算还需要进一步细化, 看来, 所谓很可能打开一个全新的领域, 目前在波普瓦夫斯基手里, 即使打开虫洞式时间旅行这扇似乎已欲伸指触碰的时空之门, 以窥得我们宇宙最深处的秘密, 仍可能是遥遥无期不是吗? 二从波普瓦夫斯基到弦膜圈说纯数学波普瓦夫斯基引出的宇宙大爆炸之前是什么? 早已经是科学家们激辩的话题可见波普瓦夫斯基不是唯一的研究者这些科学家也提出了一系列形形色色的假说, 描述我们熟悉的宇宙时空诞生前可能发生了什么这些理论被冠以奇怪的名字, 诸如大反弹多元宇宙循环论平行世界肥皂泡等等而墨西哥国立自治大学的物理学家克里奇和加拿大多伦多圆周理论物理研究所的物理学家辛格还琢磨出的一个简化版圈量子引力模型, 称大爆炸前还存在一个孪生宇宙这是克里奇和辛格在对一种称为量子约束的重要方程式有了更为深入的了解之后, 改进了的简化版圈量子引力理论因为在这之前, 美国宾夕法尼亚州立大学物理学家博约瓦尔德采用简化版圈量子引力模型, 去演示大反弹另一面的宇宙是否可能存在这个模型虽产生正确的数学证据, 但是由于不存在对当前宇宙的观测数据, 导致科学家无法了解到大反弹前的宇宙究竟是一个什么样的状态, 因为大反弹自始至终没有留下它的任何证据博约瓦尔德将这种情况描述为宇宙健忘症而克里奇和辛格的孪生宇宙意味着两个双胞胎宇宙, 具有相同的物理学定律, 特别是相同的时间概念也就是说, 在大反弹之后存在了约 137 亿年的当前宇宙, 同大反弹前存在了约 137 亿年的宇宙拥有很多共同的特性从某种意义上讲, 我们的宇宙其实是自身的镜像, 而大爆炸, 即大反弹, 就是那条对称线这可以看出, 和波普瓦夫斯基的连接两个宇宙的时空管道的虫洞图像也有相似之处至于说到大爆炸理论无法回答宇宙在大爆炸发生之前是什么, 这也是事实大爆炸理论的最著名研究者是盖莫夫和霍金但仅就大爆炸这个概念来说, 也只是求科普表述, 而不是他们得以推进的纯数学宇宙学表述宇宙学纯数学表述是无所谓大爆炸这个概念有一个故事是说, 盖莫夫研究宇宙学出名之后, 被邀请到一家英国广播电视台给公众做科普讲座, 说了半天也没有把他的宇宙膨胀纯数学的开端意思表达得让公众听懂, 广播台的主持人着急了, 不断在旁边提醒他突然盖莫夫急中生智, 连声说 : 就像大爆炸! 就像大爆炸! 主持人和听众都哄堂大笑, 一下听懂了盖莫夫的意思大爆炸宇宙学的名词也不翼而飞, 在公众中流传开来这也许是盖莫夫的一则笑话但更能说明现代宇宙学基于的是纯数学, 而不是科普, 讲明白的也许是霍金等的时空的大尺度结构巨著译者在译后记中说, 这部被专业物理学家认为读不到第 10 页的著作, 但很多学校是把它当作宇宙学专业研究生的必读文献开列的而这本书的前言开篇就讲 : 本书全部论述, 以爱因斯坦广义相对论为基础爱因斯坦广义相对论的纯数学有大爆炸这个概念吗? 爱因斯坦广义相对论的纯数学等价于大爆炸理论吗? 其实, 爱因斯坦广义相对论的纯数学, 是等价于大爆炸大反弹多元宇宙循环论平行世界肥皂泡双胞胎虫洞内等等诸多宇宙学专业研究科学家的成功理论相加还要多的科学理论这些高斯性和非高斯性大爆炸大反弹多元宇宙循环论平行世界肥皂泡双胞胎虫洞内等等宇宙学专业理论, 只可以说类似爱因斯坦广义相对论的应用数学, 它们是从求解类似广义相对论的纯数学方程中得出的严格推证而广 51

3 义相对论又可以说是纯数学的黎曼几何的应用数学对于这个宇宙学的黄金时代, 科学出版社出版的个科学难题 ( 物理学卷 ) 一书开篇, 中科院理论物理研究所的李淼教授也把大爆炸之前宇宙是什么样子回答清楚了李淼教授说, 大爆炸之前宇宙是什么样子? 现在流行的看法是, 在物质产生之前, 宇宙经过一个剧烈膨胀时期, 叫暴涨时期研究. 暴涨时期的之前有物理意义因为, 即使时间不复存在, 我们可以问取代时间的概念是什么? 近年来关于量子引力的研究结果建议我们用抽象的代数来取代几何概念, 就是说, 不但时间不复存在, 就是空间也不复存在了这种抽象概念无法用寻常的图像来解释, 就像温度这个宏观概念, 用到极端如越来越小的体系时, 温度会不在适用, 而更加正确的概念是分子原子的运动不过, 我们现在还不能肯定暴涨之前时间和空间肯定消失了, 因为还存在一些其他理论其次, 一门学科成熟的标志是研究进入误差很小的定量化阶段, 2006 年诺贝尔物理学奖授予 20 世纪 90 年代初的一项实验发现, 授奖的一个重要原因是, 这项发现再次证实了大爆炸理论, 因为大爆炸理论预言了微波辐射的涨落按照李淼教授的解释, 现在来回采波普瓦夫斯基的虫洞概念薛晓舟教授的量子真空物理导引一书告诉我们,20 世纪 60 年代末期 -70 年代末期, 惠勒和德韦特等借助引力的正则量子化步骤, 给出了一个类似薛定谔方程的宇宙波函数方程, 称为惠勒 - 德韦特方程, 简称 WDW 方程 WDW 方程具有演化解和虫洞解两种类型惠勒曾提出 3 维虫洞解,1987 年霍金为了用量子力学处理黑洞问题, 提出 4 维虫洞概念而波普瓦夫斯基的研究宇宙虫洞模型, 实际是个纯数学问题, 早在 1854 年就被黎曼切口研究过, 它被称为多连通,1904 年还被提升为庞加莱猜想美籍日裔物理学家加来道雄的超越时空一书简介有黎曼切口的表述 : 在通常的空间, 套索总是能被收缩到一点如果套索可以收缩到一点, 那么空间就叫单连通的如果套索绕虫洞的入口放置, 它就不能被收缩到一点这种套索不可收缩到一点的空间, 称为多连通的黎曼被公认为是首先讨论多连通或虫洞的人而且也许黎曼早就预见到了波普瓦夫斯基的这种物理发展因为纯数学处理这个问题其实很简单为了想象这个概念, 黎曼说这是纯数学轨形拓扑的一个很基本的操作 : 它类似拿两片纸, 并且把一片放在另一片的上面, 在每一片纸上用剪刀剪一个短的切口, 然后用胶水把这两张纸沿这两个切口粘贴起来, 这实际是一个颈部的长度为零的虫洞即从切口通过, 就能从一张纸走到另一张纸相反颈部长度不为零的虫洞, 可以形象化为两个平行平面, 在它们的上面各开一个孔, 然后用一根长管连接这两个孔, 也可能在它们之间进行通信和旅行就是说, 黎曼是如何纯数学处理这个问题的呢? 为了想象黎曼切口和虫洞这两种概念, 黎曼只需要用一张纸片和一把剪刀, 就能演示平行宇宙之间的联系通常这两个平行平面的图示彼此间并无相互作用然而, 有时它们之间的虫洞或管道, 会使它们之间发生连通这就是波普瓦夫斯基所说的虫洞图像但波普瓦夫斯基还不是全纯数学家, 而是一个半纯数学家或应用数学家然而黎曼用纯数学解决这些问题的时候, 常常受到难熬的贫困的阻扰所以有人说, 黎曼不早死, 也能推出爱因斯坦在黎曼几何基础上建立起的广义相对论这也许说得有一点过份, 但黎曼几何确实推动了广义相对论的发展, 而且直到今天黎曼在论小于给定数的素数个数中提出的 ξ 函数, 还在对超弦理论 P 维膜的计算产生影响从这里可以说, 黎曼是第一个建立弦膜圈说纯数学的人即做黎曼切口的平面或纸片, 类似代表膜 ; 联系两个平行平面不为零的喉管或虫洞, 类似代表弦 ; 两个平行平面中间剪出的切口或虫洞通孔, 类似代表圈三旋理论正是来自孔洞的自旋, 也就来自黎曼遗产的黎曼切口, 这使三旋理论与弦膜圈说纯数学的关系自然很紧密霍金说, 虫洞具有联结两个渐近平坦区域的喉管几何形状, 只是一种欧几里德场位形, 不一定是场方程的解但科尔曼则说, 虫洞是具有上述几何形状的包含引力场在内的场方程的一个欧几里德解索恩甚至说, 虫洞是爱因斯坦广义相对论场方程具有上述几何形状的一个解科尔曼还认为, 第一个虫洞解是吉丁斯和斯特罗米格在一个带有阿贝尔内部对称性的自发对称破缺理论中发现的这是一个关于轴子与爱因斯坦引力最小耦合的理论而卡路扎 -- 克林理论, 却早就揭示过爱因斯坦的引力理论与麦克斯韦电磁理论的结合三弦膜圈说回采与纯数学批判社会新论何雁先生在人民日报发表的文章说, 丘成桐教授已被选为 2010 年沃尔夫数学奖得主沃尔夫奖在赞辞中称, 丘成桐于几何分析中的重要贡献, 解决了不少在几何微分方程拓扑和数学物理的基本问题丘成桐教授在回答何雁的采访中说, 爱因斯坦一生最大愿望是建立统一场论, 把量子力学和广义相对论统一起来, 弦理论正是为了这一目的发展起来的, 是目前有希望统一自然界 4 种基本力 ---- 电磁力弱作用力强作用力和引力的唯一理论几何与数字是数学里最直观的对象, 因此在数学大统一中会起最要紧的作用数学是基础科学的工具与语言中国的现代化, 必须要意识 52

4 到基础科学的重要性要注意的是, 实用数学建基在纯美的数学之上当微分几何与微分方程几何与组合数学融合时, 应用数学也将会有很大进步好的数学家会将不同的数学统一起来, 再发现它的大应用丘成桐预见, 在 21 世纪, 数学最后会产生大合并现象他鼓励年轻的数学家朝这个方向发展这是对纯数学和弦膜圈说的一种国际主流观点自然界中的宇宙物质生命起源问题, 是当代科学面临的重大难题, 随着众多的实验与理论的探索, 伴随这一重大难题的子难题越提越多, 越解决越尖锐与三旋弦膜圈说纯数学有关的宇宙物质生命起源的研究, 我们称之为宇宙物质生命的三旋起源这是一个多宇宙体系的统一问题, 其中不但宇宙物质生命是三个不同的演化及序列系统, 而且仅就宇宙来说, 也还有多宇宙体系的说法其实这用纯数学来解决并不难, 难的是纯数学社会与麻辣烫社会之间的分裂与冲突因为无论是宇宙物质生命起源, 还是黎曼切口虫洞弦膜圈等图像, 纯数学上都可以简化为一根数轴例如, 超弦理论中的弦线, 也可以类似喉管通道式的简并, 即弦是 1 维式的弦线, 喉管通道式是 2 维或 3 维式的弦线 ; 按庞加莱猜想, 平面或纸片也可以收缩或轨形拓扑为 1 维 2 维或 3 维式的弦线把宇宙大爆炸图像纯数学为一根数轴, 再用自然数轴和整数轴模型来标记数轴, 就可以简单地理解宇宙大爆炸即可以有宇宙大爆炸之前和宇宙大爆炸之后的对称和对称破缺因为实数连续统无限可分, 存在类似数轴方向的时间箭头, 数轴的零点一分为二大爆炸, 零点既在那条对称线, 也在那里的对称面上对称破缺指类似穿过点外空间和点内空间的数轴图像由于从负数到正数必须经过零点, 对负数来说, 在零点是最大的数 ; 对正数来说, 在零点是最小的空间, 所以, 如果对应物质体积, 它的密度最大 ; 如果对应熵流, 它的熵流最小 ; 如果把数轴及类似矢量的方向, 对应宇宙起源, 那么宇宙大爆炸, 就发生类似零点, 是在自然不过的事情如果对应波普瓦夫斯基的虫洞, 宇宙可能位于虫洞内部就类似宇宙在数轴的零点的一样, 非常好理解如果用来对应量子引力纯数学的弦论膜论圈论三旋非对易几何扭量理论标度相对论关系量子论随机动力学全息原理等理论, 都可融入大量子论或统称为大量子论例如, 把数轴及矢量式的方向对应类似长江, 说明对从宏观到微观或微观到宏观之间演化的描述, 这类似分别是两个大量子 : 长江三峡大坝上游, 为庞加莱式的点内空间球 ; 大坝下游, 为我们点外空间球用此来说明从 U 过程到 R 过程, 这实际是说明从球量子到环量子的演化也类似希尔伯特多元描述点空间的时间描述例如把薛定谔团块换成一个人,U 过程表示人出生,R 过程表示人死亡人出生, 可以说所有的时间方向都为正 + 但人的死亡, 整体的时间方向是为 0, 但其尸体物质分解后还存在, 类似时间方向仍为正 +, 而有机生命却类似时间方向变为了负 --. 正是从这里出发, 建立了从宏观到微观或微观到宏观之间演化描述协调的量子引力统一体的大量子论 ---- 这是一个放大到类比宏观世界是类似长江河流的流动和长江三峡大坝的图景 (A) 这里成败的细节在于大坝的船闸, 既是 U 过程的起点, 也是 R 过程的终点 ; 既可对应无孔的球量子图像, 也可对应有孔的环量子图像如果这一图景成为我们观测的视界, 用长江三峡大坝及闸门的真实去说明量子论思想, 只是一种分割抽象这里宇宙常数项或兰姆达力, 可类比大量子论的长江图像, 进一步可类比长江三峡的大坝和大坝的船闸, 还可再直接类比船闸这一船闸模型使长江既相通又不相通 --- 试看来自长江三峡大坝上游的轮船, 进入船闸的第一段后, 先关闭轮船的后面的闸门, 使长江三峡大坝上游不再与下游相通然后再放开轮船前面的闸门, 使在放水的自发对称破缺中, 轮船开进船闸的第二段, 逐步进入三峡大坝下游区反之, 亦然 (B) 量子论和广义相对论在这里都有类似长江三峡大坝船闸的机理首先, 从普朗克的量子论, 到量子场论再到来自宇宙场论的大爆炸宇宙论, 它们的数学方程描绘的, 都类似长江三峡的大坝和大坝的船闸图景其次, 再看爱因斯坦的广义相对论方程 : 物质和能量的分布 = 几何结构 + 兰姆达力该公式偏重点外空间, 几何结构只类似长江三峡大坝下游, 兰姆达力只类似长江三峡的大坝和大坝的船闸 ; 如果对应暗能量, 爱因斯坦的暗信息也可以说是把物质和能量的分布, 指向了整个长江流域三旋探索量子力学超弦方程与广义相对论方程的可加性, 发现船闸及其轮船航行的这段流线效应, 可类似弦线, 将广义相对论引力方程改为量子引力统一体的大量子论, 可简单表述为 : 物质和能量的分布 = 几何结构 + 兰姆达力 (1) 兰姆达力 = 超弦方程的物质和能量的分布场力 (2) 53

5 量子力学超弦方程与广义相对论方程的可加性称为量子与引力简并大统一方程该方程完好地说明量子力学和广义相对论的可协调性是, 由于只有对于质量足够大的物体, 引力相互作用才起作用, 因此研究引力场只讨论宏观物体 ; 研究量子场时, 由于量子质量太小, 引力一般忽略不计 (C) 长江三峡大坝的船闸可看成是一个特殊的环面东西的类似物 --- 环量子膜的深化其次, 可分割类比成夸克模型的环量子通过环量子的三旋数学模型进行自旋编码, 即它的三个旋转自由度可以产生 62 种基本组合, 可称为圈态密码, 实际等价于夸克的量子色动力学另外, 用长江三峡大坝的船闸模型可类比小林益川理论 --- 环量子膜的轨形拓扑可构造 25 种轨形拓扑卡一丘空间模型, 能和 25 种基本量子结构发生联系, 这能用物质族质量谱公式的成立来说明而质量谱公式也能说明宇宙大爆炸模型产生的 25 种基本量子的质量生成, 这样用船闸模型类比小林益川理论解释 cp 对称性破缺机制, 就更能体会到他俩人在推广卡比博方案上的完整性这里可引用李新洲等人的说法, 指出宇宙热大爆炸时, 大自然不会偏袒正夸克或反夸克, 不能先验地假定正量子多于反量子, 但今天我们看到的宇宙中的重子物质又都是由正物质组成 ; 既要假定原初宇宙正反量子等量, 又要符合正反量子不等量的观测事实, 这种疑难正好可用船闸模型于大爆炸宇宙中, 卡比博提出类似的关键思想 : 轮船进入船闸的第一段后, 先关闭轮船后面的闸门, 使长江三峡大坝上游不再相通, 类似的卡比博提出的那个分代的关键思想 ; 在强相互作用中, 存在代量子数守恒,d 和 s 夸克是强相互作用本征态而在弱相互作用中, 类似轮船进入船闸的第二段, 即第一段先关闭轮船后面闸门, 现在是要放开第一段轮船前面的闸门, 使在放水的自发对称破缺中, 轮船才真正开进船闸的第二段这时类似会有代量子数不守恒,d 和 s 夸克是以一定的线性组合方式存在的类此模式轮船能逐步进入长江三峡大坝下游区, 又能回答今天正反量子是不等量的观测事实李新洲先生说, 卡比博的这个思路, 为解决弱相互作用的普适性问题作出了巨大贡献, 但卡比博只讨论了二代夸克情形, 而小林益川却推广到了三代夸克获得新的成功 --- 描述了长江三峡大坝船闸的全景从三旋物质族质量谱公式可看出, 宇宙大爆炸在同一段时间和奇点, 不只发生一次, 而是两次 ( 一先一后, 一大一小 ) 大爆炸 ; 每次大爆炸响了三声, 这是因为大爆炸开始的宇宙暴胀与时空撕裂后的时空缝合期中, 物质相变有三次不同 (D) 这里还没有回答类似吴新忠博士说的关于大量子论数学公式, 如何结合光速与普朗克常数的问题其实这正是量子长江三峡大坝船闸模型能从彭罗斯的薛定谔团块两个基灵矢量 k 的数学分析可以明白的彭罗斯说, 为什么两个团块之间缺乏同一的基灵矢量 k 会招致困难呢? 又该怎样做呢? 就是要接受眼下的这种冲突, 并且只寻求某种与此相关的误差检测等效原理可以接受容许两个时空在局部上同一, 只要自由降落的概念在两个时空中是同一的于是令一个空间内的测地线恰好与另一个空间内的测地线重合, 代之以计算, 是将这两个时空叠合起来所引起的误差办法是, 在广义相对论下, 将光速 c 看成是无穷大的极限情形下运用其中的大部分概念, 同时保留爱因斯坦理论的基本思想, 由此可以得到嘉当关于牛顿引力的公式在牛顿 / 嘉当引力理论中, 时空是具有不同的可容许时间 t 的 1 维欧几里得空间上的纤维丛知道 t 并不能告诉类时偏微分算符概念因为 t 告诉的是欧几里得空间上截面的位置, 但类时偏微分算符概念定义的是穿过这组 3 维曲面的曲线族这又是一个无法具体化薛定谔方程的类时偏微分算符概念的问题, 与量子宇宙学里的时间问题有关彭罗斯说, 能想到解决的办法, 仍然是对有关的误差进行估计自由降体之间即测地线之间的差, 为两空间引力加速度之差对薛定谔方程所需的类时偏微分算符定义的绝对不确定性的测度, 这种不确定性通过薛定谔方程, 直接导致了叠加态能量的绝对不确定性的引力自能 Ea 将这个表达式转换成另一种等效的数学形式, 可理解为 : Ea= 团块初始位置态和位移后位置态的质量分布之差的引力自能 (3) 质量分布的引力自能是获自完全弥散到无穷远的点状物质质量分布的集合能叠加的两个定态 ---- 初始位置态和位移后位置态的每一个定义了其质量密度分布的期望值二者间的差一个为正, 另一个为负, 构成引力自能为 Ea 的正负质量密度分布在位移后位置态仅仅是初始位置态的刚性位移的情形下, 量 Ea 可理解看成是, 团块从初始位置态移动一段距离到位移后位置态时, 付出的代价 ; 这里位移后位置态的位置远离初始位置态的固定位置的引力场彭罗斯说, 这里还可以用第二种能量测度 ---- 引力相互作用能来作为 Ea 的另一种定义即处理能量不确定性 Ea, 可借助海森堡的时间 / 能量不确定原理, 例如, 由爱因斯坦质能关系式, 以及不稳定粒子或不稳定原子核的平均寿命 T, 有一个固定的时间不确定值知, 它与能量的不确定值呈倒数关系, 其大小由 h/4πt 给定 h 为普朗克常数, 54

6 π 为圆周率, 以叠加态与此作类比, 叠加态本身是不稳定的, 其寿命 Ta 通过海森堡公式与上面基本能量不确定性 Ea 相联系, 叠加态将约在 : Ta=h/4πT (4) 的平均时间范围内, 衰变到其组分的初始位置态或位移后位置态 (E) 要说明量子引力纯数学是多元一体的, 我们总可以分为两种类型 : 从形状入手或从性质入手弦论膜论圈论等, 属于形状类型 ; 因为从庞加莱猜想定理可以证明, 不可能有比弦膜圈更简易的几何图像而类似非对易几何扭量理论标度相对论关系量子论随机动力学全息原理等, 就属于性质类型纯数学社会与麻辣烫社会的不同, 是纯数学社会具有很大的抽象化一般化专门化和公理化的特点, 使它可以表示完全不同的物理现象例如, 波动是自然界中最常见的现象之一, 宏观中的电磁波声波水波地震波麦浪的起伏等都是波动的现象, 都可以用同一类型的偏微分来表示 ; 而通过进一步对微观粒子的波粒性和引力波的考察, 又获得了弦论和引力波的偏微分方程表示弦属于形状类型, 弦的起伏波动属于性质类型, 弦论的偏微分方程表示是综合了这两种类型, 丘成桐教授说的弦论是目前有希望统一自然界 4 种基本力 ---- 电磁力弱作用力强作用力和引力的唯一理论, 其实正类似从弦论是偏微分方程代名词说的, 它们虽多元一体, 但落实到各种具体的表达上, 弦论膜论圈论非对易几何扭量理论标度相对论关系量子论随机动力学全息原理等理论, 仍要下很多功夫这类似袁巍和葛力明先生说的 : 数学是做出来的一样这是他们把数学研究比喻为众多相通并联结在一起的黑暗房间, 做数学是找到每一步解决问题的方法, 这类似能够点亮房间的开关 2003 年袁巍从中国科技大学本科毕业考上中科院数学院的研究生, 并于 1 年后开始跟随导师葛力明研究员学习算子代数上世纪初, 为建立量子力学的数学框架引入算子环这一概念, 其后, 众多一流数学家投身于该领域, 到上世纪 60 年代开展了对非自伴算子代数的研究, 其结果被广泛应用于现代物理学, 同时衍生出非交换几何指标理论自由概率论等前沿领域, 并为泛函分析中不变子空间问题的研究提供了新方法经过近 50 年的发展, 非自伴算子代数现已跻身于成果最为丰硕的数学领域之一国外研究这个领域的数学家比较多, 但我国还比较少作为算子代数的平行分支, 自伴代数与非自伴代数各自取得了长足发展, 但两者却鲜有交叉 2008 年袁巍构造了一类具有良好性质的以超有限型因子为对角子代数的自反代数, 到他的博士论文, 开创性地将非自伴代数与自伴代数联系了起来, 首次揭示了连续几何与古典几何之间的某种深刻联系 2010 年美国国家科学院院刊 (PNAS) 罕见地以两篇长文, 刊登了袁巍的博士论文的部分内容他整篇中文论文是 70 多页, 翻译成英文是 35 页但是 PNAS 的惯例, 是所发表的文章最多不能超过 6 页而袁巍的博士论文在 PNAS 上几乎全文发表, 这在以前还从来没有过这说明纯数学并不压制任何推论正确且有极大创新的发表 (F) 但从培根以来, 就开始产生了对纯数学的批判 2004 年湖南科技出版社出版的克莱因的数学 : 确定性的丧失一书, 可以说是对纯数学批判的全面介绍麻辣烫社会正是针对这种或明或暗的纯数学批判而说的 1900 年以来, 把数学与其应用分离开来的一些数学概念, 已发生了重要变化麻省理工学院教授斯奈特说, 每出现一个对实际做出贡献的数学家, 就有 20 个对此不感兴趣这 20 个人的工作, 或是与物理相去甚远, 或是仅强调数学物理中那些陈旧的或广为人知的东西无怪乎在这种情况下, 物理学家看数学家, 总感到他们脱离了通往过去的数学高峰的道路麻辣烫社会对纯数学批判类似说, 多数数学家被一个世纪以来的愈发变纯的数学所蒙蔽, 已经丧失了理解自然的能力和愿望但这种新产生的方向, 类似思维中的变化和衰亡, 就像人类的变化和衰亡一样, 或像自然界的动物会进化分离出人类一样, 或像人类社会群众中会产生出领袖一样, 等等不可避免克莱因说, 数学家与科学家分道扬镳, 数学家与科学家不再互相理解, 数学家甚至不再了解其他数学家是这样的吗? 四纯数学批判与弦膜圈说的去核化我们来看波普瓦夫斯基的宇宙可能位于虫洞内部发表后的三篇不同文章, 也可知纯数学批判和弦膜圈说的发展在向何处去 1 笔者的一位好朋友胡昌伟先生, 在网上发表的宇宙学疑难的根源一文说 : 现代宇宙学始终疑难缠身, 它的发展过程是以新的疑难来替代旧的疑难产生这种情况的根源是 : 它把广义相对论作为理论基础是不可靠的 ; 它的实验基础, 如河外星系的普遍性红移宇宙背景微波辐射元素的丰度等, 其解释也存在牵强附会胡昌伟先生的纯数学批判说, 现代宇宙学把广义相对论的数学模型 ---- 黎曼空间, 当作就是实在的弯曲空间, 其实, 所谓的时空的弯曲只是一种数学描述, 真正的时空不会弯曲科学理论需要数学模型, 但数学模型也常常会迷惑人站在前沿的宇宙学家, 数学功底深厚, 他们往往会把数学模型等同于现实的物理 55

7 机制, 疑难也会随着而生现代的大爆炸宇宙学, 建立在一个不可靠的理论基础之上 ; 现代宇宙学用一个引力场方程来描述整个宇宙, 多么简单! 调节宇宙学常数哈勃常数等等参数, 能够对宇宙现象作出合乎逻辑的解释, 又是多么的漂亮! 然而, 逻辑只是思维的规律, 不一定是自然界的规律实际上, 已经有越来越多的科学家意识到了现代宇宙学的荒诞性比如,2004 年 5 月 22 日, 英国的新科学家杂志发表了 34 位科学家和工程师签名的致科学界的公开信上网后, 又很快获得了 185 位科学家的网络签名, 对大爆炸理论进行了口诛笔伐确实, 目前宇宙学中的三大要素 : 暴胀暗物质和暗能量, 好比现代的本轮均轮, 是虚构出来的东西宇宙是无限的, 如果认为宇宙学应该描述宇宙整体的演化, 那么, 它的大前提错了胡昌伟先生还在另一篇文章引力场以太观前言中说 : 物理学离不开数学, 但数学模型必须以物理内涵为依托最精美的数学模型也难以描绘出逼真的物理实在, 更不可能描述出终极理论物理学不同于数学, 它的逻辑应该有二个方面 : 一是物的逻辑, 它定性地指出事物的物理机制, 回答它们为什么有这样的性质和特点 ; 二是形的逻辑, 它定量 ( 包括几何图形 ) 地显示物理量之间的关系, 确定它们是怎样联系和转换的作为现代物理学二大基础的相对论和量子论, 它们给出了一系列的定量关系, 但没有或不可能说明造成这些定量关系的物理机制比如, 它们回避了光速为什么不变? 洛伦兹收缩和时间膨胀是怎么回事? 量子性二象性的成因是什么? 等等问题, 于是孳生了种种佯谬, 至今难以圆满解释现代物理学反对经典物理学的机械性, 可同时像把小孩子和水一起从浴盆里泼出去了, 这个小孩子就是以太 2 四川南充龙门中学的王为民先生, 发表的评波普瓦夫斯基的宇宙可能位于虫洞内部一文说 : 波普瓦夫斯基说宇宙可能位于虫洞内部的观点, 证明波普瓦夫斯基还没有学懂广义相对论, 不了解克鲁斯卡坐标系的全时空结构我们的宇宙是不可能位于爱因斯坦 -- 罗森桥 ( 虫洞 ) 中的真正能够说明最早的宇宙的来源的只有我 ( 王为民 ) 的白洞创生宇宙论我的白洞创生宇宙论认为宇宙起源于一个时空奇点, 这个时空奇点被白洞的视界所包围, 我们的宇宙和另一个反物质宇宙, 是由于白洞真空中的量子起伏 ( 涨落 ), 因物质粒子和反物质粒子的单向运动, 虽能够同时产生, 但不能同时湮灭, 而被白洞加速, 逃逸到白洞的视界外分别形成的 3 孝文先生发表的爱因斯坦方程显示大型强子对撞机可能形成黑洞的文章说 : 虽然大部分科学家并不认为大型强子对撞机产生的东西会摧毁地球, 但一些科学家认为, 大型强子对撞机里发生的高能对撞, 可能会形成黑洞最近加拿大温哥华英属哥伦比亚大学的卓普提克和美国新泽西州普林斯顿大学的比勒陀利乌斯, 以超相对论粒子撞击为题发表在物理评论快报 (Physical Review Letters) 杂志上的文章所做的一些计算证明在广义相对论下产生小型黑洞是完全可能的即一些爱因斯坦场方程描述了孤子在特定能量环境下迎面相撞在一起, 如果粒子碰撞能量达到普朗克能量级的话, 就可能制造出小型黑洞不过以前从没有人进行过这方面的计算卓普提克指出, 科学家一直在努力寻找一种方法, 能让我们像了解最小的粒子是如何在量子级别的环境下产生作用一样, 很好地了解量子引力我们的这些场计算, 背后隐藏的一个重要原理是弦理论弦理论指出, 在典型物理学里看到的三维立体空间以外, 存在多维空间如果另外的维确实存在, 它们可能有十分之一微米到一微米大如果额外的维足够大, 大型强子对撞机里发生的粒子撞击, 应该把注意力集中在碎片上 ; 应该着眼于空间里的衰减模式在正常撞击过程中, 会有大量碎片被炸飞这个模式看起来会更像球形, 而不是呈喷射模式事实上这些爱因斯坦场方程的解决方法说明, 有可能在大型强子对撞机里形成的黑洞会非常小, 而且它们几乎是在瞬间消失, 因此, 即使它们曾存在过, 我们也会很难发现它们克莱因说, 个人有选择自己道路的自由不同的人有不同的快乐方法每个人都按自己的方式使自己快乐所以, 笔者不想对以上三者作对错比较评述, 笔者只想说的是, 如果允许纯数学批判和弦膜圈说都存在, 且已经存在, 那么纯数学批判, 只是在加固麻辣烫社会, 对纯数学社会并没有什么影响如果把弦膜圈说纯数学看成一个学派, 对纯数学社会能影响的正如黎曼所遇到的, 是常常受到难熬的贫困的阻扰然而纯数学既然能迎着贫困前进, 也许更能说明像既不对称又是统一的人体的身体的其它部位与大脑的加速分化, 纯数学社会和麻辣烫社会的加速分离, 使科学强国更加纯数学, 科学大国更加麻辣烫笔者只是看重我国自然国学的弦膜圈说纯数学的土壤, 但波普瓦夫斯基观点的发表, 上海虹桥科教论坛上网友老泉先生就麻辣烫评说, 弦膜圈说纯数学要不干了中国科学院光电技术研究所高级工程师周天龙先生也麻辣烫评说, 夸克模型学派人士喜欢故弄玄虚! 我的电子模型就看了罗辽复和陆琰 1981 年出版的基本粒子这本入门书, 但拿出了别人想都不敢想的科学创新读书不在多, 而在于学活, 会用! 弦膜圈说纯数学读书很多, 创新为 0! 又是个保夸派! 要是批倒了电 56

8 子模型算有种! 批不倒就举白旗! 那么麻辣烫社会向何处去呢? 阎润涛先生发表的网文有一个说法 : 他说在当今的中国, 由于孩子们的家长大多经历过了生存竞争, 甚至在大饥荒年代勉强幸运地存活下来, 对于自己下一代的教育, 第一考虑的是要让孩子有生存本领根本不去考虑孩子们生活层次的内容由于近代中国科学的落伍, 遭到了西方列强船坚炮利的欺辱, 中国人从上到下得到了共识 : 科学是伟大的如何成为伟大的科学家呢? 用两个字概括就是 : 钻研但这必然涉及到一个严肃的问题 : 这么多天天钻洞的洞人, 怎么还不如上一代留学生在科学方面的成就大呢? 比如, 李政道 32 岁获得诺贝尔奖, 可 30 年来的留学生多如过江之鲫, 有的都快退休了, 依然没有几位这样的杰出人才冒出来呢? 华人科学家, 大多数人等到老了, 回想一生, 除了那些早已过时的论文, 什么都没有, 当然, 有豪宅名车由于西方科学已经发展到了中国历史上的八股文地步, 他们每天看到的论文都是科学八股文, 一下子看到你用中文谈论纯科学, 他们便理所当然地认为你大逆不道你必须用他们那洞里边习惯了的八股文方式写因为这种人即使在网上看别人写的文章, 脑子里第一个要知道的是其观点是否对自己有利对自己不利的, 甚至不合自己口胃的, 立刻怒火中烧所以, 即使到了海外, 中国科学家当然也包括工程师电脑编程师, 就像钻井的钻头, 头朝下猛钻下去这些中国钻头们要是早生几十年, 那一定会有很多李政道丁肇中等诺贝尔奖得主当看到没有机会拿到诺贝尔奖, 钻头们不得不承认现实后, 只好把钻研当成一个饭碗笔者不完全赞成阎润涛先生的这种评说, 麻辣烫社会毕竟在国际是占多数的大哥大, 求科普的钻研加上麻辣烫, 虽然把国际带进了核扩散核威胁高碳化, 但去核化低碳化也成了麻辣烫社会和纯数学社会共同的任务但麻辣烫社会着眼的是现实的应用, 从求科普的钻研到应用是在量子核力上做文章 ; 而纯数学社会着眼的是未来绕过核力的危害, 从纯数学钻研到科普已延伸在量子色力, 如量子色动力学几何化学的探索所以从成功也能少花纳税人的钱考虑, 弦膜圈说纯数学在中国应该有一张平静的书桌因此也有人发表弦理论在中国的网文说, 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内地学术界对弦理论的认识存在较大的分歧, 一些有影响的物理学家, 基于某种判断, 公开地发表弦理论不是物理的观点受他们的身份和地位的影响, 这种观点在中国更容易被大多数人接受, 因而在某种程度上制约了弦理论在中国的研究和发展从教育和人才培养上看, 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, 这种局面间接地制约了青年研究生的专业选择, 直接地造成了国内研究队伍的青黄不接值得庆幸的是, 在丘成桐教授的直接推动下, 伴随着浙江大学数学科学中心的成立, 以及随后该中心和中国科学院晨兴数学中心每年举办的多次高水平专业会议, 并邀请像安地斯特罗明格这样一流水平的学者到中心工作, 大大地推动了国内弦理论方面的研究, 在超弦理论的人才培养和研究方面做了许多基础性工作这种种现象都表明, 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这就是所谓东方不亮西方亮的道理摆在超弦理论研究面前的, 是一幅广阔的前景和一条艰难的道路, 这是一条热闹又孤独的旅程, 它所涉及的问题对年轻的学生和学者, 有着强大的魅力, 同时它对研究人员的专业素养有着很高的要求其实, 为弦理论的第三次革命作准备, 四川科学技术出版社在 2002 年和 2007 年, 分别出版了约 70 万字的三旋理论初探和约 90 万字的求衡论 --- 庞加莱猜想应用的读本, 也在期待着她的早日到来参考文献 [1] [ 美 ]M 克莱因, 数学 : 确定性的丧失, 湖南科学技术出版社, 李宏魁译,2004 年 2 月 [2] 叶眺新, 隐秩序和全息论, 自然信息,1985 年第 3 期 ; [3] [ 英 ] 罗杰彭罗斯, 通往实在之路, 湖南科学技术出版社, 王文浩译,2008 年 6 月 ; [4] [ 英 ]S W 霍金,[ 南非 ]G F R 埃利斯, 时空的大尺度结构, 湖南科学技术出版社, 王文浩译,2006 年 6 月 ; [5] 王德奎, 三旋理论初探, 四川科学技术出版社, 2002 年 5 月 ; [6] 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 ; [7] 王德奎, 解读时间简史, 天津古籍出版社, 2003 年 9 月 ; [8] 薛晓舟, 量子真空物理导引, 科学出版社,2005 年 8 月 ; [9] [ 美 ] 保罗哈尔彭, 伟大的超越, 湖南科技出版社, 刘政译,2008 年 4 月 ; [10] [ 美 ]L 斯莫林, 物理学的困惑, 湖南科技出版社, 李泳译,2008 年 4 月 : 57

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Microsoft Word - bigbang.doc 1.2 大爆炸宇宙学大爆炸宇宙学(Big Bang Cosmology)是由勒梅特(Georges Le Maitre) 伽莫夫 (George Gamow)等人提出的一种学说他们根据广义相对论统计热力学以及天文学上观测到的宇宙膨胀现象推论,我们所处的宇宙其存在的时间是有限的早期的宇宙曾处在高温度高密度的状态下随着宇宙膨胀其温度密度逐渐降低并最终形成我们今日所见的宇宙英国科学家霍伊尔(Fred