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万物之本刍议

 红瓦屋图书馆 2013-01-10

万物之本刍议


  ■沈致远
  从身边常见的花草虫鱼、飞禽走兽,到放眼望去山岳河海、蓝天白云、日月星辰……这些种类繁多千变万化的宇宙万物,归根到底是由什么构成的?引起了人们的好奇心,万物之本成为人类探索大自然奥秘的不懈追求。
  古希腊先贤德谟克力特提出“原子说”,认为万物均由不可分割的“原子”所构成。另一位古希腊先贤毕达哥拉斯提出“万物皆数”,认为万物均由和谐的数所构成。万物皆数代有传人。开近代实验科学先河的著名科学家伽利略说:“宇宙是一部以数学语言写成的巨作。”著名天文学家开普勒说:“几何学在上帝创造万物前就已存在,为上帝创世提供了模型。”诺贝尔物理学奖获得者狄拉克说:“上帝是高明的数学家,他用非常先进的数学创造宇宙。”以春秋战国时代为代表的东方先贤也不遑多让。老子的名言“道生一,一生二,二生三,三生万物”与“万物皆数”异曲同工,他不仅说得更具体,并将之归结为“道”。此外,还有“阴阳说”、“五行说”等等。虽然这些均基于哲学思辨,先贤之真知灼见却对后人有所启迪。
  从19世纪发现分子开始,探索万物之本进入以实验为根据的新时代。随后,发现所有分子皆由元素周期表上几十种原子(沿用德谟克力特起的名称)构成。20世纪物理学突飞猛进,发现原子并非不可分,而是由原子核和绕核运动的电子构成。粒子加速器的发明,为深入到原子核内部提供了工具,发现原子核由质子和中子构成。物理学家一度认为,宇宙万物均由质子中子电子及光子四种基本粒子构成,这是万物之本非常简单的方案。可惜好景不长,随着加速器能量的增加,陆续发现了上千种粒子,很难想象这些都是基本粒子。大自然在招手!探索万物之本者应向深处发掘。
  物理学家发现基本粒子之间存在四种作用力:万有引力、电磁力、弱力和强力。万物之本必须统一这四种作用力。
  经过许多实验和理论物理学家的共同努力,量子论的“标准模型”建立于20世纪70年代。标准模型将电磁力弱力和强力纳入统一的理论框架,并将数以千计的粒子归结为由“费米子”和“玻色子”两类基本粒子所构成。费米子包括6种夸克和6种轻子。玻色子包括:电磁力之媒介光子,弱力之媒介W粒子和Z粒子,强力之媒介8种胶子。标准模型是一个很成功的理论,其理论值与实验数据符合得非常精准,有些甚至达到一万亿分之一的精确度,被认为是有史以来最准确的理论。尽管如此,标准模型不够资格称为万物之本的理论,主要问题是它不包括万有引力。
  爱因斯坦的广义相对论将万有引力“几何化”,归结为时间和空间的弯曲,不仅具有极为坚实的理论基础,而且与实验及天文观测相符合。广义相对论是宏观理论,无法处理微观的基本粒子。
  以标准模型为代表的量子论和广义相对论是现代物理学的两大支柱,但两者并不相容。大自然又在招手!探索万物之本者应向更深处发掘。
  爱因斯坦终其后半生致力于探索万物之本,提出过许多方案,不幸以失败告终。失败有其客观原因,爱因斯坦主观上也有失误。
  探索万物之本后继者分为两大派。以超弦论者为主的多数派从量子论出发,少数派从广义相对论出发。四十年来,数千名号称“最聪明的人”锲而不舍孜孜以求,至今仍两手空空。既无与实验符合的理论计算结果,也提不出可供实验检验的定量预测。两派都碰壁,对万物之本的探索陷入危机。语云:“穷则思变,变则通。”如临危不惧,随机应变,危机可变为契机。风云际会,机不可失,当前正是探索万物之本的大好时机,有志者曷兴乎来?
  我一直在思考万物之本有关问题,现将千虑一得之管见简述如下,以冀抛砖引玉。
  爱因斯坦将引力“几何化”,归结为时空弯曲取得成功,为深入探索万物之本揭开序幕。后继者应在此基础上再接再厉,设法将四种作用力连同全部基本粒子归结为弯曲时空之某种特性,戏称为“四大皆空”。
  爱因斯坦的名言:“上帝不是在掷骰子。”他以此反对量子论的几率解释,与玻尔进行长期论战,屡战屡败。爱因斯坦探索万物之本失败,未引入几率是其症结之所在。万物之本必须在最基本的原理中包含几率。换言之,上帝是在掷骰子。
  标准模型之要害是所有基本粒子均为“点粒子”,几何点无内涵,标准模型的二十几个物理参量必须人为加入。解决之道在于让几何点动起来,形成一维的运动轨迹,建立包含基本粒子特性参量的几何模型,将“四大皆空”具体化。
  所有物理量均可由长度(公尺)、时间(秒)、质量(千克)三个基本物理量导出,但公尺、秒、公斤都是人为定义的。大自然定义了三个普适的基本物理量:普朗克长度(约一千亿亿亿亿分之一公尺)、普朗克时间(约五千亿亿亿亿亿分之一秒)、普朗克质量(约一千万分之一公斤)。万物之本理论中所有物理量均应从基本原理出发,推导出数学公式,以三个普适基本物理量换算为可供实验检验的结果。换言之,将“几何化”扩展为“数学化”。在这个意义上说:万物皆数!毕达哥拉斯和老子泉下有知,当额手相庆。
  科学史一再证明:天道崇简,至理平凡。在我心目中,万物之理一旦现身,肯定不是浓妆奇服争妍斗艳的贵夫人,而是天真清纯似曾相识的邻家少女。谓汝不信,且拭目以待。
  “你竟敢对旷世难题高谈阔论,胆大包天!”不入虎穴,焉得虎子?志在亲睹“猛虎独子”真容者,不大胆行吗?大胆难免出错。如发现有错,当即认错改正。任何万物之本候选理论其实都是猜想,若非故弄玄虚哗众取宠,不妨百花齐放百家争鸣,由实验这位铁面判官来判决。
  (作者电子邮件:zyshen@comcast.net)

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