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核心简介：科学界认为弦理论是最有希望的万有理论。但近期弦遇到了一些问题，比如解太多，无法实验求证等。而最近弦理论教皇级人物威腾正在重新研究惠勒思想，也许他在试图用惠勒在物理学上的思想，寻找到物理学上的真正意义的突破！而这篇文章介绍惠勒思想的同时，也介绍了惠勒思想在宇宙反弹理论中的一些应用。 同时，下面这张图说明三件事情；一，早有中国人（作者）简化了弦理论为力弦粒子，并根据分形推演出弦理论超对称的另一个角度。二，惠勒思想与中国古代哲学有一定的关联。三，在近几年宇宙大反弹理论中，做的最早最全面的是中国人！ 如图，背景说明：国际上最近几年宇宙反弹理论开始热门，宇宙反弹理论2014年左右开始有人重新再提，2017年国际上几个重要人物的宇宙反弹理论引起争议，关注并逐渐热门，作者书就是这几年国际最早的宇宙反弹模型，书版本在2013年就挂微盘分享（后不知什么原因被删，当然作者还有2012年之前记录），2015年正式出版，2016年就在微博置顶了书里核心观点。 科学本来是应该没有国界的，自我吹嘘让人可能自己也不自在，这里强调一些问题，只是希望激起大家的对事情本质的内涵。 下面回归正题： 前段时间，环球科学发了一篇文章：万物源于量子比特？| 数学物理界“教皇”关于量子理论的深思（点击蓝字部分能直接阅读详情）。里面提到弦理论大师爱德华·威滕（Edward Witten），再重新研究惠勒的物理学思想。 爱德华·威滕（Edward Witten）被称为数学物理界的教皇，美国普林斯顿高等研究院教授，威滕是唯一获得数学界最高奖项——菲尔兹奖的物理学家。他是弦理论和量子场论的顶尖专家，被美国《生活》周刊评为二次大战后第六位最有影响的人物，当代物理学家中H指数最高的一位。 威滕在物理学，数学方面做了很多重要的贡献，他影响力最大工作就是发现弦理论中的 M 理论——M 理论被认为是统一物理学的“万有理论 （theory of everything）”的第一候选。威滕在 1995 年提出 M 理论，通过“对偶”将所有五种弦理论统一在了同一个数学结构中，而后，他和其他研究者又发现，弦理论与量子场论在数学上同样互为对偶。（弦理论认为物质的基本组成元素是细小的弦，而量子场论则是粒子物理“标准模型”的语言，描述在物质场中的运动的基本粒子） 以下来源这篇文章访谈式交流部分重要内容：
Q（访问者）：关于对偶中的新发现，您能举几个例子吗?
A（威腾）：我们找到了很多不同种类的对偶，有规范场论之间的对偶，有弱耦合弦论与强耦合弦论之间的对偶，还有著名的 AdS/CFT 对偶，这是规范理论与引力之间的对偶。AdS/CFT 对偶早在 20 年前就被发现了，然而令人惊叹的是，它现在依然给我们带来很多启发。这很大程度上是因为大约 10 年前，一些新的想法使它重新焕发了活力——人们对量子场论中的熵有了新的认识，“它源于量子比特”。 AdS/CFT 对偶将反德西特时空 （anti-de Sitter）中的引力理论等价于一个描述该区域边界的量子场论。AdS 时空——通常称为“bulk”，因为它在更高维——中的一切信息被编码在更低维边界上的粒子间量子相互作用中，就像全息图一样。因此，AdS/CFT 为物理学家提供了对引力量子本质的“全息”理解。 AdS/CFT 对偶将反德西特时空 （anti-de Sitter）中的引力理论等价于一个描述该区域边界的量子场论。AdS 时空——通常称为“bulk”，因为它在更高维——中的一切信息被编码在更低维边界上的粒子间量子相互作用中，就像全息图一样。因此，AdS/CFT 为物理学家提供了对引力量子本质的“全息”理解。 Q：这就是说，时空和其中的一切就像全息图一样，从储存在量子纠缠态中的信息中涌现出来。 A：是的。数学中有些对偶也能被解释为物理上两个量子场论之间对偶的结果。它们之间相互联系的方式非常多样，所以任何一个快速得出的简单论断都是不完整的。你必须想象一张由不同联系构成的网络，其中相同的物理问题有着不同的表述，并且揭示了不同的性质。最简单的情况中只有两种重要的表述，但对于回答这一问题已经足够了。如果你要让我举出一个复杂的例子，那可就太多了。 Q：您对于数学与物理之间的关系怎么看？ A：我不想给出一个宽泛的答案，还是说一说我们目前的状况吧。量子场论和弦论的物理中包含了很多数学的奥秘，但我们还不知道如何系统地将它们提取出来。物理学家总是能够提出一些让数学家大吃一惊的想法，因为它们很难用已知的数学语言来描述，所以你必须从物理的角度出发来理解量子场论。 我不认为存在一种新的普适形式。我知道哪些量子场论的标准方法存在欠缺，所以我们至少可以期待能找到新的形式来描述那些理论。但我很难想象那会是什么样的形式。 M理论的发展 Q：有一种比较乐观的观点认为，存在一个全能型的量子引力理论，您怎么看？ A：很遗憾，我想即使这种观点是正确的，我也不敢保证它会对我们有所帮助。因为即使我们现有的理论并不完整，它已经解释了相当多的现象。所以就算有了一个更加完整的描述，也很难说它实际上能带来多少助益。 Q：您是指 M 理论吗？ A：M 理论只是其中的一个候选对象。 Q：您在 22 年前就提出了 M 理论，它现在的发展状况如何？ A：我个人认为，早在 22 年前我们就非常确信 M 理论存在了，但人们现在对它更有信心，因为AdS/CFT 至少在 AdS 时空几何中给出了 M 理论的明确定义。不过，我认为我们对理论的理解仍然是不够的。与 22 年前相比，理论发展主要集中在 AdS/CFT 和与之相关的内容上。但我相信，这只是其中的一个方面，一定还存在其他的重要方向。 Q：您能举个例子吗？ A：比如说，对时空本身量子性质的体空间（bulk）描述。长期以来，我们对此进展甚微。我想这可能是因为答案和我们熟悉的认知不同。当然，这只是我的猜测。 Q： 那您推测它会有哪些不同之处? A：这很难说。我怀疑它会更加抽象。我倾向于认为，除了一些已知的特例，并不存在对时空的精确量子描述（比如，我们知道 AdS 空间中的确存在这样的描述）。不过我也没法做出更多的预见。 万物源于量子比特？ 威滕：不久前，我读了普林斯顿大学物理学家约翰·惠勒（John Wheeler）在上个世纪写的一篇旧文章（Information, physics, quantum: the search for links 惠勒在这篇完成于 1989 年的文章中提出了“万物源于比特”，也就是物理宇宙起源于信息）。他是一个富有远见的人，但那篇文章在文字上很含糊。如果我在 30 年前读这篇文章，我很可能会因为它太模糊、无法深究而拒绝接受其中的观点，即使他说的是对的。 Q：您读这篇文章的目的是什么呢？ A：我想知道当人们说“万物源于量子比特”时，他们究竟想表达什么。惠勒曾说过“万物源于比特”，但是在他写这篇文章时，大概还没有“量子比特”这个词。不过我读这篇文章时觉得，惠勒讨论的其实是“量子比特”，而不是比特。所以“万物源于量子比特”实际上只是现在的说法，究其根本还是惠勒当时的思想。 我不会断言惠勒的想法是对是错。当我刚开始读研究生的时候，学院举办了一系列讲座，向新生介绍理论研究的前沿进展，其中一个演讲人就是惠勒。他当时在黑板上把宇宙画成一只注视着自己的眼睛，但那时我并不理解他在说什么。事后我明白过来，他在解释，当观者自身是量子系统的一部分时，我们该如何讨论量子力学。我想我们至今都没有参透其中的奥义。 Q：观测本身会不可逆转地改变量子系统，造成过去与未来之间的区别。所以观者问题可能与时间问题存在某种关联。通过 AdS/CFT 对偶，我们了解到新的空间维度可以像全息图一样从边界上的量子信息中涌现出来。您是否认为时间也是涌现的——它源于某个没有时间的量子力学表述？ A：我倾向于认为，时空及其中的一切在某种意义上都是涌现的。惠勒在他的文章中已经预测了这一点。他认为在物理和数学中，连续的概念都是不准确的。他认为使用任何连续的概念——连续的时间、连续的空间，连续的实数——来对时空进行微观描述都是有问题的。关于时间和空间，我赞同他的观点。关于实数，我无法判断，这也是我想知道的。我曾与一个逻辑学家讨论来试图理解其中的含义，不过这并没有什么帮助。 Q：您认为惠勒是个英雄吗？ A：我不会称他为英雄。我只是好奇，他所说的“万物源于比特”究竟是什么含义。他的想法很有远见，超前于时代。我觉得我现在会更有耐心来阅读这样的文章，虽然并不明确，但能给我带来灵感、启发。这篇文章大约有 100 条参考文献，看起来都很有趣。但是全部读完估计要花上好几个星期。我想我会挑一部分来读。 Q：为什么您现在会更有耐心来读这样的文章？ A：年轻的时候，我一直认为，我做的下一件事可能就是生命中最重要的事情。但是现在，我的想法也发生了一些转变。花一点时间去读别人的文章也是有好处的。 Q：与惠勒的风格不同，您是通过计算来获得很强的洞察力。 A：我只能做些小小的跨越，而惠勒的想法则是个飞跃：他在文章开头就说了，他不知道验证这些想法需要 10 年，100 年，还是 1000 年。 Q：他试图解释物理是如何从信息中产生的。 A：是的。他的说法更加宏大：他想解释存在的意义。 Q：惠勒对此有什么猜测吗？ A：没有，他只是在讨论，为了得到一个更基本的物理描述，我们应该做什么，不应该做什么。 Q：那您对存在的意义有什么看法吗？ A：没有（笑）。 惠勒思维 以下参考《宇宙的第三种猜想》资料 回到奇点之前，惠勒的质朴性原则与时间观念平行宇宙空间下的旋转聚合模型要求回到宇宙大爆炸之前的奇点时间。不过很多人没有意识到时间回到奇点之前的重大意义。 霍金在《大设计》里指出：“有人支持时间回到宇宙大爆炸之前的模型，目前还不清楚回到宇宙大爆炸之前的模型是否能解释现代的观测，因为宇宙演化的定律似乎在大爆炸处崩溃了。如果出现这种现象，那么创造一个包含宇宙大爆炸之前的模型似乎就没有意义了，因为那时存在的东西对于现在没有可观测的结果，如此我们不妨坚持大爆炸是世界创生的观念。” 很显然，弦理论研究者对于奇点之前的时间更加感兴趣。格林在《宇宙的琴弦》中写到，我们希望从零点开始，可能是大爆炸以前或者以前的某个时刻，理论所描写的宇宙将在演化中形成弦相干振动的背景，产生空间与时间的传统概念。这个框架如果实现了，将证明空间、时间和相关的维不是决定宇宙要素的根本，它们不过是从更基本更元素的状态涌出的方便记号。 而著名物理学家惠勒大胆地猜想，现在从物理学之外给入的时间将来也可以从物理学中推导出来，由绝对的量变成近似的量，由基本的量变成导出的量。正如光速曾经是外来的、绝对的量，后来则成为导出的、近似的。事实上，惠勒希望把所有外来的量，乃至把物理学本身建立在观察之上，希望从最质朴的观察出发，给出量子的定义，时间的定义，并解决数学连续性和物理的分立之间的矛盾问题。 惠勒是现代物理学方面很重要的人物，他提出很多具有哲理性的思想，并提出很多被现在广泛使用的概念。比如：著名的延迟实验，他最早提出了黑洞，虫洞，量子泡沫的概念；他引入了极小的距离和极短时间的普朗克尺度，并提出了普朗克尺度下量子不确定作用于本身产生的“量子泡沫”。惠勒提出“一切源于信息”，认为真实的世界基础都源于信息。 惠勒眼中的无中生有：著名物理学家惠勒提出真子概念，真子是惠勒设想出来的一个硕大光子，如果把它放到太阳的位置，会让经过的光线产生弯曲。有趣的是，光线本身不会知道让自己弯曲的是真实的质量还是没有质量的光子。经过计算，一个最小的纯经典真子具有炸面包圈的拓扑结构，其尺度相当于一个太阳，质量则达到一亿个太阳的量级，这种质量并不是真的质量，却是“没有质量的质量”。“没有什么的什么”是惠勒自己十分推崇的想法，后来又拿来创造了“没有电荷的电荷”一说。 1981年，惠勒在访问了中国看舞剧《凤鸣岐山》时，看到姜子牙手中指挥一切的“无”字旗上的含义是英文“Nothing”时，他认为这就是自己倡导的“质朴性原理”，当翻译告诉他，老子《道德经》中说：“万物生于有，有生于无。”惠勒非常吃惊，感慨地说：“现代物理学大厦就建立在一无所有之上，从一无所有导出了现在的所有。没想到的是，近代西方历经数代人，花费大量物力财力才找到的结论，在中国的远古早已有了思想的先驱。” 中国物理学家董光璧这样分析：“惠勒的物理学质朴性原理与老子的思想惊人地一致”，“道的创生能力，自然包含着天地万物的创生和作为‘常道’的各种具体的事物法则的创生两个方面。” 惠勒喜欢把科学理论推向极致，并以他恢宏的气度，与其他许多物理学家一道，将物理学不断带向新的前沿。同时，他善于以深邃的眼光看穿世界的本质。这位大科学家生前提出过这样的论断：“万物源于比特”。他认为，物理世界的所有单元，在最根本、最基础的意义上，具有非物质的来源和解释。也就是说，我们所说的实在归根结底产生于“是否问题”的提出及其所激起的仪器反应的记录。简而言之，所有的物质性事物，究其根源都是“理论上的信息”。 在这里，万物源于比特，可以看作万物生于有，有生于无。真正的理解是，这种无，不是真正的无，是一种宇宙的基本逻辑单元，形成宇宙的基本信息元素。 相对论和量子论这两个二十世纪上半叶最伟大的两个物理学理论至今不能融合，这本身也是一个悖论。作为为数不多的同时对量子论和（广义）相对论有深入研究的物理学家之一，惠勒同时进行着几个层面的思考，他提出很多有意义的思考，既考虑物理学本性的二阶问题，也构想未来物理学可能的基本因素。他提出了关于未来物理学的“三个问题”，即：存在如何？量子如何？观察如何创造？下面是几个有意义的例子： 变易性：从物理学结构上，惠勒构造了一个变易性的阶梯。这个阶梯的最下层是最古老的弹性定律，弹性定律假设密度是不变的常量。而在我们能够产生足够的压力之后，密度就成为变量。化学价曾被认为是原子的固有属性，可以用来为原子排序，于是有门捷列夫元素周期表，但是原子核嬗变使这一条也发生了变化。每一条物理定律，都在某种物理条件的极端状态下被突破、被超越。依此类推，惠勒认为一切定律都具有变易性，都不可能是不朽的，而宇宙本身也有生有灭。 物质和定律的物理学：惠勒认为麦克斯韦时代的物理学是物质的物理学，这时物理学的目的是寻找构成物质世界的基本单元，把物理学的基础建立在更基本的粒子之上。而此后的物理学则是定律的物理学，具体的物理粒子成为理论本身的建构结果，不再基本。惠勒力图把更多的物质转化成定律，惠勒阐述的“没有物质的物质”和“没有电荷的电荷”都是这种思想的表现。 推出时间、量子和连续性：既然物质和电荷都可以从物理学自身的结构中给出，惠勒大胆地猜想，现在从物理学之外给入的时间将来也可以从物理学中推导出来，由绝对的量变成近似的量，由基本的量变成导出的量。正如光速曾经是外来的、绝对的量，后来则成为导出的，近似的。事实上，惠勒希望把所有外来的量，乃至把物理学本身建立在观察之上，希望从最质朴的观察出发，给出量子的定义、时间的定义，并解决数学连续性和物理的分立之间的矛盾问题，这就是所谓物理学的质朴性。 《宇宙第三种猜想》里的思维： 如果宇宙来源于多宇宙空间大聚合，那么宇宙的时间推论到奇点之前的时间具有非常大的意义，意味着我们的宇宙很多基本的东西，比如基本粒子，星系物质等具有一个历史更悠长的时间，甚至一些物质远远指数级的超过了138亿年的范围，多宇宙空间继续对我们所在的宇宙保持足够的影响力，比如我们的宇宙在多宇宙空间环境下旋转，受到多宇宙空间环境下作用力，互相的粒子及能量交换等，只是比我们视野更加广阔。 你可以展示更基本的粒子是如何在更大，更微观领域影响我们宇宙形成的，在宇宙聚合反弹过程中，量子力学与宏观时空同时演化。 越是微观的领域可能牵涉更广阔的平行宇宙空间及更快的速度。把惠勒的物理哲学思维与宇宙大聚合模型结合起来会重新解释更多问题，出现视野更广阔的物理架构，对于量子力学与相对论的融合，或诞生新的物理学计算提供更好的帮助。 弦理论需要一个多维空间，中国的很多物理学家更喜欢多层级的宇宙，作者在《宇宙的第三种猜想》中提出了一个力弦分形的多层宇宙模型。由于篇幅有限，这里暂时不能一一细讲，这个多层级宇宙模型本身建立在三维空间之上的，基本粒子是有力弦粒子多层聚合的结果。在多宇宙空间，时间是可以独立出来的，有量子与更大宇宙空间演化而来。在这里我们提出一个多层级的宇宙代替多维空间思维。根据弹性定律，形成不同的层级宇宙需要不一样的物理学过程，甚至在我们宇宙之外，有更基本的粒子形成过程，像类似量子纠缠超光速行为可能是决定性的因素，并因此产生区别于四大作用力的额外力，我们的四大作用力及暗物质，暗能量会获得更好的解释。 力弦粒子是力与粒子的本质 弦理论加以改造，把弦认为是宇宙“基本”元素的虚无诞生，在深层，宇宙粒子与物质是有超高速度、出发点一样的弦、经过不同层级的蜷曲构成。因为蜷曲一次，速度降低一次，从比普朗克长度10-35米更小的尺寸10-160米（这个尺寸已经超越常识，物理界认为普朗克长度已经足够的小，当然更小的就是无了）开始。 在多层宇宙之下，真正的万有引力（粒子压力），是从更基本的“无”的单元、从更大范围（我们宇宙的外层的外层）的聚合开始的。力在不同层级的宇宙有其不同的表现，有的粒子具有宇宙后续创造性，部分性质不属于多层聚合宇宙诞生的起因，人类通过仪器也无法观察到。 从宇宙的深度来讲，力就是粒子，粒子就是力。由于多层宇宙里，宇宙自身循环往复，圆转无穷，由于宇宙微观“无”单元的特性，宇宙宏观与微观集合，赋予了万物第一推动力，由此万物可以从“无”到有，力与粒子纠缠一起。宇宙基本信息也有自己的自我性与宇宙属性，那么每层宇宙都应该有自己力的独特性。 根据新的物理模型，宇宙的信息单元在宇宙中具有两性，一个是自我性，一个是宇宙属性，然后进行聚合运动。在形成不同宇宙层次后在不同层级的物质聚合有其独特作用表现。任何的力都是来自多层聚合后的综合反映，并对于力的本质属性来说，来源于基本单元的自我属性与宇宙属性这两个方面在多层聚合运动中的表现。每一层的物质聚合，都是体现基本单元的这两个属性，但表现在每一层的自我独特属性上，而每一层又具有宇宙属性。 粒子的自我属性应该一般表现在向外的冲击力量表现为排斥力，与所在宇宙层级的束缚力量表现为引力，两种力量达成平衡后形成稳定粒子。正如弦理论认为的R与1/R.之间存在对称性一样，越是微观粒子，越与宏观宇宙存在某种对应联系。 超级对称 分形几何表述了宇宙的一些微观与宏观的内在联系，其不仅仅上下左右对称，还揭示了一种局部与整体的对称，使系统中的每一元素都反映和含有整个系统的性质和信息。这与生物学中，“细胞含有全部生物信息”完全吻合。弦理论认为，宇宙中粒子宇宙也存在着超对称性，R与1/R的宇宙定律是相同的，比如已知的宇宙半径约为140万亿光年，约等于1026米，那么1026米的宇宙与10-26米的物理存一样的物理定律，R与1/R的世界是不可区别的。 物理学家惠勒提出“万物源于比特”。他认为物理世界的所有单元，在最基础的意义上具有非物质的来源和解释，归根结底产生于“是－否问题”及其所激起的仪器反应的记录，所有的物质性事物究其根源都是“理论上的信息”。霍金认为宇宙可以“无中生有” ，这种“无”不是真正的无，是一种宇宙的基本力弦粒子的逻辑单元，形成宇宙的基本信息元素。 当然作者认为，正如分形几何揭示的那样，虽然存在着每一元素含有整个系统的性质与信息，细胞含有生物体的全部信息。虽然宏观R与微观1/R的宇宙学定律存在着关联性，信息联系性，但是这种对称还是属于不同层级的对称。正如细胞还是代替不了生物体一样，在物理学上宏观R与微观1/R的宇宙世界里，这种对称绝对不具备统一的物理学定律，他们只是关联的。也许一个直径达到10160光年大多层宇宙里，里面所有的基本“无”元素都处于纠缠态中，而他们又是独立的，但拥有大宇宙的属性及各层级宇宙粒子的属性。 点评一下： 首先，大家看到弦理论有困境了，才去了解物理学背后更多的内涵。其次，我回答一下有些朋友对于《宇宙第三种猜想》里没有数学的困惑，合理的物理构建也是科学，正如弦理论更多属于数学构建推演反而遇到困难一样，好的物理模型构建也会为数学指出路径。一个好的模型如果去掉物理构建，就失去了基础。正如弦理论一样，任何一个理论，个人能力有限，需要更多人参与。就是这些也用了二十多年寻找问题，数学这条路由于精力与能力问题，暂时个人是不准备搞的。 下面三篇文章标题直接点击可以阅读详细内容： 这三篇文章与此文有关联，也是宇宙反弹理论2017年左右才开始成为世界热门研究的关键时间线，当然最早资料可能三2014年左右，但可以说明数学与物理学的问题： 宇宙大爆炸提出过程： 一，是为了解释宇宙学的矛盾。 二，是根据相对论数学方程的推演。 三，是后来获得了很多验证，比如微波背景辐射。 但是，这几年提出宇宙反弹理论，恰恰是原来的物理学模型出现了很多矛盾。指出宇宙大爆炸错误，并提出反弹模型，并不一定要用数学指出。 中国人长期的科学不自信包括塑造的环境对科学造成了很多的误解，认为所有问题必须数学打头。一个好的模型，物理构建属于重要的基础，数学只能在这个基础之上解释问题，好的单独数学也可以对物理学有初进作用。一个好的模型，需要物理，当然也需要数学，如果物理模型建立的好，那么数学能找到路径依赖，至于真实的宇宙是否数学能解释问题，这个事情只能说不确定，交给时间吧。 但《宇宙的第三种猜想》提供了多条数学路径，比如可以根据哥德尔的思路寻找相对论数学答案，推演相对论之前的聚合时间，把弯曲时空简化为三维时空，时间单独独立出来，成为后期演化的结果，赋予不同时间宇宙不同的物理学意义，而且可以在多宇宙空间下把量子世界聚合与相对论宏观宇宙空间产生很好的结合起来。另一条数学路径就是在弦理论简化为力弦粒子的情况下，重新塑造弦理论数学，并在多宇宙空间下把量子聚合与宏观相对论空间诞生结合起来。还有其他数学路径比如分形数学的角度重新打造一个聚合旋转反弹的宇宙模型。 |
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