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曾富:从南部阳一郎到弦论和庞加莱猜想(1)

2018-03-02  物理网文
              王德奎        日期:2008-10-27        
 从南部阳一郎到弦论和庞加莱猜想

                  ---纪念国际弦论发表40周年(1)                                 

 

                          曾富  

 

    摘要:当前关于弦论是否科学,在我国争论还十分激烈。弦论实际是庞加莱猜想球面在三维空间收缩与扩张的对称性,在一维空间发生的对称性自发破缺。2008年诺贝尔物理学奖授予南部阳一郎、小林诚、益川敏英等三位科学家,该因他们发现亚原子物理的对称性自发破缺机制,及其对称性破缺的起源而获此殊荣。藉此我们来纪念国际弦论发表40周年,就有不同寻常的启示意义。

    关键词  亚原子物理、汉语文化圈、对称破缺、撕裂

 

    一、2008年诺贝尔物理学奖的意义

    当前关于弦论是否科学,在我国争论还十分激烈。弦论实际是庞加莱猜想球面在三维空间收缩与扩张的对称性,在一维空间发生的对称性自发破缺。2008年诺贝尔物理学奖授予南部阳一郎、小林诚、益川敏英等三位科学家,该因他们发现亚原子物理的对称性自发破缺机制,及其对称性破缺的起源而获此殊荣。藉此我们来纪念国际弦论发表40周年,就有不同寻常的启示意义。

因为在此之前我国就有科学家说,诺贝尔奖不但考获奖人,而且更考评奖人。但2008年理化诺贝尔奖东方文化裔圈就有五人获奖,第一次超过了西方文化裔圈,与2008年奥运会金牌得奖相呼应;而且说这话的科学家希望获奖的人也在名单之中。其次,在此之前,林夕先生在《南方周末》推出中国原创学科生存观察中的吴学谋、蔡文、邓聚龙、钟义信、曹鸿兴、何华灿和张学文等走在边缘的我国科学家,为他们鸣不平。林夕先生说,在世界现有的3000余门学科当中,由中国人创立的只有30门左右。它们绝大部分涌现于上世纪“文革”结束后的七八十年代——一个被载入史册的“科学的春天”。但30年后的今天,这些由中国人向世界贡献的智慧结晶,却面临尴尬的命运。它们或随着时间而消失,或剩下创立者一人独力支撑,又或沦为学术鸡肋,被主流力量束之高阁。当然三旋理论也属于其中之列。

吴水清先生在“北京相对论研究联谊会”网站也推出吴学谋、蒋春暄、秦元勋、谭暑生、罗正大、季灏、黄新卫、陈建国、王平、李子丰、曹俊丰、冯宜全、周宪、周吉善、董靖峰、朱永强、董长军、冯劲松、刘武青、刘良俊、钱大鹏、余本立、伍岳明、焦克芳、雷铭奇、胡昌伟、朱永焕、江兴流、曹盛林、张崇安、王满、陈其翔、马青平、徐建民、徐业林、冯宝生、石正金、付昱华、张靖平、叶波、李文秀、耿琦、师教民、吴沂光、江正杰、胡素辉、石益祥、孟庆潭等追求原始创新的科学家,呼吁支持他们、理解他们的成果。但这些同志中,不少人认为质变需要哲学思辨,而现代物理学往往从数学到数学,把数学模型当作了客观的物理图象,从而造成了“时空弯曲”、宇宙起源于“大爆炸”、“物质并非实在”等等幻像。在他们之外还有人说,庞加莱猜想毫无价值!猜想者,虚而不定也,连普朗克脱离物质的能量子,都绝不存在,霍金等人的“弦”、“超弦”也绝不存在!所以用纯数学推导出来的超弦理论和量子引力理论,是非常荒唐的数学游戏,吹也吹不出“泰山效应”;由此推知三旋理论空忙了大半辈子,方向错了。

    汉语文化圈有这么多人反对弦论、大爆炸宇宙论,诺贝尔奖评委不能不知道。但目前英语文化圈在相对论与量子论结合下延拓出的宇宙大爆炸论、超弦论、圈量子引力论等量子宇宙学、量子黑洞理论、量子真空理论,也是从追求科学的实证又实用出发才形成国际科技主流的。诺贝尔奖评委当然也不会只顾及汉语文化圈的反对者;然而他们也不会去加深矛盾。也许解决的策略是,把2008年诺贝尔物理学奖授予对弦论和大爆炸宇宙论作出贡献的南部阳一郎和小林诚、益川敏英等三位科学家,但瑞典皇家科学院诺贝尔奖委员会的公报又绝不提类似有争议的“弦论和大爆炸宇宙论”等字眼,而变换为“弦论和大爆炸宇宙论”等理论中的主旋律---亚原子物理及其中的对称性自发破缺机制以及对称性破缺的起源。这真是绝顶的聪明。反对弦论、大爆炸宇宙论的不少人,不是经常在鼓吹要以哲学来比拼弦论和大爆炸宇宙论的数学吗?打出“对称性及对称性自发破缺”,看来诺贝尔奖评委也在搞“哲学对哲学”的比拼。所以2008年的诺贝尔物理学奖不但打开了21世纪科学新的一页,而且也打开了20世纪弦论创立40年的历史和三旋理论创立50年的历史。

    今天我们要来大张旗鼓地纪念国际弦论发表40周年,是想回应诺贝尔奖评委---国际科技主流追求的宇宙大爆炸论、超弦论、圈量子引力论等量子宇宙学、量子黑洞理论、量子真空理论,并不是英语文化圈独有的科学发展现象。新中国既然能站立起来,汉语文化圈对应“对称性及对称性自发破缺”的自然机制,也必然同时存在宇宙大爆炸论、超弦论、圈量子引力论等量子宇宙学、量子黑洞理论、量子真空理论生长的土壤。例如南京大学教授沈骊天先生说:“ 读罢美国弦理论家B·格林的《宇宙的琴弦》,尚在赞叹感慨之时,又有幸浏览一部中国作者的奇书《三旋理论初探》,让我知道了:在中国本土,有一位不屈不挠的探索者,经过几十年执着的追求,按自己的方式独立构建了一种不仅不同于经典物理学,不同于量子力学、相对论,而且不同于超弦理论的崭新物理学体系。它所引起的惊喜,犹如在遥望世界科学最高峰的攀登壮举之时,惊奇地发现另一面山坡上竟闪现出中国攀登者的身影。” 所以纪念国际弦论发表40周年,也是纪念汉语文化圈在相对论与量子论结合下延拓出的类似宇宙大爆炸论、超弦论、圈量子引力论等智慧结晶。这里当然不是“精神胜利法”或“她在丛中笑”的说辞,而是想沿着这条道路继续通过三旋、轨形拓扑、撕裂、庞加莱猜想等工具,推进把弦论、圈量子引力论和宇宙大爆炸论等统一起来,作出我们中国人自己的贡献。

    即使如林夕先生所说,吴学谋的遭遇可谓是上世纪七八十年代以来一批原始创新的缩影---在这个载入史册的“科学的春天”中,今天同样面临尴尬命运的,也包括汉语文化圈创立的类似英语文化圈在相对论与量子论结合下延拓出的宇宙大爆炸论、超弦论、圈量子引力论等智慧结晶,但她们仍是无怨无悔。因为如果把林夕先生作的边缘原创学科的生存观察和王鸿飞先生作的《 “民科”和“官科”都是流氓》的生存观察结合起来,这类面临尴尬的命运是能看清原因的。

    二、对称性及对称性自发破缺

    有人说,在人类认识自然的规律中,对称性始终发挥着重要的作用。如物理和数学中的矢量以及时、空的周期性等概念,就是利用并且促进和发展了对称性的认识。相对论把时空统一,并扩展到研讨包括弯曲的4维时空的各种运动;量子力学及其场论,以波函数表达物体的运动态,运用算符运算,借助相应的正则运动方程,统计、推演大量粒子的各种运动状态的几率规律,就更加利用并促进深刻认识和发展了对称性。现代物理已按变分法,推导得到各种对称性相应的守恒律和守恒量。相应的对称性,都在相应的变换下,存在相应守恒的守恒量,否则,不具对称性,在相应的变换下,不存在相应的守恒量。而“破缺对称”与“自发破缺对称机制”的现有认识是,量子力学及场论的发展和实际的观测,却发现某些情况下,出现了所谓破缺对称。但小林诚和益川敏英预测的出现破缺对称,至少存在三种所谓夸克家族;南部阳一郎提出的所谓自发破缺对称机制,用所谓“重整化”解决场论中所谓标准模型的高次展开项,反而出现无穷大的问题。就是因此2008年诺贝尔物理学奖反而授予他们3人。所以现有认识存在的问题是,所谓夸克只是量子场论中,推断为彼此禁闭地组配成团而构成基本实物粒子的一种“拟粒子”;既未必发现任何单个的夸克,也不能证明它们确实在时空中永远成团禁闭;因而,实际上,并不能肯定它们的存在性,更怎能以它们家族的存在作为破缺对称的起源呢?!而且,他们都没能说明,为什么会出现破缺对称?怎么会有所谓自发破缺对称机制?!类似地,还为什么会有弱作用下,宇称不守恒?

其实这种对2008年的诺贝尔物理学奖的质疑,实际是对庞加莱猜想中的对称性及对称性自发破缺并没有理解。诺贝尔奖评委拉斯·布林克用一只普通的橘子解释2008年诺贝尔物理学奖三位科学家的精髓:世界万物并不存在完美的对称,就像看上去对称的橘子在显微镜下会呈现出对称性的偏离。这种说法和人类原始社会的科学家的认识相似:他们认为研究石头比研究抛射石头的弹道复杂。因此古希腊的科学家只就规则的正边形、圆形等“石头”着手研究科学,建立了“对称性”这个主旋律。到20世纪80年代,杨振宁发展为“三旋律”---对称性、量子化、相位因子。再到21世纪的2006年,丘成桐发展为类似卡-丘流形的炸开分析和庞加莱猜想等工具。   

此话怎讲?有人说,什么是对称性破缺?举了一个简单的例子:水和水蒸气在各个不同空间方向上都是一样的,具有球对称性。将水慢慢冷却,在冰点的时候水会结成冰,而冰中的水分子是有择优取向的。这时,它的对称性变低了。我们说在水结成冰的过程中发生了对称性破缺。如果这个例子还嫌抽象的话,可以观察一下我们的手——手掌是连续的,往前则分出五个分立的手指,这也可以表述为发生了对称性破缺。当然自发对称性破缺在物理理论中指的是真空态比描述体系的拉格朗日量具有更低对称性的情形。这是关于基本粒子物理的一个概念,在日常生活层面很难找到一个恰当的比喻来描述它。南部阳一郎在上世纪60年代最先在超导研究中引入了自发对称性破缺的概念,后将之应用到粒子物理的研究,发展了自发对称性破缺模型以揭示重子质量的起源。因为根据对称性及对称性自发破缺有关理论,大自然显然很混乱的表面下隐藏着秩序。如目前有关基本粒子物理学标准模型的所有理论中,几乎都渗入了南部阳一郎的成果。标准模型将自然界4种基本力中的3种以及组成所有物质的基本粒子都统一到一套理论之中。自发对称性破缺、夸克和基本粒子质量的起源都是近代物理学的重要概念,此前美国科学家盖尔曼就因夸克概念的提出而于1969年获得了诺贝尔物理学奖,三位美国科学家格罗斯、普利策和维尔泽克因关于夸克的渐进自由度概念的提出分享了2004年的诺贝尔物理学奖。南部阳一郎、小林诚、益川敏英引入或应用自发对称性破缺的概念,并在基本粒子领域作出了许多突出成就,他们获得诺贝尔奖实属实至名归。

但上述的解释,还没有达到丘成桐的高度。

   1)弦论、圈论与庞加莱猜想

    弦论走到庞加莱猜想已发生的第三次超弦革命,所体现的“多元一体”把对称性及对称性自发破缺发挥到了极致。其一就是把弦论和圈论组合到庞加莱猜想定理之中。例如庞加莱猜想被证明,庞加莱猜想可构成三条定理:

    A、庞加莱猜想正定理:在一个三维空间中,假如每一条封闭的曲线都能收缩成一点,那么这个空间一定是一个三维的圆球。

    B、庞加莱猜想逆定理:如果一个点连续扩散成一个“闭弦”,它再连续收缩成一点,我们称“曲点”。那么在一个三维空间中,假如每一条封闭的曲线都能收缩成类似一点,其中只要有一点是曲点,那么这个空间就不一定是一个三维的圆球,而可能是一个三维的环面。

    C、庞加莱猜想外定理:“点内空间”是三维空心圆球外表面同时收缩成一点的情况,或三维空心圆球外表面每一条封闭的曲线都收缩成一点的情况。即它不是指在一个三维空间中,假如每一条封闭的曲线都能收缩成一点的三维圆球,而且指三维空心圆球收缩成一个庞加莱猜想点的空间几何图相。

如果把一般的拓扑学,规定研究的图形不能撕破和不能粘贴看成是“对称性”,那么轨形拓扑学,专门研究图形的粘贴就可以看成是“对称性破缺”了。推而广之,科学的分门别类和悖论的产生,其中对称性及对称性自发破缺发挥着重要作用。例如从一般的拓扑学出发,庞加莱猜想中封闭的曲线能收缩成一点,是等价于封闭曲线包围的那块面,它类似从封闭曲线各点指向那块面内一点的无数条线,它的图相我们亦称为庞加莱猜想球或点。那么第一次和第二次超弦革命,“开弦”能产生“闭弦”,“闭弦”能产生“开弦”,这实际属于“轨形拓扑学”了---它们是庞加莱猜想的第一次和第二次对称性破缺。

即庞加莱猜想同时联系着超弦理论的开弦和闭弦。按庞加莱猜想正定理,开弦能收缩到一点,就等价于球面。按庞加莱猜想逆定理,闭弦能收缩到一点,是曲点,就等价于环面。它们都是整体对称的。第三次超弦革命在此基础上的“对称性破缺”是,如果庞加莱猜想球点和曲点反过来扩散,也分别是球面和环面,也是整体对称的,称为标准的理想的“开弦”和“闭弦”,是唯象规范超弦场论的整体对称,那么第三次超弦革命的奇异超弦论是指,类似开弦能收缩到一点,等价于球面,但球面反过来扩散,却不能恢复成开弦这类情况。即如果设定:开弦等价的球点扩散,但不是向球面而是向定域对称的杆线扩散,我们称为“杆线弦”;按庞加莱猜想,化学试管类似的三维空间,也是能收缩到一点而等价于球面,所以球面的一条封闭线如果不是向自身内部而是向外部定域对称扩散,变成类似试管的弦线,我们称为“试管弦”。这样开弦的定域对称就有两种:“杆线弦”和“试管弦”。而且,我们要把开弦这类量子场论的定域对称函数变化算符化。

    同理,闭弦等价的曲点扩散,但不是向环面而是向定域对称的管线扩散,我们称为“管线弦”;按庞加莱猜想,套管类似的双层管外层一端封底,这类三维空间也是能收缩到一点而等价于环面,所以环面内外两处边沿封闭线,如果不是向自身内部而是分别向外部一个方向的定域对称扩散,变成类似套管的弦线,我们称为“套管弦”。这样闭弦的定域对称也就有两种:“管线弦”和“套管弦”。而且,我们也要把闭弦这类量子场论的定域对称函数变化算符化。   

   2)粒子、操作与庞加莱猜想

    在现代量子规范场论及粒子物理的分类方案上,粒子和场的原初和派生,何者为第一性的原初,何为第二性的派生,有两种方案。有人认为,场是第一性的,粒子是第二性。其理由是,量子场分激发态场和基态场。激发态场又分静止质量不等于零的实物场,和静止质量等于零的非实物场。基态场仅指量子真空。尽管超弦理论粒子是弦派生的,超弦场仍是基本的,即是量子超弦场通过超弦产生粒子。

    场是第一性、粒子是第二性方案有一个悖论,例如有人坚持,原初粒子是一种形态,量子真空场也是一种形态,只不过是一种特殊形态,而非一种特殊状态。但所谓形态,就是存在有一种图像,那么我们如果问:量子真空场的量子图像是什么?是球量子图像还是环量子图像?原初粒子的量子图像是什么?是球量子图像还是环量子图像?量子真空场的量子图像和原初粒子的量子图像谁基本?目前这种方案的量子真空物理学只是避而不谈。于是出现了第二种方案:场是第二性的,粒子才是第一性的。例如有人认为,在普朗克尺度,微观极限小到只存在一个量子时,场已不存在;尽管目前这种方案在国际科学界才露头,但还是有说服力的。

然而庞加莱猜想已获证明,有可能否定这两种方案,出现第三种方案:在宇宙大爆炸前和在普朗克尺度极限,场和粒子两者是并列的;场是第一性、粒子是第二性,只是在宇宙暴胀之后才如此。因为分析庞加莱猜想“三维空间每一条封闭的曲线都能收缩成的一点就等价于球面”的内容,实际包含了两层意思,即图形的操作和图形的本身,可以对应现代量子规范场论和粒子物理,场等价于图形的操作,粒子才等价于图形的本身。而庞加莱猜想中图形的操作和图形的本身是并列的,推导的结果,场和粒子两者也是并列的。庞加莱猜想方案能解决被当作老大难的相对论引力方程把能量场和几何场混在一起的问题,也为量子真空物理指出了方向。即物质是“多元一体”的,在微观领域,物质对称破缺为是粒子,也是场,或操作或运动;是质量也是能量;是数量也是图形;是有形也是无形;是空间也是时间。但这还不够,对称破缺物质是“有”也是“无”; “无” 还不够,还有负数“无”和虚数“无”,以及正虚数“无”和负虚数“无”。

这里又已经涉及物质的整体对称和撕裂的对称破缺。所以弦论,必然涉及到多维或高维或额外维。

   3)点内空间与庞加莱猜想

读懂小林诚和益川敏英的对称性破缺的起源机制或“小林-益川理论”,就涉及负数“无”和虚数“无”,或整体和撕裂的对称性及对称性自发破缺。这和1957年李政道和杨振宁获诺奖打破的弱宇称守恒定律有关。因为我们可以从庞加莱猜想和点内空间的联系想到这一点。现代物理学理论认为,微观高能物理实验反应可同时产生同等数量的粒子与反粒子,粒子与反粒子在质量等方面相同,但在电荷等方面相反,两者相遇便会湮灭同时释放出能量。但这都是从“点外空间”的具体科学实践得出的结论,是正确的。但如果是在100多亿年前的宇宙大爆炸,那是从“点内空间”的虚、实数的非对易反应,延拓到“点外空间”的虚、实数的非对易反应,实际情况就并非应是同时产生同等数量的粒子与反粒子。所以科学家并未在现今宇宙中,找到与大量物质等量的反物质。

1)小孔成像与点内空间

宇称守恒原理在宇称不守恒原理没有发现之前,由于只是对大量物质实验的总结归纳,没有经过“点内空间”与“点外空间”之间粒子互换的严密的数学证明,就作为定律推出来的,在形式逻辑上也只能算是一种假说。即使是宇称不守恒原理的这种镜像对称的数学证明,从形式本体论上说,也只能算是一种平面镜成像原理的类比。这种平面镜成的像大小与实物相等,左右与实物相反的虚像。只还类似正虚数“无”。而宇称不守恒联系平面镜成像、凸透镜成像和小孔成像分析,还可能存在类似负数“无”和虚数“无”,以及正虚数“无”和负虚数“无”的丰富多彩的复杂性。例如小孔成的像,大小可以与实物不相等,但左右与实物就不会有颠倒,即宇称不守恒的数学证明没有把小孔成像原理类比包括进去。

    因为虽然平面镜成的像,类似深入镜内空间,但这种距离是虚的。小孔成像照相机和凸透镜成像照相机,像由实际光线汇聚形成,深入到照相机内部空间。如果把这也类比点内空间的数学抽象,那么这种点内空间的对称和平面镜成像相比,即使大小对称不等、倒立对称不等不计,但倒立对称类似翻转了180度,已改变了平面镜成像对称的左右与实物相反的对称,为左右与实物没有颠倒。即你举左手,宇称平面镜里你举右手,但宇称小孔成像照相机里边,你的右手居然不举,左边成为“错误”地举起手。把这种数学原理对应推证为“宇称不守恒”,是否也是一种点内空间造成的不守恒呢?

宇称不守恒性物理理论被实验证实后,并没有再给予深层次的数学原理的总结证明,这正是庞加莱猜想外定理开拓提出的点内空间、物质的整体对称和撕裂的对称破缺等概念的基础上,才明确了一般的粒子生成反映和宇宙大爆炸时的粒子生成反映是有区别的,也存在对称性及对称性自发破缺关系。即宇称守恒性类似正数和负数的对称,宇称不守恒性类似整数和正虚数的对称性自发破缺,宇宙大爆炸或“小林-益川理论” 类似整数和负虚数的对称性自发破缺。宇称不守恒和“小林-益川理论”虽有实验生产、形式逻辑、分析哲学等深化的研究,但因为还涉及庞加莱猜想这种更深层次的科学实验或原理,不经过庞加莱猜想的形式本体论的证明,可能都是不完善的。

2)小林-益川理论

1973年霍金想到的黑洞辐射理论,也类似现在的“点外空间”。真空涨落虽产生有同等数量的粒子与反粒子,但负、虚粒子易落入“点内空间”,而正、实粒子却易从“点内空间”附近逃离,所以“点外空间”正实粒子多。同年反过来,小林诚和益川敏英也从过去的1957年李政道和杨振宁获诺奖的“点内空间”想到了这一点,提出了“小林-益川理论”,认为造成上述现象的原因,是宇宙大爆炸时,夸克的反应衰变速率不同。由此他们在南部阳一郎的夸克、弦论等多类对称性及对称性自发破缺的启发下,预言存在6种夸克。这是一个大胆的突破。因为在小林诚和益川敏英提出预言之初,科学家只发现了3种夸克,因此一直难以证明他们的理论。1995年,6种夸克都被发现。2001年,日本和美国科学家确认了由夸克构成的正反粒子——B介子和反B介子的“CP对称性破缺”现象,从而证明了“小林-益川理论”。现在,“小林-益川理论”作为基本粒子物理学的一种基础“标准理论”,得到全球基本粒子物理学家的普遍认可。小林诚、益川敏英可能得诺贝尔物理学奖,人们早就有预言。

三、读懂南部阳一郎

1)南部阳一郎传奇

弦理论出现在1968年,这是由意大利物理学家维尼基亚诺开创的。维尼基亚诺找到了一个叫做“欧拉β函数”的东西。把它运用到粒子物理学所谓“雷吉轨迹”的问题上面,作了一些计算,结果发现这个欧拉早于1771年就出于纯数学原因而研究过的函数,它竟然能够很好地描述核子中许多强相对作用力的效应!威滕后来说,超弦本来是属于21世纪的科学,我们得以在20世纪就发明并研究它,其实是历史上非常幸运的偶然。但也不完全是这样。如果说1968年时,维尼基亚诺写出的描述强子性质的方程式,两年后就能引起了芝加哥大学的南部阳一郎,耶希华大)的萨斯金和玻尔研究所的尼尔森等人的注意,是有原因的;因为60年代初早有靴袢理论烧了第一火,但它太简单了,没有找到正确的数学方程式。南部阳一郎等人正是看出维尼基亚诺的方程式,虽然等效于靴袢理论描述的一根一维的“弦”,但“弦”的振动可以等效于物理学中已获得承认的纯能量粒子---声子。用这种方法看,强子不再是点粒子,而是弦----弦的不同振动模式,就是不同实性物质的粒子。物理学到粒子物理学发生了革命性的变化。 

所以南部阳一郎的出场,标志着庞加莱的大手笔再次起作用。那就是从19世纪末到20世纪初,科学和革命阵营都开始不断发生所有的精英大分裂。因为庞加莱的类似庞加莱猜想的这类解释物质经验和先验图像的思想,说明物质可以从两头向中间进攻研究,这是以前科学和革命阵营所有的精英都没有想到的。

事情得从玻尔兹曼的“原子”论说起。19世纪末唯物论在科学和革命阵营都站了上风,玻尔兹曼、马赫、庞加莱、奥斯特瓦尔德等,应该说都是19世纪末革命派战壕里的战友。由于玻尔兹曼提出类似“乌托子球”的原子论,它能以波尔兹曼常数表示出每立米中某种空气的“原子(分子)”数---这在统计力学理论上具有相当重要的地位;可以类似革命派追求的“乌托邦”,因为它并不是现代科学中的原子论,而更类似现代科学中的量子论。而在1872年时,“原子”还是先验的抽象的东西,无人见过、无人经验。

由于玻尔兹曼坚信“原子”的存在,并凭借自己在数学方面惊人独创的玻尔兹曼方程式和从这一方程中得出的H定理,表明了原子为什么可以解释从气体的变化到大自然,为什么不允许导致熵的事件减少;出现了科学和革命阵营的分裂。革命派中坚信唯物论的马赫、奥斯特瓦尔德等科学家,攻击玻尔兹曼是先验论。这场持久的攻击,以“实在论”为武器,坚持在经验上得到证实的说法才有科学意义;由于没有人见到原子,实在论就不应当拿原子当真。由此介入社会革命,也发生了分裂---有坚信类似“乌托邦”的革命者,把批判“先验图式”的马赫坚持的实在论说成是错,这其中的联系是:社会理想被称作“乌托邦”,联系玻尔兹曼的原子论起源,那是一种最简单最理想的自然物体,是绝对光滑的、不可分的、没有结构的、理想弹性材料的、均分的、虚构的类似台球的“乌托子球”。“乌托邦”和“乌托子球”两者都是没有人见到的东西,如果实在论认为不应当拿“乌托子球”的原子当真,那么是否坚信类似的“乌托邦”也不能当真?

由于作为数学家的庞加莱,以拓扑数学的眼光也参加了对波尔兹曼的批评,分裂出的革命派也把矛头指向了当作物理学家的庞加莱。

支持玻尔兹曼“原子”论的,是分裂出的革命物理学家爱因斯坦和斯莫卢霍夫斯基,分别于1905年和1906年给出的布朗运动的理论;1908年佩兰和他的合作者通过用显微镜观察藤黄树脂微粒的布朗运动,也证实了“原子”的实在性。庞加莱面对这一事实,坦率地承认:“化学家的原子现在已经是一种实在了”。

分裂出的革命派批判分别代表物理和数学这两个学派的革命派代表马赫和庞加莱,虽然不是无的放矢,但是也把马赫和庞加莱一锅熬了。当然原因主要是有时代的局限性---人们并未认识到20世纪初期,正在发生另一种不同性质的“革命”, 庞加莱猜想还在庞加莱的头脑中,更谈不上到2006年庞加莱猜想才获得证明承认。那时的革命,只是不同于19世纪和20世纪初经典物理理论与实验的科学革命,即量子力学发现的“不确定性”,这是在微观世界存在的光和电子的双缝实验证实的科学革命---即不管是原子还是波,如果只是单缝,都只是一种单共轭编码的“革命”;只有双缝才是一种双共轭编码的“革命”。但具体的庞加莱猜想分析,是一百年后了。因为反过来看玻尔兹曼的“原子”论到爱因斯坦1905年开始的“证明”,还只是物理理论与实验的证明,并不是数学推导的证明---这个数学推导,就是要证明“庞加莱猜想”在一个三维空间中,假如每一条封闭的曲线都能收缩成一点,那么这个空间一定是等价于一个三维的圆球,是与单缝的撕裂或孔洞是等价的。所以庞加莱猜想证明的意义,也许还不只在庞加莱猜想证明这里。

因为有人认为:类似点与弦的关系,弦与维的概念,只是物质结构在尺度上呈现的不同层次;没有绝对的点,也没有绝对的弦,无论点、弦(线)或是膜(面),在自然界都是再平常不过了的客体。正如开弦和闭弦的关系,就像大指姆和食指,张开为弦,闭合为环,没有什么新奇。如果把它们翻译成“庞加莱猜想”的语言,就是球面和环面没有新奇的区别,所以“庞加莱猜想”的证明就没有什么意义和用处,没有必要像“庞加莱猜想”那样故弄玄虚。有人认为:如果“庞加莱猜想”成了人们思维的先验图式,企图用“庞加莱猜想”整合并修改其它物理理论,将会给科学带来的危害,其结果是与经验事实发生不少冲突,歪曲了其他理论对物理过程的合理解释。这标志着从20世纪末到21世纪初,科学和革命阵营仍在不断发生大分裂。

因为从“庞加莱猜想”的角度说,这是围绕球量子与环量子是一种还是两种的先验图式之争,是从20世纪打到21世纪的双百年的科学“战争”。那么庞加莱猜想的两种先验图式与玻尔兹曼的原子“乌托子球”一种先验图式,解答的路线图又在哪里?

核心的关键是,庞加莱提出的“亏格”表示的洞数,就直指玻尔兹曼“先验图式”的原子“乌托子球”。因为庞加莱从数学的角度猜想到“庞加莱猜想”之外还有环面。所以庞加莱猜想实际提出了两种“先验图式”的能量与物质的先验图像和经验图像---一是玻尔兹曼的“乌托子球”,一是庞加莱自己没有说出口的“乌托子环”。玻尔兹曼的原子“乌托子球”,可以充当大至星球,小至晶体、电子,令人满意地解释固体、液体、气体和等离子的许多性质,庞加莱肯定是能看到的,但庞加莱主要是数学家而不是物理学家,搞现代数学的人都知道,“乌托子球”如球状石头,外部那张曲面---随便哪种曲面都是复杂的;然而一个物体要与周围区别开来,总会攘张皮的。这就是原子论、量子论的起源,这也是庞加莱猜想的源头。但庞加莱没有把两种先验图式说出口,也许他看到玻尔兹曼的这种先验图式,已经遭到著名革命派科学家马赫拿“实在论”向“先验图式”的攻击。另外,他自己也对玻尔兹曼唯“乌托子球”的先验图式不满意---更重要的是,20世纪初已露头的量子论和相对论仍是以类似玻尔兹曼“乌托子球”的一种先验图式,作的能量与物质、时间与空间及其它们的场的量子化。面对这种强大的分裂与不分裂的社会和科学集团的一致压力,庞加莱深深地失望了,他把庞加莱猜想逆定理深深地埋在心里,用公开“庞加莱猜想”的形式寄托于未来,寄托于未来国际一流的科技尖子人才、国际级科学大师、科技领军人物的出现,寄托于未来真正完整、全面贯彻尊重劳动、尊重知识、尊重人才、尊重创造的社会的出现。

但这种寄托到20世纪60年代也没有出现,而且科学和革命阵营继续发生分裂。甚至这种分裂落到了我们中国人头上。汪容先生在1985年的《高能物理》杂志上说,大致在1960年左右,有一种理论叫做靴袢理论---意思是拉着自己的靴袢把自己提起来。汪容先生说,这个理论不久就被事实推翻了。夸克模型和层子模型用具体的模型表达了在强子之下,另有一个物质结构层次,即层子(或夸克)层次。汪容先生是我国层子模型的创立者之一。在那个强子革命大风暴中,汪容先生等层子模型的创立者们,也许并没有认识物质是“多元一体”的---在微观领域,物质对称破缺为是粒子,也是场,或操作或运动;是质量也是能量;是数量也是图形;是有形也是无形;是空间也是时间。但这还不够,对称破缺物质是“有”也是“无”; “无” 还不够,还有负数“无”和虚数“无”,以及正虚数“无”和负虚数“无”,等等对称性及对称性自发破。但有一个人看到了,他就是南部阳一郎。

2)多元一体”的物质观

靴袢理论实际是弦论产生的前夜。提出这个理论的科学家明希豪森,意思是指物质的航程已进入既是基本的又是合成的层次。有人说他是“吹牛家”,但这并没有阻止南部阳一郎对靴袢理论的认真思考。提起这件事,1985年南部阳一郎在第二届粒子物理学史国际讨论会上说:“我一直想给弦以一种实在论的解释,但始终不成功,所以没有发表,但对此现在还不能下结论,将来的发展也很难预料,盖尔曼并不是在信口开河。”那么盖尔曼在这次大会上讲了什么呢?夸克模型的主要提出者盖尔曼说的是,如果找不到自由夸克的话,他认为很可能还得回到靴袢理论上去,这个理论很可能成功。

即到了1985年强子革命大风暴还有三种主流的观点:

A、弦论观点:“粒子”可分,但类似原先宏观物质的图形拓扑和质能分离变化,已达到了一个转折的层次,如靴袢理论说有类似靴袢拉着提起来的操作或运动;弦论说有如弦线的振动产生类似的“声子”,也是“粒子”或“物质”,即它们作了图形拓扑和质能分离对称性及对称性自发破缺新的表态。

B、基石观点:不对图形拓扑和质能分离的变化,或新的对称性及对称性自发破缺转折作明确表态,只说类似原先宏观的物质达到了一个不再可分的一个层次,但又暗中用类似鸟声的“夸克”暗示,定名为是这类基本粒子的模型。

C、层子观点:明确表态粒子无限可分,但分裂为对更小的粒子的图形拓扑和质能分离的变化不作明确表态,和作明确表态为原先宏观物质类似的能量是能量、物质是物质,没有本质的变化---这里类似只有对称性,没有拓扑性转折的新的对称性自发破缺。

科学创新不是只有第一,没有第二。科学创新既有下村修这样的第一个发现者,也有南部阳一郎这样的后来居上者。弦论和靴袢理论,南部阳一郎都不是第一个提出者,但南部阳一郎的表现说明,他既是一个大胆的科学家,也是一个谨慎的科学家。南部阳一郎敏感到弦论和靴袢理论有新的对称性及对称性自发破缺转折的图形拓扑和质能分离的变化,但靴袢理论太粗糙---只说有类似靴袢拉着提起来的操作或运动。弦论也不完善----只说有如弦线的振动产生类似的“声子”的粒子。因为我们说,自旋也是一种振动、操作或运动。但南部阳一郎可能没有想到三旋类圈体的自旋有62种对称性自发破缺状态,所以南部阳一郎说:他一直想给靴袢或弦以一种实在论的解释,但始终不成功,所以没有发表。

1957年李政道和杨振宁发现宇称不守恒获诺奖,对南部阳一郎有很大的影响,他就觉得对称性自发破缺科学创新有第一,也有第二、第三。所以早在上世纪60年代,当明希豪森提出靴袢理论的时候,南部阳一郎很快就能将超导理论中又出现的自发对称破缺机制,寻找机会引入到粒子物理中,给出了自发对称性破缺机制的数学描述,开创了基本粒子物理的多个重要思想,因此与俄罗斯物理学家维塔利·京茨堡一起被授予1994/1995年沃尔夫奖。

南部阳一郎1921年生于日本东京,1952年获得东京大学理科博士学位,是美国芝加哥大学费米研究所的名誉退休教授。南部阳一郎已获得过许多学术荣誉和奖励。如1986年,因对自发对称破缺的研究,他获得了国际理论物理中心颁发的狄拉克奖章。1994年,美国物理学会将当年樱井奖授予南部阳一郎,以表彰其对场论和粒子物理的贡献。2005年,因对基本粒子物理学标准模型的贡献,他获得富兰克林奖章。此外,南部阳一郎还曾获得罗伯特·奥本海默奖、美国国家科学奖章(1982年)、马克斯·普朗克奖章(1985年)和日本文化勋章(1978年)。弦理论中的南部-后藤作用以南部阳一郎和后藤铁男的名字命名。在粒子物理和凝聚态物理中,满足自发对称破缺模型的玻色子也被称为南部-戈德斯通玻色子。

3)超对称之谜

南部阳一郎可以说是专搞“超对称”的专家。这里我们说的“超对称”是指广义的,类似对称自发破缺,或专指类圈体和球面图形的拓扑和质能分离变化的对称性及对称性自发破缺转折。1971年,施瓦茨和雷蒙等人合作,把原来需要26维的弦论简化为只需要10维,初步引入“超对称”的思想,每个玻色子都对应于一个相应的费米子,但也许还没有想到类似圈体和球面图形的拓扑和质能分离变化的对称性及对称性自发破缺转折这一点。1984年施瓦茨和格林合作,最终完成了超对称和弦论的结合,使老的“弦论”死去。新生的“超弦”理论含有类圈体图形的拓扑和质能分离变化的“超对称性”。我们认为,南部阳一郎等人描述夸克携带的另外一种荷---“颜色”,在三旋理论中类似类圈体的自旋操作或运动,这是有其本质的转折。但南部阳一郎等人的“超对称”在.这里说的颜色荷,还纯粹是个客体名称的代表, 和自然界看到的颜色没有任何关系.。一个夸克带三种颜色荷之一的红、 绿,、蓝,其反粒子、反夸克则带相反的荷:---反红,、反绿或者反蓝。对比电子只有负电一种荷, 其反粒子则带相反的正电荷。

“颜色”这种夸克新的特征,用分析实验证实后,南部阳一郎等人可能想到不能与不相容原理矛盾而得出的。但南部阳一郎能最早用“颜色”的概念探讨夸克新的特征,也说明他是会运用对称性自发破缺概念的物理学大家,应得诺贝尔奖。反过来看参加研究层子模型的鲜为人知的刘耀阳,有人说他也提出了类似夸克“颜色”的概念.---他的论文发表在文革前(1966年)出版的 《原子能"》杂志上.。上世纪90 年代有人写文章说刘耀阳是第一个提出这个概念的人,,并与刘的原文一起投到 nature.》。《nature. 让南部阳一郎审稿。南部阳一郎.的审稿意见是,他不同意刘是第一个提出这个概念的人, 但他同意刘是第一个提出这个概念的人之一.。大家请注意,无论南部阳一郎还是刘耀阳,他们提出的“颜色”理论都还不真正完善,但实用。有人就指出,刘耀阳提出的新荷,更类似于电荷。刘耀阳是赞同粒子无限可分的。刘耀阳提出的类似于电荷的更小粒子,对图形拓扑和质能分离的变化不明确,类似只有对称性,没有拓扑性转折的新的对称性自发破缺。当然19272 年时提出的正确划分的夸克“颜色”荷,如果没有南部阳一郎等人提出的弦论振动的特征,或没有在三旋理论中类似类圈体的自旋操作或运动,那也算是迈出了一小步。.

我们知道,起初南部阳一郎、盖尔曼的夸克还没有考虑引力。大统一理论的十一维超对称扩充标准模型的规范群时,将超对称取为局域对称,引力自动显现出来,就得到超引力理论。而弦论中的开弦,是对应将庞加莱猜想的球面操作取为局域对称,弦论自动显现出“杆线弦”和“试管弦”来。把这也叫做超对称,这就是球面的3维类似可以减少到1维或2维,这里庞加莱猜想运用的全息原理也自动显现出来。其次,“杆线弦”和“试管弦”与编织态、真空泡沫及膜理论结合起来,编织态、真空泡沫及膜空间自动显现出无极性和有极性以及混合态等多种情况。

我们也知道,十一维超引力本身有问题---量子场论实际处理的是类点客体。夸克和轻子用类点体的方法讨论很有效,但用来讨论引力子时就会出现无穷大。解决办法能用弦论,其代价是人们不用几百年,甚至几千年来用惯了的类点客体。这是很多人反对弦论的理由之一。有人说,我们如果拒绝接受弦论、更高的维度、超对称这些理论,那么我们就没有足够的“空间”将引力等作用力纳入统一的量子理论中。当然还有一种另外一种将广义相对论和量子力学统一到一起的研究方法,那就是圈量子引力理论。不过相比于弦论,圈量子引力野心不足,因为连标准模型都不是它的研究范围。而弦论试图统一引力、量子力学、标准模型等所有的基本理论。弦论需要“背景空间”,这样的空间就像是一个供粒子和能量表演的舞台---这是牛顿式的观点。圈量子引力没有“背景空间”---这是爱因斯坦广义相对论式的观点。在圈量子引力中没有我们通常理解的空间概念,实体是由“圈”组成,圈就是引力场力线的激发。这些圈的组合和相互作用形成“自旋网络”,这些网络演化成我们熟悉的平滑空间。可见圈量子引力的拓扑图像和弦论的拓扑图像不同---圈量子引力是一元论,即类似环面最基本,但理论发展得不充分;弦论是二元论,即类似球面与环面并存,但没有作拓扑悖论的对称性与对称性自发破缺的说明。同时,弦论和圈量子引力都不可能即将进入实验检验。

在新中国,有没有非凡的想象力,不用弦论或更高的维度等方法,而能将引力和其他的相互作用、量子力学、标准模型等所有的基本理论统一起来呢?有!而且已经经历了五十年。这就是三旋理论和庞加莱猜想的结合。论述这项工作的约90万字的专著《求衡论---庞加莱猜想应用》,20079月已由四川科学技术出版社正式出版。在这之前还出版了《三旋理论初探》、《解读《时间简史》》等专著,以及公开发表了数十篇有关论文。

四、大收获、大组合

1、背景空间

这里我们来简单说明一下。弦论需要“背景空间”, 圈量子引力没有“背景空间”,这种不同,实际代表了人类从两头向中间探索物质的航程。弦论需要“背景空间”,说明它是从宏观就存在的物质、能量、形态、时空等多元性,向微观作几何化一体的探索。圈量子引力没有“背景空间”,本身就在沿着爱因斯坦广义相对论开辟的几何化方向。广义相对论把能量归结为几何,早被前苏联人认为是悖论。是庞加莱猜想把几何与操作联系在一起,才解开了这个结。几何属于拓扑学。广义相对论遵循拓扑学没有破裂,空间是整体性的。整体拓扑性的球面,存在奇点,所以广义相对论在空间收缩为一点的时候就失效。这是霍金发现的。而拓扑性的环面,不存在奇点,所以圈量子引力以“类圈客体”作为前提,用“自旋网络”解决了这些悖论,是先进的。但圈量子引力的“类圈客体”的自旋,不像三旋理论类圈体的三旋---面旋、体旋、线旋发展的充分。其次,圈量子引力是预存的“类圈客体”,没有说明“类圈客体”的来源。实际这与宇宙大爆炸有关。  

因为拓扑学引人“撕裂”必然要引人“轨形拓扑”和“黎曼切口”。 黎曼切口与轨形拓扑可以生成25种卡---丘空间,可以对应全物质族的25种基本粒子。宇宙大爆炸正是一种时空撕裂,如果宇宙大爆炸类似烟囱吐烟圈,吐出“黎曼切口”。 “黎曼切口”激发“轨形拓扑” 生成25种卡---丘空间,实际这是25种量子场,那么希格斯场和希格斯粒子也都在其中了。

目前为大型强子对撞机,两位科学大师霍金和希格斯发生争吵,霍金说大型强子对撞机也许发现不了希格斯粒子,希格斯说霍金的黑洞辐射理论不完善。其实两位科学大师都没有全说错,也没有全说对。宇宙大爆炸的时空撕裂也是量子化的,三旋理论的物质族基本粒子质量谱公式,已经把25种基本粒子的质量生成规律找了出来,希格斯粒子从小到大的微单元也许是七种,在以往的高能加速器的粒子反应中,也许七种希格斯粒子微单元早就出现了,但人们也许只承认最大的那种希格斯粒子微单元的量子化,这也是是霍金看对的。

但粒子质量起源还有多种对称和自发对称破缺。例如人无意识,也许是在睡眠,也许是死亡了。睡眠和死亡是各自有其关节点的。这类“关节点”如果以零点标示,睡眠从醒觉到睡觉,用正数到零到负数的直线坐标表示,死亡从活人到死人,也用正数到零到负数的直线坐标表示。这两个坐标表面上相同,但有本质的区别。因为如果把“人”的概念、性质作为参照点,醒觉和睡觉的人都是“人”。但从活人到死人,就不一定全是“人”---人刚死,也许还是“人”;人进了坟墓,到尸体已经风化,人也不是“人”了。把“人”的概念、性质对应“物质”的的概念、性质,把高能加速器的粒子生成,对应醒觉到睡觉的正数到零到负数的直线坐标表示,把宇宙大爆炸的时空撕裂粒子生成,对应从活人到死人的正数到零到负数的直线坐标表示,霍金的黑洞辐射粒子生成,是介于这两种情况之中的。小黑洞类似前者,大黑洞类似后者。物质进入大黑洞类似人刚死,到达裸体“黑洞”,才类似到尸体已经风化。这里的“无”,才类似庞加莱猜想外定理的“点内空间”。所以希格斯说霍金的黑洞辐射理论不完善,也不是无的放矢。

2、夸克

弦论从靴袢理论到弦线振动,到超弦加入闭圈,再到膜论,走得很艰难,也走得有声威。弦论走到了丘成桐的卡---丘空间和炸开理论,把“轨形拓扑”运用得有声有色。但也有三大难题。三旋理论结合了霍金的黑洞辐射和希格斯的希格斯粒子生成思路,在这两类正数到零到负数的直线坐标的对称性及对称性自发破缺的指引下,也具有圈量子引力那种的没有“背景空间”的特色。再加上“黎曼切口”和“轨形拓扑”的运用,也能消除弦论卡---丘空间的三大难题。

由于三旋理论一开始就关注标准模型,再加上类圈体的三旋---面旋、体旋、线旋,比后来的圈量子引力的自旋还发展得充分,又比弦论的振动操作更规范、更全息,所以早在1974年三旋理论的创立者,就用类圈体的三旋---面旋、体旋、线旋的规范群,对夸克的色与味作自旋密码编码的探索,这类似弦论的振动方程做的粒子实体描述。众所周知,弦论在规范的振动操作外,还有不规范的振动状态存在,三旋对25种基本粒子作的密码学的相容编码外,也还密码沉余,这引起了对暗物质的猜想,即三旋密码编码的沉余码类似暗物质。

3、宇宙

有人认为,爱因斯坦义相对论中的光速有极限原理,在现实的宇宙中无法作出数学证明。这确有可能成立。弦论说的需要“背景空间”,就是指的现实宇宙这个舞台。圈量子引力说的不需要“背景空间”,类似我们古人说的“点内无内,点外无外”。即多宇宙、多世界,也是多元一体的,类似用正数到零到负数的直线坐标表示,多宇宙、多世界都属于类似从“点内”到“点外”,或从“点外”到“点内”。“点外”再无外宇宙,“点外”有再多的外宇宙,也是在点外。“点内”再无内宇宙,“点内”有再多的内宇宙,也是在点内。这当然是以我们人作参考系说的,因为我们人是在“点外”, 我们人是一切事物认识的主体,自然是自然界创造的,但自然科学是我们人创造的,所以自然科学无不打上我们人的烙印。 

用自然全息或用正数到零到负数的直线坐标表示看待宇宙大爆炸,宇宙大爆炸之前很好理解。一是类似我们人的生前或死后,二是类似直线坐标的零到负数或负数到零。庞加莱猜想的外定理存在“点内空间”,类似存在空心圆球。宇宙大爆炸就类似空心圆球内表面翻转为外表面。空心圆球内表面翻转为外表面可以没有撕裂,也可以有撕裂。宇宙大爆炸是一种时空撕裂,那么撕裂的实体一定有速度。宇宙大爆炸是用它的全部能量去撕裂,这种撕裂是最大的撕裂,所以也是宇宙的极限速度原理。如果对应光速,光速当然有极限。

宇宙大爆炸之后,时空撕裂已复合。“时钟”被分置在“点内”和“点外”。在空心圆球之外或空心圆球之内,一切能用正数到零到负数的直线坐标表示的时间或速度,都可能是循环的,不具有宇宙大爆炸的那种标记意义---校对时间,当然只有宇宙大爆炸的那个绝对起点。“点外”超光速虽然也大量存在,但那都类似有克隆的背景。由于庞加莱猜想存在有“点内空间”, 这引起了对暗能量的猜想,即宇宙的点内空间类似真空瓶存在的负压力。宇宙膨胀,类似“点内空间”增多,宇宙加速膨胀也是很自然的了。

4、质量

哈热瑞论证质量起源于粒子的手征性,证明很简单:光子是没有质量的,以此作参考系,由于光子的速度是有极限的,所以光子的手征性是守恒的。反之,由于一个球粒子的运动不能超过光子,对这个球粒子的自旋观察,它的手征性会自发破缺,所以粒子的手征性不守恒也是质量的起源因素之一。但类圈体粒子只要存在三旋,不能超过光子,有时手征性也是守恒的。手征性守恒是一种对称性,但“背景空间”即使是对称性的,也能使球粒子的对称性发生自发破缺,例如底部光滑的杯子与底部中间有一个隆起的小波峰的杯子,自身的图形都是对称性的;圆球放在底部光滑的杯子里也是对称的,但圆球放在类似超对称图像的底部中间有一个隆起的小波峰的杯子里,对称就自发破缺了。就在类似的微观背景中,一个大质量的球粒子分成许多小球粒子后,再把一个小球粒子放在这样的底部中间有一个隆起的小波峰的杯子里,球只能占据小波峰的这一侧或那一侧,所以对称不可避免地被破缺了。在这样的复合系统中,小粒子的质量也许比原先的大粒子还大,哈热瑞的质量难题没有解决。

但如果把球面粒子换成环面粒子,它在底部有一隆起的波谷中,环可以占据四周的谷底,而中心留出的空位正好躲过底部正中隆起的波峰,对称性并没有被超对称图像破坏掉。希格斯场与标准粒子进行的交互作用,也类似存在上面底部中间有一个隆起的小波峰杯子的超对称图像的势阱。希格斯场公式中能量密度与希格斯场量子质量平方成正比,这会出现负质量问题。但实际由于存在量子隧道效应,球量子在超对称图像的势阱中,通过量子隧道效应,可以达到与环量子相同效应。这里,量子隧道效应一是有与物理上海森堡的不确定性原理有关;二是背景空间与几何上庞加莱猜想逆定理的对称破缺也有关。

这就是,弦论中的闭弦,对应庞加莱猜想逆定理的环面,如果将庞加莱猜想逆定理的环面操作,取为局域对称,即类似可以减少到1维或2维,那么弦论的闭弦可自动显现出“管线弦”和“套管弦”来。这里,庞加莱猜想的全息原理也自动显现出这种超弦规范场的二次量子化共形,也是一种超对称。其次,“管线弦”和“套管弦”也可以与编织态、真空泡沫及膜理论结合起来,其编织态、真空泡沫及膜空间自动显现出的无极性和有极性以及混合态等多种情况,这是能与希格斯场、量子隧道效应、背景空间的相变、色磁真空对应的。

以上说的是从南部阳一郎到弦论和庞加莱猜想发生的第三次超弦革命的一部分。它们的源头是三旋理论。现代物理学主要都类似粒子物理学,诺贝尔物理学得奖,也主要都类似粒子物理学得奖,但“粒子”的经验图像和先验图像一直不明确。拓扑学中,是讲球面与环面不同伦的。这扩大了庞加莱猜想的范围。三旋理论延伸出“圈与点并存,圈比点更基本”,从而规范了“粒子”的经验图像和先验图像。然而“粒子”是量子化的,“粒子”就必然要组合,所以粒子物理学也必然是组合物理学。因此三旋理论能以2008年诺贝尔物理学奖为支点,以庞加莱猜想为杠杆,把杨振宁的相位因子、丘成桐的卡-丘流形及炸开图像、弦论和圈量子引力论的图像、桑蒂利和蒋春暄的iso-数学、陈果仁等人的以太子、王洪吉的八元数学、王守义的球绕流、陈叔瑄的微涡旋、赵国求的量子曲率、于长丰的逻辑量子等成果撬动、联系起来,第三次超弦革命也需要类似这支汉语文化圈的科学大军。

李后强先生为《三旋理论初探》一书作序时说,中国基础科学并不缺发原始创新。讲解第三次超弦革命的《求衡论---庞加莱猜想应用》专著,作者手里还有680本书摆在那儿,今天中国的国情是,写书难,出书难,但发书更难。国家出版社有的出书不卖书;中国的科学研究不缺发民主,也不缺少集中;自主创新个个争先,抗震救灾全国团结一致,但就是五十多年内不出国门的人得不了诺贝尔理化生科学奖。有人说,中国人不想得诺贝尔理化生科学奖,这不假,但也不是高层的全部事实。五十多年来,我国高层力主科技向现代化看齐,向国际先进最看齐,导弹、原子弹、氢弹、宇宙飞船、杂交水稻等工程技术件件搞成功;基础科学力主抓物质起源、生命起源、宇宙起源的研究,方向正确。

阻碍我们的原因,主要还是庞加莱在19世纪末20世纪初预言的科学和革命的大分裂在起作用。不信,请看2006年中国人证明或重复证明或促成外国人证明了百年数学大难题庞加莱猜想后,却出现师生之间“分裂”、大学之间“分裂”、国内与国外之间“分裂”。再看征汉文先生200712月出版的专著《场的本质是空间初探》,虽然从历史可得出中华民族是多元一体的、自然界是多元一体的、世界是是多元一体的,但征汉文先生也能学庞加莱的手法,类似只谈球面,也能逻辑延伸环面、空心圆球及操作,证明数学的经验图像和先验图像及操作是多元一体的;所以《场的本质是空间初探》全书抓住人所共知的哲学---物质是一元一体论作力证,其实征汉文先生想说的是---可反知实际物质是存在多元一体论的。这不是深刻而尖锐地揭示了汉语文化圈中存在的科学和革命分裂的深层次固结吗?庞加莱的大手笔能被国人识破之时,也许春光满园就要后来居上。

最后感谢季灏、刘学璞、金福兴、李良森、崔君达等先生,在汶川大地震抗震救灾中给予作者的关爱和支持。

               参考文献

[1] []斯蒂芬·韦伯,看不见的世界,湖南科学技术出版社,胡俊伟译,200712月;

[2] 刘月生、王德奎等,“信息范型与观控相对界”研究专集,河池学院学报2008年增刊第一期,20085月。

[3]王德奎,三旋理论初探, 四川科学技术出版社, 20025月;

[4]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, 20079月;

[5] 王德奎,解读《时间简史》,天津古籍出版社 20039月。

                         Email:y-tx@163.com

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