其实,由地心说到日心说在尺度上的转变,比起人类真正认识量子世界和宇宙世界在尺度上的转变,完全是巫显龙回家----小巫见大巫。有一句名言叫做宇宙不可知,量子不可测。人类生活的经典物理世界所处的维度,其实正好夹在量子世界和大宇宙世界之间,用一个比较形象的话来形容,我们生活在中千世界,量子的世界是所谓的小千世界,而整个宇宙其实是一个大千世界。处在中千世界这个维度的我们,习惯了物质低速运动的视界,根本无法想象量子高速运动的世界,也无法想象天外之天的大宇宙世界,就好像可怜的蜉蝣和夏虫一样。
因此,要完整的认识世界,必须突破维度视界的限制。不要觉得维度视界不好突破,其实生活中有很多例子,日心说还只是片面之说,三维投影图是一个生动的例子。你是信工学院的,不知道有没有学过建筑的三维投影制图课。三维投影图是将一座立体建筑在立面,侧面,地面三个面上投影,看图者能够从这三个面上的投影图完整的复原整个建筑的立体外观。立体是三维的空间,而纸上绘制的图却是典型的二维影像,通过多维投影的方式,人们可以通过低维视界了解真实视界的大致轮廓。
在我脑海中,量子世界和经典世界是混沌统一的,并无矛盾,但无法用具体的语言描述,因为高维世界的真实情况只能意会而不可言传。不过,借助三维投影图的启示,我可以用另外一种方式为你推衍。大千世界是个四维世界,那么我们便用文字绘制一个四维投影图,从四个面上来了解世界的真实。
在讲述之前,我需要你明白一点,那就是真实物体在任何一个面上的投影都是真实的,而且任何一个面上的投影都带有部分其他面上投影的特质,如果你学过建筑制图这门课,你就会知道,立面图,侧面图和俯视图在构造上息息相关。这种关系是相互独立又彼此联系的,纠结又统一的存在。
了解这点后,你可能会问,既然是四维投影图,那么我们该从哪四个面进行投影。记得之前我和你讲过的物理世界的四种基本力和四对怪胎么?这就是我要用来投影的四个面。
在我的认识里,从能量和物质这个面来看,真实世界投影下来产生了强作用力。从粒子和波动的角度来看,真实宇宙投影产生了弱作用力。从电和磁的角度来看,真实宇宙投影产生了电磁力。从空间和时间这个面来看,真实宇宙的投影是万有引力。
今天,我们来讲述宇宙在物质和能量这个角度投射下来的美丽风景。简约而不简单的描述这道风景,就是e=mc2这个公式,物质若以湮灭的方式完全弥散为能量的时候,便能够产生光速平方数级的变化。实际上,在我的理解中,阻止物质彻底湮灭为能量的规则,便是强作用力。想象一下,若夸克之间没有强力束缚,那么夸克便会因为同性相斥的电池里而相互排斥弥散,整个宇宙会变成一滩无风无浪的死水,水中一切均匀又平等,实际上只能算是一团精纯的能量。而要获取湮灭能,从理论上讲,只要破坏粒子中强力的作用便可达到。强力与物质和能量间密切的关联,由此可见一斑。
下面,我们来说风景的事,在理论物理中,描述物理的风景,必然需要构建模型,而构建模型,就好像建造一栋大厦一样,需要打牢基础。关于物质和能量这面镜子的风景,我选择用弦理论这个模型。首先,弦理论中,能量弦线是我很看好的一个定义,弦既是能量的,又是波动的,能够同时拥有能量和波动这两种特性,是其美妙所在,物质的波动性可视为其内部能量弦线形成的振动和谐,相反的振动方式的能量弦线相互抵消,剩下的最突出的振动方式,便代表了整个物质的波动形态。如此一来,波动便得到了解释,而相对于波动的粒子性,用超弦理论来说,量子级的不同粒子是由不同的能量弦构成,也算是一个不错的解释。用能量弦来解释电和磁也很方便,能量弦的不同形态可形成带不同电荷的弦,而磁场则可视为能量弦振动时产生的共振效果,共振弥散在空间中,就形成了场。用能量弦来解释时空,已经有些勉强,按照弦理论发展出的超弦解释,能量弦线振动的时空是十维时空,由三维的空间加上三维的时间再加上一个封闭的四维球面空间。超维理论的时空模式用人脑是无法想象的,其中涉及大量的运算,要用电脑的运算才能够描绘。在解释时空上,弦理论算勉强,那么在解释宇宙星体这样的大数量级物质时,弦理论完全是捉襟见肘了。几乎没有任何一种计算机能够计算一个星球所含物质的能量弦线构造图,更无法解释相对论所能解释的万有引力。这种捉襟见肘,原因很简单,解释起来就是维度视界,基于低微小空间定义的能量弦无法解释大尺度空间,根本说来,是因为单一的面上的投影无法描述整个风景,弦理论有它的优势,也有它的极限。
你若要问,为何基于能量定义的系统无法解释物质呢?能量和物质不是相对又联系的么?
解释这点,你记得以前我们说过的正态分布函数么?物质和能量就相当于正态分布中的正无穷和负无穷,他们相距如此遥远,但是在竖坐标上却同样无限接近于零,这就是他们之间的关系。
不过,就如同我和你所说的,世界是一个完美的圆,在无限的无限中,由于时空之力的扭曲,正无穷和负无穷其实是连接在一起的。现在,你的脑海里能够想象一下这样的风景么?想象一下一个正态函数无限延伸,然后在无限远处相接,最后形成一个圆。从数学上来讲,这是不合理,但是在高维宇宙中这就是合理的。因为在高维状态下,正态函数其实只是圆在一个维度的投影而已,你能明白么?
你若能明白两个在横坐标上极端原理的点在竖坐标上如此相同,你就能明白明明处于两个世界的人,内心又为何如此相通。物质和能量就是这样一对极端的存在,看上去截然不同,其实本质上没有区别,有区别也只是观察角度的区别。
当然,我们接触的现实世界中,物质和能量都是混杂在一起的,物体中含有物质也保有能量,其实整个世界可以视为正态分布函数线,线中的点背夹在正无穷点和负无穷点之间,在现实中,正无穷点和负无穷点是不存在的,就如同现实不存在纯粹的物质也不存在纯粹的能量一样。
现在,我们的难题是要将正态分布线连接在一起,形成一个完美的圆,如此一来弦理论才能够圆满,具体的表现是让弦理论能够描述现实宇宙形成的原因。
科学家前赴后继的投入到弦理论的研究中,新的理论层出不穷,但是建立在严格数学计算上的理论并没有找到,有的只是各种牵扯到哲学范畴的新理论。比如巴西的一位理论物理学家认为高维世界其实是低维世界的投影,我们现实的四维世界,可能只是一个三维甚至二维世界的投影,二维世界仿佛一个磁盘,可以读出一个立体世界的数据。最近听说日本的科学家的某项发现极可能是这个理论的例证。对此,我不置可否,不过,我知道在哲学上,这种看法是逻辑可行的。想想看,如果现实世界的星球和空间只是一个二维世界的投影,用个比方来说,我们的世界其实是一个用数据编辑出来的世界,那么每个小小的能量弦线就是一个小小的数据。能量弦线带有的波动,其实就是一个信息,打个浅显的比喻,我们说话交谈,其实就是话里的声波携带了我们彼此的信息,波就是信息,不是么?能量弦线相当于一个计算机世界中的一个程序码,而我们的现实世界,其实只是由程序码所携带信息投影出来的游戏世界,如此而已。
另外讲来,你可能不理解投影是一个怎样的过程,我可以给你打另外一个比方。其实二维世界投影出来的信息,就相当于我们细胞中的DNA信息,最初的DNA信息投影成为一个受精卵,然后这个受精卵将DNA信息重复又重复的投影,发育出组织,组织再投影成各种器官,器官再组成整个人的身体。这就是重复投影的过程,我们可以将能量弦线理解成整个世界粒子的DNA就行......当然,说到底,这又是一个哲学问题,因为你会追问组成整个世界的DNA信息的源头,是不是有个上帝在那里安排好了这些信息,他是不是通过掷骰子来安排这些信息?之所以说这些解释是哲学问题,是因为要解决无限循环的逻辑困境,只能制定第一因。而制定第一因,又无法证明上帝这个第一因的存在,只能用即使无法证明也不能说不存在这个理由搪塞,这完全不受严谨的科学所喜欢。
因此,基于物质和能量的弦理论虽能够深刻揭示某方面的真理,但是在某些方面还是有很大缺陷的。但是这种缺陷不能证明弦理论不正确,因为弦理论只是大统一理论的一个侧面投影理论,这个投影反应了真理的一部分真实性。
这次就讲这些吧,接下来我会为你讲述我建造的三个模型,分别是旋转波动粒子模型,时空沙漏模型,气态电磁模型。这三个模型会分别描述真实宇宙在粒子与波动,时间与空间,电与磁这三个层面投影的风景。
第三段,时间3053年12月4日。
物质的粒子性和波动性之间的战火持续绵延了数百年,而今的量子理论大厦并未真正解决物质粒子与波动之间的难题,只能大而化之的认为量子具有波力二象性。这座大厦中住着一只令人厌恶的黑猫,它如同幽灵一般悬浮在所有量子科学家门心头,挥之不去。它的主人薛定谔将光子通过两道格栅的小问题扩大成为一只猫生死存亡的大难题,因此便造就了这只既活又死,可活可死的幽灵猫。
这样的一只猫当真不怎么可爱,它的生死似乎让上帝都有些烦恼,是不是真的只能用骰子决定它的生死?光子就是上帝手中的骰子,在开骰之前,骰子可以是任何一种点数,但是开了之后,骰子便只有一个数字。问题的关键在于人们不理解为何同样的光子在同样的条件下实验,却会产生不同的结果,这种概率性让相信科学规则神力的科学家烦恼。烦恼的科学家为了解决这个难题,给出许多有趣的答案,有人说猫的生死决定于观测者造成的概率坍缩,有人说可能有两只猫,一只活猫一只死猫,并且为了两只猫生生造出两个不同的世界。这样的想象力实在是太过于疯狂,看起来多有科幻家的风格。
实际上,造成这个难题的关键因素还是维度视界,在低维视界中的人们无法看到高维视界中量子运动真实情况,就好像瞎子摸象,摸到象的不同部位就会描绘出不同的象。处在低维世界中的我们,不仅是瞎子,还是个矮子,仅仅能够摸到象腿,因此象只是四个会动的柱子,这四个柱子谁先动谁后动,让处于低维世界中的我们如此茫然,最后得出只有掷骰子才能够决定的谬论。而实际上呢?眼睛雪亮的我们只要看大象怎么扭屁股,就知道他要抬哪条腿。
让我们先忘了大象和它的腿,回到问题的关键:若要让科学的神力重新闪耀,我们要做的就是在量子由概率态坍缩之前就预测出它要经过哪个光门,换言之,我们在掷骰子后要如何才能够未卜先知的知道骰子的点数?
在我看来,这并非不可能解决的问题,虽然解决的方法只存在理论中。现在,我就告诉你解决这个问题的理论方法。从理论上说,一个掷骰子的高手可以通过手中感应,听声辨位等等技巧判断出骰子滚动的状态,从而判断骰子的点数,那么是不是说,如果我们能够更细致的掌握量子运动的状态,突破我们的视界限制,如同地心说到日心说似的世界观的飞跃,预知量子的状态并非不可能。
我建立了一个模型,这个模型名为旋转波动粒子模型,基于物质的粒子性,可以让你看到真实宇宙正面投射的风景,现在,我是你的导游,让我带你看看这个有趣的旋转粒子世界。
在看风景之前,我要问你一个问题:我们生活的地球为何会拥有优美的球状外形,又为何一年四季,春夏秋冬,泾渭分明,为何这颗星体会拥有活力?
这个问题的答案,古人很早就给出了,出自几千年前的易经中说天道左旋,地道右旋,数往者顺,知来者逆。地球向右沿赤道左旋,同时由绕着地球沿黄道右旋公转,一左一右,黄道和赤道之间有一个夹角,正是因为这个小小的夹角,使得地球上的近日点会由南往北再由北而南的循环往复。这种循环往复正是四季变迁的原因,也是地球的活力之源。一左一右之间,有奥秘隐藏其中。我要建立的模型中,也牵涉到自转和公转,这里先埋下一个伏笔。
其次,这个模型源自我很小时候的一个梦,我梦见自己变成一团光,在一个琉璃色的世界中一边自旋一边飞升前进,留下一条条流光四溢的光痕,那时的美景我一直念念不忘,直到现在还很怀念那时的感动。
光,平凡而
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