三旋弦膜圈说及其应用 主讲人: 王德奎(研究员) (发表于《四川省科协第四期创新论坛》;主办单位:四川省科技青年联合会;地点在四川科技馆一号会议厅;时间2009年11月13日下午3点至6点半) 各位老师、朋友,先生们,女士们:大家好! 我今天能走上天府创新论坛,已走了50年,走得虽艰难,但也走得无怨无悔。虽然我长期工作在基层,但从1982年以来,我已在正规学术刊物上发表了近100篇科研论文。其次,1990年5月我完成《中国气功思维学》,25万字,延边大学出版社已出版。2002年5月完成《三旋理论初探》,70万字,四川科学技术出版社已出版。2003年9月完成《解读<时间简史>》,22万字,天津古籍出版社已出版。2007年9月完成《求衡论---庞加莱猜想应用》,90万字,四川科学技术出版社已出版。 2008年5月我与刘月生先生等完成的《信息范型与观控相对界》研究专集,20万字,河池学院学报2008年增刊第一期已出版。2003年10月我获得了四川省科技厅编号为20030944的《四川省科技成果完成者证书》,2004年1月30日被四川省职改领导小组授予研究员职称。这里,我要感谢省科青联及其领导李后强老师、金琳琅老师,对我科研的支持和帮助,感谢省科协学会部组织召开天府创新论坛的学术活动,感谢多年来关心、支持和帮助过我的所有的领导、老师、朋友、同事和亲人。我今天来向大家汇报的题目是,《三旋理论及其运用---三旋弦膜圈说回采原子及原子核理论》。 大量的微观和宏观现象都表明,基本粒子不是类点结构,但这并非只是西方的弦膜圈学说才有的特色,三旋理论利用类圈体存在三种内禀自旋的发现,更有助于对微观和宏观量子现象及场的一些难题的探索。从三旋弦膜圈说入手,重新认识原子与原子核物理学背后的机理,研究目的不是颠覆传统理论,而是希望帮助找到解决实验疑难的问题。 一、弦膜圈说在当代科学的地位和意义 1、中国科学院院士、两弹元勋于渌先生,最近在浙江大学召开的2009杭州量子物质研讨会上说:“科学技术的革新,很多都来自物理方面的基础研究,而物理学研究的核心领域之一就是量子物质。”。“近20年来,诺贝尔物理学奖中有一半的获奖项目与量子论和相对论有关,有1/3的获奖项目与极端条件下材料的物理性质有关,而正是量子效应对这些物理性质起到决定性的影响”。 量子物质这样重要,那么什么是“量子”?也许这个问题并不是大家很清楚,因为从当代西方的弦论、膜论、圈论的争论看出,量子或粒子的形态或形状,是球量子还是环量子,并不清楚。也许我国很多专家,都回避这个问题,认为当代西方科学前沿的弦膜圈说不值一谈。 但当代科学前沿的弦膜圈说的地位和意义到底如何呢?有几个例子。一是2008年获得诺贝尔物理学奖的南部阳一郎,就是一位著名的弦理论先驱者之一。二是2009年10月英国剑桥大学著名科学家霍金告别卢卡斯数学教授职位后,也是著名的弦理论先驱者之一的格林,获得了剑桥大学声望最高的卢卡斯数学教授席位。卢卡斯数学教授职位于1664年设立,科学史上一些最伟大的人物都曾获得这一头衔,其中包括牛顿和狄拉克。说明当代科学前沿的弦膜圈说已出现发展的势头。现任我国《前沿科学》编委的美籍华人物理学家、美国杜邦中央研究院退休院士的沈致远先生说:“在美国超弦理论和圈量子引力论已成显学,占据一流大学物理系要津,几乎囊括了这方面的研究经费,年轻的粒子物理学家如不做弦论,求职非常困难,资深的也难成为终身教授”。证实这个说法的是 2006年7月世界著名数学家、哈佛大学教授丘成桐院士,在南开大学陈省身数学研究所演讲前后曾说:弦理论研究已经到了“重大革命性突破的前夜”,但目前中国在这个领域的研究者很少,远远不如印度和韩国的多。 2、21世纪从站在一个统一相对论、量子理论和基因理论的新高度来看弦论与超弦,弦膜圈说的研究竞争,大家争抢的是在物理圣杯或叫“终极理论”的突破。但人们怕说有“终极理论”,其实这和人类发现地球是圆的地位和意义一样。地面是平的,是大多数人和绝大多数时间实践认识的“真理”。地球是圆的也成了大家争抢的“终极理论”。现实的情况是。科学讲真理,也在讲拜“码头”,即存在组织纪律的支撑。原子论到20世纪初才得到承认,正是这样。发现地球的“终极理论”, 据说在哥伦布发现地球是圆的前还有我国的郑和下西洋。郑和拜的“码头”是明朝天子,他并不需要这个“终极理论”,而哥伦布拜的“码头”西班牙国王,却需要这个“终极理论”。 3、其实终极理论的有和无,极问都是和“应用空间”等价的。这可以类比哥伦布发现地球是圆的后,大多数人和绝大多数时间实践认识的“真理”并没有“破产”,而是在加速推动和造就地球村的“应用空间”。这里可以明白无误告诉,弦膜圈说将要揭示的物理圣杯或“终极理论”,就是“圈与点并存,且圈比点更基本”。这话怎讲呢?这里的“点”,按庞加莱猜想定理的能扩张与收缩处理,也是等价于弦、面、球面的。同理,这里的“圈”,则是等价于平的圆环面、轮胎状的环面,透孔状的管线的。讲“圈比点更基本”,是能证明类似连续与间断,有限与无限,实体与空虚,或有与无,大与小,实与虚的极问与缠结,都符合属于终极理论的“多元一体”的形式体系范畴。例如轮胎状的环面,在同一个层次和所属区域内,它不可能同实或同虚,也不可能同是连续或同是间断,即它是个缠结体系,而类似的球体则可以不是缠结体系。弦膜圈说的研究,不是立马为当前人类的生活需求提供服务,而是更多立足未来科学应用的开发。正如全世界的人都认识到地球是圆的后,它所涉及到的各门自然科学和社会科学的运用,越来越广一样。弦膜圈说揭示了物理圣杯或“终极理论”,它的运用也会越来越广,没有尽头。现在它的任务是,弦膜圈说要完成,它的标志是,涉及是球量子还是环量子图像的弦论、膜论、圈量子引力论、扭量理论、非交换几何学、标度相对论等各类量子引力的弦膜圈说,要统一。 3、这需要在数学上完成弦膜圈说背景存在与背景独立极问的等价证明,弦膜圈说宇宙非高斯性与高斯性猜想极问的等价证明。这方面,类似盖莫夫的《从一到无穷大》一书在“把空间翻过来”一节已经提供了线索:盖莫夫设想有个苹果,被黑白两种虫子吃出了两条弯弯曲曲盘结又互不相通的隧道,它们只有走出表面才能相通,这就联系到数学上的两种著名的结构,如麦比乌斯带和克莱因瓶结构,这个证明需要人去做。 二、三旋弦膜圈说的产生和有哪些创新 1、作为物理圣杯的数学,它的意义到底是什么?《道德经》里讲:“道,可道;名,可名。此两者同出而异名,同谓之玄。”有人说,“道”可视为“科学原理”,“名”可视为“科学概念”。而元理论、元科学研究,就是“玄之又玄”的研究。这种分析还不能讲清弦膜圈说的地位和意义。近一步讲清这个道理的是《宇宙极问----量子、信息、宇宙》一书中,埃利斯的四个世界理论。这里埃利斯把波普尔和彭罗斯等人的研究发展为,世界1,是物质和力;世界2,是意识;世界3,是物理和生物的可能性;世界4,是数学实在。埃利斯的世界1和世界2,大致可以对应《道德经》讲的“名”; 而世界3和世界4可以对应“道”,但埃利斯的这种划分,明显看出强调的是:即使数学在描述物理行为时神秘而强有力,但世界4在某种程度上被人类认识,并作为数学理论表现在世界2中,只是一种文化构建,它们反映的数学性质其实和文化无关,并且它们甚至如无理数和零,是人们不情愿发现的。它们是在发现和表达的过程中,才对物理世界产生了影响。事实正是如此,我对三旋弦膜圈说的发现和认识,以及联系量子概念和回采原子与原子理论,也并不是我情愿发现的。但一旦产生了,这种认识也就挥之不去。 2、弦膜圈说如此简单的环面与球面不同伦的图像,仅仅起源于50年前自然全息的一些小小的思想火花。那是1959年进入的三年自然灾害时期,饥荒使人们希望食品能无限可分,这给我提供了大量空间撕裂与变形的难忘的多相数学联想的映射。这些知识结构的获得,是新中国使大多数人翻身得解放的这一变化,加快了现代科学知识在我们贫困山区和贫困人家的传播,使我在童年和少年时代就得到了熏陶。加之在1959年,我在上初二的一堂代数课时,老师布置了一道求解人数的方程应用题,一位同学得出了三十二又二分之一个人的答案,老师批评说:“怎么会有二分之一个人呢?”这时,我的脑袋突然联想到,人有很多层次,可以分成很多数量和内容的集团,而当分到一个人的时候,不能把人分割了,还看成一个人。以此类推,粒子分到一定层次必然不是粒子形态。而另一次,是在这之前一年,我在家乡河边一个人放牛,玩耍往身边垒沙子,我突然联想到:如果宇宙曾经有过类似空气的阶段,这类比充满“沙子”,那么它要变到今天的宇宙,如凝集成有固体的星球和石头,必然要有一个收缩的过程。而收缩是有可能产生“有界”的。这种突发奇想使我很困惑---因为当时课内外的教育主张,是宇宙无限大,物质无限可分。无限可分联系穿孔撕裂,我萌生了一种“类圈体”的概念。这是相对于“类点体”而并存,且相互依的一种基本的客体。而用类圈体之间的耦连,也为解决连续与间断并存,且相互依存,以及虚与实并存,且相互依存,提供了缠结的图像。 3、这些想法使对课外科普阅读更有兴趣和方向。例如我国参照前苏联的《知识就是力量》办的科普杂志,类似介绍1957年至1961年期间,发表的波尔金斯基等前苏联科学家写的“漫谈拓扑学”一类的文章,讲约当定理,讲同伦论、同胚论、同调论、同构论。这都类似是围绕环面与球面不同伦的知识展开的,其中最让人明白的是“约当定理”,它说“平面上的每一简单闭曲线,分平面为内部和外部两部分”。约当定理就类似是庞加莱猜想的白话版,只要神经正常的成年人,没有文化也能听懂,而且有多应用。这些惊人的智慧,坚定了我对球面与环面不同伦论,是超越实数与虚数,连续与间断,有界与无界的想法。 1962年我上高中不久,又认识了当年从川大数学系毕业分到盐中初中部的赵正旭老师,他给我出了一道难题:不撕破和不跳跃粘贴,把空心圆球内表面翻转成外表面,叫我去钻研,还说这跟庞加莱猜想有关。我钻研了45年,终于在我2007年出版的《求衡论----庞加莱猜想应用》一书中,给出了一个答案。从开始了解庞加莱猜想,也加深了我对球面与环面不同伦论的认识。到1965年我上大学时,我国科学共同体宣传基本粒子是层子模型,打开了我把球面与环面不同伦运用于基本粒子的眼界。 杨铁新教授曾评说层子模型,是用的类似不可压缩或可压缩流体力学非线性数学方程描述的。在今天看来,如果改变这种方法,把层子模型的“层”概念,如果按照类似扭量层上同调理论,彭罗斯所关心的“层”数学的函数类型处理,那么“层子模型”也许能够复兴,进入弦膜圈说扭量行列。因为不可压缩或可压缩流体力学图像,本质还是同伦的球面图像。而单说拓扑不变量的“同调群”,它的直观描述,关心的是曲面上的环路能界住和不能界住的两种类型。这又是涉及球面与环面不同伦的大问题。 4、从《伟大的超越》一书我们可以知道,当代西方的弦论、膜论、圈论都类似联系有一个共同的源头,即卡鲁扎-克莱因理论的额外维论和微小圈论。当代弦膜圈说在于统一相对论和量子论。而卡鲁扎在1919年是用在四维时空的基础上,增加一个维度,来统一广义相对论的引力方程和麦克斯韦的电磁场方程。但早于卡鲁扎五年,已有诺德斯特朗提出,引力和电磁学可以在更高维度上来统一。在卡鲁扎和克莱因的五维理论被大量引用时,但诺德斯特朗的文章已被完全遗忘。而卡鲁扎的文章受到爱因斯坦的重视,是卡鲁扎用“柱面条件”创新了他的“第五维”。1926年克莱因提出的五维理论,又创新了卡鲁扎的“柱面条件”,他联系德布罗意把电子描绘成驻波解释玻尔电子能级位置,设想这些驻波排列一个圆环,用来解释第五维,并且想到电荷的最小单位决定了第五个维度中圆的半径,发现了这个第五维微小圈的尺寸。可见有完善的创新也是非常重要的。由于众所周知的时代原因,我创立三旋弦膜圈说,在1984年之前,并不知道还有卡鲁扎-克莱因额外维论和微小圈论。也许大家会问:弦膜圈说既然不是你所开创,那么你在当代弦膜圈说上到底有哪些创新呢?我的两本专著《三旋理论初探》和《求衡论》已有绝大部分详述,这里大的方面我只谈两点。 5、三旋坐标创新弦膜圈说自旋,自然解答了夸克颜色和费曼折线图”。 类圈体模型在黎曼切口轨形拓扑和真空撕裂模型的支持下,既能将半整数自旋的粒子和整数自旋的粒子分开,其原因是自旋的三旋坐标的解构或建构,必然要涉及三旋的手征判定。这里如果设旋转围绕的轴线或圆心,分别称转轴或转点,现给予定义: 1)自旋:在转轴或转点两边存在同时对称的动点,且轨迹是重叠的圆圈并能同时组织起旋转面的旋转。如地球的自转和地球的磁场北极出南极进的磁力线转动。 2)自转:在转轴或转点的两边可以有或没有同时对称的动点,但其轨迹都不是重叠的圆圈也不能同时组织起旋转面的旋转。如转轴偏离沿垂线的地陀螺或廻转仪,一端或中点不动,另一端或两端作圆圈运动的进动,以及吊着的物体一端不动,另一端连同整体作圆锥面转动。 3)转动:可以有或没有转轴或转点,没有同时存在对称的动点,也不能同时组织起旋转面,但动点轨迹是封闭的曲线的旋转。如地球绕太阳作公转运动。 根据上述自旋的定义,类似圈态的客体我们定义为类圈体,那么类圈体应存在三种自旋,现给予定义: A)面旋:指类圈体绕垂直于圈面中心的轴线作旋转。如车轮绕轴的旋转。 B)体旋:指类圈体绕圈面内的轴线作旋转。如拨浪鼓绕手柄的旋转。 C)线旋:指类圈体绕圈体内中心圈线作旋转。如地球磁场北极出南极进的磁力线转动。线旋一般不常见,如固体的表面肉眼不能看见分子、原子、电子等微轻粒子的运动。其次,线旋还要分平凡线旋和不平凡线旋。不平凡线旋是指绕线旋轴圈至少存在一个环绕数的涡线旋转,如麦比乌斯体或麦比乌斯带形状。同时不平凡线旋还要分左斜、右斜。因此不平凡线旋和平凡线旋又统称不分明自旋。反之,面旋和体旋称为分明自旋。这样看来,涡旋仅是自旋中的线旋,或线旋与面旋的组合;而一般说的旋转运动,如果是自旋,主要也指的是面旋或体旋。 三旋规范标准动力学是符号编码标记的。单动态共10个; 双动态共28个; 多动态共24个。 用三旋理论看待量子色动力学,夸克的颜色可以看成是由圈态的三种自旋的不同排列组合引起的,从而能建立一套夸克立方周期表。其次也能解答标准模型费曼“折线图”的疑难,如标准模型说,狄拉克方程自旋1/2粒子“泡利旋量”描述,是一个2分量的量。但它是以球面模型来看的。这里球面模型只有面旋和体旋,并且各自还有左旋和右旋。但标准模型却没有分面旋和体旋,只分了左旋和右旋。所以标准模型对这些成分的一种物理解释,是分成有两个“粒子”的图像,来组合一个整体图像的,且每个粒子连续变换自身而成为另一个粒子。所以每个这类粒子都是以光速前后“摇晃”运动的。这正是费曼著名的“折线图”或粒子/反粒子时间倒流-顺流打折图的来源。可见标准模型和费曼,把一个简单的环粒子自旋与翻转问题,反而因固守球面而弄复杂了。 6、用庞加莱猜想创新弦膜圈说的极性二次量子化和点内空间概念。 2006年在俄罗斯数学家佩雷尔曼,证明庞加莱猜想作出奠基性的贡献后,中国数学家朱熹平和曹怀东推广证明百年数学难题庞加莱猜想,带给弦膜圈说的发展,是带极性的二次量子化。因为超弦理论的“开弦”和“闭弦”数学模型,图形比代数式要直观一些,即规范场分阿贝尔规范场和非阿贝尔规范场,它们都有整体对称和定域对称两种区别,只是在定域对称上,非阿贝尔规范场比阿贝尔规范场要求有更严格的条件,代数式也更复杂化些。如何使之图形比代数式更直观化,我把整体对称和定域对称联系庞加莱猜想,设庞加莱猜想熵流有三种趋向: |