【争鸣】梁子章 叶眺新:杂议“全息超弦理论(下)
超弦意义和中日差距三星战霍金
从2008年发生汶川大地震以来,上海师范大学博导、上海长三角人类生态科技发展中心理事长陶康华教授,和我们一直有联系。2017年10月底他给我们来信问:“超弦的意义和中日的差距?”2017年3月在赤壁市开量子研讨会,陶康华教授早就当面向我们表达过:“希望在科研和科普之间,开辟能对各年龄段都合适,特别是青少年,探索创新的科普教育”。我们感谢陶康华教授,多年对我们的关心。
2005年我们退休后,由于没有本职工作的压力,这10多年来我们基本是全天候地在家里学习超弦理论方面的书籍和搞科普,希望能总结自己过去60年在科研和科普之间,开辟的“自然全息超弦理论”的探索。这是对各年龄段都合适,特别是青少年,能应用的科技吗?
探索是创新教育的灵魂----重要的是,科学是一场“超弦战争”。 抗日战争中国能打败日本;经济建设总量能超过日本,但超弦战争还能赢过日本吗?。因此我们在给陶康华教授的回信中说:超弦的意义,超弦理论类似一面“天鼓”。中国是超弦理论的古国、大国,超弦理论应用的两面性是:应用走极端,国运弱;应用求衡,国必兴。
超弦战争从清朝建国起,世界就开始对打。这是东北满族人接管政权,改明朝的经济交流和元朝的先军政治两者的不成功,为科技强军。但满族人只学科技的表面,没有发扬汉族人中医的弦论应用,去与西学弦论深层原理的结合。甲午战争清朝被日本打败,以后也没有吸取教训。民国上层科教部门,仍以元、明、清的套路应付。但日本吸取二战时失败的教训,藏超弦于民,藏超弦于国外,培养出不少获诺贝尔自然科学奖级别的科学家。虽然日本的世界第二经济体的地位不保,但科技在与国际交流,用不同两手应酬中美科学哲学的爱恶,超弦战争才没败。相反文革的极端“以苏解马”哲学,反超弦战争为“造反有理”,走反现代科学理论的道路。作家刘慈欣的《三体》科幻小说,就写有超弦战争被类似乌奸文化”部分影响的一段曲折历程。
也许以上这段话,我们因看侯德云先生的《天鼓:从甲午战争到戊戌变法》一书,读他的《导言:大清帝国的天鼓》受到影响。侯德云先生说:“天鼓”这个极其平常的词汇,蕴藏着一种跟个体命运、跟家庭命运、村庄命运或更大范围的集体命运紧密相关。
古人对“天鼓”的解释是,“天神所击之鼓”,“天鼓震则有雷声”。甲午中日战争前后的美国驻华公使田贝说:“中日战争是中国末日的开端”。著名历史学家唐德刚在专著《晚清七十年》中论述:“老实说,大清帝国之亡国,并非亡于‘辛亥革命’,而是亡于‘甲午战争’。甲午之败把我国现代化运动的第一阶段,历时五十年,尤其是其后期的二十五年的‘科技现代化’的总成绩,给冤枉地报废了。甲午之败也拆穿了大清帝国五十年科技建设的纸老虎,而使新(德日)旧(英法俄)帝国主义加紧进逼,而形成1898年的瓜分危机”。
侯德云先生说他完全赞同唐德刚的此论。但我们不完全赞同唐德刚先生说的:大清帝国50年的科技建设是“纸老虎”;后期25年的科技现代化的总成绩都给“冤枉报废”等言论。科技建设不是“纸老虎”。科技现代化成绩也不会“冤枉报废”。大清帝国的科技建设、科技现代化成绩,不是多了,而是太少,且是没有抓在科学原理的普及与提高的点子上。中国历史上,1280年元朝第一次统一民族共同体的大中国,到1644年清朝入关开启“超弦战争”的新纪元。此时的1616年伽利略已经做出自由落体实验原理的新说明。1661年牛顿已开始对万有引力定律数学公式的思考。其后,超弦理论之王的欧拉,1707年在瑞士出生。2006年美、中、俄三大国在百年庞加莱猜想大证明的争夺战中,俄国能取胜,与1727年欧拉被邀请到俄国,以旺盛的精力投入研究;除中途离开过一次外,到死都不放回也有关。
开创启迪西方弦论的“欧拉公式”,就出欧拉他手。55年的科研中欧拉在分析学、数论和力学等方面,对行星运动、刚体运动、热力学、弹道学、人口学,微分方程、曲面微分几何以及其他数学等领域,作的开创性工作把数学用到了几乎整个物理领域。写出大量的力学、分析学、几何学、变分法等课本,如《无穷小分析引论》、《微分学原理》、《积分学原理》都成为数学中的经典著作。欧拉引入空间曲线的参数方程,给出空间曲线曲率半径的解析表达式,1766年出版的《关于曲面上曲线的研究》建立的曲面理论,是微分几何发展史上的一个里程碑。他在分析学上的贡献不胜枚举,如证明椭圆积分加法定理,引入Γ函数、B函数和二重积分等。数论作为数学中一个独立分支的基础,是由欧拉的一系列成果奠定的。他解决了著名的组合问题柯尼斯堡七桥问题。在数学的许多分支中都有很多以他的名字命名的重要常数、公式和定理。除了教科书外,他的全集有74卷。
清朝的政府做到了吗?所以,中俄、中日战争,清朝的失败是可预见到的。科幻作家刘慈欣对一切得益于基础科学理论的突破,深有体会。他说:“基础理论的研究,是对大自然本质的认识。超级技术会出现,首先是因为基础理论有突破。基础理论限制了技术最远能走到什么程度。科幻之所以有无穷的故事资源,也是基础理论的研究所给予的。基础研究远离常识,对现实世界的本质描述中,蕴含着丰富的故事资源”。他的《三体》一书中,主人公之一的叶文洁,就类似研究超弦天体量子信息纠缠隐形传输的女天体物理学家。刘慈欣在《三体》一书第7页明确说叶文洁的女儿杨冬,就提出一个超弦模型,受到重视。又说杨冬的同事申玉菲的丈夫魏成,就是一个研究数学“三体问题”的专家。众所周知,三体问题涉及直线距离、圆周运动、圈套圈绕行的多天体引力数学计算,也属于类似的超弦数学难题。
至于回答陶康华教授的“超弦研究中日的差距”问题,只要读一读2017年8月《科学世界》杂志发表福田伊佐央的文章《超弦理论:最有希望成为统一解释中各种物质与力的终极理论》,以及2017年人民邮电出版社出版的大栗博司的《超弦理论:探究时间、空间及宇宙的本质》,和山村齐的《隐匿的宇宙:用基本粒子揭开宇宙之谜》等两本书,就会知道中国和日本两个国家的上层科教部门的科学家之间,差距有多大?中国人民大学物理系朱传界教授曾说:我国一些有影响的物理学家,基于某种判断,公开地发表“:弦理论不是物理”的观点。我国的世界一流大学,如北大、清华在相当长的一个时期内,都严重缺乏主要从事弦理论研究的人才。我们在研究的整体水平上,与国际、与周边国家如印度、日本、韩国都有一定的差距。
造成这种情况,类似聂辉华教授说“孙悟空巧妙骗过观音和如来”,康生和“四人帮”等人在文革前和文革十年、类似孙悟空钻进肚子里,钻进国家上层,利用信息不对称宣传极端的反现代科学理论思潮,科学院、北大、清华、复旦等国家第一流科教部门,被作强迫利用的工具成为重灾区。许多老科学家及其学生和追随者身上,也因此仍“痕迹斑斑”。例如,“三王”王令隽、王国文和王孟源等高层学者,并不缺乏教育培养、科技资料和不懂外语等条件,但文革结束已近40年,仍持极端的反现代科学理论思潮。
受这种高层身份和地位的科学人物的观点的影响,在基层也更容易被大多数人所接受,因而在某种程度上,制约了弦理论在中国的研究和发展。例如,中科院退休的科学家宋文淼教授的博文,披露山东一位自我奋斗的青年王江火,寄信给他的《现代科学理论批判》文章,声称要批判牛顿力学、相对论、量子力学、弦理论等现代科学理论体系。2017年10月31日王江火先生在这篇文章中说:弦理论是自然科学的另类畸形版,弦理论的一个基本观点是,自然界的基本单元不是电子、光子、中微子和夸克之类的粒子。这些看起来像粒子的东西,实际上都是很小很小的弦的闭合圈(称为闭合弦或闭弦)。闭弦的不同振动和运动,就产生出各种不同的基本粒子。弦理论最开始是要解出强相互作用力的作用模式,但是后来的研究则发现了所有的最基本粒子,包含正反夸克、正反电子、正反中微子等等,以及四种基本作用力“粒子”,都是由一小段的不停抖动的能量弦线所构成,而各种粒子彼此之间的差异,只是这弦线抖动的方式和形状的不同而已。由此可见,弦理论并没认识到自然界所谓的四种作用力,其实是根本不存在的。弦理论之所以会吸引这么多注意,大部分的原因是因为目前人类知识体系的匮乏,而把弦理论误当作解决根本问题的终极理论。
王江火说:至于弦理论能不能成功地解释基于目前物理界已知的所有作用力和物质所组成的宇宙,以及应用到“黑洞”、“宇宙大爆炸”等,还需要同时用到量子力学与广义相对论的极端情况。可以看出,弦理论连目前天体发现的基本物理都解释不清楚。很显然,这种理论本身在出炉时,就明显带有矛盾和过时性。它只是模糊地描述了能量弦线的抖动,造成物质产生的理论推测。现代科学不能解释精神及“超自然”现象,总是从物质主义出发。
王江火先生是说对了,超弦理论的本质不跟“超自然现象”,是主张“物质主义”的。人的结构都一样,但人与人也分有领袖和群众的不同,就像铁有磁性,而不同于其它重金属元素一样。死抱着文革初“造反有理”的不遵循有序科学教育的“初心”,批判牛顿力学、相对论、量子力学、弦理论等现代科学理论体系,部分民科和科技工作者并没有走上科研的正道。例如,2017月11月在北相的官网上,北相会员云南的凡伟先生说:“诺贝尔本人,只接受过一年的正规教育,也是一个十足的大民科,但设立了人类科学最高奖项”。“相对论是伪科学。我解释了电荷、电流、电场、磁场、电磁力的本质,完全推翻了麦克斯韦经典电磁学理论体系,奠定了我成为人类的物理学家。民科不可能成功吗?错,完全错”。
对此,北相会员陈志福先生说:“凡伟同学,您是一位对电磁理论革新有过惊心动魄举措的勇敢学者!您的电荷不存在观点,我始终如一都坚决地支持您。您的这一声炮响,惊动了整个自然科学界。旧的电磁学理论,主要都是一些人工电场的实验经验,这其实并不是真正的电学理论。所以,希望凡伟同学多提可供大家探讨的议题,活跃我们长征qq群的讨论气氛,使之得到更高境界的认识”。
如果科研都类似21世纪前搞“姓资和姓社的争论”,形成主要是大多数科技工作者、教育工作者和出版编辑达成的维持传统、常识、实用的共识,而使多年科普、出版还是老样子的国情,那么陶康华教授的“希望在科研和科普之间,开辟能对各年龄段都合适的科普教育”,不过是我们大家的一厢情愿。但一个人也有真正能做的,是欧拉的经验可循:即在超弦战争的应用发展中探索,在超弦战争的自我挑战中发展。这有“三星战霍金”的三个例证可说明:一是张树润的四维时间弦论去除霍金忧心人工智能取代人类。二是波钦斯金的D膜弦论结合马尔达塞纳的引力全息弦论化解霍金的黑洞中信息丧失之忧。三是庞加莱猜想外定理深化霍金的宇宙开端之前无时间解释。
例证第一的说明,众所周知,霍金是世界超弦理论的权威之一,21世纪他已两次来过中国传播超弦理论。他的《果壳中的宇宙》一书,是与《时间简史》同样驰名的实为普及超弦理论的经典之作。2017年10月25日 霍金24岁博士论文首次公开免费下载,剑桥网站被称挤爆。同时《科技日报》11月6日报道:霍金在接受《连线》杂志采访时表达人工智能,有可能会取代人类,最终会演变成一种超越人类的新生命形式。霍金认为,生物大脑能够实现的目标,和计算机能够实现的目标之间没有太大区别,计算机可以模拟人类的智慧并超越它:追求效率的机器会想“甩脱”人类,而人类已经到达了一个不能后退的临界点。如果我们不能学会如何避免风险,那么我们会把自己置于绝境。因此他倡导应该有更多人投身于科学事业。
霍金不是第一次对人工智能的崛起表示担心,他倡导应该有更多人投身于科学事业,这正是超弦战争想说明的本意。但霍金《果壳中的宇宙》书讲的超弦理论,属于只有空间才有额外维、高维的多维超弦理论,没有看到或吸收我国张树润教授,用光折射定律数学推证出的四维时间弦论,可被2017年获诺贝尔生物奖的科学家,用基因生物钟机制反映的情绪、荷尔蒙水平、体温和新陈代谢等呈展,与应用。这说明霍金认为的生物大脑能够实现的目标,和计算机能够实现的目标之间没有太大区别,计算机可以模拟人类的智慧并超越它,是有推证漏洞的。因为计算机和机器人能达到的人类智慧高度的部分,最终也只是空间有额外维、高维的多维超弦理论部分,没有属于时间有的额外维、高维的多维超弦理论部分;计算机和机器人的发展,最终也只类似人体力延伸的机器一样,是人的大脑延伸,或称“外围脑”。
例证第二的说明,霍金的黑洞中信息丧失之忧,彭罗斯早已与霍金争论过。这里不说,只介绍福田伊佐央和大栗博司的《超弦理论》文章与书中的提升:波钦斯金的D膜弦论,3维膜=宇宙空间,它的“外部”是指超过4维的高维空间。引力子属于闭弦。闭弦能自由穿梭于我们生活的3维空间的“内部”和“外部”之间。所以当弦横切于视界的时候,因为我们从外面无法看到内部,“闭弦”一部分在视界内,一部分在视界外时,看上去的“闭弦”,如同“开弦”贴在视界上。由此黑洞中的信息不会丧失,可接着用马尔达塞纳的引力全息弦论解释:黑洞的“视界”内部的信息,可用贴在它表面的开弦抽取出它的内容。因为这还可以从“反德西特空间”定义的弦理论,从反D膜的作用中抽取出它的量子“共形场论”对偶的对应关系。
例证第三的说明, 2006年6月19日,国际弦理论2006年会议在我国北京人民大会堂开幕,霍金作题为《宇宙起源》的报告。其中霍金关于宇宙开端之前无时间的类比证明有启迪意义,但这个证明不漂亮,也不完备。 霍金说:“时间,用纬度来测量,在南极处有一个开端”。我们在中国工程物理研究院工学院学报发表的论文,说明霍金的“时间计量纬度南极模型”,是一种庞加莱猜想正定理的球外拓扑模型。这种翻过球外极点还可循环的轨道路线,即使类似有时间方向的箭头,但却缺少前后有类似大小比较的隐匿区别。这种充分必要的时间条件,正是还有庞加莱猜想外定理提供的类似空心圆球不撕破和不跳跃粘贴, 能把内表面翻转成外表面的庞加莱猜想熵流补充的。因为空心圆球的内外表面,就有面积大小比较可隐匿的不对称区别。
这种时间之箭还能把热力学与量子论、相对论、超弦论相联系。
最后我们想补充说的是,中日的超弦理论研究差距在民间实际并不大。这点有发言权的自信,来自2017年3月18-19日在湖北赤壁市召开的第八届量子信息研讨会。陶康华教授是知道的,大会来了一位日本的量子专家、医学博士中山浩教授。3月18日上午中山浩教授在赤壁大会上作《开山之路》的报告,他从古代希腊几何的点线面体弦论,谈到中国古代医学太极图的阴阳弦论,与量子理论和黎曼几何等现代科学类似弦理论之间的联系,证明中国古代的一些先贤,就具有类似现代的量子弦论思维。中山浩教授也许能代表日本超弦理论研究的民间缩影。所以下午自由发言时间,在我们发言说完话后就把一本21世纪初,四川科技出版社出版的中国版超弦理论基础书之一的约90万字的《求衡论----庞加莱猜想应用》,送给了中山浩教授。
我们发现中山浩教授拿到书,立马就翻看起来,对其中的一些章节,似乎看得很仔细。3月19日上午在赤壁参观,到达目的地一下了车,中山浩教授就找到我们,他说《求衡论》一书写得很深入,但他对中国版的超弦理论的基础三旋理论,还不很了解,要我们结合他对太极图、阴阳、量子论等弦理论开山之路的理解,给予解释。
我们说,日本如汤川秀树、南部阳一郎、小林诚、益川敏英和加来道雄等物理学家,谷山丰和志村五郎等数学家,他们类似的弦理论对我们也有影响,而敬佩日本的前沿科学超炫理论研究。但三旋与圆周运动的拓扑学,联系球面与环面不同伦,环面的线旋对应太极图,类似墨比乌斯带圈的不平凡翻转自旋。也许中山浩教授听不懂我们说的四川话,他要我们写出“线旋”、“墨比乌斯带”等一些科学概念的中文字。但我们发现他对很多超弦理论前沿的物理和数学很陌生。
我们就问:“中山浩教授,你是从事量子物理的吗?”他说:“我是医生,主要在香港行医”。我们联系到日本的中微子研究,虽已有小柴昌俊和梶田隆章两人获得诺贝尔科学奖,但日本对暗物质研究的信息不多。这也许跟日本国土面积小,又是地震多发的岛国有关。因为要建大型强子对撞机,这对日本是致命的局限。由于日本对暗物质研究不多,对中山浩教授这样的日本量子专家也有影响。中国不同,刘月生教授曾在《河池学院学报》专集发表的长篇论文《读费马大定理与朱熹平猜想》,盛赞日本数学家谷山丰和志村五郎提出的谷山-志村猜想,也预测中国研究暗物质和超弦理论的未来。也许类似中山浩等日本量子弦理论专家,没有“握手”到刘月生教授提供的信息。
参考文献
[1][日]大栗博司,超弦理论:探究时间、空间及宇宙的本质,人民邮电出版社,逸宁译,2017年2月;
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[5]王德奎,解读《时间简史》,天津古籍出版社,2003年9月;
[6]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,2008年5月;
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[8] [日]山村齐,隐匿的宇宙:用基本粒子揭开宇宙之谜,人民邮电出版社,逸宁译,2017年7月;
[9]张树斌,科学与旋(旋)学是互补的,第2届全国自然国学学术研讨会(2015年)论文摘要汇编,29页;
[10]陈超,量子引力研究简史,环球科学,2012年第7期;
[11][英]布莱恩?克莱格,量子纠缠,重庆出版社,刘先珍译,2017年2月。
(摩罗编辑)
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