桑蒂利强子与层子比较(3) ---波包及iso变奏曲 习强 三、波包变奏曲 2007年11月26日-29日在四川省都江堰市举行第二届全国民间科技发展研讨会,陈一文先生提交的《中国科技界着手强子力学研究的第一步》的交流论文,为我们提供了难得的桑蒂利强子与层子的比较解读。由此我们还可以把2005年6月21日-23日在瑞典卡尔斯坦大学举行的第18届强子力学国际研讨会,与这次全国民间科技发展研讨会作类比。因为虽说有很多科学家将桑蒂利与世界上多位最著名的物理学家并肩评论,但桑蒂利自己却声称,他是行进在一条不同的路线上的并没有获得世界主流承认的科学家。 参加第二届全国民间科技发展研讨会的很多学者,也自己声称是行进在一条不同的路线上,虽然他们写的向相对论或其它科学领域基本理论提出质疑的论文,在中国“权威”学术刊物上也遇得不到发表的机会;但他们却认为西方科学界不会出现这种情况。但英国赫尔大学物理系杰梅利·达宁-戴维斯教授却说:强子力学目前也面临这类问题是,如不允许桑蒂利对狭义相对论与广义相对论、大爆炸宇宙论、黑洞观念等西方主流科学的某些议题进行公开的、合理的批评或讨论---如果你不同意接受这种立场,不管你以任何方式对这种立场提出疑问,都会发现发表这样的论文非常困难。 所以陈一文先生一直持这绝非“中国特色”的不同意见,而是当今世界范围内科学发展中存在的惯例。但陈一文先生和参加第二届全国民间科技发展研讨会的很多学者一样,也认为中国科学界主流学者对于向相对论或其它科学领域基本理论提出质疑和挑战的研究成果的压制,是来源于国内部分“权威”学者,只会盲目迷信西方主流学界的潮流,丧失了独立思考能力。其实,这也是一种误解。 例如,长期以来中国科学界不少主流学者到一般的群众,很多人心里想的是:“拓荒牛拓的是永久的荒地而已---全部做的是无效功”。即元数学和元物理学作为纯科学,其主流从经典物理-数学标准模型建树的相对论、量子论,到现在追逐已发展出的“永久的荒地”就类似所谓的宇宙大爆炸理论、超弦/超膜理论、圈量子引力理论、超对称理论、全息理论等规范标准模型。这类永久的荒地要搞,也只能由中央一级或著名的大学一级的科研机构和少数科研人员去搞,以下的科研机构和科研人员最好是搞应用或科普---这种“开垦熟地”才不是搞无效功。因此“开垦熟地”也就成为我国半个多世纪以来“科技兴国”的战略。但这场开垦熟地的长期“科普”战略,结果是在省会城市,也难买到薛晓舟教授著写的《量子真空物理导引》(科学出版社2005年8月出版)这类“拓荒书”。虽然薛晓舟教授的《量子真空物理导引》还仅是所谓宇宙大爆炸理论、超弦/超膜理论、圈量子引力理论、超对称理论、全息理论等规范标准模型的普通介绍。 可喜的是,从改革开放政策执行起,在开垦熟地的“科普”战略之外,党中央又及时提出了“创新”战略,这极大地激发了全国人民的“创新”热情,第二届全国民间科技发展研讨会就是这种热情的生动写照。但长期的“科普”战略留下的后遗症是,我国不少主流学者和科学爱好者,只会用在经典物理-数学标准模型“熟地”上开垦建树的类似“科普”方法,直接再参与相对论、量子论、宇宙学的“创新”,而且更多是“自我创新”,和我国曾经的层子创新一样。但改革开放以来提倡的自主创新不是“自我创新”,而是跟着国家、国际主流的创新,体现了科学研究的积累性,可重复、可计量、可预测的现代科学性。而且在今天得到国际主流学界承认的科学创新,都是国内国际合作的结果。但西方并不以“科普”为主,这又如何来解释桑蒂利现象呢? 因为所谓宇宙大爆炸理论、超弦/超膜理论、圈量子引力理论、超对称理论、全息理论等规范标准模型,在西方已不是搞“拓荒”、“永久的荒地”、“无效功”一类的绝学,而是与我国的“科普”战略类似,为什么参加第18届强子力学国际研讨会的外国不少主流学者和科学爱好者也要同桑蒂利一样---心里想的类似“拓荒牛拓的是永久的荒地而已---全部做的是无效功”呢?这根本的原因不在于学术分歧,而在于他们有相同的“角度”。在第二届全国民间科技发展研讨会上,萧遥子先生同我们讨论了他的《角度学》---正如玻姆解释他的量子隐秩序“金鱼缸”一样,三台或者更多台电影摄影机同时从不同角度对金鱼缸中游动的一群金鱼拍摄电影片,放出来各不一样,谁对谁错?也许主流学者类似在看人的脸,非主流学者类似在看人的指纹。 正是从萧遥子的角度学出发,我们是认可桑蒂利的,正如我们也认可层子创新一样。然而把桑蒂利的强子力学和层子理论,拿来与薛晓舟教授《量子真空物理导引》介绍的依然充满着蓬勃向上生命活力的现代物理学主流比较,强子力学和层子理论的“拓荒”虽不是“开垦熟地”,但仍有“回采”的痕迹。虽然桑蒂利把自我创新的强子理论称为“强子力学”,把以相对论和量子论为理论支柱延拓出的主流强子理论---量子色动力学贬称为“原子”(量子)力学,这正说明他是和层子理论站在一起的,而且他也说对了---因为20世纪初叶起始的现代物理学说的“量子”,不是物质无限可分的,而是与古希腊先哲们说的“原子”论是一致的---反过来说明,现代“科普”把古希腊先哲们说的“原子”论直接翻译成现代物理学主流的“原子”概念,则是一个错误。 采用优美的对称性数学表述的粒子物理标准模型和逻辑拓展出的超弦-超膜理论,属于量子规范场论范畴,虽然没有化解相对论与量子论的观念抵牾,却从原则上实现了引力场的量子化,并推导得出广义相对论的一些结论;而圈量子引力论是另一种超统一模型,更推崇广义相对论的基本观念,从时空量子化着手实现引力场量子化,以达成其引力理论与量子场论相结合的结果,并可望部分地解除观念抵牾所造成的统一困难。这类现代物理基本理论研究的超统一模型进展,都在使相对论与量子论进一步结合,也是最重要、最棘手的课题。此难题不是短时间所能解决的,从20世纪遗留到21世纪,解决此难题或许宜以解析真空本质作为切入口,因为这归结到对一些最基本的诸如时空、量子场等概念认识的革命性转变。 以相对论和量子论为支柱的现代物理学,之所以成为科学的主流,不是自封的,也不是阶级教育的结果,而有两个原因,一是应用:相对论和量子论对于现代科技的应用非常广泛,新应用的生长点层出不穷,在新生长点上并形成新的学科和科技前沿领域,如量子信息论即是前景看好之一例。二是理论本身,如已延拓出的相对论宇宙学标准模型、相对论天体物理、黑洞理论、粒子物理标准模型、超统一理论以及与技术应用联系较密切的量子电子论、量子光学等,而且相对论和量子论的结合还延拓出如量子宇宙学、量子黑洞理论、量子真空理论等。或许强子力学和层子理论的探索者,可以避开相对论和量子论结合中相抵牾的障碍,而着力于构建一个比现有超统一模型更巧妙、更圆满的高级统一的理论体系,把相对论和量子论作为适用于不同场合的特例包容其内---这虽不失为一种聪明而气度非凡的设想,但实践证明,它的障碍更多。 超弦-超膜理论的缔造者之一威腾说:“弦论是21世纪的物理学,它是出于偶然才闯入20世纪的”。我们创立“三旋/弦/圈理论”(简称为SXQ理论)的实践说明,这种“偶然”也许也有20世纪的“冷战”因素---20世纪五十至六十年代,我国在各个领域愈来愈坚持以阶级斗争为纲,这遭到苏联和西方的封锁,在1959年加上自然灾害,我国农村出现粮食饥荒,人们体验到了粮食作为物质不能“无限可分”---这反之也说明,即使实数能无限可分,这只表明它是和虚数分离的---实数或虚数各自领域的对称,只是线性对称或平凡对称,而实数和虚数之间的对称才是非线性对称或非平凡对称。由此追溯到源头实数时空和虚数时空共存的量子“混沌”,就只能是“环量子”。正是在这一点上,环量子在量子水平上实现了反粒子的完善、正确表述,建造了类似桑蒂利的新型iso-双性质〔isodual〕量子化;在这种状况下,确实导致了一种非传统电荷成对状态的“点内空间”与“点外空间”成成对状态的反粒子的暗能量量子化。这种新的数学工具已经在我们的《求衡论---庞加莱猜想应用》中获得广泛多种领域的应用。如果说桑蒂利独立研究的中子模型,要求两个iso-单元,一个代表其运动状态,另一个表示其内部对称性,来做对“原子力学”与他的“强子力学”之间的简要类推,这只能说明他的“强子力学”和古希腊的“原子论”和现代的“量子论”,也有合流的地方。事实上,即使国内的研究单位与大学或者报刊和学术刊物,至今未对桑蒂利教授的强子理论作研究或报道,从蒋春暄基于桑蒂利在完成双偶性iso-数学,从《求衡论---庞加莱猜想应用》也说明我们在完成iso-数学的“点内空间”等研究。 1、桑蒂利教授可能要争辩说,他的强子力学强调实验验证,后来扩展到强子化学、强子数学、强子生物等领域,也都是实在的,是回到爱因斯坦等人要求的威严自明的实在性立场。他质疑夸克与其它初级粒子---相对论和量子论延拓出的“原子力学”或量子色动力学等理论,主要因它们是数学构成的对象,无实验验证,并非和中子具有同样意义的真实性;而他的来自iso-电子与iso-质子基础上的强子物理学所建立的理论,却能够克服这些猜想。 其实,这是多余的。“无法证实”说是一种误导。例如iso-数学不是涉及“-1”吗?类似弦论研究,发展到D-膜或Dp-膜,出现了一种新的数数p,是从从-1开始,-1,0、1、2、3、4、5、6、7、8......。这里的“-1”既是负整数范畴,也可是象征正虚数和负虚数,类似一种“倒车镜”,此时我们称它为反D膜或“点内空间”。相对论和量子论延拓出D-膜数列p,从-1开始,-1,0、1、2、3、4、5、6、7、8......,它包含了“点内空间”,类似装上了“倒车镜”。弦论的数学方程类似“倒车镜”---已解决了实验验证---弦论的前方,不说了;说了,前方可能存在更多不同的宇宙和高维空间等太多无法证实的观点,类似有人说那只是研究者个人预测的虚像。在倒车镜中找虚像,确实永远无法证实;但倒车镜展出的映像却有实在的---弦论盯着“倒车镜”,正如桑蒂利盯着iso-数学,它映射的是“后方”的“景物”---凭据这些“后方”的“景物”,是虚是实,一是可以用实验检验,二是也可知道这条“公路”的情况和车前进到的地点。这一点也不含糊。 iso-数学和“点内空间”都类似一种“倒车镜”数学---正如玻尔兹曼“原子力学”,曾被质疑无实验验证没有道理一样,因为它们的实验验证已在“倒车镜”之外先验的存在。宇宙大爆炸理论、超弦/超膜理论、圈量子引力理论、超对称理论、全息理论等理论的突破、建树、延拓,并没有离开实验实践的步步深入。今天欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC),就是它们的又一处标志性仪器的创制。CERN的超质子同步加速器,早在1983年就发现了传递弱相互作用的中间玻色子W和Z,这便证实了弱-电统一理论;美国费米实验室的大电子伏质子-反质子对撞机,于1995年发现了第六种最重的夸克——顶夸克(t),由此扩充了夸克模型,并确认物质的“基底”粒子层次——夸克-轻子共有三“代”。 LHC是世界上迄今最庞大、最高超的加速器;与以往已实现的粒子碰撞反应相比,LHC如能顺利运转,其对撞反应所产生的物质气泡,其密度会更大、温度会更高,能量达到与大爆炸后一瞬间的早期宇宙状态相仿,这或许为所谓的暗物质、暗能量乃至真空背景的微观机理,能提供较为确切的解释。众所周知,就量子统一理论而言,从1960年代起,弱-电统一理论和强作用、弱作用、电磁作用的“大统一”理论先后告捷,虽如所假设的希格斯粒子等尚未发现,但包括引力在内的四种相互作用的“超统一”理论仍有进展---如以“超弦-超膜”理论为首选的模型,能将所有已知的实物粒子及其相互作用场都囊括无遗,甚至还导出引力场和黑洞的量子性状。这里所谓“超”者,是假设每种粒子都有其超对称对偶粒子;又假设直观的三维空间扩张成非直观的高维超空间,弦和膜即为其中的量子客体。所以LHC首先要承担的重任是,搜索验证希格斯粒子和超对称对偶粒子,并由此修缮、扩充这些相关的理论模型。 2、当然,LHC的实验也许连希格斯粒子和超对称对偶粒子的隐约踪影,也搜索不到,或者只能为弦论等模型提供间接的验证,因为LHC的能量标度与实现大统一、超统一所需的甚高能量尺度相去很远。即使如此,也算得是一种进展---表明这些粒子具有比理论预言值更高的质量下限,这或是需修改理论模型。但正如层子理论的继续研究一样,1974年至1979年间有人在束缚态场论方面进行了系统的研究,建立了一种能包含或仅包含复合粒子在内的量子场论的新体系,利用这一理论导出了单重色散关系,PCAC,VMD 等轻子和重子的场流关系等,特别是建立了复合场论的微扰论并且讨论了与此有关的重整化、红外发散和规范不变性等理论问题,并把它用于奇异原子、原子核、复合粒子等问题上,因而对强子结构和物理理论中其他束缚态问题的研究也有意义。 强子(Hadron)是一种亚原子粒子---所有受到强相互作用影响的亚原子粒子都被称为强子。按目前的物理理论,强子是由夸克、反夸克和胶子组成的。胶子是量子色动力学中的力子,它将夸克连在一起,强子是这些连接的产物。按其组成夸克的不同,强子还可以分为:重子(Baryon)---由三个夸克或三个反夸克组成,它们的自旋总是半数的;也就是说,重子是费米子,它们包括人们比较熟悉的组成原子核的质子和中子和一般鲜为人知的超子(Hyperon, 比如Δ、Λ、Σ、Ξ和Ω)---这些超子一般比核子重,而且寿命非常短。 介子(Meson)---由一个夸克和一个反夸克组成,它们的自旋是整数的;也就是说,介子是玻色子,它们有许多种---在高空射线与地球空气相互作用时会产生介子。其它很稀有和奇怪的强子---由多于三个但单数的夸克或反夸克组成类似重子的强子;由多于一对夸克-反夸克对组成的类似介子的强子;完全由胶子组成的粒子。 从几何拓扑分类信息来说,“完整”的共轭是“破裂”;层子属于“球量子”---球量子是完整的,没有破裂的粒子。而“破裂”的粒子,其几何拓扑分类是“环量子”;它还包括有“环量子”膜。我们的SXQ理论早期把环量子或圈量子,叫成俗话说的“圈子”或类圈体。四十年过去,国际上的“环量子”科学模型已露头,说明我国的“圈子”或“环量子”科学模型当时有它的合理性,也说明新中国的人民并不缺乏智慧。 |