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与“弦理论”打擂的“圈理论”,读“假如时间不存在”

已有 977 次阅读 2023-1-27 15:39 |系统分类:生活其它

  假如时间不存在(讲点颠覆常理的科学),(意)罗威利,李润译,出版社: 化学工业出版社,2013

大概有二十多年不读物理类的科普书了,书架上还是会有一些的,比如“暗淡蓝点”,“时间简史”。这次有朋友说要给上高中的小儿子选些科普读物,便在书架上寻了一下,有几本数学读本我觉得或许现在的学生可以读(他们的知识面和理解能力远超过我们当年,虽然能否读懂我也没有把握)。搜罗的时候发现了这本书:书薄字大,典型的一本儿童读物呀。随手一翻,又是讲量子、宇宙、相对论、时空这样的书,满满都是现在各行各业大师口中常用的术语。不料还真不是学生读物,是一位物理学的专家写的,关于圈理论。这个理论虽然并不是完全没有听说过,但终是不清楚是做什么用的,因而便坐下来读了一读。恩,写的还蛮不错的。

  作者称自己是意大利人、法国人、欧洲人,一位理论物理学家。与他人共同开创了将量子与引力相结合中的一种研究方法,探讨宇宙、黑洞等问题,这种方法叫圈理论。同一现象的研究还有另一个方法叫“弦理论”,相对而言,弦理论要更出名一些。

作为二十世纪物理界有两个突破性贡献分别是爱因斯坦的相对论和波尔的量子力学,二者分别研究宏大的宇宙和极小的微观,采用了二种完全不相干的方法,形成了完全无关的体系。不论是研究过程还是研究队伍还是研究结果都很令人惋惜的一点就是为什么他们不能共同做相同的事情将两个问题同时解决了呢(甚至还经常打嘴炮)。但总不可能完全不相干的吧,这是物理学界的一个痛点,亦是后生晚辈们的一个窃喜:老祖宗们还是有未搞掂的地方留给了我们来扬眉吐气。因为“世界不能是一个不协调的整体,以至于要用两种毫不相干的理论去诠释”。特别的在历史上开普勒(宇宙是椭圆型的轨道)和伽利略(物体下落的抛物线轨道)就是两套方式,最后在牛顿手中变成了一套理论。因而吾辈是不是也可以留取丹心照汗青,哈。而且在实际的研究中,广义相对论建立之后在解释宇宙方面表现出众,甚至可以描述到接近宇宙的起源。但是在接近宇宙大爆炸时,物质密度变得极大,相对于适用宏观尺度的相对论就不再适用了,这个时候应该属于适用微观尺度的波尔量子理论的应用领域,因而就有了将广义相对论与量子理论结合在一起的需求。

这种结合出现了两种理论,一种是从广义相对论的引力方程出发,将其量子化,这便得到了圈理论。另一种是从高能物理的量子理论出发,研究引力下的相互作用,特别的这个理论还寄希望于四种力的统一,这个就产生了弦理论。两种理论都没有得到验证,孰对孰错的争执还远远没有结束。弦理论基于高能物理的领域,这部分的人比较多,加之还有大一统的希冀在里面,因而队伍相对比较大,影响也比较大,在圈外的熟悉程度也比较多(噱头多嘛)。而圈理论基于广义相对论,该领域的人数相对比较少,从而影响也小一些,在圈外基本上没有多少影响力。最近这些年引力波的探测好像十分红火,不知是不是技术或者理论有了突破,好像我们国家就有两个专项计划。不知道这一波探测下来会不会有一个实际的结果,或者给二者的争执作一个了断。不过热情高涨的事情总是会令人多了些担心,八九十年的超导研究,各地争先恐后的发表突破,甚至都不等学术刊物发表,而是用新闻的形式发表,但这方面的工作已经好多年听不到消息了,不知是不是已经进入成熟期了,当时最直接的预期就是节约能源,从这个结果看应该还没有到实用。

圈理论的通俗说法是这样的,在没有电荷的情况下电场线仍然存在,这些线是自我闭合的,也就是圈(在电磁场理论中,电与磁的互圈形成了电磁波)。所以这套理论,就是将引力场比对电磁场,而后将这个圈进行量子化。当然在具体的工作是有一个前人的公式,采用了一套数学方法进行(应该是极其复杂)的运算。

理论中的主要内容是空间与时间的绝对性都不存在了,所以书名是假如时间不存在。空间即不是由物体的相对位置构成(这是笛卡尔的理论),也不存在绝对空间(这是牛顿的理论),而是用引力波构成,这些引力波由一系列的量子圈构成。空间可以折叠、延伸、拉扯,而后宇宙是在这个空间背景这上的构建的(这一点也是其优越于弦理论的地方)。

其主要结论之一是在大爆炸之前存在着另一个时空几何的宇宙,与宇宙十分相似,只是它不是在膨胀,而随着时间逐步缩小。其实宇宙的变迁并非传统意义上的大爆炸,实际上是一次量子跳跃。

牛顿之前的亚里士多德和笛卡尔都认为,空间是物与物之间的相互关系所构成,牛顿认为绝对空间的存在。实在话,我没想明白这之间的差别,而且,对牛顿力学的认可也没有什么影响,就如同微积分是如此的好用,但却没有出处,搞了一套极限理论,你就算是没学懂也不耽误你对微积分的使用。学了这么多年物理,最基本的还是空间与时间,而这恰恰是完全不懂。所以今后不要嘲笑作哲学的,总笑话人家现在研究的问题还是没有脱离苏格拉底那的年代:还是人是谁从哪里来到哪里去?其实对世界的本质,那怕只在物理范畴中,我们也很少触及,虽然它成长出来的枝叶与果实早以成为我们生活的一部分。其他的牛顿世界、波尔世界、小爱的世界都构成了我们的现实,但最基本的空间和时间,却并没有描述清楚,也没有理解清楚,甚至还没有明确其最基本的定义。

物理学中同一问题有不同的描述方法,或者说不同的语言是常见的,比如法拉第和麦克思威,海森堡和薛定锷。现在的圈和弦也是一样的,不过看起来弦比圈有名。理由如下:作者单辟了一节论述二者的不同或者说圈比弦更正确。二是常听人说起弦理论来,

网上说:“相当概括地说,关于圈量子引力理论和弦理论在试图建立圈量子引力的方法上的区别可以仅仅用一句话总结:圈量子引力以大(引力)开始,转向微小(量子理论)。而弦理论则从微小(量子理论)入手,并想要达到大(引力)”。

作者在叙述过程中还有其他关于物理、哲学、社会等其他的内容:

“我发现在科学领域有一种思维方式,那就是想认识世界要先制定规则,然后再逐步去修正这些规则”。

“科学思想作为现代文明的基础,提示一些根本性的问题,但人文科学与自然科学之间的鸿沟还远未被填平 ”。

“科学”就是一边航行一边造船的过程。托密勒的本轮和均轮的理论,同样可以预测金星,解释水逆。作者还写到:父亲曾经告诉我云彩是在空中行走的船,也曾告诉我云彩是空中聚集的水滴。这两者相冲突吗,不冲突。以诗人的眼光去看待云彩并不妨碍以气象学家的眼光去看待世界。

柏拉图:然而,经过不断努力,在对名称、定义、视觉和其他感觉等因素相互比较之后,在不带偏见地以讨论的方式对它们进行善意检查之后,理智的火花会突然迸发,照耀万物,如此明亮以致令人难以承受。“从柏拉图开始,人类已走过了漫长的道路,但我们仍需沿着他指引的道路前进。追求知识的理想途径是通过对话,在理性辩论的范围内求得共识”。

伽利略在比萨大教堂里用摇晃的烛台吊灯(类单摆)来测量了时间,这其实是个美丽的传说,“因为吊灯是伽利略测量时间很多年后才放上的,当然了,这个吊灯现在还在”。作者出身意大利,想来说法是可信的。但这有问题吗,没有,这个历史故事只是在告诉人们一个故事,这个故事传播了一个道理,即钟摆的道理。就如同比萨斜塔实验一般,现在也有人在讨论其实实验并不存在(不知有最终结论没有),但是否真正做了并不重要,重要的是人们在斜塔前思考科学的批判性(不要迷信历史的诸如亚里士多德那样的人物)、思考科学的实验性(动手做亲眼看)、甚至包括科学的推理与判断(一重与一轻之物捆绑在一起会怎样),甚至还有许许多多道理附着在这个故事上,因而比萨斜塔实验是否真的存在并不重要。

当然了,爱因斯坦小儿时便幻想与光一道飞行,肯定是个很扯的故事,而且这个故事没有任何意义,爱因斯坦不需要这种故事来增加神性。(类似的还有牛顿的苹果,瓦特的开水壶,华盛顿的樱桃树)。其实,爱因斯坦的工作是在庞加莱的基础上得到的,重要的是小爱先与庞加莱搞懂了时间属性,或者说双胞胎悖论,或者说时间的不均匀性。但时空的概念应该归于庞加莱。

这个世界是波又是粒子,这个世界的时间是不均匀的,甚至这个世界是不是物质与精神的,都有很多悖论的东西,但我们需要坚信,本质上不是这个世界如此矛盾,而是我们看待这个世界的主观方法有问题(在这里我们还是承认了有主观方法的问题)。

没想到,读物理书还需要写标签做笔记。十年前的书也不知道过时没,哈。看看了译者,不认识,估计不是他送的。出版社也不熟悉,所以不知是哪里来的,也不知为什么会在这时去看,一切都是巧合,不清楚有没有神的意志。书简述了一生的科研过程科研伙伴,没有详细介绍理论内容(估计难以简述),思想性和概念性的东西也不多,不是个标准的科普读物。翻译的不错,很认真但没有前言后跋。




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