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中国之光!吴岳良与引力量子化,数学模型日趋复杂,极简才正确

2024-08-20科学
物理简史!物理学始于中国,终于中国,从引力量子化看宇宙终极模型。中国古人早就参透了宇宙秘密,而物理学正行走在用数学解释中国古籍的道路上。当前物理学仍然不能解释诸如引力本质等宇宙秘密,本文简要回顾物理学史,用一大发现揭开科学的神秘面纱,最后还原一个极简的宇宙模型。

一、科学之初,中国的「天道」解释

最初的科学,就是观测到现象,然后用一套理论来解释。比如,有历史记录以来,月球就一直那么突兀地悬挂在天空,每28天一个盈缺周期。太阳一直东升西落,365天一个循环周期。那时的科学,就是西方的「地心说」、中国的天圆地方、「天道」轮回。物理学就是从中国的「天道」中萌芽而生的(见作者之前动态:玄学Xuan Xue→suan su、算术SuanShu→xunsu与科学Science,发音相同,而且科学前身是【形而上学】,也即中国的玄学,以上几个名词有多国语言印证)。

二、科学进步,智慧结晶于农历历法

「天地玄黄,宇宙洪荒,日月盈仄,辰宿列张」。当古人持续仰望天空,目光一定会被日月之后的繁星所吸引。他们总结了日月星辰运行规律。「寒来暑往,秋收冬藏,闰馀成岁,律吕调阳」,那时候的科学,就是一年分四季、24节气、12个月,夜观28星宿的农历历法。但是,那时的古人只记结论和成果,却不会记载推导过程,更不会有版权保护意识。

三、天文观测,举一反三的宇宙引力模型

当古人观测到慧星超长运行周期、荧惑即火星反常的运行轨道之后,就意识到地心说存在问题。物理学在推翻地心说后,进化成「日心说」,总结出太阳系行星、慧星的运动规律。在这个阶段,数学开始成为物理学的帮手。

中国古人记录了大量天象观测证据,并写入古籍。在前人观测数据基础上,物理学家举一反三,发现了太阳带领着太阳系行星绕着银河系旋转,进而推导出银河系也绕着一个庞大的星系团中心旋转。

为了解释星系运动原因,物理学家抽象出引力这个概念。在引力的牵拉之下,行星于是绕恒星运动。万有引力能够解释太阳系的运动规律,并且可以使用数学公式精确计算引力大小。

四、空间膨胀,红移现象后新增实体

墨子用小孔成像实验研究光,2000年后,科学家用「双缝干涉实验」向他致敬。光是人类至今无法参透的基础物质。科学家对光的理解,仅限于光量子、波粒二象、折射衍射等属性,但光的红移现象,把物理学推向全新领域。

现代天文观测发现,几乎所有遥远星系发出的光都具有不同程度的红移,表明星系之间正在相互远离。

在空间膨胀被发现之前,物理学以「奥卡姆剃刀」为工具,倒也遵从「如无必要,勿增实体」的原则。但当空间被观测出正在加速膨胀之后,这把剃刀就不再灵验了,就出现了许多难以解决的新问题。

首先是引力悖论 ,即万有引力本应该将星系拉近,那空间加速膨胀的动力又是什么?于是,物理学家增加了「暗能量」这个实体,以抵消万有引力,并用于解释空间加速膨胀的现象。另外,太阳对月球引力比地球对月球引力大,为何地月要一起绕太阳公转呢?引力模型解释不了这些现象。

其次,若空间正在加速膨胀,那么倒推空间的过去,一定存在一个奇点。这就是无法用物理学解释的 宇宙大爆炸推论 。在这一阶段之前,物理学仍是先有结论后有数学证明,直到用于解释的数学工具不够用,而猜想又太多,凭空出现了许多实体。

五、实体过多,理论物理陷入迷途

现代物理学已进入观测极限,难以验证一个又一个猜想。早在20世纪上半叶,当科学家试图把经典物理学与电磁学从数学上统一起来,就犹如打开了一个潘朵拉魔盒。

物理学家陷入一个「升维陷阱」,通过提升数学维度来接纳不兼容的实体。然而,数学维度本身就是实体,当维度数达到7维甚至10维时,科学家发现,引力似乎一直游走在模型之外,难以被统一表达。

回过头来看,科学家们为了把引力统一到四大基本作用力模型和量子力学上来,竟然增加了7个维度实体。很显然,这种做法违背了西方人推崇的「奥卡姆剃刀」,违背了「大道至简」的自然规律。由此可见,现代物理学已过于复杂化,因而可能是不正确的。

六、东方曙光,引力量子化开创新时代

当物理学陷入迷途,量子力学与广义相对论不相自洽,西方科学停滞不前之时,时间悄然来到2016年,出现了一个划时代的突破——中国科学院院士、中国科学院大学副校长吴岳良首先提出了「引力量子化理论」。

2016年1月25日,吴岳良在中科院理论物理所举行的前沿科学论坛上,提出引力量子场论。该理论打破了以弯曲时空几何为基础的广义相对论的局限,将广义相对论与量子力学统一起来。

值得注意的是,吴岳良院士使用的模型,只需要4个维度。他把维度实体数量缩减了6个,成为现代物理学事实上的第一人。

「广义相对论基于弯曲时空动力学,存在时空平移对称性和能量动量守恒定律不再成立,以及无法很好地定义和度量时间间隔和空间间隔等问题。」而吴岳良提出的引力量子场论假定自然界基本规律与时空坐标和标度选取无关,并且遵循局域规范不变原理,通过双标架四维时空概念,可解决上述问题。在引力量子场论框架下,可统一描述引力、电磁力、弱力、强力四种基本作用力,而且可导出含有引力场效应的所有量子场运动方程和所有基本对称性对应的守恒定律。

七、科学之路,复杂的数学反成枷锁

物理学发展到21世纪,吴岳良院士的引力模型是最接近真相的模型。然而这还不够,还有更简洁的模型在召唤,这种模型不需要复杂的前沿数学。在此之前,让我们再次回顾物理学,就会发现一条宝贵的线索!正如西方「按需考古」一样,近300年的物理学发展,竟然也是「按需研究」,即在事先知道结论的前提下,使用数学来证明!

我们明明知道宇宙的规律,却非要使用数学来证明!举例一一说明:

最初的物理学,是用几何学和方程式来求解和表达的;经典物理力学,使用微积分来描述物体的运动和相互作用;电磁学,方程组是由四个偏微分方程组成,用以描述电场和磁场的产生、变化和相互关系;狭义相对论,使用洛伦兹变换来描述不同惯性参考系之间的时空转换关系;广义相对论,场方程是一组高度复杂的张量方程,用于描述物质和能量如何弯曲时空!

而量子力学的数学则更为复杂,主要使用规范空间的系统状态、单位向量、可观测量对应的自伴算子、量子态、本征态,让微观物质运动规律可精确计算预测。

作者认为,万变不离其宗!近300年物理学还有一条脉络,那就是等效性和可数学描述。用一句简单的话概括,那就是东方负责结论,西方负责解释!比如,之前文章中作者描述的「光速不变」源自「流动的以太」,广义相对论窃取了「光速不变」否定了以太,却又把以太换成「场」!

结论:宇宙终极模型,必须是忘记高等数学的极简表达!

综上所述,中国人提出的引力量子化是最接近引力本质的数学模型,但它还是保留了双重4个维度,还不是极简的终极模型。

作者大胆猜想,提出一个结论——终极模型可以只使用三重3个维度来表达任何实体——终极模型中只存在一种粒子,即宇宙基础物质炁。我们可使用温度、压力和体积3个维度来表达炁,也可用炁的刚性、胀缩和嵌套3重变化来生成亚原子粒子,还可以用它的流动性来生成引力场,用它的波动性来解释光和任何量子。

结论已出,科学卫道士们,快用数学来求解吧!

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