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物理学的诗,关于将相对论,量子力学,弦理论与文学结合的第一次尝试

2011-04-17
相对论,量子力学,弦理论,《宇宙的琴弦》
物理学的诗,关于将相对论,量子力学,弦理论与文学结合的第一次尝试
卓子涵
2011.4.14 读《The Elegant
Universe》喜不自禁,有感成文。将本书中令自己惊艳之处加以整合以记之,作无调草词一首。义务写注解以传播知识,帮助弦理论的普及。如果想深入系统了解,请网上查找此书中文pdf版,《宇宙的琴弦》并仔细阅读之。读完再看本诗,你将有完全不同的感触。热烈欢迎一切跟帖讨论!

仔细阅读本诗与注解,你不会后悔!如果能顺便认真看看末尾推荐的书,那相信在长期,你会感谢我.颠覆你的世界观.

pre-reading: The Elegant Universe

齐光倚电跨时空,太匆匆;
云低江涌,孤雁叹西风。
日光之下,俯仰四顾,怆然皆空。
古今多少事,尽付一念中!

雾里藏花,断桥流水,枯木逢生。
纵乾坤颠倒,岿然不动。
剑指天狼,六维既张,紫微垂拱。
恨知音少,纵有华弦,谁人来弄?
莫待金乌振翅,万国北面,天下大同。

解注:

1、“齐光倚电跨时空,太匆匆”

据爱因斯坦狭义相对论,宇宙中的一切事物都在以光速穿越4维时空(注意这里将速度定义为在4维上的矢量,可以进行平行四边形法则意义下的分解)。即,一切在三维空间静止的物质,都在以光速穿过时间维,也就是,速度在时间维上的分量是我们所感觉到的所谓时光流逝。而这,正是为什么依照洛伦兹变换,光子在光速下时间静止(在时间维分速度为0);为什么宇宙中一切事物最大速度是光速的本质原因。(我自己不明白的进一步问题是,为何万物要以光速在时空中穿行?书中没有提及。希望有专业人士能提供思路或解答。)这句实际是说,我们每个人其实都在以光速穿过4维时空,时光的流逝真是太快了!

这一句有关相对论。

2、“云低江涌,孤雁叹西风”

据普朗克、海森堡、泡利等人的理论,量子力学揭示了,当我们将考察的范围局限在普朗克长度的空间附近,“量子”将出现诡异的强烈运动。而这种运动将随着空间的狭小而愈发明显,在极小的空间内,甚至会频繁大量产生着正负粒子凭空出生再泯灭的暂时性现象。恰似随着天空渐渐压下,大江将愈发波涛汹涌。夹杂在其中的一切都只能顺从这种繁复的、“几率”的狂乱,无能为力。

这一句关于量子力学。

3、“日光之下,俯仰四顾,怆然皆空”

“日光之下,并无新事”是圣经中的箴言,第一次读到就曾被深深震撼。年幼时也曾尝试独立就类似问题进行思考,但注定初级且浅薄。依据超弦理论的主流假设,宇宙的众维都是极长或极短地闭合着的。这隐约意味着向时间的尽头迈进的人类必将回到万物的“初时”。

相对性原理是我们宇宙的一个普遍事实,在对两种相对论的解释中我们也常常会用到。大致是说,宇宙中各个位置、方向、运动形态(匀速-狭义相对论,加速-广义相对论)彼此平等,没有任何差别。故而在宇宙中任一处俯仰四顾,我们会看到的都将是相同的作为时空的抽象意义之存在。

这一句尝试描述宇宙的基本结构。

4、“古今多少事,尽付一念中”

根据宇宙大爆炸理论及所谓“暴胀”理论,宇宙在最初的10的负36秒内比其在之后150亿年整个漫长岁月中增大的还多。故而,我们今天世界上的一切,在很大意义上,都是在那短短的10的负36秒内被基本确定了的。
这一句再次感叹时光流转,并暗指相对论与量子力学之间,乃至更近代理论之间的冲突可预见的未来貌似难以调和。但进一步说,纵然人类最终能够将其矛盾调和,这一切又都只是时空中的一瞬,我们的所有努力于时空本身的存在、于未来又有什么相干?

上阕感叹宇宙之瑰丽无比,时空无常,难于预测。对科学方法与理性能否取得最终胜利感到悲观、怀有幻灭式的浪漫主义情愫。

5、“雾里藏花,断桥流水,枯木逢生”

超弦理论要求,世界应当是11维的世界。其中空间维3维张开,6(7)维紧缩。这意味着在我们视线内的每一个三维空间点,都存在着一个精密的7维小空间结构!其6(7)维蜷缩空间的形态恰好是数学上的“卡-丘空间”(丘即丘成桐)。近似画在3维空间内类似一朵球形花。

量子力学预示,一切物质都是概率波,故而一切物质都可能以概率根据测不准原理穿越其他物质。因此,即使桥貌似有时阻住了水,但水存在直接穿桥而过的理论可能。

弦理论本身的发展一波三折,曾经在70年代被认为已经失去研究价值而退出主流,在80、90年代经过两次弦理论革命而得到重生。

这句是说,超弦理论的出现和新的时空观、物质观使得矛盾的调和之路显得柳暗花明。

6、“纵乾坤颠倒,岿然不动”

超弦理论下的大爆炸理论提供这样一种可能:宇宙在收缩到普朗克长度后再次膨胀,再收缩,再膨胀。甚至距离的定义在弦理论下也变成了同时存在两个。两种不同弦测量下相同的宇宙虽然可以说完全相反,但“物理”上完全相同,没有差别。

这句总体是讲,宇宙虽变化万千,但不生不灭,变中有静。

7、“剑指天狼,六维既张,紫微垂拱”

籍着实验预示的物质波形态,每个电子双缝干涉实验中射向屏幕的单一电子,据费曼,都同时经历了从源到屏所有可能路径的每一点。这意味着,他很可能先前往天狼星转了一圈再回到屏幕上。进一步,“费曼证明,他能为每一条路径赋予一个数,这些数的联合平均将给出于波函数计算相同的几率结果。”

“礼义廉耻,国之四维,四维不张,国乃灭亡” 四维既张,国乃复兴。
这里套用。如前所说,6(7)维小空间虽然紧缩,但如果未来手段足够强大,能够探测到这些维的确实存在,则超弦定理可以得到验证,发扬光大。

对广义相对论的第一次验证是两次大战间一次日食过程中观测到光线因太阳引力扭曲空间发生偏移而造成类似星辰移位效果的野外实验(GRE难句!)。人类总能用精妙的间接手段来验证自己的理论(这里顺带赞一下解决内生性的各种方式与众多辛苦寻找各种自然实验的经济学家),相信对弦理论,我们也迟早会找到这样的一种“大众的”、精妙的验证方式。

这一句,大致在讲如果要验证弦理论,我们可能采取的方法、目标与先例。

8、“恨知音少,纵有华弦,谁人来弄”

弦理论纵然美妙,拥有无比广阔的前景,但人们对她的了解毕竟还是太少。据说中国没有一个人真正理解弦理论。倘若世界万一有这种情况,那弦理论即使能解释宇宙中一切,对我们人类来说又有什么意义呢?当代,必须要有志同道合的群体彼此促进、鼓励、学习、分工,才能为整体人类的认识与福利做出突出贡献。因为目标是宏大的,实现理想的路途是艰苦的。欧几里得可以凭一个人改变世界,但那种时代早已离我们远去太多。试想,在我们的国家,即便有一个孤独的物理学者,他又究竟该到哪里去寻找这样心怀人类未来的人才呢?为之鼓与呼。

这也是说,这首诗看到现在,即便你真的认真看了我的注释,我相信你还是很有可能真的不知道我在讲什么。毕竟字数时间能力所限,词不尽意,意不尽言,倘你觉得我实在难以助你一窥弦理论之真谛,浪费了你这么多时间,万望见谅。

9、“莫待金乌振翅,万国北面,天下大同”

超弦理论,及其背后的所谓M理论,具有成为TOE的潜质(a theory of
everything)。这意味着,一旦弦理论能得到实验证实,宇宙间的一切讲都可以用弦的观点加以解释,众多困扰我们多年的谜团也将有望解开。弦理论很可能正处在前进与胜利的前夕。世界顶级的物理学家们,正在为摘取这一人类理性的阶段性桂冠而努力。衷心希望弦理论尽早真正成熟,也祝愿勾勒出那最后一笔的志士收获犹如伊萨克.牛顿爵士般永恒的幸福与荣誉。

下阕是说,虽然有重重阻碍,虽然弦理论起身卑微,但其具备有朝一日一统现有物理学理论的最大可能。考察宇宙本身也存在其永恒的意义。只要我们人类能贡献出足够多同心同德的仁人志士从事这项崇高的事业,解开宇宙的奥秘,重塑时空的和谐必将实现在并不遥远的将来。

2011.4.14 读《The Elegant
Universe》喜不自禁,有感成文。将本书中令自己惊艳之处加以整合以记之,作无调草词一首。义务写注解以传播知识,帮助弦理论的普及。如果想深入系统了解,请网上查找此书中文pdf版,《宇宙的琴弦》并仔细阅读之。读完再看本诗,你将有完全不同的感触。热烈欢迎一切跟帖讨论!

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