上帝的光环

在20世纪即将结束的时候,一篇理论物理学<解析时空理论>的论文引起了学术界的骚动。这篇论文提出了一种新的时空观念并在理论上统一了相对论和量子力学。它的神奇在于用非常简明的物理概念和数学方法实现了长期以来无数科学家渴求把量子力学和广义相对论统一的梦想。一位俄国科学家看过解析时空理论第一章后称它让我们看到了上帝的光环。这个光环显然是指广义时空偏转效应。

人类对宇宙和自然的基本观念来自物理学,而物理学的基础是时空框架。我们所有的基本物理概念包括离散、连续、涨落、波动等都是建立在一定的时空框架中的。这个新时空理论的出现不是偶然的,它的意义非常重大。

相对论和量子论的建立构成了现代物理学两大支柱,并为其他科学分支打开了广阔的天地。但是,作为基础的理论物理学曾经拥有的辉煌在近几十年中黯淡下来,物理学早已经从"搜集材料的科学"发展成为了"整理材料的科学", 过去几十年的实验仅仅验证了已有的理论,并未揭示出需由新规律解释的新现象;以至于越来越多的科学家不得不承认未来岁月不再有任何重大的新发现足以与牛顿、爱因斯坦赐给我们的那些发现相媲美;科学的任务只是补充大量的细节而已,产生枝节性结果;我们有了基本框架,只要填填漏洞就行了;越来越多科学书籍也停留在夸夸其谈的水平。有人曾预言科学的没落及非理性的复活将开始于本世纪末,我们所做的一切都不足以抑制物理学在总体上、在社会支持和社会价值上的衰退趋势,我们无奈地看到物理学对人才的吸引力不断减弱。物理学是一切其他科学的基础,当我们沉浸在对科技发展带来的社会经济巨大利益的乐观情绪时,一些西方学者看到了它的没落,他们悲哀地预感物理学基本定律不断被发现、激动人心、惊世骇俗的年代真的一去不复返了,求真、纯粹和经验的科学已经结束。

不过仍有许多科学家反对那种认为纯科学已走到尽头的观点,他们普遍认为某些惊人的理论和发现已迫在眉睫,理论物理学更深入的发展即将莅临。人们期待的这种理论就是所谓的"大统一"理论,幻想某一天发现宇宙规则,从而一劳永逸地解决一切有待研究的基本理论问题。许多科学主义者也不得不用对"大统一"的期待来支撑自己的信念。这些现象表明科学对形而上学产生了从未有过的焦虑。科学家相信自然界复杂现象中必然有某种暗含的简单规律在起作用,这些规律已经体现在量子论、相对论、自然选择等理论之中。支配世界的行为法则肯定比现在的物理学定律更为玄妙,它有已知理论没有的特征,具有某种不容质疑的自然主义色彩。我不敢肯定解析时空理论就是"大统一"理论,但我至少认为它向这个目标迈出了重要的一步,它的简明性给了人们一种新的方法论启迪。我想,如果对未知的追求走到了尽头,还有什么能够赋予我们存在的意义呢?终极理论会让我们陷入解释的无限循环之中,因此我坚信科学上不存在什么终极理论,除非人类沦落到由他们制造的机器智慧所支配的地步。

牛顿世界充满了常识性知识,而量子场论和超弦理论都让人摸不着头脑。量子力学宣告关于微观世界的知识总是不确定的,不可预测的。奇异的量子效应让人的认知逻辑失效,量子实体具有同时出现在一个以上定点的能力更让人难以理解。而解析时空理论用时空偏转的概念合乎逻辑地解释了量子效应,使量子力学神秘的原理变成了新时空理论的表象。科学原理的特征:我们认定某种本质要么是一种猜想,要么是经验公式、公理或定律(例如欧姆定律),它们都不允许从现有的其他公式或原理推出。新理论的诞生就是把原有理论的猜想和假设变成其导出结论的一部分并纠正原有理论的缺陷。

爱因斯坦的狭义相对论把物质运动和信息传递的速度限制在光速范围内,而解析时空理论把光速看作人类观测物质运动速度的极限。解析时空对这个问题的论述与相对论的差异在哲学上的意义是巨大的,它在物理概念和数学描述中表明了我们对客观的观测结果与客观存在是有差别的。由此我们看到了这个理论涉及到了精神与物质、主观与客观、意识与存在的最基本哲学问题。

越来越多的人感到物理学正变得越来越难以理解,它已经超出了我们固有的用以把握世界的观念范围,成为少数人玩弄玄妙概念和数学游戏俱乐部,逐步在丧失大众、商业公司和政府的关注和耐心。这不由让我想起著名的"奥卡姆剃刀"原理:对于给定现象的最好解释通常是最简单、假设最少的那个。解析时空理论的基础是两个基本原理:时空面积不变和时空偏转。它们的数学表达式非常简单。由这两个原理出发推导出的结论涵盖了相对论(狭义和广义)和量子力学的基本公式,这使得物理学基础中已有的重大思想都是它的副产品。它轻而易举地攻克了困扰天文学界多年的DI海格立斯双星进动的难题,而广义相对论导出公式的计算值与实际结果相距甚远。这个理论还给出有待验证的两个预测:0.71c(c为光速)光锥顶点和光的双折射。一些看过这篇论文的学者不论对其学术观点持何种看法都提不出它在"范式"上的缺陷。它所应用的数学工具几乎可以让一般受过普通高等教育的人看懂。真正好的理论不仅具有丰富的内涵令人回味无穷,而且蕴含着美和一种使之具有启示力量的简单自明品质。如果一个物理理论基本原理的数学描述一开始就让人头大,我们很难相信它是个好理论。遗憾的是人们似乎已经习惯于把深奥当成物理学原理的发展和突破的方向。

在科学发展的每一个层次上,我们都把一些东西当成表象,而把另一些东西当作本质来解释它们,但当我们进入到更深一个层次中时,原来的本质变成了表象,我们用更普遍的原理当作本质。解析时空理论与超弦理论和宇宙大爆炸理论在原理上的类似之处在于它的两个基本原理是无法直接理想验证的。这向我们暗示着科学上的后实证主义正取代经验实在论,在科学基本原理上用经验验证经验的范式已经终结,超越我们感知的基本科学原理将在新的千年流行! 无论认识发展到何种地步总有无法解答的基本问题,因此我们需要对上帝(本文中把存在看作上帝)的意志进行假设或猜想以合乎逻辑。

虽然这个理论的广泛承认还需要有新的实验验证,但是所有对相对论和量子论的实验验证已经说明了它的生命力,因为它们是这个新理论的特例或导出结果。作为一种新的学说,解析时空理论还处于婴孩阶段,不可避免地存在不完善之处。任何新的学说开始面对强大而又成熟的现有理论时都会显得弱小。如果它是正确的和有生命力的,承认它只是时间问题,华人终将会以此感到骄傲无比!目前海内外的读者们已从新奇、兴奋、怀疑和不解的种种心态中开始接纳了它。尽管这个理论的后续章节尚未完成,但仍有越来越多的物理和天文学者开始研究或讨论它并提出了有价值的观点和诚恳意见。

解析时空理论的意义并非仅仅是把相对论和量子论统一起来,物理学时空原理的突破意味着我们要重新审视我们认识的一切,建立新的宇宙观和哲学。新的时空大厦的建立才刚刚开始,未来它对技术和人文领域的影响将是不可估量的,我认为它对应用技术发展的重大影响最有可能是首先在微电子学、纳米技术、量子器件和量子化学方面。现在谁也说不清利用这个理论会搞出什么令人吃惊的名堂。

人们目前希望有一种新的理论对物质与能量,宇宙起源与演化,生命的起源与支配生命的法则,大脑意识的机理,系统论(包括信息论、控制论和混沌理论)与计算机技术,现代数学等注入活力。许多人对科学的信仰是:世界(存在本身)是完全可知的系统,是由有限的普遍性规律决定的,人们可以掌握这些规律并理性地引导它们为自身利益服务。许多学者认为世界遵守某些基本物理定律。多数物理学家的科学观至少是一元论唯物主义的,他们试图证明世界上一切复杂的事物都不过是同一种东西的不同表现形式,众多的解释最后会收敛于越来越简单的原理。科学家总是希望对我们世界的所有现象给出纯粹的物理解释,而不是形而上学的含义。物理学是我们认识世界的基础,数学是它的工具,如果上帝不是一位数学家的话。所以物理学开始向包括社会、文化、心理和经济等人文领域渗透,以试图攻占神秘主义的最后领地。只要科学足够发达,就能把神秘现象还原为平凡的事实,但是如果科学都无法解答的事情,其他方法就更解答不出来。解析时空理论也许会有助于支持这种信念,也许相反。

人文领域的不确定性与量子世界的奇异效应在物理观上是类似的,根据解析时空理论我们有理由相信世界上一切事物都具有所谓的"波粒二象性",它是时空波函数的表象。解析时空首次成功地在理论上把客观规律的精确重复性与统计性统一了起来,即我们生活在一个矛盾着的二象世界,对这个世界本源的观测遵循广义的测不准原理。我们的经验体系有科学和社会人文两大类,即二象性。后者表象的涨落起伏具有模糊和不确定的性质,而且遵守统计学原理。有些科学家顽固的相信基础理论不应当是统计的,如量子力学、社会学,经济学,进化论等,今天解析时空理论可以打消这种怀疑。用时空波函数看待这些问题也许会有令人吃惊的结论。

解析时空理论推导出的时空结构让我们豁然开朗,原来科学家寻找的所谓"隐秩序"或"隐变量"就是时空波的另半波!根据解析时空理论,场(包括所谓的引力场)或物体间相互作用力其实都是时空偏转能量差(偏转势能差)造成的。能量的不连续是因为时空偏转产生的“黑洞”造成的,宇宙的演化是个更大级别的时空波,所谓“黑洞”就是局部负时空区间。我们生活在这引起的某个起伏波浪之中某个位置(暴涨宇宙模型),根据宇宙正在膨胀的事实,我们正处于这个波的上升中。将来到达我们这个半波顶后,宇宙在一种大收缩中开始自身坍塌直到一个"点"(解析时空理论消除了时空奇点!),然后再爆炸走完另一个半波,一直这样循环下去。每个周期要数百亿年,也许上千亿年。这种说法只是解释一个物理表达式而已,我不想更多地发挥它。也许有人会以此证明宇宙、星球和生命的轮回和转世,可这谁也管不了,任何新的宇宙和时空理论都会被神秘主义所利用。另外,新理论也为人们的丰富想象力打开了翅膀。

解析时空理论对光锥顶点性质的论证和预测让我们看到了超经典时空旅行希望,当时空偏转45度时,物体的相对运动将没有空间约束,类似实物传真。这个问题需要某种实验结果和进一步讨论。

根据解析时空理论,当某物体相对于我们的运动速度超过0.71c时,我们观测的该物体自身行为将打破我们的因果逻辑性。这说明我们的因果观是有适用范围的。科学理论的发展会让昨日的胡言乱语变成今天的常识,某些神秘甚至迷信荒唐的东西也许会在将来得到承认,这的确让人有些尴尬。如果科学不存在适于宇宙万物的终极理论,它就永远不会战胜宗教和其他神秘主义。如果这个理论能够让西方思想家认为的"东方神秘主义"复兴和发扬光大(有科学的解释)也许不是什么坏事。

人们普遍认为科学是知识的经验形态,而哲学是知识的非经验形态。这两张皮导致了科学很难解决人文方面的问题。我们无法找到人类共享的经验方式,也不能用语言描述普遍的人类经验以及超越于文化和历史之上的东西是什么。我实在难以想象物理学理论如何解释羊肉泡馍的味道。科学认为文学批评或哲学不能对知识本身作出任何实质性的贡献,它们只能利用科学来丰富我们的想象力。一方面人们认为科学不能解释所有那些变幻莫测的人类思想文化,对模糊空泛的问题无能为力,另一方面当人们又意识到科学的威力以及科学那种可以淹没人类思想和文化多样性的巨大潜力时,不得不对此深怀恐惧。我在[科学的威胁]一文中曾经提到了这一点,因为在当时我看到了解析时空理论对解决意识和人工智能问题所蕴含的力量。

在量子力学中,一个量子特征值的获得纯粹是测量几率的结果。在测量作用在粒子之前,自然界不能"决定"它的自旋方向。关联粒子的"信息"传递不受时空限制。解析时空理论把量子效应和我们的观测经验限制在时空波的上(或下)半波区间,好比我们身体的感知界面上有二极管。而我们的大脑的意识是受时空全波支配的,这就是为什么我们永远无法意识我们的意识,而且关于我们自身的知识也很不完整。时空波的表达式揭示了我们人类认识客观的时空缺陷,时空的另半波是天堂还是地狱我们无法知晓。人们都会吃惊地问道,这是上帝造人时的偶然失误还是上帝赋予我们智慧的必然法则?

世界的复杂性存在于观察者的"眼光"里,我们的知觉系统大大简化了物理过程的复杂性,否则人就无法生存。意识被长期排除在科学研究范围之外,因为人们认为单凭物理学不能解释价值观、意义和其他主观现象。科学界认为一度流行的量子二元论违背了能量守恒定律,它的支持者是出于哲学或宗教动机。当今越来越多的人开始相信大脑是量子过程,量子现象在意识中起着重要作用,人甚至可以改变大脑之外的量子态。对意识问题的征服是科学的终极目标。科学家们研究量子计算机试图实现真正的人工智能,新时空理论的推论也许会让他们豁然开朗,将来也许会帮助人类在物质世界和精神世界的鸿沟上架起一座桥梁。

涉及生物学和进化论的观点我就不多谈了。从一颗受精卵发育成复杂生命的物理过程至今还是个迷。有人认为单凭物理学就足以理解这个世界,人们仍期待着对生命过程的纯物理解释,因为物理学总试图看到事物的最简单方面。

我的观点是科学本身注定了我们人类的知识永远只能满足于不完备的"真理",科学永远不能达到完美或绝对真理。本文没有涉及应用科学,因为应用科学一直倾向于对主导理论范式进行强化,而不是对它进行挑战。

我们已经看到了上帝的光环,它能够引导我们看清上帝的真面目吗?它能够让我们领悟到上帝的精神吗?也许我们至多能够距上帝近一些而已,打开宇宙之门的钥匙仍然在上帝手中。寻找永恒也许是错误的,但这个过程永远激动人心!

1999.11.18

解析时空理论的网页:http://silong.yeah.net

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