爱因斯坦的科学成就是量子论而非相对论

学半
创建于2024-04-10
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爱因斯坦最大的科学成就和贡献,是提出光的量子化模型解释了光电效应,并因此获得诺贝尔物理学奖,这一贡献事实上使他成为量子论的奠基人之一。爱因斯坦相信物质的量子观念是真正革命性的,这场革命的启动者是普朗克,其理论意义在于推翻用牛顿微积分中的实数点连续性规则描述的经典物理体系,重新建立一套用物质的量子规则描述的物理学体系。这相当于提出了数学底层逻辑的终极考问:现实世界本质上是由思维中的连续点概念构成的,还是由现实存在的量子物质构成的?

诺奖委员会秘书给爱因斯坦的获奖通知是这样说的:“在昨天的会议上,皇家科学院决定把去年(1921年)的诺贝尔物理学奖授予您,理由是您在理论物理学方面的研究,尤其是您发现了光电效应定律,但是没有考虑您的相对论和引力理论的价值,将来这些理论得到确认后再考虑。”

爱因斯坦关于物质的量子论的见解,本质上是对他自己的相对论和对以玻尔为首的哥本哈根学派的量子论的批判,他指出了西方哲学家发明的形式逻辑系统(在欧几里得几何学中)的致命错误,并断言为了真正证明物质的量子关系,需要新的数学语言。虽然量子物理的科学革命最终未能由爱因斯坦完成,但相比之下,他的相对论没有科学理论革命的价值可言。

本文通过如下三方面的陈述,说明物质的量子论见解是爱因斯坦最大的科学成就:一、物理学统一基础的建立;二、宇宙整体运动的陈述;三、宇宙内部运动的陈述。


一、物理学统一基础的建立

我们知道,爱因斯坦的工作目标,是要提出一个物质的原子论性结构的解释,把宏观的相对论和微观的量子论统一在一个理论之中,把物质原子中的四种相互作用(力)统一在一个理论之中,建立一个用物质的量子规则描述的“统一场论”粒子物理学模型。

爱因斯坦在1936年3月发表的《物理学和实在》一文中指出:“欧几里得几何的纯逻辑的(公理学的)表示,固然有较大的简单性和明确性这个优点,可是它为此所付出的代价是放弃概念构造同感觉经验之间的联系,而几何学对于物理学的意义仅仅是建筑在这种联系之上的。致命的错误在于:认为先于一切经验的逻辑必然性是欧几里得几何的基础,而空间概念是从属于它的。这个致命错误是由这样的事实所引起的:欧几里得几何的公理构造所依据的经验基础已被遗忘了。

爱因斯坦批评说:“人们不止一次地提出过这样的意见,认为自然规律未必能用微分方程来描述。事实上,从量子论的观点来看,是否容许体系有这种状态呢?为了有可能回答这个问题,我们应当认为,体系运动的周期[即体系运动的整个过程],全都只能按照量子规则形成[而非按照实数点连续性规则形成]为了真正证明[即根据公理推导出]量子关系,显然需要新的数学语言。无论如何,用微分方程组和积分条件来记录自然规律,正如我们今天所做的那样,是同合理的想法矛盾的。理论物理学的基础重新受到震撼,实验要求我们能够在新的更高的水平上找到描述自然规律的方法。新思想要到什么时候才会出现呢?谁要是能够活到那个时候并且能够看到这一点,那该是多么幸福啊。”

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爱因斯坦相信物质的量子观念是真正革命性的,他自己做了一些经验性原创理论,包括光电效应的量子理论、量子比热理论等。其实爱因斯坦一生花了大量时间思考量子力学的问题,很多根本性的概念(如 波粒二象性、理论的完备性条件、公理构造的经验基础等)困扰着他。他像苏格拉底一样不断地刨根问底,挑战自己也挑战别人,把物理学带到了真正数学理论的地步,使自己陷入十分孤立。在这个过程中,爱因斯坦对量子力学的贡献是无与伦比的,他坚持认为科学必须以经验事实为依据。直到生命的最后,他仍然认为量子论的基本原理缺少经验基础,希望找到一种完备的数学语言,用“统一场论”把相对论、电磁学、量子力学等编织成一幅伟大的科学画卷。(参考: 爱因斯坦的科学成就

相比之下,爱因斯坦的相对论一直是唯心主义思辨哲学的产物。爱因斯坦曾说:“一个理论如果要得到人们的信任,就必须建立在可以普遍推广的事实之上。……从来没有一个真正有用的和深刻的理论果真是靠单纯思辨去发现的。”因此,相对论毫无科学理论的价值可言。

爱因斯坦自己也承认了相对论理论的失败,他在1940年发表的《关于理论物理学基础的考查》一文中说:“物理学统一基础的建立看来却的确很渺茫。而且这种情况又由于随后[爱因斯坦与以玻尔为首的哥本哈根学派之争]的发展而更加恶化起来。二十世纪的发展是由两个在本质上各自独立的理论体系来表征的,那就是[宏观的]相对论和[微观的]量子论。这两个体系彼此没有直接的矛盾;但是似乎很难融合成一个统一的理论。”其原因的确主要出在爱因斯坦的相对论理论,即爱因斯坦承认道:“还不能断言,广义相对论中今天可看作是定论的那些部分,已为物理学提供了一个完整的和令人满意的基础。首先,出现在它里面的总场是由逻辑上毫无关系的两个部分,即引力部分和电磁部分所组成的。其次,象以前的场论一样,这理论直到现在还未提出一个关于物质的原子论性结构的解释。这种失败,也许同它对理解量子现象[即理论描述一个能量子从体系排斥和发出的分离过程,到被虚量子构成的场物质吸引和接收的积聚作用过程而产生观测信号]至今尚无贡献的这一事实有关。”

恩格斯《自然辩证法》指出:“不管自然科学家采取什么样的态度,他们还是得受哲学的支配。问题只在于:他们是愿意受某种坏的时髦哲学的支配,还是愿受一种建立在通晓思维的历史和成就的基础上的理论思维的支配。物理学,当心形而上学呵!”([1]《马克思恩格斯全集》第二十卷,p552)。

我们发现,在人类的认识史中,数学理论思维最基本的形式逻辑有两种:

①以单纯思辨(而非实践经验认知)的点为第一性来推导出线段,构成西方传统唯心主义形而上学的形式逻辑系统(在欧几里得几何学中)。

②以实践经验认知的实物线段为第一性来定义物质的几何学线段及线上的点,构成中国传统辩证唯物主义实事求是的形式逻辑系统(在物质的几何学中)。

为了区别上述两种不同的形式逻辑,我们把后者②称为“科学的辩证逻辑”(并非被黑格尔的思辨哲学颠倒了的辩证逻辑),单说“形式逻辑”通常指前者①。

理论物理学家海森堡(W. Heisenberg,1901-1976)说:“我认为,基本粒子理论的某些错误的发展——而我就怕确有这样的错误发展——是由于理论的创立者固执地对哲学漠不关心,可是他们实际上不自觉地从坏的哲学出发从而由于成见提出了不合理的问题。人们或许可以稍微有点夸张地说,好的物理学不自觉地被坏的哲学腐蚀了。”([2]海森堡 W. 基本粒子是什么?[G]. 范岱年译.//中国科学技术大学《现代物理学参考资料》编写组. 现代物理学参考资料: 第三集. 北京: 科学出版社, 1978:p1.)海森堡指出:“哲学,不管自觉不自觉,总是支配着基本粒子物理学的发展方向。二千五百年以来,哲学家和自然科学家一直在讨论这个问题:如果人们试图[在几何学上]把物质一次又一次地不断分割下去,将会出现什么情况?什么是物质的最小成分?不同的哲学家对这个问题作出了很不同的回答。所有这些回答都对自然科学的历史产生了影响。最著名的回答是哲学家德谟克利特、柏拉图、亚里士多德和他的中世纪的继承者,……所有这些哲学家有一点是共同的,他们不管怎样都想解决无穷小的二难推论,众所周知,康德对这个问题作了详尽的讨论。……康德的二难推论:[形式逻辑的推理上]一方面很难设想物质总是可以一次又一次不断分割下去,但是另一方面也很难设想,这种分割必然有朝一日到一个终点。([2],p5.)

换言之,在思辨哲学(不能以经验的方式通达其对象或相关概念)的形式逻辑推理上,直到现在哲学家和科学家仍然不能给出什么是物质的最小成分或无穷小微量(今称为“量子”)的数学形式的描述。之所以会导致康德的二难推论,就是因为放弃用实物定义物理量 参考链接,思想上受“点在空间中运动生成线”或“连续点或实数点的集合构成线”这种思辨哲学的数理形式逻辑规则的支配,它偷换了点(没有部分)与线(有部分)的概念,违反了逻辑同一律,从而造成悖论。这正是西方科学目前认识物质世界的最大困难。

关于点的概念和几何的公理构造,数学史权威〔美〕莫里斯·克莱因教授在他的《古今数学思想》一书(第一册第三章第10节)中曾指出:“亚里士多德认为公理是从观察实物(物理对象)得出的,它是直接为人们所理解的一般性认识。”“亚里士多德讨论定义。他对定义的想法是符合现代精神的;他说定义只不过是给一批文字定个名。他又指出定义必须用先存在于所定义事项的某种东西来表述。因此他批评‘点是没有部分的那种东西’这一定义,认为‘那种东西’这几个字没有说出所指的究竟是什么,除非所指的可能就是‘点’[笔者按:例如,除非‘那种东西’所指的是事先给出的实物线段之‘界’],因而[‘点是没有部分的那种东西’]这个定义并不合适。”所以,合适的定义是“点为物质的几何学线段之界”

正如恩格斯《反杜林论》中指出:“只有思想上极其幼稚的人,才会相信数学家的话:第一条线是由点在空间的运动产生的”([1],p43),此话就是指欧几里得几何学《原本》中单纯思辨(不能以经验的方式通达其对象)的“公设1. 从任一点到另任一点作直线[是可能的]”或现代数学的实数理论中“连续数点或实数点的集合构成线”这样用点(没有部分)概念偷换线(有部分)概念的数学规则,其违反了形式逻辑的同一律,即形式逻辑上的致命错误。就像罗素悖论所揭示的逻辑错误那样。其最终的结果是现在盛行的理论思维的纷扰和混乱。

恩格斯《自然辩证法》中说:“一个民族想要站在科学的最高峰,就一刻也不能没有理论思维。正当自然过程的辩证性质以不可抗拒的力量迫使人们不得不承认它,因而只有辩证法能够帮助自然科学战胜理论困难的时候,人们却把辩证法和黑格尔派一起抛到大海里去了,因而又无可奈何地沉溺于旧的形而上学。从此以后,在公众当中流行的一方面是叔本华的、后来甚至是哈特曼的适合于庸人的浅薄思想,另一方面是福格特和毕希纳之流的庸俗的巡回传教士的唯物主义。大学里有各式各样的折衷主义互相竞争,它们只在一点上是一致的,即它们都只是由已经过时的哲学的残渣杂凑而成,而且全都同样是形而上学的。从古典哲学的残余中保留下来的只有一种新康德主义,这种新康德主义的最高成就是那永远不可知的自在之物,即康德哲学中最不值得保存的那一部分。最终的结果是现在盛行的理论思维的纷扰和混乱。”([1],p384)

例如,在量子力学中,描述物质实在状态的波函数ψ的表达形式把代表“死”的那部分波函数同代表“活”的那部分波函数等值地混合在一起,即所谓的“量子叠加态”,或者所谓的“波粒二象性”。参考 让无数物理学家头疼的波粒二象性到底是什么?

哥本哈根学派的波恩和海森堡在1927年第五次索尔会议报告中说:“我们主张,量子力学是一种完备的理论,它的基本物理假说和数学假设是不能进一步修改的。”对此,十多年后爱因斯坦在1939年8月9日写给薛定谔的信中还说:“我仍旧确认物质的波动函数叠加态的表示是实在状态的一种不完备的表示,尽管实际上已证明它本身是多么有用。揭示这一点的最妙的办法就是你所提出的关于猫(同‘杀猫’装置结合在一起的放射性衰变)的考查。……我仍旧认为,这种最值得注意的情况之所以会发生,是由于我们还没有得到一种关于实在状态的完备的描述。这种观点已经使我陷入十分孤立。我已经把它带到一种可以说是真正数学理论的地步,不过对它的检验自然是很困难的。”

爱因斯坦还说:“理论家的方法,在于应用那些作为基础的普遍假设或者‘原理’,从而导出结论。他的工作于是可分为两部分:他必须首先发现原理,然后从这些原理推导出结论。”又:“科学必须建立各种经验事实之间的联系,这种联系使我们能够根据那些已经经验到的事实去预见以后发生的事实。……我们在寻求一个能把观察到的事实联结在一起的思想体系,它将具有最大可能的简单性。我们所谓的简单性,并不是指学生在精通这种体系时产生的困难最小,而是指这体系所包含的彼此独立的假设或公理最少。”(商务印书馆1976年《爱因斯坦文集》第一卷,p75; 298-299.)所谓公理最少的科学理论体系,就是只用唯一的一条公理构建起来的新科学理论体系。

显然,上述爱因斯坦的见解,本质上都是对他自己的相对论和对哥本哈根学派的量子论的批判。

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物理学的理论界都知道,以爱因斯坦和玻尔为首的两大物理学派之间的争论主要集中在实在性定域性原理。定域因果原则规定“任何物理效应都不可能以大于光速的速度传递”,客观现实存在原则为保证“无论被观察与否都同样存在着一个现实”而引入一个隐变量(隐变量就是未被知晓的物理量的统称)。

但是,爱因斯坦跟几乎所有的物理学家一样,都忽视了一个体系性的问题,即1935年爱因斯坦等人发表的题为《能认为量子力学对物理实在的描述是完备的吗?》的论文(后被称为“EPR论文”)的提要中说:“在一种完备的理论中,对于每一个实在的元素都该有一个对应的元素。使一个物理量成为实在的,它的充足条件是:要是体系不受干扰,就有可能对它作出确定的预测。”注意,在量子力学里,这个不受干扰的体系是也只能够是整个现实宇宙,否则体系就至少会受到量子干扰,因为量子是构成整个宇宙内部物质相互作用的最小微量成分或最基本单元。所以,定域性和实在性的定义必须修改为:

定域性——任何物理效应都不可能超出宇宙;

实在性——无论是否被观测都同样存在着一个现实宇宙。

这就得到了物理学理论唯一的一个初始假设或公理:“宇宙只有一个”,作为建立宇宙定域完备量子理论的统一基础或初始命题。根据该公理,可推导得描述整个宇宙内部物质相互作用的完备量子数(完备自然数)系统,这样就能够完整解释物质系统从整个宏观宇宙到微观量子过程所有的可观测量的演化行为。关键是其数学形式上怎样避免体系的不完备性和避免任何不确定性或概率性,因为“上帝不掷骰子”,这个问题一直困扰着爱因斯坦。

事实上,数学中几何的经验基础是实物的形。数最初是借助实物的形来刻画(记录)事物及其运动变化过程的记号。如果没有实物的形,我们就无法认识和理解数的存在或有数。所以,实物的形是数和量存在的逻辑根据。

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▲以上定量的陈述确定了如下范畴:① 宇宙是一个完备的物质范畴,运动是整个宇宙所有物质的存在形式。(即动者是物,物是动者;没有任何物质存在于宇宙之外。)② 虚空是没有任何物质的虚构范畴,即除了宇宙就是一无所有的虚空。(没有物质就没有运动,所以虚空绝对不动。虚空是整个宇宙绝对运动的场所。)

爱因斯坦说:“在客观时间观念之前,先有空间概念;而在空间概念之前,我们又发现有形物体的概念。后者是直接同感觉经验的复合相联系的。” 商务印书馆《爱因斯坦文集》第一卷,p346-349.

莫里斯・克莱因教授说:“[数学家]黎曼(Riemann)和克里福德(Clifford)认为,为了确定什么是物理空间的真理,需要把物质和空间结合起来,这个思路自然就引导到相对论。”即在物理学虚拟的空间中,能够运动的是物质(动者是物,物是动者),虚拟的空间绝对不动,这就是真理。这个思路自然就引导到刻画整个宇宙作为一个整体相对于虚拟的空间路线作绝对运动,以及刻画整个宇宙内部物质作相对性运动的理论。

我们知道,西方传统数学建立集合的基本规则是:对于任何性质P,都存在一个集合A,它恰好由具有性质P的所有元素组成,记作:A={x|P(x)}。这个规则陈述的对象存在与否是不确定的,罗素悖论揭示了它导致逻辑上的致命错误。

但是我们发现:对于任何“运动”,都存在一个集合“1R”,或者记为集合“1尺”,它恰好由具有“运动”性质的所有元素组成,我们称该集合为“宇宙”。“1尺”的存在性用一个实物线段的运动形式来证明,以提出唯一确定的物理学公理:“宇宙只有一个”,作为宇宙数学理论思惟的逻辑依据或初始命题。

公理“宇宙只有一个”实质上是保证定量的宇宙理论思惟过程满足逻辑同一律(即宇宙物质不灭定律或总能量守恒定律)。此即《说文解字注》记载的“一:惟初大极。道立于一。造分天地,化成万物。汉书曰,元元本本,数始于一。凡一之属皆从一。一之形,于六书为指事。”指事,即指任何物质过程:运动。这种数学公理和物理公理统一的处理方法,称为大一统宇宙理论,它首先确定了宇宙和虚空两个范畴,能够避免罗素悖论和避免数学体系的不完备性,并填补现代基础数学在物质理论科学领域的空白。最终可成功提出一个物质的原子论性结构的解释,导出整个宇宙原子内部的四种相互作用之于完备量子场论的“统一场论”粒子物理学模型(这部分内容可参阅 如何评价我国科学家在世界上首次观察到引力子的「投影」?)。



二、宇宙整体运动的陈述

根据上述的图甲-a₅刻画宇宙整体运动,则得图甲-a₆及图甲-a₇;根据图甲-a₇,则得图甲-a₈以及图甲-a₉。把图甲-a₉刻画的宇宙绝对运动的整个过程看作一个整体,则可表示为图甲-a₁₀;图甲-a₁₀亦可表示为图甲-a₁₁,此即刻画宇宙整体绝对运动的三过程循环无限态,其原型为图甲′,即:以图甲-a₁₀中的1/3实线段循环节叠合到1/3虚线段上继续循环进动,则还原成一个实线段(表示整个宇宙)在虚空闭环上循环进动的量度几何模型(图甲′)。

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图甲之于图甲′这种大循环的过程具有向上的和向下的分枝,其实线段[一]在虚空闭环上进动的“一二一”三步程循环无限态,犹按步行口令“一二一二一……”循环无限记数,称为“步易[一]”。

不妨将整个宇宙称为太极[一],循环使用阳爻和阴爻刻画宇宙整体绝对运动所历经的{一二一二一二一二一}或{一二三亖五六七八一}其第九步周而复始循环无限进动的整个过程,则可构造得八卦数码符号。

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▲宇宙大循环周期的无限可分性的刻画

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▲【甲骨文合集9810正拓片及其数码字摹本】:十进位制数码符号,以及十六进位制循环无限记数法(甲尾处的“”表示宇宙循环运行至第17步复归于一)。



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▲浙江桥头遗址(约9000年前)考古出土的彩陶器上的一个六十四卦数码画符



与图甲同理,可推导得宇宙整体绝对运动七步程循环无限态(图乙之于图丙),它表明宇宙三过程循环无限态的任一分枝过程皆有三阶段发展。

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  • ▲《殷墟文字丙编考释》第一八九号甲骨文拓片(丙189)正面数字的几何物理意义释读:将七步循环无限态“一二三亖五六一”最后的“一”划除记为“十”,意在诠释度量单位[一](代表宇宙整体)在虚空闭环路线上循环运动至第七步程为周而复始的一步。(参考 链接
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  • ▲【合集13282正】“易日”“不其易日”描述动者(量度单位)与不动者(量度路径)的关系。左侧“不其易日”释读为:量度单位[一]不变(不易),量度记录“一二三亖五六”为序数,每个数字皆表示一步。右下侧的“易日”指量度单位[一]是运动者,故划除数列“一二三亖五六一”最后的“一”记为“十”,表示第7步是周而复始的一步。

《易·說卦》中记载:“ ‘昔’者,圣人之作,《易》也。”就是说,远古文明时期的圣人发明了“王步易日”的方法,以“步易”交替两足迈步行进的“一二一”三步程循环无限的形式记数,定量刻画大一统宇宙循环往复运行的周期(过程)。这种数学物理方法,被古人形象化地记作甲骨文“昔”字。

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甲骨文“王”的“大一”字形象一个张开双臂的人迈步行进,其一足迈进的距离是度量单位[一](1尺);“天下一”字形则象以单位[一]步易量度(运动)的经验知识到达于人的大脑思惟,可以看作是理论思惟的“度规”(量度规则)的起源。

甲骨文“昔”字的几条折线表示宇宙在虚空中循环无限运行的周期(过程)。“昔”字的“日”部即“步易日”的“日”,《说文解字》“日,实也”(而非虚空也),其本义是以外框强调提示其中的[一]代表循环往复运行的宇宙(宇宙只有一个)。步易“日”,即步易[一]。

《辞海》:“循环——事物周而复始的发展上升运动。物质系统从某一状态经过一系列变化回复到初始状态的过程。”

《老子》第二十五章中说:“有物混成,先天地生,寂兮寥兮,独立不改,周行而不殆,可以为天地母。吾不知其名,强字之曰‘道’,强为之名曰‘大’,大曰逝,逝曰远,远曰反。”此混成之物是指整个宇宙所有的物质存在,包括能够观察到和体验到的各种明物质,以及实验观测不到的各种暗物质和场物质。如《老子》第十四章中说:“视之不见名曰夷,听之不闻名曰希,搏之不得名曰微,此三者不可致诘,故混而为‘一’。” 此“一”之形(尺)是一个实物的形通过感觉经验而到达于思惟的几何形式,表示宇宙所有物质的集合存在,以提出物质的几何学公理:“宇宙只有一个”,作为定量的宇宙理论思惟的逻辑起点或初始命题,否则不可进行确定性的讨论和诘问。

正如物理学家李政道说:“现在对科学的最大的挑战, 已不仅是那些已知的物质。因为在我们知道的物质之外,还有暗物质、暗能量。所以,我们要立足新的基础科学前沿,一定要将小的与大的联系起来,这个方法可称为‘整体统一’。我认为,‘整体统一’的科学方法,应该是21世纪最重要的科学方法。”(参考 中国科学院高能物理所

我们注意到,步易[一](即“步易日”)导出的宇宙整体绝对运动三步程“一二一”循环无限的规律(图甲之于图甲′),是二进位制循环无限记数法“一二一二一二一…… ”的理论源头。以二进位制循环无限记数法为基础,可导出干支、八卦、六十四卦等各种进位制的循环无限记数法,以及十进位制数码字等记数符号系统。

今用十进位制数码记录宇宙整体在虚空路线上绝对运动的步程,则可构造得循环无限数列N={一, 二, 三, 亖, 五, 六, 七, 八, 九, 丨, 一, ……},其第10步的后继者周而复始(即复归于一)循环无限进动。若设N的基数或序数写作n,则n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, ……;在现代数学的集合论中,通常将N的基数n写作ℵ₀(ℵ读作“阿列夫”)。

但是,整个宇宙内部物质的量子数或自然数的基数必须根据“1尺”(图甲-a₅中的实者,即图1-a₁)的内部运动另行构造。因为皮亚诺公理所定义的第一个数及其后继者存在与否是不确定的,罗素悖论揭示了它会导致逻辑上的致命错误,正如不能用虚空路线上表示宇宙整体运动过程(周期)的虚空范畴数n来作为宇宙内部物质范畴的量子数或自然数。


三、宇宙内部运动的陈述

中国传统的物质理论科学的核心理念,首先是前述的“大一统”宇宙观(公理:“宇宙只有一个”)以及根据“王步易日”的经验知识,定量刻画宇宙整体运动的数学方法论;进而是根据可经验认知的“一尺之捶,日取其半,万世不竭”、“以至于无为,无为而无不为”这种几何物理方法,深入探索和求解宇宙内部的各种运动和规律,即《说文解字·[一]》记载的“道立于一。造分天地,化成万物。”《庄子·天地》说:“万物职职[《说文解字注》‘职,记微也,记犹识也。纤维必识是谓职’],皆从无为殖[殖,产生。我们观察到的微观物质过程源头上皆从无为产生,即物理学的最小作用量原理]。故曰,天地无为也,而无不为也。人也,孰能[求解]得无为哉!”

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图1-a₁₂及其展开的图1-a₁₃刻画宇宙内部物质量子化过程最终的状态,图中的数即是完备的量子数(又称完备的自然数)。

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这样就推导得整个宇宙内部物质量子化耗散过程最终的混沌无序状态(图1-a₁₂及其展开的图1-a₁₃,即图2-a₁,亦即图ψ₁或图A-a₁)及其过程转变为凝聚有序的极其敏感的初始条件或边界条件(图2-a₂,亦即量子引力激发态的图ψ₂或图A-a₂),也就是推导得宇宙中一切物理过程的最小作用量原理(图2,亦即图ψ₁转变为图ψ₂)。

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图A 量子死活变换(对0━2┅2²┅施以局域等值变换或几何整数微分,即“有馀者损之”,则得2━0┅2┅)以及量子凝聚迭代(“不足者补之”)——“天之道损有馀而补不足”

只要用严格直观的几何形式(防止实数理论以及微积分运算偷换点与线的概念),把量子力学的波函数ψ中的“死”、“活”两部分所代表的实在内容分开为ψ1(描述“死”的状态)以及ψ2(描述“活”的状态),就得到关于量子实在状态的确定性的完备描述,如:ψ1(即图A-a₁)=图2-a₁=图ψ₁(死);ψ2(即图A-a₂)=图2-a₂=图ψ₂(活)。在描述宇宙物质系统内部运动的图A中:

  • 虚线(┅┅┅)或实线(━━━)皆为物质的形,形数结合(形以数为界定量)则构成矢量(向量),可表明量子物质聚散(吸引或排斥)相互作用及其动向变换。
  • 一个自旋角动量为零的物质系统(ψ1,即图A-a₁)排斥和发出的两个光子分别对应于ψ2(即图A-a₂)中左侧的实线段“2━0”和右侧的实线段“0━2”(称为“实量子”,左、右两者称为纠缠量子对,它们的自旋方向相反),其通过ψ2中的虚线段“0┅2┅┅2ⁿ┅┅2┅0”(称为“量子场”,也即所谓“隐变量”)连结成一个整体。ψ2处于离散的排斥过程已经终结而转变为凝聚的吸引过程开始的状态。在ψ1转变为ψ2的过程中,整个体系内部量子物质之间的作用与反作用总是大小相等方向相反。
  • 整个体系不受外部干扰(参“EPR论文”提要),一切观测设备和环境因素都包含在体系中。观测信号可以看作虚量子“0┅2”。一旦ψ2(即图A-a₂) 中的实量子“2━0”绕“0”动转迭合到虚量子上(见图A-a₃及图A-a₄,称为“量子迭代”),即表示实量子被观测到(此时实量子矢量的指向发生转变并与虚量子的指向一致)。根据系统角动量守恒,可预言系统左侧和右侧的量子迭代一定同时发生(即具有对称性),这就是所谓的“瞬时(同时)作用”。所以,实验观测到纠缠量子对的自旋方向瞬时(同时)改变这一事实,无非是整个系统角动量守恒的证据。

纠缠量子对的同时作用的事实表明:在整个宇宙过程中,所有量子物质之间的作用与反作用总是大小相等方向相反,正是这种排斥(ψ1)或吸引(ψ2)相互作用构成了量子离散形式或凝聚形式的运动。同时也就说明了纠缠光子被观测到实质上是量子场物质吸收光子的凝聚作用过程的波动,而不需要有实物形态的粒子在量子场中超远距离移动。这就证明了爱因斯坦主张的光速定域性原理不成立。

事实上,无论实量子“2━0”是否被虚量子接收(产生虚量子动态信息)而被观测到,宇宙所有的量子场物质(即所谓“隐变量”,包括虚量子“0┅2”)都存在,与贝尔不等式是否成立无关。图A-a₂(ψ2)则证明了玻尔派主张的量子叠加状态是错误的描述;说有这种叠加状态,或者说有“波粒二象性”,无非是分不清图A-a₁(即ψ1,离散态)和图A-a₂(即ψ2,凝聚态)。

希尔伯特和他的学生阿克曼合著的《数理逻辑原理》中提到了这样一个问题:在形式系统中,真的命题是否都是可证明的?希尔伯特实际想问的是,数学中是否存在自相矛盾的真命题呢?即——数学公理的相容性,与此相关的有——物理公理的数学处理(这两个问题被希尔伯特列入著名的“23个数学问题”的第二个和第六个)。

  1931年,哥德尔提出了不完备性定理并予以证明:① 任意一个包含一阶谓词逻辑与初等数论的形式系统,都存在至少一个命题:它在这个系统中既不能被证明也不能被证否。② 如果一个形式系统含有初等数论,当该系统自洽(所有公理都不互相矛盾)时,它的自洽性不可能在该系统内证明。

  哥德尔不完备性定理表明,与皮亚诺公理所定义的自然数一致的公理系统是不完备的,除非系统中存在皮亚诺自然数自相矛盾的几何形式(也即皮亚诺公理系统不真),例如牛顿第三定律描述的物理系统(图ψ₁和图ψ₂)中存在皮亚诺自然数自相矛盾的形式,这种矛盾着的自然数是整个宇宙内部物质相互作用的数学形式表现(其作用与反作用总是大小相等方向相反);它的存在性只能根据物质的几何学形式(图1-a₁)明确定量表述的公理“宇宙只有一个”推出或证明,而不可能从皮亚诺自然数公理推出。这个结论称为宇宙数学公理体系完备性定律。

  所以,为了描述一个完备的宇宙物质系统,现代数学和物理学公理体系必然需要一次颠覆式的基础变革。


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