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量子論的物理學基礎

生活 更新时间:2024-08-23 08:10:57

《關于甚微觀物理世界的對話》是根據筆者原創作品《甚微觀物理學》所編寫的系列文章。文章以虛拟對話形式對甚微觀物理學闡述的物理學新定律和新原理進行了讨論。該對話内容通俗易懂,适合非物理學專業的讀者閱讀,對于物理學專業學者也具有一定的參考價值。

本文節選于該對話,對甚微觀物理學提出的空間量子化原理進行了讨論,涉及空間量子性、量子空間的大小和幾何形狀,虛空間和虛空間量子、QSG占據态、全占據态粒子等課題。

Phi:“飛鳥之景未嘗動也。镞矢之疾,而有不行、不止之時。狗非犬。黃馬骊牛三。白狗黑。孤駒未嘗有母。一尺之棰,日取其半,萬世不竭。這是中國古代哲學家和思想家莊子(約公元前369年---約公元前286年)的一席話。德國古典哲學家伊曼努爾-康德(公元1724年---1804年)也有一段話,是關于空間和時間的二律背反。正題:世界在時間上和空間上是有限的。反題:世界在時間上和空間上是無限的。這兩位哲學家的尊尊教誨,你的明白?

Phy:坦率說,不完全懂。一個是古文,難懂。另一個嘛,雖簡明但自相矛盾,貌似說了卻等于什麼都沒說,但其中的哲學涵義也許高深莫測。能否使用現代漢語解釋一下?

Phi:好。“二律背反是18世紀德國古典哲學家康德提出的哲學基本概念。它指雙方各自依據普遍承認的原則建立起來的、公認的兩個命題之間的矛盾沖突。由于人類理性認識的辯證性力圖超越自己的經驗界限去認識物體,誤把宇宙理念當作認識對象,用說明現象的東西去說明它,這就必然産生二律背反,而實踐則可以讓主觀體現客觀,論證相對性與絕對性統一的真理。”這回你明白了?

Phy:更糊塗了。我指導博士生寫論文時總要告誡他們,在動筆之前你們自己首先要将所述課題想通、弄懂、搞清楚。之後,寫出來的東西别人才能看懂。否則,論文就會像是一鍋雜碎湯,稀裡嘩啦,不知所雲。即使羅列再多的數學公式和方程,添加多少時髦的前沿理論詞藻也變不成物理學的陽春白雪。時間和空間的有限性和無限性問題、與物質是否無限可分一樣,也屬于具體的科學問題,不能僅依靠哲學之辯術就可以作出裁定。

Phi:賢者以其昭昭使人昭昭,豈能以其昏昏使人昭昭。這兩個有限性和無限性問題涉及到空間量子化問題。據我所知,空間量子化主要涉及四個具體課題:第一,空間量子或量子空間的幾何形狀是什麼?第二,量子空間的大小(體積)等于多少?第三,諸量子空間之間是由什麼銜接的?第四,如何基于量子空間計算宇宙瞬時三維空間總量?對于這四個問題,無論數學還是物理學目前尚沒有一個令人滿意的解決方案。有觀點認為,量子空間的幾何形狀應是三維球體,在二維平面上的投影是圓形。但這種觀點無法解釋諸球體量子空間之間形成的間隙,這種間隙導緻三維空間中會出現大量“空洞”,而空洞又不能是空間,是什麼呢?

Phy:還有第五點:空間量子化的物理成因。也即,為什麼三維空間是量子化的?是什麼導緻空間具有量子性?如果一個空間量子化理論可容納前四點,它是一個弱空間量子化原理。如果可将第五點納入,則是一個強空間量子化原理。認識空間量子化屬性有一個前提性認識,即空間的物理實在性。需要強調,我們讨論的是三維空間,是宇宙具有的三維空間。數學依空間性質和額外結構對空間給出了許多抽象性認識,諸如仿射空間、拓撲空間、向量空間、内積空間、度量空間、歐幾裡得空間、黎曼空間、闵氏空間、、希爾伯特空間等。數學可以對三維空間給出如此衆多不同的抽象性認識,在這些抽象性描述中也允許閹割三維空間的物理實在性,但不能因此而否認三維空間具有的物理實在性。

Phi:空間是物質的基本屬性之一,物理表征物質具有的廣延性。無論對空間作出怎樣的數學描述,也無論你如何去抽象,都要時刻牢記,是娘生了你。我是說,沒有三維空間物理實在性這尊娘,哪來的數學空間兒孫滿堂。至于量子空間的形狀和大小?此刻我突發靈感,希望與你産生共鳴。談空間也好,談時間也罷,最終都要落實到物質。既然要确定三維空間的最基本單元,即所謂的量子空間,就應該基于物質的最基本單元,基于宇宙中的最小物質---引力子的空間屬性去建立空間量子化理論。這是空間量子化理論賴以的思想基礎。

Phy:這是一個很自然的想法,也的确是個好主意,該文作者也正是這樣思考的。無論在數學尚還是在物理學上,上述第三點是最難确認的,即諸量子空間之間是由什麼“銜接”的?

Phi:明擺着,諸量子空間之間的銜接處肯定不是空間。

Phy:不是空間,那又是什麼呢?

Phi:是啊,難在它究竟是什麼呢?

纖雲弄巧,飛星傳恨,銀漢迢迢暗度。

金風玉露一相逢,便勝卻人間無數。

柔情似水,佳期如夢,忍顧鵲橋歸路。

兩情若是久長時,又豈在朝朝暮暮!

Phy:該銜接是情人幽會處?這個物理學問題的确很難回答,但還不至于使人胡說。

Phi:這就是你不懂了。萬物具有物理相關性,物體超距性關聯,你忘了?這個問題實在太難了,讀一首古詩,重溫風花雪夜,讓你緊繃的神經松弛下來。“再回首,一絲曙光咋現,卻雲遮斷歸途。荊棘密布,淚眼朦胧.”還是不知道啊。

Phy:言歸正傳。甚微觀物理學第七章 空間量子化原理給出了這四個問題的參考答案,看一下其所述量子空間定義和空間量子化原理的内容:

量子論的物理學基礎(空間量子化原理---關于甚微觀物理世界的對話)1

量子論的物理學基礎(空間量子化原理---關于甚微觀物理世界的對話)2

量子論的物理學基礎(空間量子化原理---關于甚微觀物理世界的對話)3

量子論的物理學基礎(空間量子化原理---關于甚微觀物理世界的對話)4

量子論的物理學基礎(空間量子化原理---關于甚微觀物理世界的對話)5

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