导读
目录本身就是很好的导读,这里的“导读”仅是对目录下面的内容作进一步的简要提示。本书编写的顺序是按作者的思路顺序来进行的,因此,除了没有达到由浅入深的顺序之外,也存在着章节编排的无序、重复,甚至出现前后的矛盾和文字或编排上的错漏。但这份初稿更多的是为了纪录这些思路的前后次序,至于理论的最终真性必由科学的历史来鉴定。由此给读者带来阅读上的不便,敬请谅解。
从开始到第5部分,主要建立了新的“时间”和“质量”的概念及若干数学新模型。对经典时间和质量的解释和重新认识将是这部分的要点。特别指出的是质量概念的多参照确定或不完全确定性将是物理学不可避免的事件。因此,统一场理论对质量的各种描述注重参照系与质量息息相关,质量相对性和不确定因素较多,不提倡对质量的绝对性描述。故书中对质量的描述仅供不同视角参考。也就是说质量是必须与参照系相互绑定。
由于时间在基础物理学的地位显得抽象和模糊,而且近代物理学对时间的定义和理解从牛顿、爱因斯坦到国际SI的定义等有好几个版本。对时间的分析和统一认识将成为本书的开头,这也是最难于接受的开头。因为我们对时间的认识早已是理所当然的事件,如果不是物理学界存在着某些的分歧,甚至诱发了时间机器的开发、时间隧道、时间倒流旅行等各种概念,我们可能最认可的是牛顿均匀流逝的数学时间。因为我们是生活在几乎稳定不变的运动(时间)参照系中。
本小册被宏观地分为十七部分和一百六十三个小节,并追加二个附录。
在开篇第一节即对时间作了分析并用一种新的释义如下:时间是人类为了描述相对运动、特别是周期性运动的方便而设立的一种抽象思维辅助,时间是非物质的、不参与物理运动、不具有实质上的物理属性、是反映运动周期和运动速度相对快慢的抽象。这从国际定义的1秒也可以看出如上释义与国际SI规定的一致性。当然,对于如上释义我在正文给了较详细的分析,并肯定了时间为人类分析运动、时空关系带来的方便和习惯而保留其主要地位。而且沿用目前SI规定的方法和单位,使得新创建的理论与经典的理论的融合不存在“无理”的科学代沟。在囊括经典时间的情况下扩展和理顺了固有时间、时间增量、三维时间三者新的数学函数关系式。在确定了三维时间的同时,发展了爱因斯坦时空不可分割的基本观点,并进行合理的对固有时间量化,因而有了物质运动基本属性与六维时空不可分割相对应的概念。用微分的观点进一步阐述了经典理论框架下的九维力时空数理实证理论,奠定了九维力时空统一的基本概念。
第二部分是以力、时、空为基本向量坐标单位的建立了九维的广宇坐标系,也称三元复合几何坐标系。这是一个集合复合几何的新概念,也是一个新的几何数学模型。正是这个复合坐标系开阔了人类无限的想象空间,物理的一切迷茫好像都能在这个空间寻找到答案。这是对笛卡儿三维直角坐标系的向量开拓和发展所得到的重要成果。由于时间的非物理实质性,也由于场论建立的必要,在后来,我提出以运动元代替时间元,也即有九维力、动、空的集合坐标系。用它可以更贴切、更具体地描述宇宙世界运动的统一性。然而,由于时空观已经占据了人们的认识习惯,也因此保留九维力时空的基本概念。阅读第二部分的关键是,对九维几何是抽象复合几何的理解很重要,它不是原来一元的空间几何分布,这一点必须要牢记。由于三维空间的几何分布已经是我们长期习惯的几何理论,对于三元九维抽象集合几何的“空间”分布与经典的三维空间分布的区分是这部分的要点。也特别注意维中所含元的个数问题。从狭义的观念来分析物理,我们宇宙每个物理元的维度是三维的。而元间的共点函数关系能使我们用大于三维的广义维来集合度量和分析我们的宇宙。这也是解释霍奇猜想的问题之一。
第三、七部分主要是谈数学和物理的各种关系的互通性及其哲学关系。也就是本书的重点之一节。由于一般的数学系统分支都可以从不同层面来表达物理关系,因此,我在第三部分建立了普适相对论的数学表达式。普适定理可以用来满足各种广义参照系统下量的不同表达。这个貌似简单的普适存在相对论数学表达式的出现,随着时间的推移,它将给数学史、心理学史和科学史带来巨大的变化。无论你对于该普适数学表达式的肯定与否定、承认与反对,该普适相对论的表达式对你持肯定或否定的答案和意见都能在给予完全接受的同时也能保持“普适存在定理”表达式的自洽。这样一种数学模型似乎有点不可思议。这个数学模型已经和人类的意识思维挂上了钩,也是众多数学家当年一直在追求的用数学对意识、思维、生命如何来表达这个永恒的数学史主题的初步。虽然这仅仅是数学史与生命史最普遍和最简单的一个数学模型,然而它在应用上的完整性却是数学史上少有的。并且,它与完集定律的配合可以解决或判断很多、带有智能性质的数学难题。如关于悖论、千禧难题之一(N-NP问题)、集论不完备定理(著名的罗素怪异问题)等一系列复杂的、世界性的难题。数学每发展一步,一些旧的、貌似复杂的问题在新的数学模型之下就显得非常的简单,其效率之高和简明是任何方式难于企及的。就如同一个问题能用不同的数学分支来求解,用高一级数学分支来求解显然简单明了,这是任何一个数学工作者都可以感受到的事件。所以认为“数学是人类与自然界最高级的沟通语言”是极其恰如其分的。
第四部分简要地论述了《参照系算法》中部分参照系的分类和定义。为将来进一步
构建《参照系算法》的数学体系提供初步的框架。书中的二、三、四、七、十五部分主要是建立几个重要的新数学模型和介绍数学与物理的对偶关系及其应用。
第十五部分主要与上面几部分新建的数学模型结合,论述完集定律及其应用。并对经典数学存在的一些问题进行合理的修复。如数学数系、集合的完备性等等。以上几个主要部分是建立数学新的模型和对宇宙时间的重新界定。
第五、六部分内容比较广泛和复杂,第五部分专门对质量提供各种参照系的分析方法。第六部分主要旨在为建立统一场论所作的一些立论,归纳并寻找如何明晰地从经典理论的普遍规律过渡到统一场论,并进行统一场方程组的数学推导。
在这二部分里,不仅要接受上面所述的时间新概念,还要对质量的来源和新的观念说明给予表述清楚。对于质量新的表述难度比对三维时间的叙述有更大的难度。时间的SI定义相对于宇宙是具有量子的精确度,而且是一个整体参数。应用于宇宙参照系能在量子精度的范围内得到满足。质量的SI定义仅适于地球表面的范围,且没有界定质量的方向性和粒子的聚合性。无论我们如何分离质量与重量的关系,并否认质量不依赖于引力的关系。然而,地球参照系上定义的1kg质量明显具有指向地心的方向性和众多粒子聚合的事实。因为地球1kg重量及质量在宇宙的各个地方是完全不同的。因此,如何在宇宙系统内定义一符合于物质本身的质量概念是本书反复说明的问题。而且质量的来源也是物理学界一个要揭示的难题。欧洲大型强子对撞机就试图通过高能物理的实验来证明质量的基本粒子及质量的存在性。不同物质体系的质量牵涉到巨量不同粒子运动聚合的复杂问题。因此,充分了解质量新的定义是本部分的关键所在。对质量的理解要明确力的来源问题,因为质量的根源是力的根源,力的根源来自于运动。而力、运动是与场相互转换的。叙述到这里,要提出一个新的观念:运动和力的同权概念又是一个全新的概念。他们是相互平等的一对物理属性,力产生运动和运动产生力是一对等价的物理规律。既有同时性,又有相互转换的特性,至于如何转化除了和物体空间的运动分布有关外,也遵守力的平衡原则。也即力使运动保持平衡或加速。那么,质量的根源在于力或运动,其属性也就有力和运动的方向性属性。即质量在宇宙参照系框架下也是有方向性的,这在空间的几何表达就可以描述为三维通性。在微观方面有宇称或原子按一定方向自旋的实验来实证。在宏观经典方面用天文学现象和经典理论也可以得到实证。如在太空上的一个物体要同时受到空间各相关行星与宇宙同步场的交互作用,这种作用很明确的体现了一定的方向性。这个方向性是由场的动态叠加所决定的。这样,时间和质量就全部归结为力和运动的属性,并都具有参考点下的方向性问题。通过对宇宙星系、电磁理论及一些实验的实证分析,运动也有场的特性,而力用场来表达是我们已经接受了的事实,运动场的一个宏观事实是星系的环、同步轨道及航天航空关于低轨、高轨的概念及行星的运动轨道。微观方面有电子围绕原子的运动轨道等。对质量在宇宙框架下的定义会延伸出一些具有连锁性的、难于被习惯所接受的新观念,而接受新的观念并不是一件容易的过程。所以,国际物理学界花如此大的代价所建造的实验设备,其中目的之一是用来验证质量的存在性也就不觉得奇怪了。
给了如上的分析,在这里对绝对质量在以理想空间和粒子自身为参考系把绝对的质量释义如下:绝对质量是基本粒子固有运动产生力场的体现。整体物的质量是所有粒子力场分布的合力场叠加的对外体现。这样定义的质量是只与自身的运动属性有关,而与外界无关的一种自质量观点。更深入的对物质结构的描述,质量是与量父量子参照系相关的。我们经典定义的1kg是一种相互关系下的量,虽然定义中否定与重力的关系,但这种定义是不完备的(正文中详述)。简言之,还是该物体与地球力场宇宙同步场相互关系、并指向地心的方向的一种量,所以质量也要有一定的方向和内、外的参考系及相互性。由于粒子自旋具有方向性,所以质量也有方向性。由于运动产生力场和运动场,力使运动周边的空间产生“弯曲”和“轨道”(沿用爱因斯坦的时空观),因此空间也具有场的规律。这种空间弯曲和轨道的定性描述是非常抽象和难于理解的。如何定量和系统的说明这些弯曲和轨道的关系将由统一场的方程来表达和定量的计算。目前SI定义的质量是地球系与物体固有质量相互关系后所产生的一种参考量,而不是物自体的客观质量。为了保留这种相对质量的物理意义,在这里我们以宇宙为参考系简要地对相对质量的释义如下:质量是基本粒子固有运动产生力场在宇宙特定空间场的体现。整体物的质量是所有粒子力场分布合力场叠加与宇宙特定空间场相互作用的体现。质量的最终机理的解释是黑体与场的相对运动。出于对绝对、相对质量在量上转换的需要,我还是引入质量统一系数 ,这个系数的引入是为了使经典的理论在量的关系上与统一理论有更多的连接,为了经典质量和统一场理论的各种相对质量在量方面的比例变换,而不是为某个经验方程的平衡而牵强的设定。也是对“杨—米尔斯存在性和质量缺口”及质量不确定性的注解。质量观更进一步的了解可以参见正文详细的分析。从参考系、方向性、力场、运动场来理解物体统一的自有质量,并区分出SI定义的质量和统一理论的绝对质量、相对质量的不同点是这部分的要点。
第八部分专门对力的来源进行分析。注重突出力的基本来源和与运动的不可分割性,并说明为何存在“引力”的“万有”现象,阐述力和运动的互生转换、互生依存性。补充了牛顿先验“万有引力”存在的物理机理和统一的关系。
第六、九部:第六和第九部分是有较紧密的相关性。在宇宙系统内建立了统一的时间、质量、力场、运动场、空间场等概念后,根据宇宙运动的线性特点建立了统一场论的基本方程。并用微积分的数学工具对基本方程进行微分和积分,导出了统一论的基本方程组。从基本方程组里我们可以定量地、清楚地看到力场和运动场的分布情况,并对所有的量进行量纲的统一。这就是爱因斯坦晚年试图完成的统一场论。在建立了统一场论后,我用不同的数学体系对场的各个参量进行相应的分析,用经典的数学来分析物理是一件很有意思的工作。而创造物理的新观念除了是一个很麻烦的过程,被普遍接受更可能是一件有相当难度的过程,因为人类思维惯性的强大往往是难逾越的。好在经过时间的冼练,人类科学的进步,是非曲直总是要面世的。
以普适定理的观念,任何一个对物理世界的描述都有其相对的、片面的合理性,但重要的是这种描述是否具有对物理世界有最大的普适性、对人类描述物理世界的方便性、准确性、普遍性和广延性。这一点从对爱因斯坦晚年的原著里企图建立统一场论的理论里可以见到他追求宇宙统一规律的研究方向是一个可取的方向。因此,在第九部分里着重理解统一场的成立是建立在回答力的来源这个关键问题所在。进一步的分析是要理解力场和运动场的同时性,特别是对运动场这个新概念的理解。从而对延伸出来存在着不同的空间场的新概念给以认定,进而对力场、运动场、空间场三者的理解和统一函数关系给与实证的确认。在统一场论中,统一的时间和统一的质量是作为抽象的参数而存在的,而以上三个场虽然不被人类的视界、听觉所直接作用到,但仍然被认为是三种不可视听的、具体的物理场量,关于他们的关系可以在正文的学术叙述里得到仅供参考的量化方程关系式。
对统一场论的基本概念有了基本的了解后,我们运用了经典的一些物理理论和数学工具对统一场论进行演绎和推论,特别是应用物质的守恒定律、熵增加原理建立了黑体(洞)定律。并在物理的统一量纲上以SI规定的米、秒、赫(1赫=1/秒)及狭义的、给以完整、简要、科学的确定。放弃了经典物理学各种众多的量纲、系数的人为无节制增加。以往量纲的各种混合、系数的片面确定,只能造成物理学诸侯割据、散乱无序的被动局面。这可以认为是人类科学发展历史所产生的过渡期。一个物理系毕业的大学生要记住多少量纲和系数,恐怕是要列出一份不短的量纲表和数据表。虽然这个记忆的工作可以交给网络来承担。能记得多少常数也先不提,就是即时解释几个普通的物理量纲的基本要义和回忆几个常用系数值想必也是有问题的,谁都不被例外。反之,如果只用米、秒的各种组合来代表物理的所有量纲,除了记忆的方便外,更重要的是能体现出量值的客观、统一、科学和可比性及相应的内涵。在这部分我们通过量纲的定义把无理数、进行量纲的有理化,使我们在对这两个无理数有更深层次的空间解释,用统一的观点把、作为一种对空间描述的单位时,可认为是量衡空间曲度的单位,而则可以认为是度量空间整体场度大小的单位。建立了统一场论的基本方程和统一场的量纲后,可以选择相应的参照系对所研究的对象进行定量的运算,不同参照系可以通过数学普适存在相对论给予跨参照系运算的等价。对于物理参数及空间场进行定量是统一场论最终要达到的目标。在这个运算的演绎过程中,宇宙的基本结构和爱因斯坦在1917年提出的有界无边静态闭合宇宙模型几乎同出一辙,只是宇宙这个界与他当年根据经验估计值相差较大,宇宙的界经过统一场论的计算是相对的三个参照值,以光子的角度来衡量最大,其次是以电子为量子的观测,再之是以原子的物质基础为基准。结合正文图17,相应的三个量子宇宙极半径如下:光年,光年,光年(按1光年=米)。这些数据与当年爱因斯坦文献中估计的10亿光年还是有较大的差距的。在这些理论里,爱因斯坦对光速不变的提出是有相对于极限的意义,只有对光速不变的重新认识和理解,并在这个基础上,结合经典的一些基本理论才会有宇宙有限的量化。今天你如果再提出宇宙是有限的,或许因为不会有人太介意,因为这个问题当年爱因斯坦已经提到过了。但是,如果你给出宇宙的尺寸有多大,想必会被认为天方夜谭。其实,既然宇宙是有界的,那么,给这个界赋予一个相对的量,使宇宙有界并非不可。正好统一场论可以把这个相对的量求出来。把它理解为仅仅是把这个“界”与所参照的量相对出了“量”比,那么,天方夜谭的感觉强度或许就不那么强了。也许,100年以后它仅仅是普通的物理常识,当然,不一定是上面提供的数据。其实,从宇宙有界无边到宇宙的相对尺寸有多大只是量比的飞跃,而认定宇宙的有界才是质的飞跃,这是爱因斯坦早年所提出的贡献。当然,从量变到质变的另一种飞跃用来增强爱因斯坦这个有界无边的可信度还是有一定的意义。有界无边还可以从正文中的无穷空间模型分别得到宇宙有界和无边的概念。总之,这部分主要是运用统一场方程来计算出所有研究对象的具体数值,也就是一个量化的过程。在这组方程中主要的是求出场(引力)的空间大小点和空间范围,运动场的空间范围和空间轨道的速度场量。另一个新的观念是对经典引力无限远的有限性修正。统一场论不再认为万有引力的无穷性,而认为万有引力是宇宙中心的完全覆盖性质所引起的。由此建立了统一理论关于力的乘法定律来代替牛顿的三大定律和万有引力及目前四大力的理论整合。力的乘法定律同样是一个具有量化概念的方程。它可以通过参照系变换满足牛顿所建立的万有引力和整个动力学系统。
第十三部分指出中国古代的道德经及古诗的思维内容与数学物理的对应关系。
第10、17部分:以系统的统一理论为依据,建立了宇宙中心学说。
完成了统一场论方程量化的基础上,这一部分主要根据天文学所观测到的一些现象,对场的理论进一步的实证,并用黑体定律解释所有自转体的原因。从电子、原子、地球自转、星体到整个宇宙的和谐运动规律。指出了大自然运动基本规律的内在因素。从而构建了宇宙中心模型和宇宙有限、空间无限的抽象多宇宙广宇模型。
第十一部分:这部分主要进行新旧理论的释义和对等关系变换。为新的理论和经典理论的统一关系及相互之间的不同观念进行必要的沟通。
从第十二部分部分开始,主要是用新的数学模型、物理理论对一些世界性难题和世界四大难题进行分析。包括对UFO、哥德巴赫猜想等问题进行不同角度的分析。
另外,进一步阐述了维度、元素的数学物理概念,借用心理学的认知理论来界定所有的数学、物理理论框架是建立在外界规律与人类思维意识相互作用的基础上产生的。认为普适数学相对论是与心理学连接的一个数学分支。也是一个用数学描述与生命、意识有关的、具有普适运用的初级意识数学,我们把这一公式也称为参照系绑定方程式。并认为人类生物结构的有限性,对于无穷空间的认识存在一定的局限性。引入了生命---物质系数来描述物质结构。就如我们的听觉、视觉等等的局限,对于思维也同样存在着一定的局限性。这种局限性也体现在人类对元素、维度集合量观测的有限性,对非物质的、非具体的量如思维、意识、精神等更高级抽象方面量化的有限性。并用集合复合几何和代数方程建立了统一数学模型对无穷抽象量化的数学表达。也就是正文所提的统一数学模型。
最后,提出了物理学仍然有待解决的黑洞大小、系列量父量子结构原因,黑洞形成原因,黑洞内部的物理规律及其它高度抽象的对称性事件,仍然是人类要进一步追求、研究、量化和完善的命题。并以科学发展观的态度认为科学不存在终极理论。
用唯物主义世界观、特别是用量变到质变的动态思维来看待一些全新的、非经典的、高度抽象的理论和自然现象,用科学方法论合理地归纳自然现象的一切事件是科学进步发展的趋势。
在写作本书的过程中,无意识看到关于21世纪100个科学难题的两本书。因此,在两书中序的文字和众科学家感召下,斗胆地对这些难题用本书的理论提出不同角度的看法,因此,有了附录1、附录2。
导读建议:阅读正文理论之前,建议对如下纲要概述的一些新概念有一定的记忆性印象。对本书有特别的感兴趣的读者可以在浏览正文后再对导读进行阅读总结。