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宇宙学交响乐暨飞碟狂想曲(I).---前言及历史回顾.最近,发现宇宙学突然比较火热,一半是因为宇宙正在加速膨胀的观测结果以及“暗能量”概念的出现….中央台科教频道大力传播“宇宙大爆炸”理论,陈学雷大侠好象是霍金所喜欢的“卡尔-波普的实证主义”的代表之一…李淼大侠则还喜欢海子的诗歌、人择原理(我思故它在)和全息原理(滴水可观宇宙),而且相信暗能量就是“真空零点能”,只要用事件视界来取代哈勃视界,便可很好拟合宇宙正在加速膨胀的数据….最重要的是，俺师傅也开始研究现代宇宙学！.怎么回事？二傻奇怪:难道古玛雅人所预言的(2012年，地球将进入银河系宇宙暗能量密集区)真的那么灵验?…...(注:量子力学路径积分量子化方法的发明者费恩曼大侠曾专门研究过玛雅象形文字的破译…)师傅骂道:二傻胡说!只是因为WMAP使我们到达了精密宇宙学的程度…相对论、量子理论和哲学的所有基本问题在现代宇宙学中正在发生激烈的头脑风暴...最近十年,如果出现有意思的观测结果,可能会出现新物理和新哲学!赶快先回去复习复习宇宙学交响乐!(共四个乐章)”.宇宙学交响乐(第一乐章):经典的慢板.第一节:有人说:“盘古开天地,天圆地方…世界在一个巨大的龟背上!”.第二节:有人说:“宇宙是上帝造的…在七天之内…周末休息!”.第三节:亚里士多德说:“地球是不是方的,而是圆的(《论天》)”.第四节:托勒密说:“没错!地球是圆的,而且在宇宙中央!有8大天球,包括太阳,都绕着我们地球在转…”.第五节:哥白尼(包括其后的开普勒和伽利略)说:“胡说!太阳才是宇宙中心…大家都围绕太阳转!”.第六节:牛顿说:“谁绕谁转不重要!在无穷的时空背景下,我的万有引力能算出来所有星体运行轨道(其实是吹牛!三体引力问题人类目前都算不出来!...庞加莱通过三体引力问题发现了混沌的前身)…”.第七节:康德说:“胡说!我的《纯粹理性批判》用简单的逻辑二律背反,可质疑时间和空间的无限性!”(二傻注:逻辑二律背反就那末神圣不可侵犯吗?).第八节:奥勃斯说:“如果时间和空间背景真的无限,我们应该24小时都能看到一样明亮的天空!”(二傻注:原来无穷大的问题一直就是人类思维的误区啊!).第九节:爱因斯坦说:“时间和空间不是绝对的!是相对的…虽然光速确实是绝对不变的(如麦克斯韦电磁波理论所说和麦克尔逊-莫雷的实测结果)…事实上时空并不是什么背景,而是动力学变量本身!....知道吗?其实是质量造成了时空的弯曲,而时空的弯曲让地球绕太阳转!”.第十节:弗里德曼说:如果爱因斯坦的方程正确,那末宇宙将会膨胀!爱因斯坦说:那我加一个宇宙常数,让宇宙静止下来!哈勃说:我发现宇宙大规模的红移!说明宇宙确实在膨胀!爱因斯坦说:也许宇宙常数是我犯的一个最大错误???.....宇宙学交响乐(第二乐章):量子的行板.主持人量子先生说:“有人喜欢研究形而上学抽象的时空,而我们研究的是真实的世界及其基本构造…原子,基本粒子,及其相互作用…且听听我们怎么说!”.第一节:有人说:宇宙万物乃由金木水火土构成....第二节:德莫特里克说:万物其实由原子构成!.第三节:卢斯福说:“真的有原子!象太阳系…不过电子怎么不辐射衰减?”.第四节:普朗克说:“要解释黑体辐射,电磁波的能量必须分立(量子化)!”爱因斯坦说:光电效应可证明这点!电磁波以光子形式存在!德布罗意说:“俺是外行…也许电子的能量也必须量子化?”波尔说:“好!那电子轨道就有能级…就是不知道怎么算?”薛定谔说:“啊哈!我终于找到了电子的波动方程…”泡利说:别忘了不相容原理!.许多人欢呼:“吔!量子波动方程计算氢原子光谱还真的很准!”.海森堡又说:“如果用几率波的哥本哈根解释,就有测不准原理!”爱因斯坦说:“上帝不会掷殺子!”狄拉克说:“上帝不仅会掷殺子,还会出老千(无中生有--真空虚粒子对产生)!因为如果用上您的狭义相对论,就会有负能量海,里面还有空穴…就是反物质!”.却见玻姆带领一班民科,猛喝倒采:“嘘...全都是胡说八道!先不讨论量子理论中大量的概念含糊不清和逻辑悖论问题...你们能够对经典点粒子做量子化,你们能够对电磁场做量子化吗?”.第五节:量子先生说:完蛋!被抓住命门了...按测不准原理,所有基态都必须存在量子涨落...而电磁场的基态起伏会使电子的质量变成无穷大!谁来解决这个问题啊?.费恩曼,施温格和朝永振一郎说:我们发现可以用无穷大减无穷大的办法,把这些讨厌的无穷大重整化掉....于是,举世欢呼雀跃!.第六节:发现中子,发现质子,发现放射性...发现自旋,理解玻色子和费米子...发现弱力!发现强力!盖尔曼和茨威格说:中子和质子其实是由更基本的夸克构成!有人问:能找到单独的夸克吗?有人说:它们可能被幽禁了....第七节:杨振宁和米尔斯说:我们的Y-M规范场理论可以解释弱力和强力!而且,用重整化方法也可以去掉其量子化过程中出现的讨厌的无穷大问题....格拉斯曼说:重整化方法很怪异!(一个无穷大减去另一个无穷大等于有限?而且是真实的物理量?好象有人为凑数的嫌疑?)...不如用超对称来彻底消除无穷大?超对称要求每个粒子都有一个自旋与其差1/2的超伴侣,所以超伴侣中一定有一个是玻色子,而另外一个是费米子...由于玻色子的基态能量为正,而费米子的基态能量为负,它们的基态能量可以相互抵消!.第八节:许多人在一番考察后,表示反对:时空中的格拉斯曼维(反对易数)更怪异!而且它是否真的能彻底消除无穷大还是个可疑的待明确的问题...无穷大问题本质上来源于点粒子模型,不如用弦来作为宇宙万物的更基本单元?所有粒子都是弦上的驻波?.格拉斯曼说:也好!不过弦也是没有宽度的,好象也会出现无穷大问题(尽管比点粒子模型要好些)?...还是把我的超对称思想加进去为好!宇宙万物的基本单元是超弦!.吔!人们以为找到了万物的理论TOE!.第九节:威腾说:别急!我们真的找到TOE了吗?虽然在大家的共同努力下,我们确实找到了五种相互独立的超弦理论...它们难道都对吗?而且要求时空有10个或11个维数....其他人超弦理论的爱好者说:也许它们确实都对!我们发现了对偶性关系网,暗示它们本质上是等效的,甚至和11维超引力模型也是等效的...它们都表现得象是同一个大理论的不同方面...我们把这个大理论称为M-理论(多重理论或神秘理论)..威腾说:那大家赶紧把M-理论彻底弄明白啊!.大家面带苦色:如果您都搞不明白...我们?嘿嘿!.第十节:霍金的同事,保罗-汤森,突然叫到:弦比点多了一维,如果弦可以作为宇宙万物的基本单元,膜又如何?我建议要更广泛地研究P膜...P=1时就是弦,P=2时就是面膜,P=3时就是体膜...凭什么说P=1的膜才是独一无二?.全世界人民在苦笑:书呆子!您还嫌我们的世界不够乱的啊?您到底是在研究宇宙真相,还是在玩数学游戏啊?.丽莎-郎道尔和拉曼-桑德鲁姆说:膜的概念其实很有启发性!这相当与引入了时空的额外维度...假设我们存在于一张宇宙膜上...假设在我们附近还有另一张宇宙膜...再假设光和物质都只能在膜上传播,但是引力不仅可以在膜上传播,还可以在膜之间传播...那么,我们就可以解释万有引力为何比其它相互作用小这么多!而且还可以解释暗物质或暗能量....举世哗然!(丽莎论文的引用率贼高!).有人问:如果引力可以在膜间传播,那我们的宇宙(我们所在的膜)能量就不守恒了!.丽莎笑笑:谁说我们所在的这个宇宙的能量一定要守恒了?.霍金说:小女子不知天高地厚!...我怀疑你有点民科!...不过我本人也喜欢奇谈怪论和奇思异想,就象惠勒(费恩曼的师傅,支持其学生EVERETT搞的量子多重宇宙说)....于是,有人受到鼓舞:宇宙大爆炸没准就是宇宙膜之间的碰撞造成的!.二傻激动了:我朋友小苹果也说过宇宙大爆炸其实是明暗能量团撞击的结果!.霍金又说:也许吧?也许我们的大宇宙真象开水中的一堆气泡?(请参阅《果壳中的宇宙》,2006年中文版,P194.).二傻又激动了:俺师傅早就说过:宇宙本来就是一锅粥!..====(未完待续)====宇宙学交响乐暨飞碟狂想曲(II).---经典与量子的协奏曲(1).恒星演化.在上篇文章中,二傻算是复习了一下“宇宙学”发展的主线索…后来有朋友批评道:.[错误之一]:那其实是物理学的历史!把所有物理学基本问题都放到“宇宙学”的范畴,有误导嫌疑!.---二傻的回答是:从广义上看,“宇宙学”就是科学的全部!因为宇宙就是我们的全部…我们一直想知道宇宙的终极秘密…我们所能知道的也只能是关于“我们这个宇宙”的东东…也就是您能看到和能想到一切!宇宙中存在您看不到(或者看得到说不出)甚至想不到的东东吗?.---师傅突然打岔说:“有!无用!”…….[错误之二]:对粒子物理的进展说得太少!我们不仅有哈勃望远镜,我们更有巨型加速器…在欧洲核子研究中心!我们快要发现质量的起源了,HIGGS粒子!知道不?.---二傻的回答是:如果您连夸克都无法测到…如果您连胶子也看不见…怎么敢说HIGGS和质量的起源?从这点上看,倒很象宇宙学的现状:如果连暗物质和暗能量是什么都不知道…怎么敢说宇宙的起源?这些貌似真实存在的东东其实只存在于您自己的理论框架之中!.----这时候,霍金举手,说:“没错!…我目前还是比较相信卡尔-波普的科学实证主义(引自霍金的《果壳中的宇宙》,2006年中文版,P31):.科学理论只是一种数学模型,他能描述和整理我们所进行的观测。一种好的理论可在一些简单假设的基础上描述大范围内的现象，并且做出能被检验的确定的预言。如果预言与观测一致，则该理论在这个检验下存活，尽管它永远不可能被证明是正确的。另一方面，如果观测和预言相抵触，人们必须将该理论抛弃或者修正。这时候,隔壁家传来一阵幽幽的天籁声:Youcanseeonlywhatyouwanttosee…Youcanhearonlywhatyouwanttohear…所有人意识到,“宇宙学交响乐”的第三乐章要开始了…….宇宙学交响乐(第三乐章-1):经典与量子的协奏曲(1).恒星演化..画外音(屈原歌其《天问》):.遂古之初，谁传道之？上下未形，何由考之？冥昭瞢闇，谁能极之？冯翼惟像，何以识之？明明闇闇，惟时何为？阴阳三合，何本何化？圜则九重，孰营度之？惟兹何功，孰初作之？斡维焉系，天极焉加？八柱何当，东南何亏？九天之际，安放安属？……这时候,霍金不干了:“又来了!这首歌应该放在第一乐章的…你们中国人,自嘘有上下五千年,别人发现的东东全归你们!OK?其实各民族都曾有自己的《天问》，如希伯来人的《约伯记》，印度人的《梨俱吠陀》，希腊人的《神谱》和冰岛人的《埃达》等等等等…能不能谈点近代的发现?比如说俺的黑洞学说…嘿嘿!”二傻也不干了:“胡说!黑洞是您发明的吗?明明是人家惠勒老先生发明的名词…(惠勒最近刚以96岁高龄仙逝,谨以此文纪念)…”霍金脑袋一歪,笑得象个孩子:“好好好…黑洞这个名词算惠勒发明的,但是其概念很早就有人提出过的啊?最早的好象是剑桥大学的约翰-米歇尔,他在1783年发表的一篇文章就说:如果一个恒星的质量足够大,以致与其“逃逸速度”大于光速(注:地球的逃逸速度为7.6公里/每秒),那末连光子都逃不出其引力范围…将成为一个暗星!”二傻笑道:“那只是牛顿时代的概念…把光当作粒子(或象一颗卫星)来看…后来麦克斯韦证明光其实是电磁波…波如何受引力影响?没人知道!...后来,爱因斯坦的狭义相对论又说:光速是不变的!于是光总能逃出任何大质量恒星!黑洞又从何而来?”霍金说:“二傻只知其一,不知其二!让我们来看看真实恒星的演化过程:感谢原子核物理和天体物理的实质进展,我们知道恒星上正在发生的是核聚变...原始宇宙尘埃主要是氢,它们在万有引力的作用下凝聚成团,引力的势能将转变为氢气团的热能…当其温度达到氢的核聚变阈值温度时,氢将发生核聚变(成氦)…核聚变产生的热压力,将阻止恒星在引力作用下的继续塌缩,形成一种压力平衡,就象我们现在的太阳!”二傻说:“有趣!我们搞了几十年可控热核聚变(如托克马克,如强脉冲激光,如室温核聚变…),就是搞不出来!总是砰的一下,玩完!(氢弹)…人家上