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[原创] 引力与核力

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发表于 2012-8-16 13:23:24 | 显示全部楼层 |阅读模式
我们发现引力与核力之间有着惊人的相似性,她们都属于轴矢量场,除了耦合常数相差很多外,服从几乎一致的对称性。不过仔细想一想,大自然这样设计自有其道理,因为在强引力场的情形,引力最终将会与核力整合。我们认为非常重要的一个发现是,引力其实也是渐近自由的。我们知道,小尺度处的引力相当于一个负压中心,这其实是马赫原理的一种体现,因为引力束缚能要从无穷远处算起。另一方面,由爱因斯坦-薛定谔对偶性(这导致无质量的元激发),无质量的元激发比有质量的情况能量略低,从而产生一个负压中心。
这马上就可以在原子核物理中找到证据,按照液滴模型,原子核的结合能与核子数成正比,即所谓的体积能,而体积能是负的,相当于我们所说的负压中心。因此我们知道,在小尺度上,引力也是渐近自由的。这可以拯救广义相对论,按照牛顿引力论或广义相对论,在黑洞中,质量项之间的吸引力随距离倒数的平方增加,所以导致会导致黑洞的无限坍缩。
按照我们的轴矢量引力论及核力理论,黑洞坍缩是可以避免的,首先,无限坍缩违反重子数守恒定律;因此,我们的引力论可以避免引力与重子数守恒的冲突。在靠近黑洞视界处,重子处于基态,负压可以抵抗重力(我们认为,轴矢量产生的负压可能就是核力的排斥芯的微观起源)。越往黑洞中心,重子将处于激发态,这当然会使质量增加,可是按照QCD理论,渐近自由使得质量增加的效果并不是使它们之间的吸引力增加,反而是使吸引力减少。

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 楼主| 发表于 2012-8-17 10:15:02 | 显示全部楼层

轴矢量场与弦

我们发现了一些与弦有关的结果,希望这有助于提升弦理论的地位。由爱因斯坦-牛顿对偶性,无质量的元激发会生成一条闭弦。我们认为,这条闭弦正是铁磁性的起源,以地球磁场为例,闭弦会与地球的自转耦合,这相当于Dirac意义下的自旋-轨道耦合(这里闭弦代替了轨道的作用),只有当闭弦与地球自转差不多重合时,耦合的强度最强、而能量是最低的。事实也证明如此,因为地球的地理南、北极与磁南、北极差不多是重合的。

但大自然对人类“开的玩笑”却可以证明我们是正确的,地质学家们发现在地球漫长的地质年代,地磁场曾经不止一次地反向。无独有偶,人们与观测到太阳的极区磁场也差不多11年左右反向一次。假如地球或太阳的磁性是由有质量的环流形成的,就比较难于解释极性反转现象了。但假如地球和太阳的磁场是由无质量的弦产生的,那么就比较容易解释极性反转了,因为对于无质量的弦来说,极性反转并不需要消耗能量。

还有,宇宙中磁场似乎无处不在,在普通星体中可以允许有环流存在,可是在行星际物质、星系际物质中绝对不可能存在有质量的环流,因为行星际物质彼此相隔较远,但是由于引力相互作用,它们之间却可以存在元激发,这与朗道费米液体中的零声机制类似。朗道费米液体中分子间无碰撞,所以不能传递普通的声波,但相互作用却允许零声存在。所以我们认为宇宙稀薄气体中的磁性也是由元激发产生的,也就是无质量的闭弦产生的。
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 楼主| 发表于 2012-8-22 09:26:44 | 显示全部楼层

宇宙的自旋

我们发现,哈勃红移其实是光子在给宇宙“充电”导致的一种效应。从哥德尔定理,我们知道只有这样,宇宙才是自洽的。如果光子从遥远的星系发出不经过衰减,必然会导致宇宙的“热寂”状态。如果光子经过哈勃红移,就相当于给宇宙“充电”,这和Maxwell方程组的道理是一样的,变化的电场转换成变化的磁场,反过来,变化的磁场转换为变化的电场。

只有这样,宇宙有自旋,才不会导致悖论;正如哥德尔定理所指出,任何自指的体系都必然导致悖论,广义相对论恰好是一个自指的体系,因此用宇宙的自旋代替广义相对论的宇宙观势在必行。但是,宇宙的自旋与光子的自旋有所不同,我们知道,光子的电场和磁场之间的转换非常频繁,使得光子的自旋为1。而引力本质上是一种三维力,导致宇宙的自旋是1/2。

哈勃红移中光子损失了动量,使得宇宙“收缩”,那么宇宙中何时再将宇宙磁转换成宇宙电呢,我们发现,与电磁场不同,宇宙磁转换成宇宙电遵循一种“延迟爆发机制”,在必要的时候突然爆发出来。很明显,如果允许宇宙永远存在,并且满足所谓的“人存原理”——即还要允许有人类活动,那么在宇宙电和宇宙磁之间转换使宇宙有自旋是唯一合理的解。
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 楼主| 发表于 2012-8-22 09:57:04 | 显示全部楼层

γ射线暴的中心能源

根据量子引力理论,黑洞解类似于牛顿-Laplace黑洞解,其实更像一个超级原子核。我们的黑洞解是没有奇点的,因为引力的荷像重子中的荷,比较“狡猾”,它是一个无穷远点,无穷远点并非本性奇点,当没有物质存在时,是没有意义的,因此彭罗斯的宇宙监督假设并不需要。另外,史瓦西的黑洞解破坏了重子守恒定律,而我们的黑洞解则不会破坏重子守恒定律,那是因为(假设黑洞全部由中子组成)当中子间距离越来越小时,中子会由于强相互作用被激发到高自旋态上,激发到高自旋态相当于额外地提供了排斥力,阻止了黑洞的坍缩。

另外,我们的黑洞有自旋(这不是Kerr解中的自转),当然,当没有物质接近黑洞时,黑洞没有这种由外场感应出来的自旋,但当有大型天体接近黑洞时,黑洞和大型天体都会感应出强烈的自旋,用来存储它们之间引力的结合能,这可以解释γ射线暴的中心能源。目前的γ射线暴中心能源机制称为火球-激波模型,大意是说有一个以接近光速运动的火球不断地发射γ射线暴,可是这个模型有一个致命的问题,中心能源为什么会维持十几天之久呢?

更有甚者,类星体的能源可以维持很多年,又是什么提供类星体的能源呢?目前是用黑洞的吸积模型来解释类星体能源的。而用量子引力就很容易解释这些困惑了,那是因为当有大型天体撞击到黑洞上,都会引发一场类似于核聚变反应的反应,这种超级核聚变反应几乎可以将100%的引力结合能释放出来(吸积模型只能释放50%的引力结合能),我们说过,引力的起源是轴矢量场的粒子-空穴配对。当物质被吸进黑洞时,一是中子的质量会损失一部分(这如同通常的核聚变反应中一样),另外就是引力产生的结合能会被全部释放出来。由这两部分提供的强大能源支持,撞击黑洞的天体就会变得像一个巨大的火球,而且能维持很久。
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 楼主| 发表于 2012-8-22 09:58:11 | 显示全部楼层

奇点定理质疑

在这个意义上,可以认为,广义热力学第三定律是阻止观测者到达Kerr-Newman奇环的物理根源。广义热力学第三定律也将阻止观测者到达任何→-∞的类时奇点。R-N时空、Kerr-Newman时空中的奇点和奇环,都属于→-∞的奇异性。
注意,彭罗斯在霍金等人证明奇点定理时,用的都是“测地线”,按照安鲁效应,测地观测都作的是惯性运动,应该处在绝对零度。
此外,我们还看到了广义热力学第三定律与光速的不可抵达性有着内在联系。时间的无限性、光速的极限性和广义热力学第三定律是相互等价的。在上述意义上,单个的光子可以看作温度为无穷大的物质。我们虽然不能用常规的加速办法把一个电子加速到光速,但却可以用正反电子对湮灭的办法产生出一对光子。这提示我们,虽然不可能用常规的降温方法把物质的温度降到绝对零度。
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 楼主| 发表于 2012-8-22 09:58:46 | 显示全部楼层

热力学第零定律等价于钟速同步的传递性

我们看到,热力学第三定律意味着时间的无限性。人们早已知道,热力学第二定律意味着存在时间箭头,显示时间的单向性。热力学第一定律本质上是能量守恒,它对应着时间的均匀性。此外,热力学还存在一条第0定律,它是否也与时间的属性有关呢?
第0定律是说热平衡具有传递性:如果系统A和B达到热平衡,B与C也达到热平衡,则A与C必定达到热平衡。这条定律保证热力学中可以定义一个叫做温度的参量。
广义相对论中也有一条关于传递性的理论:“同时”的传递性。广义相对论中静置于不同地点的钟,靠光速不变性原理来对准。如果A钟和B钟已经对准,B钟和C钟也已经对准,那么A与C两个钟是否一定对准了呢?如果A与C已对准,就叫做同时具有传递性,就可以在大范围内定义统一的时间。在狭义相对论中已经证明,静置于平直时空同一个惯性系中的钟,同时具有传递性,因此,静置于这个惯性系中所有的钟都可以对准。所以,每个惯性系可以有自己统一的时间。
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 楼主| 发表于 2012-8-22 10:02:05 | 显示全部楼层

热力学第零定律等价于钟速同步的传递性

但是,广义相对论的研究表明,在弯曲时空中同时不一定具有传递性,静置于同一参考系的钟,不一定能相互对准。朗道等人给出了同时具有传递性的条件,也就是说在大范围内定义同时,在时空中建立统一的同时面的条件。我们推测,如果热力学第0定律也反映时间属性的话,它很可能与同时的传递性有关。
研究表明,热力学第零定律的要求比同时传递性的要求要弱一些。为此,我们引入了一个新的对钟等级:不要求钟的时刻对好,只要求钟的速度对好。我们发现,钟速同步的传递性等价于热力学第零定律。本节在“平直或弯曲时空中的平衡热辐射一定表现出普朗克黑体谱”的假定下,证明了钟速同步的传递性与热力学第零定律等价。
现在我们来看,当钟速同步不具有传递性时,对热平衡有什么影响。
爱因斯坦曾经在狭义相对论中讨论过惯性系中的对钟问题。结论是,静置于同一惯性系中的钟,一定可以在光速不变原理的基础上调整同步,即可以在惯性系中建立同时面。由于所有钟的时刻都可以校准同步,钟速当然更可以校准同步。所以在惯性系中,钟速同步具有传递性。按照上述讨论,热平衡当然也具有传递性。这就是说,在狭义相对论范围内,热力学第零定律成立。这与人们已有的知识是一致的。下面我们会看到,在广义相对论范围内,问题将复杂化。
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 楼主| 发表于 2012-8-22 10:02:59 | 显示全部楼层

结论

我们把系统热平衡时,辐射具有普朗克黑体谱,看作一条基本的物理规律。以此为基础,在平直和弯曲时空中,证明了热力学第零定律等价于钟速同步的传递性。
我们具体给出了钟速同步所要求的几何条件。它比建立同时面的条件要弱。狭义相对论中的惯性系满足这一条件,但并不是任何时空中的任何参考系均满足这一条件。我们证明了凡满足这一条件的时空,目前表述的热力学第零定律均在其中成立。
另一方面,在第零定律成立的时空中,一定可以找到一个“钟速同步具有传递性”的坐标系,换句话说,第零定律将对时空作出限制,其中能够找到“钟速同步”坐标系的时空,才是物理的,才真正存在。当然,也有另一种可能:存在着热平衡不具有传递性的时空,这就需要我们进一步发展热力学,包括改写目前形式的热力学第零定律。
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 楼主| 发表于 2012-8-22 10:03:34 | 显示全部楼层

引力、热与时间

物理学中有两个特别值得注意的领域:一个是广义相对论,一个是热力学。除去广义相对论之外的所有物理领域,都把时空看作不依赖于物质及其运动的背景和舞台。只有广义相对论认为时空背景不能脱离物质和运动。它们之间相互影响,物质和运动会使时空弯曲。另一方面,除去热力学之外的所有物理领域,都不认为时间有方向,都是可逆的、时间反演成立的理论,都是绝对零度的理论。只有热力学,它的第二定律显示出时间箭头,认为时间有方向,认为真实的物理过程应该是不可逆的。
物质的所有属性中,只有“热”和“引力”两种属性是万有的,任何物质形态都有。万有引力和热运动都不可屏蔽,所谓的绝热壁只不过是一种想象的东西。因此我们认为,任何不考虑“热”的引力研究都会碰到不可逾越的困难。另一方面,狭义相对论的热力学理论至今存在问题,更不用说广义相对论的热力学了。实际上,热学理论至今未能纳入相对论的框架。
恒星和星系之所以能够存在,是靠着万有引力把物质凝聚在一起,又靠着热运动的排斥作用,而使物质不至于在引力作用下无限制地塌缩。热与引力是维持恒星和星系生存的一对矛盾,一个起排斥作用,另一个起吸引作用,最后达到一定的平衡。万有引力作用发展到极端形成的奇点,与违背热力学第三定律、完全不考虑热效应有关。可见,热与引力具有深刻的本质联系。引力不是真正的力,它不仅是进空的弯曲,而且与热不可分割。
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 楼主| 发表于 2012-8-22 15:46:51 | 显示全部楼层

黑洞自旋的证据

我们发现,黑洞有自旋,有什么证据呢?我们发现,伽马射线暴的中心引擎似乎就是实验证据。现在,人们总是用火球激波模型作为标准模型,但火球激波模型只能解释伽马射线暴的余辉,中心引擎仍是悬案。目前已经观测到几例伽马射线暴与超新星爆发成协的实例,我们知道,目前对于超新星爆发是用中微子延迟爆发机制来解释的。

我们发现,延迟爆发正是轴矢量的特点,还是以宇宙的自旋为例。我们将哈勃红移解释为光子将动量传递给宇宙,但这种传递明显会偏向一边,因为光子没有静止坐标系,但如果存在一个反方向飞行的光子也将其动量传递给宇宙,那么这种宇宙电变成宇宙磁的过程就可以达成平衡。可见,这种机制类似于通过某个中间物体的“超交换”机制。但是,这种宇宙电变成宇宙磁的过程不会立刻就反转过来,而是要等到合适的机会通过某种延迟爆发出来。

由于黑洞服从“三毛定理”,弦理论家和黑洞物理学家早就认为黑洞与基本粒子有相似之处,但黑洞带的是自旋,这就与基本粒子有天壤之别,我们发现黑洞有自旋后,黑洞就确实很像基本粒子了。另一方面,我们可以用经典的广义相对论来模仿出自旋,那就是存在一个黑洞,同时存在一个白洞,黑洞与白洞之间通过虫洞联接,然后用动态重正化使它们有自旋。
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 楼主| 发表于 2012-8-22 16:09:39 | 显示全部楼层

黑洞自旋的证据

目前普遍认为,伽马射线暴是大质量恒星的临终坍缩造成的。我们发现,其实任何较大质量的物体撞击到黑洞上都会引起强烈的伽马射线暴。原因是按照我们的解,黑洞其实类似于一个量子液体,总是处于排斥力和吸引力近乎平衡的状态。正所谓“宁静以致远”。

当有一个大质量物体撞击到黑洞上时,这种平衡会被暂时打破,但黑洞必须想办法恢复平衡。此时,黑洞与撞击物体会临时形成一个类似于黑洞、白洞、和虫洞关系的凝聚体,我们不妨称之为瞬黑洞、瞬白洞和瞬虫洞,瞬黑洞会吸收母黑洞与撞击大质量物体的引力能,瞬虫洞会将引力能传递给瞬白洞,然后通过瞬白洞释放出来,这种方式传递的引力能近乎100%。可以看出,这种机制是伽马射线暴的中心引擎的最简单、也最完美的解释。

黑洞只是一种极端的情况,其实,这种“三位一体”的方式也适用于解释超新星的延迟爆发机制。大质量恒星临终坍缩时,不断有物质落到内核上,造成一个外压力场,轴矢量将外压力场转换成内压力场。到某个临界点(虽然我们并不知道临界点的详细情况),会有一个瞬间的超流将内核与被爆炸抛射的物质联接起来,但这也导致了对称性破缺,本身内核和被抛射物体都是各向同性的,但超流爆发导致被抛射物质和内核必需选择一个方向,使得爆发时产生的中子星被以很大的力“踢出”,人们观测到,通常爆炸后的中子星残骸会以1000km/s的速度高速运动,以前的爆发模型都无法解释这个现象,而我们的模型就可以理解中子星残骸被“踢出”的微观原因。
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 楼主| 发表于 2012-8-24 12:07:16 | 显示全部楼层

赝能(隙)是体积能(隙)

我们发现,大自然其实是一位“理想主义”者。我们从射影几何出发,量子力学从Hilbert空间出发,这两种空间都是抽象空间,抽象空间当然容易处理,但人们总要回到现实的物理空间,难免会有碰撞与冲突的发生,此时仍然还是那么完美吗?答案似乎是肯定的。大自然似乎会忽略掉碰撞和冲突(或者是联合与束缚)的细节仍然保持着一种完美的姿态。

以铜氧化物高温超导体为例,虽然人们并不知道配对的具体细节,但已经能够理清楚高温超导的对称性,就是因为不管库珀对的怎样形成的,但形成后的分析却与具体细节无关。那么,高温超导体的配对机制又是什么呢?我们也基本上搞清楚了,我们发现,强相互作用似乎也是普适的。过去在原子物理中,由于轴矢量的效应很弱,人们通常忽略了这一点。其实核力是一种交换力,而人们最初发现交换力是在原子物理中,从Heisenberg铁磁模型开始的。

由于知道核力是一种轴矢量场,就很容易理解为什么铜氧化物高温超导体是通过强相互作用配对了。此时的赝能隙其实相当于原子核液滴模型中的体积能,这可以解释为什么赝能隙与超导相变不同步,因为体积能的局域性较强。根据Ginzburg-Landau理论,在超导相变中起作用的实际上是表面能(这是二维的),而体积能是三维的。
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 楼主| 发表于 2012-8-24 12:23:39 | 显示全部楼层

赝能(隙)是体积能(隙)

换句话说,赝能隙实际上起到的是“以太”的作用。而BCS的能隙实际上相当于赝能隙上的元激发。还有另外一个例子,也能够展示高温超导与强相互作用之间的相似性,那就是马梯亚斯的3、5、7定律,用传统的能带理论无法解释这个现象。我们从极矢量与轴矢量的对偶性能够推导出G宇称,因为极矢量与轴矢量的对偶性相当于双重几何与单重几何的对偶性。G宇称意味着在强相互作用中,总是产生奇数个π介子,偶数个π介子是被禁戒的。

因此马梯亚斯的3、5、7定律的起源其实与G宇称很相似,用能带论无法推导出这个结果,但我们根据极矢量与轴矢量的对偶性很容易推导出这个结果。令我们比较吃惊的是,不光高温超导电子的配对展示的是轴矢量预配对的结果。人们传统上认为的很多经典现象其实可能是量子化的。以铁磁性为例,如果铁磁体的磁化能也是体积能,那么就可以得出临界指数β=1/3的结果,而朗道关于二级相变的平均场理论给出的是β=1/2。

我们看到,朗道的理论也不全错,这其实与能隙和赝能隙之间的关系是一样的。同样,运用轴矢量的观点,也很容易得到涨落关联的临界指数ν=2/3的结果。我们还可以从微观上解释为什么重正化群展开系数ε=1时与实验结果吻合最好,按照重正化群理论ε越小越好,ε=1这种展开系数是无法容忍的,而动态重正化恰好要求ε=1最好。
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 楼主| 发表于 2012-8-28 11:28:49 | 显示全部楼层

宇宙自旋的证据

在宇宙最大的尺度,确实到处展示了宇宙自旋的证据。例如,Rubin和Ford等从1976年开始测量了星系的本动速度(peculiar velocity)。我们知道,地球围绕太阳公转的速度是30km/s,太阳围绕银河系公转的速度是240km/s,而银河系的本动速度是600km/s。目前还没找到宇宙更大尺度上的数据,但按照我们的理论,宇宙更大尺度上的本动速度应该更块。另一方面,宇宙在大尺度上不仅有很多星系组成的“长城”,也有缺乏可见物质的“空洞”(voids)。

实验观测到的事实是,越靠近宇宙的更大尺度,天体运行的相对速度更快。按照大爆炸理论,这是无法理解的。因为这破坏了哥白尼原理,即宇宙在大尺度上应该是各向同性并且大致均匀的,不应该有如此大的涨落。但假如宇宙有自旋,那么确实应该在更大尺度上,天体的本动速度越快,这是宇宙小尺度上的涨落根据牛顿-庞加莱统计累加起来的结果。但这种大尺度的涨落并不破坏哥白尼原理,因为宇宙的本底确实是各向同性并且大致均匀的。

假如宇宙有自旋,还可以解释高能宇宙线的来源问题,最高能的宇宙射线比地球上加速器能够提供的能量高万亿倍。因为宇宙有自旋意味着宇宙本身就是一个宇宙尺度的粒子加速器,这样粒子从出发地开始不断地被加速,当到达地球时确实可以加速到很高的能量。
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 楼主| 发表于 2012-8-28 14:16:49 | 显示全部楼层

宇宙自旋的证据

我们发现大自然似乎有“自我意识”,并且有非常“可爱”的一面。例如,超新星爆发后的中子星残骸总是被很大力的“踢出”去,由于这种踢出的速度通常大于1000km/s,所以中子星最终将摆脱星系的引力,逃离到茫茫的星系际宇宙空间中去。这当然有非常重要的意义,首先可以解释为什么超新星残骸似乎都“失踪”了的问题,按照超新星爆发的频率,银河系中应该有很多类似于著名的蟹状星云一样的超新星遗迹,但事实上人们很少观察到,超新星的遗迹似乎都“失踪”了。我们现在知道,这可能是中子星都已经逃离出银河系的结果。

将中子星残骸“踢出”有另一方面的重要意义,中子星的核燃料都已耗尽,留在星系里会起到阻碍新恒星形成的负面作用。以太阳系为例,太阳系的金属丰度很高,这样才能够形成四个类地行星,这就需要在太阳系形成之前的1亿年左右发生超新星爆炸,超新星爆炸将产生太阳系形成所需要的重元素,如果中子星残骸仍留在原地,无论如何太阳系也不可能形成。

从“党的路线”来说,广义相对论太偏激了,不是有点“左倾”就是有点“右倾”。实际的大自然却喜欢“走钢丝”,也就是吸引与排斥抗衡,这与我们从射影几何导出的结论一致。这有两方面的证据,一是核力确实展示了吸引与排斥抗衡的结果。二是,按照广义相对论,黑洞的吸引力很强,是不可能形成喷流的,而类星体与AGN都有很强的喷流,黑洞产生喷流当然是大自然“走钢丝”的结果。因此,我们决定还是跟着大自然一起“走钢丝”。
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 楼主| 发表于 2012-9-1 09:28:39 | 显示全部楼层

全息原理

我们认为用宇宙自旋来解释哈勃红移会比大爆炸理论要好,因为大爆炸理论面临一堆的问题,详情可以参见中国科大出版社的《天体物理导论》一书。大爆炸理论最大的问题就是宇宙从哪里来(上帝创造的)?又往哪里去(难道宇宙最后的下场就是变成一堆垃圾)?谁来拯救宇宙?我们的宇宙自旋理论显然没有这些问题,但宇宙自旋理论与大爆炸理论面临同一个问题,也就是我们上面叙述的最后两个问题。如果宇宙中的过程不能逆转过来,那么宇宙面临的就是所有物质最后统统变成垃圾的问题。我们认为全息原理和黑洞自旋或许能够解决问题。

由于有DNA,所有生命都是从一个细胞开始的(你可以将这看成是抽象时空与物理时空的对偶性),因此生命都遵守全息原理,这种全息原理与马德西纳的全息原理并不是一回事。除此之外,还有一种全息原理,那就是量子化的物质都遵守某种全息原理。我们称之为广义庞加莱复现原理,其基础是量子粒子的全同性。宇宙中的一个电子与另一个电子是全同的。同时,稳定的原子、原子核也遵守广义庞加莱复现原理;例如,宇宙中的一个铁56原子也和另一个铁56原子是全同的,一个铁56原子核与另一个铁56原子核也是全同的。因此,只要在基本粒子的层次上,宇宙中的过程能够逆转过来,似乎宇宙中的一切都可以轮回。
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 楼主| 发表于 2012-9-1 09:52:00 | 显示全部楼层

全息原理

如果没有全息原理,多电子原子通常有几十个电子,原子核通常有几十个或几百个核子,由于庞加莱三体运动的不可解性,那么原子或原子核应该是处于一种混沌状态。而事实上,我们观察到的稳定的原子或原子核没有任何迹象显示出混沌的可能性。因此必定是全息原理起到了稳定原子或原子核的作用,实际上可以通过爱因斯坦-薛定谔对偶性推导出全息原理。

还可以从数学的角度来看待宇宙,假如我们将整个宇宙看成是一台超级的并行计算机,通常的计算机都会遇到内存耗尽的问题,我们的宇宙也有这个问题,例如太阳公公似乎就在竭力地使用宇宙的“内存”。在计算机中为了解决内存耗尽问题,需要一个垃圾收集器(例如Java虚拟机中的垃圾收集器),我们发现,在宇宙中,黑洞似乎扮演的就是垃圾收集器的角色。

就算是有了垃圾收集器,计算机仍旧难免死机的命运(例如很多网站就经常死机),通常的做法是人工重启计算机或者利用一个Watchdog重启。按照宇宙的标准模型,即大爆炸理论,我们的宇宙最终也将处于“死机”状态;假如宇宙有自旋,那么宇宙就可以是一个自治的系统,我们发现,在宇宙中扮演Watchdog角色重启宇宙(一切重头再来)的可能也是黑洞。
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 楼主| 发表于 2012-9-1 15:21:03 | 显示全部楼层

引力、热与时间

因此我们认为,任何不考虑“热”的引力研究都会碰到不可逾越的困难。广义相对论中的奇点困难就是其中之一。广义相对论的场方程本质上是绝对零度的方程。在不考虑热效应的情况下,得出了奇点定理,导致了严重的奇点困难。广义相对论中的另一个基本困难,引力场量子化的困难,也可能与不考虑“热”有关。如果讨论有限温度下的引力理论,也许能同时克服奇点困难和引力场量子化中碰到的困难。另一方面,狭义相对论的热力学理论至今存在问题,更不用说广义相对论的热力学了。
一个匀速运动的物体,与静止的同种物体相比,其温度升高、降低还是不变?现在居然有三种答案,而且谁也说服不了谁。实际上,热学理论至今未能纳入相对论的框架。广义相对论告诉我们,引力与时间有关,上面又谈到引力与热有关,热与时间有关。我们朦胧地看到一个重要的三角关系。讨论向我们展示了热力学定律与时间属性之间的深刻而本质的联系。
人们早已知道,热力学第二定律显示出时间箭头,指出时间是有方向的。人们也早已知道,能量守恒是时间均匀性的表现。热力学第一定律,就是能量守恒定律,它告诉我们,时间是均匀流逝的。
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 楼主| 发表于 2012-9-1 15:22:03 | 显示全部楼层

引力、热与时间

在本章的讨论中,我们把热力学第三定律推广为包括温度上限的形式,即广义热力学第三定律,它告诉我们温度的定义域是一个“开域”,不包括上限和下限。在通常的热力学系统中,此定律可以表述为:不能通过有限次操作,把系统的温度降低到绝对零度或升高到无穷大。对于负温系统,它就是通常的表述形式:不能通过有限次操作,把系统的温度降低到+0K或升高到-0K。
我们指出,奇点定理是违背广义热力学第三定律的情况下证明的。广义热力学第三定律将阻止时空出现奇异性(奇点和奇环)。第三定律不仅禁止裸奇异出现(宇宙监督假设),而且干脆禁止任何奇异性出现。奇点被看作时间的“端点”(此端点本身不属于时间)。
奇点的存在表明时间的有限性,有一个有限的开始,或有一个有限的结束,或者既有有限的开始,又有有限的结束。广义热力学第三定律排除奇点,就保证了时间的无限性。所以可以说,热力学第三定律表明,时间是无限的,既没有开始,又没有结束。
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 楼主| 发表于 2012-9-1 15:22:39 | 显示全部楼层

引力、热与时间

在本章中,我们指出了热平衡的传递性等价于钟速同步的传递性。阐述热平衡传递性的热力学第零定律,原意是告诉人们可以定义统一的温度概念,现在我们指出,它也意味着可以定义统一的“钟速”概念。其本质就是在时空中定义统一的时间。它几乎也就是在时空中定义同时面。因此可以说,热力学第零定律表明,时间是可以在时空中统一定义的。即,第零定律要求时空中至少存在一个可以统一定义钟速(统一定义时间)的坐标系。
如果认为钟速同步不具有传递性的时空,以及具有奇异性的时空,都是现实存在的,那么,热力学定律在这类怪异的时空中将不成立,或者需要修改。我们认为,更有可能的是,热力学定律将排除上述怪异时空的存在,也就是说,上述怪异时空是非物理的。
我们看到,引力、热与时间之间存在着本质联系,同时看到,热力学的四条定律都与时间的本性有关:第零定律表明,时间是可以定义的;第一定律表明,时间是均匀的;第三定律表明,时间是有方向的;第三定律表明,时间是无穷无尽的,既没有开始,又没有结束。
经过一个世纪的努力,当又一个新世纪来临之际,物理学似乎再次处于重大变革的前夜。建立有限温度的引力理论,搞清楚热、时间与引力之间的三角关系,很可能是新变革的起点。
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