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我对离散时空,离散运动的探索

已有 3815 次阅读 2014-8-6 13:32 |系统分类:科研笔记

时空,运动是连续的。这是我们的常识:两个点中间总能再找到一个点;运动过程中某一时刻物体位于某一空间位置,经过任意小的一段时间,物体肯定也到了另一个与之前不同的空间位置处;连续的运动产生一个轨迹,或者是一个圆,或者是一条直线等等。总之一切实际经验都指向时空,运动是连续的。

在我十四岁还是一个初二学生的时候,那时迷恋于通过纯粹思维,理想实验来思考物理问题。有一天在思索另一个物理问题,倦意来袭,我停下来,把玩起手边的橡皮。顺手把它往上扔去。看着橡皮上升,到了最高点,又回到我手。刹那间脑海中灵光一闪:橡皮的运动有一个最高点,那么在这个最高点处橡皮停留了多长时间呢?如果说停留时间为0,那怎么能说橡皮到过那一点呢?如果停留了一段时间,那么这段时间是多长?这时我已经坐不住了,飞快起身在房里来回踱步。

我的脑海中不停地继续思索,马上意识到这不仅是最高点的问题而已。事实上,在运动过程中的每一个位置,都可以提出这样的问题。也就是说,我们一直习以为常的连续运动观念,并不是一定正确的。这只是我们的一种约定,就像相对论之前我们约定时间空间不因参考系的选取而变一样。而这种约定很有可能是站不住脚的。如果运动是不连续的,时空是离散的(时空的离散结构造成的运动的不连续),如果我们把这一观点当做世界的真实规律,没有人可以从逻辑上驳倒它。当然,在经过了好长一段的思索后(将近三年),我也确信了同样不能从逻辑上驳倒连续运动,它已为先人们发展起来的微积分等数学工具巧妙地包装起来,并且很精确地描述了自然,它在逻辑上是自洽的。于是问题对当时的我来说变得清晰起来:时空的结构(连续or不连续)对物理乃至整个自然科学有多么重要,这不必多言了。不可能从逻辑上证明哪一个正确,那么我们应该寻求实验的帮助。用实验进行判决!

最简单最直接的想法是:用一种能探测物体位置的装置(可以是靠接收物体发出的波或射线进行探测)考察物体的运动。这样的装置需要反应时间:物体发出的波传到该装置,它进行解读最后计算出物体的位置。设这段时间为t1。过了t1时间,再处理第二个波。把这个流程详细地表述出来,如下:

 

T0(时刻):物体位于x1发出第一个波;T0+t1时刻装置计算出物体位置x1

T0+t1+t2(时刻) +t2是因为假设物体不是一直在发射波的,而是隔一段时间发射一次):

物体位于x2 此时从物体发出的波将成为装置接受到的第二个波;T0+2t1+t2时刻装置计算出物体位置x2.

 

不连续运动的具体模式还不清楚(即最短时间间隔,最短空间间隔对于不同的运动怎样组合,它们是否会因外场而变),但假如在t1+t2这段时间里物体并没有改变位置(x1=x2),这对不连续运动是有可能的,那么我们就从实验上证实了运动的不连续性。当然这样的方案只是一种理想化的说明而已,探测装置本身也在时空中,也是靠“内部结构运动”来记录信息,很可能由于其自身的不连续与物体不连续运动间的制约关系而测不到这样的效应。“自然又巧妙地掩饰了自己。”所以在理论没有完全建立起来时,很难找到有说服力的实验论证到底是连续or不连续。

这一切在我高中三年里已十分熟悉了。接下来的想法就是先不管别的,而是直接以时空,运动不连续为原理(假设),建立起一个理论来。看看这个理论将有什么样的不同于经典的预言。

在这期间又有一件事情更加坚定了我这样做的决心:那是在高二时,刚刚学习波的知识。看着波长,波峰,波谷,周期性这些概念,我总是有一种莫名的熟悉。这感觉一直停留在心里。不知是第几次了,直到那次,像往常一样注视着波形和边上的图注时,我突然明白了:如果物体是不连续运动的,隔一段时间跳到另一个空间位置,那么这跳跃的距离不就像极了波动中的波长么?粒子的位置,就像波峰和波谷。而间隔的时间,就好像波的周期。这样的相似性当时我只觉得好玩,直到高三时读了一些量子方面的科普书(那是我最初接触量子的时候),我自己都被惊讶到了:量子的科普给我留下几个深刻印象:1不连续性2波粒二象性。而这两点在我不懂量子力学的时候就已经因为对于不连续运动的思考而出现在我脑海中了。那时的我隐约地感觉到一种宿命的味道,虽然这只是些模糊的概念,印象之间的联系,而且不知对错,细节。但对我确立今后的目标却已足够:我将要把搞清运动时空是否是连续的,以及它可能对量子力学产生的影响,作为长久奋斗的目标。

仔细想想就会觉得神奇:时空可能是不连续的。就像电影是一帧帧的图片组合起来,快速播放让我们看起来是连续的一样,我们生活于其中的真正的时空,也是不连续的。这一切能与量子扯上关系。我就带着这样的好奇开始了大学生活。

接下来简要地说一下大学四年思索的收获以及对于即将开始的研究生生涯的一些展望.

量子力学我学的很认真,且多是自学,思考基本问题。我知道波函数的本体问题,测量坍缩问题,概率问题,这些问题是量子力学的基本问题。由于对于不连续运动的深入思考,我从来都不把实证主义以及哥本哈根学派的解释认真看待。我也从来都没有相信这样一种说法:人类对于自然界的认识已经到了极限,量子力学的怪异就是这极限的反应。我很清楚一点:我们永远没法真的研究自然本身,我们研究的,渴望弄清的是自然带给我们的各种经验间的规律。但这并不表示波函数就是那个“没法研究,理解,只能承认的自然”,其实这是一个信念问题,我就是相信我们还远远没有达到那个“只能承认的终极自然”,波函数只是这样一个探索过程中的一段插曲,它肯定会被一个更巧妙,更简洁,更能为我们接受的概念取代。而不连续运动很可能就是取代它的东西,甚至可以这样自信地说:人们以连续运动为假设,发展了理论物理,研究出了量子力学描述微观客体,但其基础原理却不能让人们满意。原因何在?就是这个连续运动的假设出了问题!是时候把它变一下了,变了它,如今一切的问题都将迎刃而解。

而对于不连续运动本身,我也有了更深的理解。我希望通过时空的结构来说明运动的不连续。也即时空本身是不连续的,从而导致运动的不连续。赋予时空一种几何性质从而解决物理的问题,这被广义相对论证明是可能的,并且广义相对论的正确也表明时空确实具有某种结构。那么把不连续赋予时空就是可能的了。

另外,关于量子测量问题,坍缩,我也有自己的思考。我想到了一个很巧妙的基于不连续运动解释这些问题的方法。概率的出现也将变得自然而然。这一切不需要引力或多世界这些概念,只要承认时空,运动的不连续性即可。

关于光速的不变性,质能为何相等,我认为也有可能通过不连续时空加以阐明。

以上这些就是我近十年思考的所得,还只停留于想法阶段。接下来的两年我将在中科大做量子计算方面的研究生。这一方面可以让我学习到量子实际应用方面的知识,一方面也可以反过来促进我对量子基本问题的探索。我相信不连续时空与运动会成为最终成功解决量子基本问题的理论。

 

 



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