太极初开,阴阳合抱,阴中含阳,阳中含阴,阴阳合谐,相辅相成,这就是世界的本原,也是波粒二象性的本质。原来,世界的本原与波粒二象性的本质是相通的……
①阴阳合抱(第一种波粒二象性——波与粒子是完全平等的,由爱因斯坦1905年揭示)
②阴中含阳(第二种波粒二象性——粒子在运动上具有波动性,由德布罗意1923年揭示)
③阳中含阴(第三种波粒二象性——波在结构上具有粒子性,由甘永超1994年揭示)
第一种波粒二象性——“光的波粒二象性”由爱因斯坦1905年揭示、密立根1916年用实验验证,曾颁发“理论(1921年)”与“实验(1923年)”两个诺贝尔物理奖。它揭示了微观客体可以弥散形态(波)或凝聚形态(粒子)这样两种不同的形态存在(如图1中π的左、右两部分,其中的“波”与“粒子”都是客观实在,但它们在存在的时间上却相互错开,满足一定条件时还可以相互转化)(自然注:实际上这种认识还可前进一步,即立位于零去关注波粒二相的完全统一。这样必然具有三种客观存在的状态:粒子态、波态和零子态。粒子态有形;波态有象;零子态无形无象,与真空基态为完全相融。零子态表征的太极必然是双s而非单s,且存在中宫空如之地)。
第二种波粒二象性——“实物粒子的波粒二象性”由德布罗意1923年揭示、戴维孙和小汤姆孙1927年用实验验证,也曾颁发“理论(1929年)”与“实验(1937年)”两个诺贝尔物理奖。它揭示了当微观客体以“粒子”的形态存在时,“粒子”在运动上具有波动性(第二种波粒二象性,见图1中π的右半部分:其中的“粒子”与“波”同时存在但它们存在的形式却是一“实”一“虚”,“波”是“粒子”存在的反映(说明“粒子”在运动上具有波动性),两者不能互相转化)。
第三种波粒二象性——“经典电磁场在结构上具有粒子性”由博主于1994年用严谨的数学推理揭示(将Dirac1927年所做的电磁场按模式分解进一步推进到电磁场按光子对应分解,从而使每一个“电磁基波”的能量、动量、角动量都能与一个同频光子的能量、动量、角动量分别对应相等)。它揭示了当微观客体以“波”的形态存在时,“波”在结构上具有粒子性(第三种波粒二象性,见图1中π的左半部分:其中“波”与“粒子”同时存在但它们存在的形式却是一“实”一“虚”,“粒子”是“波”存在的反映(说明“波”在结构上具有粒子性),两者不能互相转化)。而在此之前经典电磁场却一直是连续的、根本没有分立的概念。
《西游记》中孙悟空的形象在我国是妇孺皆知。我们不妨利用吴承恩所想象的“孙悟空”的故事来帮助我们理解“π型三重波粒二象性”。假设我们所研究的对象(光)像孙悟空一样,具有七十二般变化……
当孙悟空变成一群粒子(光子)的时候,孙行者的真身就消失了,我们所能看到的是一群粒子,而这群粒子是由孙悟空变化而来的,故与其它的粒子有所不同,它们在运动上具有波动性。
当孙悟空变成一团弥散的电磁波的时候,孙行者的真身也不见了,我们所能看到的是一团弥散的电磁波,而该团弥散的电磁波也是由孙悟空变化而来的,故与其它的波也有所不同,它在结构上具有粒子性——可以看作是一系列“电磁基波”的叠加,而每一个“电磁基波”的能量、动量、角动量都能与(上一状态)那群粒子中的某一个粒子(光子)的能量、动量、角动量分别对应相等。所以,一团弥散的“电磁基波”就相当于一个“准粒子”(我们不妨把这个与“电磁基波”相当的“准粒子”命名为“虚光子”。一个“虚光子”的能量、动量、角动量与一个“实光子”的能量、动量、角动量是完全对应相等的,只是没有“实光子”的凝聚形态,而是以一团弥散的“电磁基波”的形式出现)。
如此,“一群粒子(光子)”与“一团电磁波”就都是孙悟空的化身,两者之间可以相互转换,它们都是两种真实的存在。但是,孙悟空的这二种(存在形式)化身却不能同时出现(就像白骨精变成老翁、老妇、少女一样),必须在存在的时间上相互错开。这就是“第一种波粒二象性”(如下图中“π”上面的“一横”所示,相当于爱因斯坦1905年揭示的光的波粒二象性)。
当孙悟空变成“一群粒子(光子)”的时候,这些粒子(光子)在运动上具有波动性。此时的“波”与“粒子”虽然是同时存在,但是,它们在存在的形式上却又不相同:此时,“粒子(光子)”是一种真实的存在,而“波(光子的德布罗意波)”却是一种虚假的存在,是那些“粒子(光子)”存在的反映——“粒子(光子)”在运动上具有波动性。这就是“第二种波粒二象性”(如下图中“π”的“右半边”所示,相当于德布罗意1923年揭示的实物粒子的波粒二象性)。
当孙悟空变成“一团弥散的电磁波”的时候,这团弥散的电磁波在结构上却具有粒子性。此时的“波”与“粒子”虽然是同时存在,但是,它们在存在的形式上也不相同:此时,“波(电磁波)”是一种真实的存在,而“粒子(虚光子)”却是一种虚假的存在,是一种“准粒子”,是那些“波(电磁波)”在结构上具有粒子性的反映。这就是“第三种波粒二象性”(如下图中“π”的“左半边”所示,相当于甘永超1994年揭示的“经典电磁场在结构上具有粒子性”)。
所以“波粒二象性”难于理解,让很聪明的人都犯糊涂,就是因为有这样三种“波粒二象性”搅和在一起,而我们又没能有效地把它们加以区分,于是,就有了“波”与“粒子”的模棱两可、扑朔迷离、亦波亦粒、非波非粒、真真假假、虚虚实实、同时异态、同态异时……
我们需要孙悟空的火眼金睛,才能有效地区分这“三种波粒二象性”。很显然,“第一种波粒二象性”是“本质上的波粒二象性”,它所涉及的“波”和“粒子”都是真实存在的物质,是平等的,只不过在“存在的时间”上相互错开而已;而“第二种波粒二象性”和“第三种波粒二象性”却是“现象上的波粒二象性”,它们所涉及的“波”和“粒子”是不平等的,一个是真实存在的物质,而另一个却是前者存在的反映,是意识!这种“现象上的波粒二象性”就像“树”与“树的影子”一样,虽然两者同时存在,但它们在“存在的形式”上却具有本质的区别:一个是真实的存在,而另一个却是虚假的存在,是前者存在的反映。
前面我们已经对“孙悟空”变成“一群粒子(光子)”与“一团电磁波”的情况做了分析。现在,我们将对“孙悟空”是怎样在“一群粒子”与“一团电磁波”之间进行变化的过程进行一番剖析。
很显然,“孙悟空”可以先变成“一群粒子”,再变回它的原形,而后,又由其原形再变成“一团弥散的电磁波”。不过,这样变化起来有些麻烦,减缓了变化的速度,在实战中一旦与妖魔斗法,在气势与速度上就先输了一成,聪明伶俐的“孙悟空”当然不会这么干,他很可能在“一群粒子”与“一团电磁波”之间直接进行变化。那么,“孙悟空”又是怎样在“一群粒子”与“一团电磁波”之间进行变化的呢?
让我们先回忆一下《西游记》中对“孙悟空”与“二郎神”之间一段斗法的描述吧:那大圣趁着机会,滚下山崖,伏在那里又变了,变做一座土地庙儿,大张着口,似个庙门,牙齿变做门扇,舌头变做菩萨,眼睛变做窗户。只有尾巴不好收拾,竖在后面,变做一根旗竿。真君赶到崖下,只见一间小庙,急睁凤眼,仔细观之,却见旗竿立在后面,笑道:“是这泼猴了!他今又在那里耍我。我也曾见过许多庙宇,却从不曾有旗竿立在后面的,断是这畜生在捣鬼!倘若哄我进去,他便一口咬住。我怎肯进去?等我先捣窗户,再踢门扇!”
悟空听得,心惊肉跳。“好狠!窗户是我眼睛,门扇是我牙齿。若捣了眼,打了牙,却如何是好?”扑的一个虎跳,又冒在空中不见了。
由此可见,“孙悟空”的变化,是有着一种基本单元的对应关系的。那么,“孙悟空”又是基于一种什么样的对应关系而在“一群粒子(光子)”与“一团电磁波”之间进行变化的呢?这得借助于一位中国科学家的工作。他在许多年以前就基于严谨的数学推理而完成了“经典电磁场按光子的对应分解”。也就是说,他从数学上严格证明了可以把“一团电磁波”看作是一系列“电磁基波”的叠加,而每一个“电磁基波”的能量、动量和角动量都能与一个相应光子的能量、动量和角动量分别对应相等!一旦在“光子”与“电磁基波”之间建立起了这种对应关系,那么,“孙悟空”就可以“作法”了。只要将“一群粒子(光子)”中的每一个粒子都变成一团与之相对应的“电磁基波”,那么,这些“电磁基波”的叠加就是我们所需要的那团“电磁波”!反之,将“一团电磁波”中的每一团“电磁基波”都变成一个与之对应的“光子”,那么,这些“光子”的集合也就是我们所需要变成的那群“粒子”了。
由于“孙悟空”法力无边,无所不能,甚至还敢大闹天宫,所以,他可以在“一群粒子(光子)”与“一团电磁波”之间变来变去(其实,也就是“光子”与“电磁基波”之间的变来变去)。然而,一旦回到我们的物理现实,凝聚态的“光子”与弥散态的“电磁基波”要在极短的时间内完成相互转化却是违反相对论原理的,我曾为此伤透脑筋,甚至一度想到过放弃!那些质疑“第三种波粒二象性”以及“三种波粒二象性和谐统一”的专家,如果能够提出类似的问题,将会点到我的死穴。因为,分布在无限空间的“电磁基波”不可能在一瞬间之内收缩成为一粒“光子”,否则,能量的传递就会超过光速,那将是不可能发生的事情!
经过一段相当长时间的苦思冥想,当我把“孙悟空”的法力与量子场的基态相结合时,终于参透了其中的奥妙,克服了违反相对论的困难。实际上,如果不借助其它东西的帮助,弥散的“电磁基波”是不可能在一瞬间之内收缩成为一颗“光子”的!从“孙悟空”的角度讲,那是借助于“法力”——是“孙悟空”通过“作法”而将一系列弥散的“电磁基波”变成一颗一颗的“光子”(它不受相对论原理的限制)。而在实际中我们则是借助于处于基态的量子电磁场(或者称作处于基态的“真空”)。
我们知道,弥散的“电磁基波”是叠加在“处于基态的量子电磁场”之上或者存在于基态的“真空”之中。“孙悟空”的“作法”就相当于弥散的“电磁基波”被处于“基态的量子电磁场”(或者“真空”)就地吸收(而不是弥散的“电磁基波”在一瞬间之内收缩成为一颗“光子”)。此时,弥散的“电磁基波”消失了,而处于“基态的量子电磁场”由于吸收了一个“电磁基波”的能量就会由原来的基态而跳到激发态。由于处于“激发态的量子电磁场”(或者“真空的激发态”)的寿命非常短,所以,瞬间过后,处于“激发态的量子电磁场”就会放出一个“光子”而又从新回到原来的基态。很显然,处于“基态的量子电磁场”吸收的“电磁基波”与处于“激发态的量子电磁场”发出的“光子”具有完全相同的能量、动量和角动量。反过来,“光子”也是存在于处于“基态的量子电磁场”或者“真空”之中。“孙悟空”的“作法”就相当于使处于“基态的量子电磁场”(或者“真空”)吸收这颗“光子”。此时,一颗“光子”消失了,而处于“基态的量子电磁场”由于吸收了一颗“光子”就会由原来的基态而跳到激发态。由于处于“激发态的量子电磁场”(或者“真空的激发态”)的寿命非常短暂,所以,瞬间过后,处于“激发态的量子电磁场”就会放出一团弥散的“电磁基波”而又重新回到原来的基态。在整个过程中,处于基态的量子电磁场(或者处于基态的真空)并没有发生根本的变化,而“电磁基波”与“光子”却在不停地变来变去。
从上述过程的表面上看,我们似乎只看到了一团团弥散的“电磁基波”与一颗颗“光子”之间的相互转化(或者是一团弥散的“电磁波”与“一群光子”之间的相互转化),但实际上却还有“孙悟空”在背后“作法”或者是处于“基态的量子电磁场”(或者“真空”)的参与。倘若看不到这些更深刻本质的东西,那么,我们的认识与瞎子摸象就没有两样,是不可能全面理解光的“π型三重波粒二象性”。
下面让我们再回到对“π型三重波粒二象性”以及“光的本性”的全面认识上。勿容置疑,光是一种客观存在的物质。我们对光的本性的认识有点类似于唐僧、猪八戒和沙僧师徒三人对“白骨精”的认识,光的“π型三重波粒二象性”也有点类似于“白骨精”的“π型三重老少二象性(见后面的解释)”。
当我们把“光”当作“电磁波”时,就有如唐僧、猪八戒和沙僧师徒三人把那个“白骨精”当作送饭的“村姑”。我们对“电磁波(光波)”特性的认识就等同于唐僧师徒三人对那个“村姑(白骨精)”的认识;而“电磁波”在结构上所具有的“粒子性”(即经典电磁场可以按光子对应分解),则相当于师徒三人对那个“村姑”在外貌或气质上最典型特征的认识(作为类比,我们假设那个“村姑”的典型特征是“外貌虽然年轻,但内心却十分苍老”)。
类似地,当我们把“光”当作“一群粒子(光子)”时,就有如唐僧、猪八戒和沙僧师徒三人把那个“白骨精”当作寻找女儿的“老婆婆”。我们对“一群光子流(光)”特性的认识就等同于唐僧师徒三人对那个“老婆婆(白骨精)”的认识;而“光子”在运动上所具有的“波动性”(德布罗意所揭示的物质波的波动性),则相当于师徒三人对那个“老婆婆”在外貌或气质上最典型特征的认识(为了类比,我们假设那个“老婆婆”的典型特征是“外貌虽然苍老,但内心却很年轻”)。
作为肉眼凡胎的唐僧,甚至还有一些道行和法力的猪八戒和沙僧,都只能看到那个“村姑”或者“老婆婆”的存在以及认识到她们在“外貌或气质上所具有的特性(包括外貌或气质上最典型的特征,例如,“村姑”外貌虽然年轻,但内心却十分苍老,而“老婆婆”外貌虽然苍老,但内心却很年轻),就像我们只能看到“电磁波”或者“光子”的存在以及认识到“电磁波”或者“光子”所具有的那些特性(包括“电磁波”在结构上具有“粒子性”以及“光子”在运动上具有“波动性”)。只有火眼金睛的“孙悟空”才能透过现象看本质,认识到那个“村姑”或者“老婆婆”都是白骨精的化身。不论她们是“柳眉积翠黛,杏眼闪银星。体似燕藏柳,声如莺啭林。”还是“走路慢腾腾,行步虚怯怯。弱体瘦伶仃,脸如枯菜叶。”其本质都是“白骨精”!是在背后操纵着整个事态发展的主体——“白骨精”!
换句话说(作一个类比),“白骨精”相当于“光”,而“村姑”相当于“电磁波”,“老婆婆”则相当于“光子”。唐僧、猪八戒和沙僧师徒三人仅仅认识到“村姑”和“老婆婆”,离认识真正的“白骨精”还相差十万八千里,就像我们仅仅认识到“电磁波”和“光子”的特性,离真正认识“光的本性”相差十万八千里一样!
对于光的本性,我们也可以作类似的剖析。假设“光”和“白骨精”都是我们认识的对象,那么,当年麦克斯韦和赫兹认识到“光是一种电磁波”,就相当于唐僧、猪八戒和沙僧师徒三人发现了由“白骨精变成的那个村姑”;当人们认识到“电磁波”具有干涉、衍射、偏振等诸多特性时,就相当于唐僧师徒三人发现了那个“村姑”在“外貌和气质上所具有的诸多特性”(其中,甘永超发现的那个本质特性——“电磁波”在结构上具有“粒子性”——光的第三种波粒二象性,就相当于唐僧师徒三人发现的那个“村姑”的本质特性——“外貌虽然年轻,但内心却十分苍老”——“白骨精”的第三种老少二象性)。当年爱因斯坦和康普顿发现“光就是一群粒子(光子)”,则相当于唐僧、猪八戒和沙僧师徒三人发现“白骨精变成的那个老婆婆”;当人们认识到“光子”所具有的诸多特性时,就相当于唐僧师徒三人发现那个“老婆婆”在“外貌和气质上所具有的诸多特性”(其中,德布罗意发现的那个本质特性——“粒子(光子)”在运动上具有“波动性”——光的第二种波粒二象性,则相当于唐僧师徒三人发现的那个“老婆婆”的本质特性——“外貌虽然苍老,但内心却很年轻”——“白骨精”的第二种老少二象性)。
当然,我们还可以更进一步地类比。例如爱因斯坦当年揭示“光具有波粒二象性——光有时像“粒子”有时又像“波”(光的第一种波粒二象性)”,就非常类似于“孙悟空”揭示“白骨精具有的老少二象性”
——“白骨精”有时像“村姑”有时又像“老婆婆”(这是“白骨精”的第一种老少二象性)”(这里只考虑“白骨精”的前二种变化而没有考虑她的第三种变化。她的第三种变化将用来模拟对光的本性的“波”“粒”二象之外的新发现)。既然“光”可以一会儿变成“粒子”而另一会儿又变成“波”(光的第一种波粒二象性),那么,“白骨精”也可以一会儿变成“村姑”而另一会儿又变成“老婆婆”(“白骨精”的第一种老少二象性)!当“光”变成“粒子”的时候,这些“粒子”在运动上具有“波动性”(光的第二种波粒二象性)就相当于当“白骨精”变成“老婆婆”的时候,这位“老婆婆”“虽然外貌苍老,但内心却非常年轻”(“白骨精”的第二种老少二象性);当“光”变成“电磁波”的时候,这些“电磁波”在结构上又具有“粒子性”(光的第三种波粒二象性)就相当于当“白骨精”变成“村姑”的时候,这位“村姑”“虽然外表年轻,但内心却十分苍老”(“白骨精”的第三种老少二象性)。如此,当我们暂时忽略“白骨精”的第三般变化(变成“老翁”)时,就可以把“光的π型三重波粒二象性”与“白骨精的π型三重老少二象性”很好地类比:“光的π型三重波粒二象性”揭示了“光的本性”,而“白骨精的π型三重老少二象性”也揭示了“白骨精的本性”。当然,由于后来又发现了“白骨精”的其它变化(变成了一个“老翁”),所以,现在的“π型三重老少二象性”还不能完全揭示“白骨精的本性”,还必须有新的发展,这就像我们发现了光的“波”“粒”二象之外的新特性以后,“光的π型三重波粒二象性”不能完全揭示“光的本性”一样!
到目前为止,我们还没有发现光的“波”“粒”二象之外的新特性,所以,“光的π型三重波粒二象性”就比较全面地揭示了“光的本性”。只有当我们发现了光的“波”“粒”二象之外的新特性以后,“光的π型三重波粒二象性”才需要进一步发展。
在现代物理学中,主张“光的量子理论能够包含光的经典电磁理论”,就是企图用光的“量子图景”来全面揭示“光的本性”,这就相当于在《西游记》中用那个寻找女儿的“老婆婆的图景”来全面揭示“白骨精的本性”一样滑稽、可笑!好在近80年来“光的量子理论能够包含光的经典电磁理论”没能找到一个实验证据,要是真找到了这样的实验证据,那物理学的麻烦可就大了,又不知会在一片混沌中度过多少蹉跎岁月(就像科学史上基于“弹性以太理论”来研究光学而虚度了几十年光阴一样)……
让我们重温一下光学中的圣经——《Principles of Optics》by Born & Wolf
中的一段话——“菲涅耳的工作给波动理论奠定了如此牢固的基础,以致傅科与斐索和布雷格特在1850年所进行的一项由阿拉果首先建议的仲裁实验,都显得近乎多余了。微粒理论用光粒子在界面上受到向光密媒质这边的吸引来解释折射,这就要求光密媒质中的光速比较大;相反,波动理论依据惠更斯作图,要求光密媒质中的光速比较小。傅科等直接测量了空气和水中的光速,结果毫无疑问,判定波动理论获胜。”
博主的工作,其实也有点类似于当年的菲涅耳——提出了一套理论并设计了一个判决性实验(除发表了一系列科学论文之外,还撰写了一篇中级科普文章和三篇大众科普文章)。同样,该判决性实验的结果也像菲涅耳当年的一样,无所谓。因为,“光的量子理论能够包含光的经典电磁理论”虽然受人追捧,阅尽人间春色,但80年来却找不到一个实验证据,这就从反面证实了与之相反的(博主的)理论无疑是正确的!“孙悟空”与“如来佛”都知道这些!
注:
其实,甘永超早就对逻辑检验与实验检验做过考虑。由于新理论认为“波与粒子平等”,因此“光的量子理论”与“光的经典电磁理论”是两个平行理论,而传统理论却认为的“光的量子理论包含光的经典电磁理论”。从逻辑上讲,“如果‘光的量子理论包含光的经典电磁理论’,那么,我们就可以用光的量子理论一统天下而消灭电磁波。可是,电磁波作为一种真实存在的物质又不可能被消灭,所以,传统理论不符合逻辑而新理论必然胜出。”
根据这一逻辑判断以及传统理论80年来找不到一个实验证据,甘永超又设计了一个敏感而可行的双赢判决性实验:让632.8nm的氦氖激光与100eV的单能电子束在真空中对撞并精确测量散射光之波长,以比较“经典条件下光的量子理论与光的经典电磁理论究竟哪一个更为精确”。
一旦实验验证,我们便可以更大胆地去追寻新理论的下一个预言:物质世界的最基本结构单元“太极粒子波”。例如,太极光子波就是电磁波与光子的统一整体。
甘永超希望,新理论的验证能够得到国家和科学界更多的关注和支持。









用阴阳的概念来理解波粒二象性
波粒二象性(wave-particle duality)指的是所有的粒子或量子不仅可以部分地以粒子的术语来描述,也可以部分地用波的术语来描述。这意味着经典的有关“粒子”与“波”的概念失去了完全描述量子范围内的物理行为的能力。爱因斯坦这样描述这一现象:“好像有时我们必须用一套理论,有时候又必须用另一套理论来描述(这些粒子的行为),有时候又必须两者都用。我们遇到了一类新的困难,这种困难迫使我们要借助两种互相矛盾的的观点来描述现实,两种观点单独是无法完全解释光的现象的,但是合在一起便可以。”
波粒二象性是微观粒子的基本属性之一。1905年,爱因斯坦提出了光电效应的光量子解释,人们开始意识到光波同时具有波和粒子的双重性质。1924年,德布罗意提出“物质波”假说,认为和光一样,一切物质都具有波粒二象性。根据这一假说,电子也会具有干涉和衍射等波动现象,这被后来的电子衍射试验所证实。
太极初开,阴阳合抱,阴中含阳,阳中含阴,阴阳合谐,相辅相成,这就是世界的本原,也是波粒二象性的本质。原来,世界的本原与波粒二象性的本质是相通的。
光,能量,生命的产生,都是息息相关,光合作用对人类的生存环境是非常关键,极其重要的。
我们从以下三个层面,用阴阳的概念来理解波粒二象性。
在波粒二象性中,波为阳,粒子为阴;阳化气,阴为形;
第一、阴阳合抱(第一种波粒二象性——波与粒子是完全平等的,由爱因斯坦1905年揭示);
第二、阴中含阳(第二种波粒二象性——粒子在运动上具有波动性,由德布罗意1923年揭示);
第三、阳中含阴(第三种波粒二象性——波在结构上具有粒子性,由甘永超1994年揭示);
第一种波粒二象性——“光的波粒二象性”由爱因斯坦1905年揭示、密立根1916年用实验验证,曾颁发“理论(1921年)”与“实验(1923年)”两个诺贝尔物理奖。它揭示了微观客体可以弥散形态(波)或凝聚形态(粒子)这样两种不同的形态存在(如图1中π的左、右两部分,其中的“波”与“粒子”都是客观实在,但它们在存在的时间上却相互错开,满足一定条件时还可以相互转化)(自然注:实际上这种认识还可前进一步,即立位于零去关注波粒二相的完全统一。这样必然具有三种客观存在的状态:粒子态、波态和零子态。粒子态有形;波态有象;零子态无形无象,与真空基态为完全相融。零子态表征
的太极必然是双s而非单s,且存在中宫空如之地)。
第二种波粒二象性——“实物粒子的波粒二象性”由德布罗意1923年揭示、戴维孙和小汤姆孙1927年用实验验证,也曾颁发“理论(1929年)”与“实验(1937年)”两个诺贝尔物理奖。它揭示了当微观客体以“粒子”的形态存在时,“粒子”在运动上具有波动性(第二种波粒二象性,见图1中π的右半部分:其中的“粒子”与“波”同时存在但它们存在的形式却是一“实”一“虚”,“波”是“粒子”存在的反映(说明“粒子”在运动上具有波动性),两者不能互相转化)。
第三种波粒二象性——“经典电磁场在结构上具有粒子性”由甘永超于1994年用严谨的数学推理揭示(将Dirac1927年所做的电磁场按模式分解进一步推进到电磁场按光子对应分解,从而使每一个“电磁基波”的能量、动量、角动量都能与一个同频光子的能量、动量、角动量分别对应相等)。它揭示了当微观客体以“波”的形态存在时,“波”在结构上具有粒子性(第三种波粒二象性,见上图中π的左半部分:其中“波”与“粒子”同时存在但它们存在的形式却是一“实”一“虚”,“粒子”是“波”存在的反映(说明“波”在结构上具有粒子性),两者不能互相转化)。而在此之前经典电磁场却一直是连续的、根本没有分立的概念。
波粒二象性,也就是一种混沌的数理形态,既是离散的,又是连续的,两种数理特征,同时依存于一个整体中,又可以各种单独作分析。
量子力学、相对论与古太极八卦图
波粒二象性
无极太极两仪四象八卦易经
第一:太极能解释宇宙自然
太极含有0123
0(易)为空间:其大无外,其小无内;
1(一)为时间:周而复始,无终无始;
2(异)为阴阳:相互消长,此起彼伏;
3(移)为动静:阴阳动静,缓速显隐。
第二:道是宇宙也是自然
道
无极和合物事同通太极:
一:无变根本——周而复始、无终无始;
异:化成阴阳——相互消长、此起彼伏;
移:动静无疆——善恶吉凶、缓速显隐。
阴阳动静变化万物生生:
1.一化二——阴、阳,
2.二化三——阴、根本阴阳和合、阳;
3.阴化二——阴中阳、阴中阴,
4.阴化三——阴中阴、阴中阴阳和合、阴中阳;
5.阳化二——阳中之阴、阳中之阳,
6.阳化三——阳中阳、阳中阴阳和合、阳中阴;
7.和合为一。
人
我矛盾统一心无极太极:
吃喝拉撒、生老病死、呼吸快慢、乐悲忧恐、嘴巴开合、眼睛睁闭、新陈代谢、头发黑白、手心手背、前后内外、情绪起伏、得失成败、过去未来、新旧交替、坐立住行、吉凶祸福等……
不同时代通同一个道理:
道是根本,德法是用;
道包含德和法;
情属道,理属德,法属严。
无极容一和通周行太极:
太中阴阳和合道行:根本不变,因应变化。
阴中阴阳和合德行:慈、文、行、退、柔、舍、弱、虚、曲等;
阳中阴阳和合法行:严、武、止、进、刚、取、强、实、直等。
物事皆太极太极含万物:
大小、内外、新旧、好坏、多少、亲疏、连断、有无、时空等。
第三:无极零容太极一
若有其他的一切世界,都必然符合太极原理。
无极和合道同通太极。
其大无外,其小无内;周而复始,无终无始。
第四:道
易:儒释道及一切文化、思想和宗教,为人明道而解说道。
一:道包含无极和太极。
异:无极零,无无有;太极一,有无有。无零容有一。
移:无极通同太极。
第五:太极和合通同无极
不识庐山真面目,只缘身在此山中;
局内常迷局外清,只因心在此局中;
化去所有及我身,一无所有身山明;
太极有无无极无,易行无有有无通。
第六:0123解释宇宙自然
0(易)为空间:其大无外,其小无内;
1(一)为时间:周而复始,无终无始;
2(异)为阴阳:类比物事,辩证统一;
3(移)为动静:吉凶善恶,缓速显隐。
道包含了0123,
自然宇宙就是道,道就是自然宇宙。
第七:生生不息
相生是相生亦会相克,
相克是相克亦会相生。
自然不会僵化,自有变化,
变化不会失序,自有规律。
无终无始,生生不息。
20世纪是科学技术发展突飞猛进的世纪,人类在本世纪所取得的科技成就和创造的物质财富超过了以往任何一个时代。它们是推动经济和社会持续发展的决定性因素,改变了并将继续改变世界的面貌。它们中有一些为科技界公认的重大成就,将在人类历史上永远闪耀着夺目的光辉。其中,相对论和量子力学是现代物理的两大基本支柱,是20世纪科学技术发展的基础理论。
相对论是关于时空和引力的基本理论,主要由爱因斯坦(Albert Einstein)创立,分为狭义相对论(特殊相对论)和广义相对论(一般相对论)。相对论的基本假设是相对性原理,即物理定律与参照系的选择无关。狭义相对论和广义相对论的区别是,前者讨论的是匀速直线运动的参照系(惯系参照系)之间的物理定律,后者则推广到具有加速度的参照系中(非惯性系),并在等效原理的假设下,广泛应用于引力场中。相对论颠覆了人类对宇宙和自然的“常识性”观念,提出了“时间和空间的相对性”、“四维时空”、“弯曲空间”等全新的概念。而广义相对论所预言的引力透镜和黑洞,也相继被天文观测所证实。
狭义相对论最著名的推论是质能关系式:能量等于质量乘以光速的平方。在这一理论的指导下,1939年,科学家找到了通过裂变把质量转化为能量,释放巨大原子能的中子链式反应,进而制造了原子弹,后来又利用核聚变发明了氢弹。而可以控制反应剧烈程度的核反应堆的和平利用,比如核电站、可控核反应堆供暖系统等极大地改善了人们的生活。另外,全球卫星定位系统也依赖于爱因斯坦的相对论。爱因斯坦指出:传统的时间概念只能在简单的条件下才能确定,当多种因素暂时联系起来的时候,传统的计时方法就失去作用。全球定位卫星发出的信号,由于处在不同的参照系上,时空无法和地面同步,只有根据卫星和地面的原子钟不断调整时间,才能保证定位系统的精确。全球卫星定位系统的诞生使武器的精确制导,遥感探测,民用GPRS定位,卫星通信等等技术得以长足的发展。
总之,今天现代科技的伟大成就离不开量子力学,离不开相对论。那么,量子力学、相对论和中国古太极八卦图之间有联系吗?我认为不仅有联系,而且中国的古太极八卦图较西方早六千五百多年(伏羲时代)就揭示了量子力学、相对论乃致当代的超弦理论!爱因斯坦在生命的最后30年里一直在寻找的“统一场论”在中国的古太极八卦图也找到了答案!用中国的古太极八卦图研究量子力学、相对论必将带领人类进入一个崭新的时代!
被称为“中华第一图”的古太极八卦图是中国古老的文化科学遗产,是我国古代劳动人民智慧文明的结晶。太极图是东方文化的经典之作,它函盖八卦阴阳变化之理,集合易经大义要旨之精,表达万物变化之道,从而成为易学研究的最大热点之一。它那深远的影响力,历经千年风尘,始终激励、推动着热衷于易学的无数人们去探赜索隐,寻根求源。太极图就是一个圆,里面画着阴阳鱼;八卦图是一个正八边形,每条边上都有一个特殊的符号。相传太极八卦图,是古代圣人伏羲氏首创,在“五经”的“周易”中,有详细的记载和说明。古人认为:无极生太极,太极生两仪,两仪生四象,四象生八卦,八卦生六十四卦,这是太极化生八卦的基本理论。我认为,古太极八卦图及其理论从以下几个方面揭示了量子力学、相对论以及当代的超弦理论:
一、古太极八卦图解释了相对论的质能关系
太极图是研究周易学原理的一张重要的图象。太有至的意思;极有极限之义,就是至于极限,无有相匹之意。既包括了至极之理,也包括了至大至小的时空极限,放之则弥六合,卷之退藏于心。可以大于任意量而不能超越圆周和空间,也可以小于任意量而不等于零或无,以上是太极二字的含义。所谓道生一,一生二,二生三,三生万物;就是无极生太极,太极生两仪,阴阳化合而生万物。宇宙有无限大,所以称为太极,但是宇宙又是有形的,即有实质的内容。按易学的观点,有形的东西来自于无形,所以无极生太极。
反粒子最早是1928年P.A.M.狄拉克理论上预言正电子而提出的,1932年被C.D.安德森实验发现而证实;1956年美国物理学家张伯伦在劳伦斯-伯克利国家实验室发现了反质子。科学家已经观察到:粒子和反粒子相遇时会出现物质消失,科学家称之谓"湮灭"或"湮没",而且会释放出大量的能量。这种科学规律体现了"有无相生",从而通过试验证实了爱因斯坦于1905年提出的质能关系式E=mc2,质量和能量在一定的条件下是可以互换的。质量是指物质量的多小,一般是可观可测的,而能量则是无形的,因此我们可以说“质量和能量在一定的条件下是可以互换”也就是古太极八卦图的“易者无极生太极”的观点。无极生太极——指的是世间万物从虚空的无形(如能量、磁场等)衍变为有形的物质实体(如粒子等)的过程。
二、古太极八卦图揭示了相对论的时空弯曲以及时间和空间的相对性原理
相对论是关于时空和引力的基本理论,主要由爱因斯坦(Albert Einstein)创立,分为狭义相对论(特殊相对论)和广义相对论(一般相对论)。相对论的基本假设是相对性原理,即物理定律与参照系的选择无关。狭义相对论和广义相对论的区别是,前者讨论的是匀速直线运动的参照系(惯系参照系)之间的物理定律,后者则推广到具有加速度的参照系中(非惯性系),并在等效原理的假设下,广泛应用于引力场中。狭义论原理:物质在相互作用中作永恒的运动,没有不运动的物质,也没有无物质的运动,由于物质是在相互联系,相互作用中运动的,因此,必须在物质的相互关系中描述运动,而不可能孤立的描述运动。也就是说,运动必须有一个参考物,这个参考物就是参考系。广义相对论(General Relativity?)是爱因斯坦于1915年以几何语言建立而成的引力理论,统合了狭义相对论和牛顿的万有引力定律,将引力改描述成因时空中的物质与能量而弯曲的时空,以取代传统对于引力是一种力的看法。
古太极八卦图,其白为阳,其黑为阴,阴阳相合,互纠不分。黑白点表示阴中有阳、阳中有阴。太极图又是空间与时间结合的模式图。太极图阴阳环抱成螺旋式旋转状态,其阴阳运动可以是一个立体的阴阳运动状态,特定的状态分别表示特定的时间和空间背景。体现了狭义论原理:物质在相互作用中作永恒的运动,没有不运动的物质,也没有无物质的运动。阴与阳就是一个既相对又相互依存的参考体系。阴鱼与阳鱼之间的“S”形曲线反映了广义相对论的“时空中的物质与能量而弯曲的时空”。
图 1 古太极八卦图揭示了相对论的时空弯曲以及时间和空间的相对性
三、古太极八卦图体现的黑体模型的热辐射
普朗克把玻尔兹曼原理运用于线性谐振子热平衡时的能谱分布问题上,导出了振子热平衡时的能谱分布公式。公式要求“必须假定,能量在发射和吸收的时候,不是连续不断,而是分成一份一份的。”能量必须只有有限个可能态,它不能是无限连续的。在发射的时候,它必须分成有限的一份份,必须有个最小的单位。1900年12月14日,普朗克在德国物理学会上发表了他的大胆假设。他宣读了那篇名留青史的《黑体光谱中的能量分布》的论文,其中改变历史的是这段话:“为了找出N个振子具有总能量Un的可能性,我们必须假设Un是不可连续分割的,它只能是一些相同部件的有限总和……”这个基本部件,普朗克把它称作“能量子”(Energieelement),但随后很快,在另一篇论文里,他就改称为“量子”(Elementarquantum),英语就是quantum。这个字来自拉丁文quantus,本来的意思就是“多少”,“量”。量子就是能量的最小单位。量子力学从始诞生!
古太极八卦图(见图1),中间阴阳鱼部分代表了物质(或微粒)的内部运动,而由阳爻“—”和阴爻“――”所组合成的乾、兑、离、震、巽、坎、艮、坤八组图象(通称八卦)的每组图像均由上、中、下三个平衡的横道组成。这些线条没有曲线,也没有交叉,我认为这不单正体现了“能量在发射和吸收的时候,不是连续不断,而是分成一份一份的。”而且直观地说明了①物质向外发射和吸收能量源于物质内部的运动。②物质向外发射和吸收能量具有方向性。③物质向外发射和吸收能量的空间维度最高是八维。
图 2 古太极八卦图体现的黑体模型的热辐射图
图3 辐射警示标志

四、量子力学中关于物质的“波粒二象性”在古太极八卦图的体现
粒二象性(wave-particle duality)是指某物质同时具备波的特质及粒子的特质。波粒二象性是量子力学中的一个重要概念。在经典力学中,研究对象总是被明确区分为两类:波和粒子。前者的典型例子是光,后者则组成了我们常说的“物质”。1905年,爱因斯坦提出了光电效应的光量子解释,人们开始意识到光波同时具有波和粒子的双重性质。1924年,德布罗意提出“物质波”假说,认为和光一样,一切物质都具有波粒二象性。根据这一假说,电子也会具有干涉和衍射等波动现象,这被后来的电子衍射试验所证实。古太极八卦图则以更直观的方式体现了物质的这种特性:阴阳鱼的眼睛代表了正反粒子,阴阳鱼交汇形成了正弦波曲线。(见下图)明显是物质的“波粒二象性”的原理图!
图4 物质的“波粒二象性”太极图
五、古太极八卦图的“负阴而抱阳”与量子力学的“不确定性原理”
阴阳双鱼图,负阴而抱阳,阳中有阴,阴中有阳。阴阳是互相依存、互相制约的。太极图阴阳双鱼合抱,体现了阴阳依存的关系。“阳以阴为基、阴以阳为用”,“阳根于阴、阴根于阳”,“孤阴不生、孤阳不长”。是古人对太极图的理解和评注,也是对自然界生命活动规律的评注。阴和阳是互根的,两者谁也离不开谁,无阴即无阳,无阳即无阴,两者是互为条件而存在的。老了说:“万物负阴而抱阳,冲气以为和。”太极图形象地说明了这种“负”和“抱”的关系。图中阴阳互负、互抱、互纠,表明了它们的相互依存关系。
量子力学的“不确定性原理” 又名“测不准原理”、“不确定关系”,英文"Uncertainty principle",是量子力学的一个基本原理,由德国物理学家海森堡于1927年提出。该原理表明:一个微观粒子的某些物理量(如位置和动量,或方位角与动量矩,还有时间和能量等),不可能同时具有确定的数值,其中一个量越确定,另一个量的不确定程度就越大。测量一对共轭量的误差的乘积必然大于常数 h/2π (h是普朗克常数)是海森伯在1927年首先提出的,它反映了微观粒子运动的基本规律,是物理学中又一条重要原理。按古太极八卦图所揭示的原理:我们可以把测量的对象之一(如位置和动量,或方位角与动量矩,还有时间和能量等)定义为阳量或阴量则另一测量对象为阴量或阳量,正是由于“万物负阴而抱阳”,太极图中的阴阳鱼所体现的“阳中有阴,阴中阳”,因此,我们不可能同时精确测量一个阳量以及它所对应的阴量,反之亦然。这正是量子力学的“不确定性原理”。
六、古太极八卦图与弦理论
量子力学和广义相对论是20世纪两个非常成功的理论,但令人惊讶的是这两个理论在现有的框架下是相冲突的。简单说来,量子力学认为没有任何东西是静止不动的,任何东西都有起伏涨落(测不准原理)。广义相对论认为时空是弯曲的,弯曲时空是万有引力的起源。将这两个理论结合就可以导出时空本身也是每时每刻都在经历着量子的起伏涨落。在大多数情况下,这些涨落是很小很小的,但在一些极端情况下,比如说在极短距离下、在黑洞的视界附近、在大爆炸的初始时刻等等,这些量子涨落将变得非常重要。在这些情况下,我们现有的理论(量子力学和广义相对论)是不适用的,只能得到一些结果为无穷大荒谬结论。很显然,我们需要一个更完备的理论。
令人惊讶的是,从粒子物理学中发展起来的超弦理论提供了这一问题的答案。在超弦理论中,由于弦的延展性(一维而不是一个点),引力和光滑的时空观念在比弦尺度还小的距离下失去了意义,时空量子泡沬由“弦几何”代替了。现在,用超弦理论已经解决了有关黑洞量子力学问题的一些疑难。也许,超弦理论正是因斯坦在生命的最后30年里一直在寻找的“统一场论”。
超弦理论认为物质的基本单元是由一维的小环构成的,每个粒子都像一根无限纤细的橡皮筋,一根振荡、跳动的丝线,物理学家把它叫弦。图 5 里说明弦理论的基本思想:从一个苹果开始,不断放大,将越来越小的结构组成表现出来。以前我们从原子、中子、电子和夸克,现在弦理论在它面前添了一根微观的振动的线圈(称为闭合弦或闭弦)。太极图的结构是由一个阴阳鱼平均的圆以及分割阴阳鱼的“S”曲线构成的,而这结构正是弦的模型!
七、古太极八卦图与四种基本力
关于四种基本力,电磁力、弱作用力、强作用力和万有引力。这四种力在科学太极八卦图中的具体表现是:除乾坤之外其余六卦中都有一阴一阳组成的少阴或少阳。少阴或少阳都是单一的基本高低能位间的平衡力结合而成,这种基本平衡力,因平衡方向有正反,故而有极性,所以它是有极性的电磁力。八卦图相邻卦之间如乾兑、兑震、坎坤、坤艮、艮巽、离乾六对卦间都有单一的阴阳结合力,这个力是构成同一物质相邻离子间的平衡力,因平衡范围小,作用力度不大,应是弱作用力。弱作用力与电磁力都是单纯的阴阳之间或者说基本高低能位之间的基本结合力,故性质相同,现代科学也已证明二者是统一的电弱作用力。八卦象中对称卦间,如乾坤、兑艮、震巽、坎离四对卦之间,还有四阴卦与四阳卦之间,四阴仪卦与四阳仪卦之间,都是互有阴阳全部对应紧密结合的合力,或者说是构成物质正反离子间互有的全部基本高低能位平衡的合力。这个力平衡范围较大,因是全部基本力的合力,力度强大应是强作用力。强作用力因是离子间互有阴阳的合力,故不显示极性。另外两仪整体物质之间,四象整体物质之间,八卦整体物质之间,还有两仪、四象、八卦各层次物质之间都互有阴阳的结合力,这种自成系统相互独立的所有物质间基本高低能位平衡的合力应是万有引力。这个力的作用强度和作用范围随着物质增多而增大,又是物质间互有阴阳结合的合力,故而是长程的无极性的力。 以上四种基本力虽然形式不同,但都是高低能位的平衡力,或者说是阴阳结合力,因此四种基本力的统一力应是高低能位的平衡力,归根结底是不同形式的基本高低能位相互作用的平衡力。
八、古太极八卦图与与夸克
直到1969年以前,人们总以为质子和中子是“基本”粒子。但是,将质子和另外的质子或电子在高速下碰撞的实验表明,它们事实上是由更小的粒子组成的。美国加州理工学院的牟雷·盖尔曼将这些粒子命名为夸克。由于对夸克的研究,他获得1969年的诺贝尔奖。“一个中子包含两个下夸克和一个上夸克;一个质子包含两个上夸克和一个下夸克;”这种明显的奇偶性特征正好与组成神奇八卦的基本符号“爻”的奇偶性完全一致。(八卦的阳爻是—;阴爻为- -)。这种吻合是偶然的还是必然的呢?但却明白无误地告诉人们,组成神奇八卦的基本符号的奇偶性与目前为止人们所能发现的组成宇宙物质基本单位的基本粒子的奇偶性是那么一致。若以奇偶性对应阴阳的话,那么每一个质子和中子本身就是一幅阴阳合抱图。而原子核内质子和中子又可构成一幅阴阳合抱图。微观世界的这种结构规律又与已知的宏观世界中周期套着周期,如此一致,显示出宇宙的同一律关系,也显示出太极阴阳合抱图确实是宇宙物质运动的缩影和基本图象。
太极八卦在数学和计算机方面原理是相同,古太极图体现了宇宙的对称性,古太极图体现了化学元素周期表的排列规律,太极图阴阳鱼间的曲线恰好是太阳及所有地外天体一年中在地球留下的运动轨迹!也正是DNA的结构!等等……古老的太极八卦图,还有多小启示需要现代科学去验证,我们从古太极八卦图中又还有什么新的启示,我认为研究相对论、量子力学与古太极八卦图之间的关系,仅仅是开始,随着更进一步的研究必将会有更大的发现!
部分参考书目:
1.上帝掷骰子吗--量子物理史话 曹天元
2. 时间简史 史蒂芬·霍金
3. 宇宙的琴弦 B·格林
本文写于2008年12月14 日
本文为道法自然sir原创,于2008年发表于茂名市量子理论应用协会的 “量之易”期刊
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宇宙中所有的正反两种星际物质,以及行星、恒星、星团、星系、星群、类星体、黑洞、白洞和暗物质等,还有它们存在的运动形式,均可以用万能的太极S曲线在宇宙中回转移动扫描完整地表现出来。椭圆形的“中国太极图”用大数学家外尔的思想来理解:图中的太极 S 曲线可以代表“局域尺度变化”的“矢径曲线”,“矢径曲线”在椭圆的回转移动扫描过程中不仅其方向随路径改变,其“曲线矢径长度”的标度也将随不同时空而改变,但其物理定律对这局域尺度改变时不变。外尔称它为“规范不变性”,这正是认识和影响宇宙学中“太极曲线几何”和“太极规范场”的精妙本质所在!这也正是爱因斯坦、外尔、杨振宁等科学家没发现神奇的中国“太极曲线几何”和“太极规范场”而攀上物理学大统一理论顶峰的原因。“中国太极图”中的外圆、太极 S 曲线、黑白两个鱼形局域中的黑白鱼眼都代表着相对运动的局域宇宙和全域宇宙运动,它们虚实结合、相互依存,随屈就伸、相互作用,你中有我、我中有你,此消彼长、变化万端,展现在我们面前的是无与伦比的宇宙全景演化图形!它就是地球人梦寐以求的宇宙几何图形之解!
太极 S 曲线是地球人以前无法完美描述的最神秘的宇宙时间曲线。它不仅表达了时间和物质运动速度密不可分的内在关系,而且把时间的过去、现在和未来表达得尽善尽美。亚里士多德对时间有一个非常好的定义,他认为:“离开了‘现在’,时间不可能存在,也是不可思议的,加之‘现在’是一种中点,它既是将来时间的开端又是过去时间的结尾。所以,时间是一直存在的。”但要用数学、几何图形来表达时间时,从来都是一根直线,只能表达时间的开端和连续性,而无法表示时间随速度快慢的变化性。可“太极 S 曲线”就不一样,太极 S 曲线在表达时间时,它随速度的快慢变化可随屈就伸,它完美地体现出了时间的相对性!如果把两个相反的太极S曲线重合,会形成一个完整的 8 字图形,8 字的中点就是时间的“现在”,左旋太极 S 曲线象征过去,右旋太极 S 曲线象征未来,如果处在时间的中点,那就既可看到过去,又能迎接未来。8 字时间曲线既是开端,又是结尾,这两个太极 S 曲线巧妙组合的 8 字时间曲线毫无争议地代表了宇宙生生不息、波动循环的永恒规律。
无论是现宇宙还是反宇宙,都可从时间 8 字曲线的反演中看到它们的前世、今生与来世。但需要指出的是,宇宙并不重复自己,它随时间变化而变化,永远没有终态结构。宇宙中存在的平衡都是暂时的,只有非线性的不平衡才是宇宙生命的本源。宇宙不可能回到昨天,宇宙中的物质青春一旦过去,就不可能回来,因为时间是有序有方向的,任何人都不能让它逆转重演!
哈勃望远镜拍摄的十佳图片中位居第五位的沙漏星云,距地球 8000 光年。在这张图片中,可以看见发出红色辉光的氮气、绿色辉光的氢气和蓝色辉光的氧气,这些多彩气体组成了沙漏壁上的细致环状结构。它呈现出了明显的太极 8 字循环波动发展趋势。
也许莱布尼茨的一段话是对 8 字时间曲线的最好概括:“两个世界,一个在另一个之后,它们在绵延方面是彼此接触的,以致一个结束时另一个就必然开始而不能有间隙。我说,这是不能驳斥的,因为这个时间是无法决定的。”这句话让我们可以想象宇宙中的每个事件都有一个“开始——结束——再开始(转变形态)”的过程。
太极S曲线是非线性曲线,它的运动变化代表了宇宙万物万象的运动规律,它存在于宇宙的任何空间和物质、生命之中。
中国有句成语叫井底之蛙。说的是井底之蛙由于受条件限制,看到的天仅仅只有井口那么大,却不知井外有天的无穷世界。中国诗人王之涣有一句名诗:“欲穷千里目,更上一层楼。”登高可以让我们站在更高的层次来扩大观测范围。地球人离开地球到太空中来观测地球和宇宙,会使我们的观测视角范围和获取宇宙的信息量成倍增长。假如地球人能远离地球,回望地球犹如一颗小星星时,地球人得知宇宙的秘密将与离开地球的距离成正比。
太极 S 曲线的奇异在于它不仅存在于宇宙大尺度范围内,而且存在于量子世界中。比如,赫罗图中恒星序列带、银河系的四条旋臂、棒槌星系、椭圆星系等是以 S 形旋转的;三个夸克在质子、中子中分别组成的连线是 S 曲线;生物的遗传基因、双螺旋遗传密码链条也是 S 曲线!太极 S 曲线在宇宙时空中无处不在,无所不有!
太极 S 曲线可以用一个纯数学的“皮亚诺填空曲线”来证明它的神奇威力。在数学常识中,线是一维的,面是二维的,球是三维的。然而,意大利数学家皮亚诺(1858-1932)在 19 世纪末发现一种称之为“填空曲线”的东西,它以 S 形的方式扭折,如果把它连续不断地画到纸上,它竟可以充满整张纸面。如果你有足够时间和耐心,它也可以连续画满整个球面!纸面上没有哪一点是皮亚诺曲线所无法到达的。这件事让数学家们感到震惊:“一个物体怎么可能既是一维的又是二维的呢?”尼古拉·威兰金在《集合的故事》中描述了当时数学家们的反应:“一切都垮台了!很难用言辞表达皮亚诺的结果对于数学世界的影响。似乎所有的东西都处于崩溃之中,所有的数学基本概念都失去了意义。”就连大数学家庞加莱也称它为“妖怪画廊”。能充满平面和球面的皮亚诺曲线,更进一步说明了“中国太极图”中的太极 S 曲线是所有物质生命运动的几何表现。它可表现出引力波、电磁波(光波)、量子场中的粒子波等均是无数个 S 波动曲线组成的。从大 S 到小 S 不同的运动方式来看,宇宙中所有运动的物质波都离不开太极 S 曲线范围。可借用英国作家艾略特(T.S.Eliot,1888-1965)的《东柯村》诗句来描述太极 S 曲线的高深莫测和它的重大生命意义,该诗第一句就是:“我之开始,即我之结束。”而最后一句是“我之结束,即我之开始。”
图片比对: LawrenceAnderson-Huang
超级台风“威马逊”的宽度只有 1 000 千米,距地球 2 500 万光年的 M101风车星系跨幅则有 17 万光年,它们的尺度虽然天差地别,但在外观上却是惊人的相似:它们旋臂的形状既简单又美丽,在数学上被称为对数螺线。对数螺线是一根无止尽的螺线,它永远向着极绕,越绕越靠近极,但又永远不能到达极。对数螺线的螺距以几何级数递增,而且是自我相似的,即对数螺线经放大后可与原图完全相同。对数螺线在自然界中普遍存在,比如鹦鹉螺的贝壳、旋涡星系的旋臂、低气压的外观、向日葵和菊的种子排列、鹰接近猎物的路径、昆虫接近光源的路径、蜘蛛网的构造等。对数螺线是 1638 年笛卡尔发现的。后来瑞士数学家雅各布·伯努利经过详细研究发现,对数螺线经过各种变换后仍然是对数螺线,如它的渐屈线和渐伸线是对数螺线,自极点至切线的垂足的轨迹,以极点为发光点经对数螺线反射后得到的反射线,以及与所有这些反射线相切的曲线(回光线)都是对数螺线。他惊叹这种曲线的神奇,竟在遗嘱里要求后人将对数螺线刻在自己的墓碑上,并附以颂词“纵然变化,依然故我”,用以象征死后永生不朽。
图片版权与提供:NASA,ESA, K. Noll (STScI)
太极S曲线是非线性曲线,它的运动变化代表了宇宙万物万象的运动规律,它存在于宇宙的任何空间、物质和生命之中。NGC2440 星云可以看出明显的太极 S曲线和它们的运动演化趋势,它是“太极规范场”存在于星云的又一个明证。
依据地球人目前已掌握的数据显示,我们的宇宙并不是唯美的圆形,而是一个多变的椭圆形态。笔者认为:椭圆的长短轴之比为黄金分割值时显得最美,黄金分割值可用 φ≈0.618 来简单表示,也许 1∶1.618 是众多星系真实运动最美的遵循规律。从“中国太极图”的提示和科学观测表明,各类星体、星系演化运动形状的成因用黄金分割值来衡量,能很好地解释它们的演化趋势。不同星体、星系的旋转速度是千差万别的,它们的旋转速度决定了它们旋转运动的形状。越是年轻的活动星体、星系(如不规则星系、激扰星系、类星体、扁平椭圆星系等),它们自身的旋转速度越快、旋转轴长度( L )越短,旋转形状就显得越扁平(如碟形、草帽形、长短轴比例过大的椭圆形),把它们的旋转轴长度( L )和自身的旋转平均直径(d )相比,就会发现 L/d < 0.618。而相对成熟的星体、星系(如红巨星、白矮星、中子星、椭圆星系、螺旋星系、旋涡星系、球状星团、黑洞等),旋转速度低于年轻的活动星体、星系,它们的旋转形状会向橄榄球形状、椭球形状或圆球形状趋近,把它们的旋转轴长度(L )和自身的旋转平均直径(d )相比,就会发现 L/ d ≥0.618 ,并随星系自身的演化逐步趋向于 1。
L / d 的值越小,星体、星系的旋转形状越扁;L/d 的值越大,星体、星系旋转的形状越趋向于椭球或圆球形,此时因星体、星系旋转中心平均直径的缩小,垂直于引力场的电磁场作用凸显,某些星体、星系内部因旋转平均直径快速减小,在热力和电磁场的作用下会发生沿旋转轴方向喷发物质粒子的“喷流现象”。笔者把 L/ d 和旋转速度复合后统称为“星系旋转形状值”,由于任何星体、星系的旋转速度远远低于光速,故“星系旋转形状值”可用旋转轴长 L 和牛顿定律来表示:
Lmω2/2F <<SPANstyle="LINE-HEIGHT: 28px; WORD-WRAP: normal; WORD-BREAK:normal"> 0. 618 Lmω2/2F≥ 0 . 618
这两个公式由牛顿定理推出,即:
F= ma = mω2r =mω2 d/2
(公式中 F 为引力,m 是星体、星系的质量,r 是星体、星系的平均旋转半径,ω是星体、星系旋转的角速度)。
图片版权与提供:HenriBoffin (ESO), FORS1, 8.2-meter VLT,ESO
NGC 1313 大小约有 5 万光年,位于南天的网罟座内,距离地球约有 1500 万光年。为什么这个星系会如此混乱?通常的解释是与邻近的星系互撞造成的,不过NGC1313 却基本保持了原貌,是因为它的质量远大于被撞星系。NGC1313 奇异的特征包括它不太对称的“太极 S 旋涡臂”和它的自转轴并不在“太极”核心棒的中心。它明明白白告诉我们:宇宙星系相撞后是以“太极 S 曲线”的方式完成各自的归宿。
图片版权与提供:DMR,COBE, NASA, Four-Year SkyMap
我们的地球并不是静止不动的。地球绕着太阳运行,太阳绕着银河系的中心转动,银河系在本星系群中运动,而本星系群又往室女座星系团靠近。然而,这些运动的速率都小于本星系群相对于宇宙微波背景辐射(CMB)的运动速率。在沿着地球运动方向所观测到的微波背景辐射会出现蓝位移,也就是宇宙背景温度看起来会比较高。然而,反方向的微波背景辐射会出现出红位移,也就是说宇宙背景温度看起来会比较低。这张全天图显示相对于这个远古的辐射,本星系群以每秒 600 千米的速度运动。这么高的速率是我们事先没料到的,即使是现在,我们对这个速度仍然无法作出适当的解释。为什么本星系群移动得这么快呢?我们受到了外面什么天体的牵引?该图显现出了宇宙的椭圆“太极规范场”全景,进一步证明了宇宙大爆炸是按“中国太极图”的“星系及星系运动总图”(见 89 页图2.16)趋势在演绎自己的生命。
用“中国太极图”的“太极几何”思想和黄金分割值来划分和衡量星系旋转形状演化成因,是笔者从“宇宙太极思想”感悟所得,是否有道理还请科学家们推论指正。
宇宙中的大多数星系和类星体均呈现出了椭圆的演化运动轨迹。从完美和谐的圆和椭圆的深刻内涵可看出,宇宙中所有结构的密码均存在于“中国太极图”的“太极曲线几何”之中。现在如果把以太极 S 曲线为代表的“太极几何”思想奉献给数学家们研究,将会出现一个崭新的光明世界!它不是“妖怪画廊”,而是实实在在的宇宙所有物质生命的生成演化曲线!
我们的宇宙并不像肉眼能看到的那样宁静、平和。这可以从哈勃望远镜拍摄的一批星系碰撞的宏大场面照片看出:
图片版权与提供:NASA,ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)-ESA/HubbleCollaboration
这是哈勃太空望远镜拍摄的银河系附近“星系大冲撞”图片。这场壮观的星系冲撞发生在距离地球 6 300 万光年的太空中,是迄今为止被人类观测到的距离地球最近的一次星系冲撞。这次星系大碰撞又一次证明了“中国太极图”中两鱼眼所表现的相邻星系在旋转方向不同时会因引力作用而相互吸引发生碰撞。
图片版权与提供:H.Jerjen, A. Kalnajs (Australian National Univ.), B. Binggeli ( A.I.University of Basel), ESO
IC3328 是位于 5 000 万光年远处室女座星系团中的一个隐晦的椭圆矮星系。然而,天文学家从欧洲南天天文台 8.2 米 Antu 望远镜所拍摄的数字影像中很意外地发现,当他们把左图中分布均匀的光从影像中扣除掉时,如右图中的旋涡结构就会显现出来,这个奇妙而美丽的隐秘旋臂是如此得清晰,它向我们显示了星系按“太极规范场”运动演化的美妙图景。
天文学家现在已发现每年平均有一百个左右的超新星爆发,这说明大爆炸后的宇宙中还有相当一批星系处于活跃之中,正进行着不可思议的强力活动。在地球人初步知道宇宙已形成的 150 亿年中,超新星爆发、类星体、活动激扰星系从来都未停止过活动。局部宇宙的爆发正说明宇宙中引力、电磁力、弱相互作用、强相互作用以及还未认识的量子场力在相互作用着,它们都统一在代表宇宙的“太极规范场”中。从哈勃望远镜的卓越功绩中可看出,庄严、和谐的宇宙其实一点也不平静。
下一章我们将按照“中国太极图”的引领进入量子世界,在进入迷幻纷呈的量子世界之前,笔者郑重地向读者推荐自己研究出的宇宙“太极规范场”思想,它有可能是解开宇宙演化成因扑朔迷离的关键。
在宇宙大爆炸最初的 3 分钟和以后的 30 万年以及更长的时间中,宇宙为什么能演变为我们现在观察到的图像,许多科学家提出了不少的理论和思想,但都未给出一个令人完全信服且符合宇宙演化实际的完美解释。“中国太极图”不仅描绘出了宇宙神秘的景象,而且还昭示了宇宙产生的全过程,这就是“宇宙太极规范场”中“太极弦引力波”和“太极弦磁力波”复合作用而形成了大爆炸后永动的宇宙!
笔者前面已介绍,我们现在所处的宇宙是从前一个宇宙完成生命演化周期后坍塌收缩为质量密度和时空曲率极大、温度极高、能量超强的“全物质奇点”在“奇球”中孕育达到自身斥力(指温度与热力的超强作用)大于自身引力而冲破奇球成为“白洞”爆发后的产物(犹如类星体、超新星爆发一样)。换而言之,现宇宙是由前宇宙坍塌浓缩为奇异的“全物质奇点”在膨胀和收缩的“临界范围”内,温度和热力发生暴胀而发生大爆炸后产生的!这个“全物质奇点”、“奇球”可以理解为是宇宙中的“全域黑洞”,它是宇宙中所有黑洞在“太极规范场”的“太极弦引力波”和“太极弦磁力波”的复合作用下,最终构成为宇宙中最大的“隐性黑洞”而使宇宙坍塌继续演化,它也是宇宙所有物质的“质量中心”。
所谓“全物质奇点”是指构成前、后宇宙的全部物质,特别是包含有尚未被地球人认识清楚的“暗物质、暗能量”,它的表现特征地球人现在还暂不能描述清楚,我们姑且把这个“全物质奇点”称为“奇异物质奇点”。这个“奇异物质奇点”有一个不可压缩的“临界范围”,小于这个“临界范围”时斥力就远远大于引力,它又以不断增强的脉冲频率“脉动”孕育着,试图冲破“全域黑洞”的巨大引力范围勃然欲出!当“全域黑洞”在超强热力的猛烈作用下再也无法束缚“奇异物质奇点”的脉冲搏动斥力时,“奇点奇异物质”便勃然爆发了,其孕育积聚的大爆炸能量和速度对我们地球人而言是无法想象的!“奇点奇异物质”在大爆炸中裂变为无数像粒子大小、仍为超高密度的物质浓缩团块以每秒 2.7×1016 千米的速度在瞬间猛爆,同时粒子物质浓缩团块还在不断地裂变,发生着第二次、第三次及更多次的连续爆炸,以低于光速、等于光速、超过光速的不同爆炸速度在宇宙中向外飞爆着。这种波频率超高、波长超短、能量超强,它近似于直线的波,轨迹是以太极微波的形式向外扩散,它们带着粒子浓缩团块迅速飞向宇宙中四面八方所能波及的所有空间。
随着大爆炸宇宙空间的猛长,奇异物质浓缩团块的能量、温度在急剧降低,其波长和频率也因引力的反向作用而同时急剧衰减,它们暴胀和衰减的波长、频率均遵循着黄金分割比例尺度,并以太极 S 曲线状的微波脉冲扩张,这种微波就是“太极弦引力波”。在“太极弦引力波”的强烈振荡下,高温的粒子浓缩团块大多都裂变为形态更小的粒子存在于“太极弦引力波”中。
由于宇宙在大爆炸的初期存在着不同空域、不同时间、不同能量、不同速度的多次爆炸,故宇宙中也存在着无数不同的“太极弦引力波”,它们既有“纵向太极微波”、也有“横向太极微波”,带着粒子复杂地交织在了一起,编织成宇宙最原始的“太极球状引力波网”,在时空中不停地旋转和演化。球状引力波网中的所有“太极弦引力波”,在不同频率、不同波长、不同能量的剧烈起伏波动中彼此相互交叉干涉,反复碰撞、叠加、重合、湮灭和新生着。这一演化过程让“太极弦引力波”在交叉干涉处产生出无数的交汇区域和凸、凹空间(犹如光波、电磁波、声波、水波那样相互干涉形成的无数波纹形状一样),使高温分散的量子态粒子聚集于太极微波交汇区域,在充满引力、电磁力、强相互作用、弱相互作用的“太极量子规范场”中聚合成形态各异的气体粒子云。此时,大爆炸后的温度仍在急剧降低,气体粒子云也随“太极弦引力波”在不断地旋转且演化生成为星云、恒星、星团、星系、星系群等有形物质,以及先于有形物质相伴而生的暗物质,让地球人观测到了多样性集聚的固态、液态、气态、等粒子态、超密态、真空场和暗物质形态的星际物质。
图3.16 天狼星(夜间最亮的恒星)
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2005 年 12 月 13 日,哈勃望远镜观察到在天狼星左下的地方有一颗小小的白矮星,这张图片是通过增加曝光而拍摄到的。这颗白矮星围绕中间的天狼星亮星旋转,每 50 年一圈,它们距离地球 8.6 光年。天狼星(Sirius)呈现出了明显的太极纵波和环绕星体的太极横波,同时两个巨大的互为十字的光带表现出了引力波和磁力波复合作用的图景。
图3.17 阶梯状的红矩形星云
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在这张由哈勃太空望远镜所拍摄的红矩形星云图片上,可以看见有趣的 X 形和阶梯状结构。红矩形星云位于麒麟座内,距离地球约有 2300 光年远,这张图片所涵盖的范围大约是三分之一光年,中间的斜十字阶梯结构同样反映出了太极引力波和太极磁力波复合交叉作用的结果。
宇宙大爆炸后经 30 万年的演化,宇宙中自由电子全部结合到了所产生的各元素当中,光子可以自由地沿“太极弦引力波”往来,使混沌难分的宇宙变得清明透亮了起来。此时宇宙中的各类粒子因“太极弦引力波”的强力振荡而处于不同的振动模式,按元素的不同比例生成有序的各类物质,这种有序性产生了宇宙中物质的“对称性”,同时又使它们产生了太极形状的“太极磁力场”和“太极磁力波”,这个“太极磁力场”和“太极磁力波”与“太极引力场”及“太极引力波”相互垂直、相互缠绕、互为依托,由局域到全域,共同推动演化为强大的“太极引力场”和“太极磁力场”,并复合组成了主宰宇宙演化命运的“太极规范场”!
在宇宙“太极规范场”中,由“太极弦引力波”和“太极弦磁力波”组成了一个庞大的形似太极卐(卍)字形状的引力、磁力网,加上宇宙旋转的离心张力,使我们的宇宙呈现出了椭圆球状的运动演化景象。
从宇宙微波背景辐射探测卫星(COBE)拍摄的 CMB 图像中,我们除能看到天空各区域平均能量或者温度十万分之一的微小起伏涨落外,还能看到无数局域的小“太极规范场”集合成了全域的大“太极规范场”,使现宇宙和反宇宙按“中国太极图”显示的“太极规范场”连续旋转演化。科学家们最终会发现,整个宇宙就是由构成太极 S 弦状的两条多维引力大波和磁力强波维系统治着。它表示出宇宙中太极微波辐射的微小变化和量子涨落才构成了宇宙的基本形状,这就是我的“太极规范场”思想。该规范场中有关粒子的生成历史将在下章中阐述。
膨胀的宇宙中为什么会发生两星系或多星系碰撞?目前科学家们除了用星系之间的引力来做解释之外,再没有更好的理由来说明其主要原因。笔者认为,两星系或多星系之所以能发生碰撞,是因为各星系在生成演化过程中,自身旋转的方向不同!从众多星系运动的照片来分析,就会发现各星系旋转方向如果相反,星系间的引力就起主要作用,星系间除了相互吸引靠近、发生谱线蓝移外,还会发生碰撞,生成新的星系;各星系旋转方向如果相同,星系间的斥力(张力)就起主要作用,星系间除了相互排斥远离、发生谱线红移外,还会彼此相背而去。同理,星团、星群和它们中暗物质的不同旋转方向,演绎了宇宙的收缩与膨胀!用“中国太极图”中两个相互缠绕的鱼形图和两个黑白鱼眼的运动演化趋势,可准确地解释宇宙中星系相互碰撞与宇宙膨胀或收缩的原因。两鱼形图中的两个黑白鱼眼的旋转、长大、缩小、靠近、背离都能显示出各星系的演化结果,加上太极 S 曲线的生命意义和象征宇宙有限无界的外圆,将让“中国太极图”完美地表达出宇宙的过去、现在和未来!宇宙中所有物质都遵循“太极规范场”运动是宇宙大爆炸后形成宇宙膨胀或收缩的根本原因!
“太极规范场”理论是否就是科学家梦寐以求的“量子引力论”或是“大统一理论”?这有待科学家们进一步验证。如果“太极曲线几何”和“太极规范场”理论能成立, 则对地球人更进一步了解认识宇宙犹如插上了太极时光翅膀,就会自由地在太空中翱翔。因为它就是科学家苦苦探求而得不出结果的“宇宙第一推动力”!我期待科学家们能验证我的思想。
图片版权与提供:DMR,COBE,NASA,Four-YearSky Map
这幅图像和“宇宙和宇宙星系运动总图”相对照,会奇妙地显示出它们惊人的一致性。之所以将这张图片再次向读者介绍,是因为图片中椭圆长轴线上可看出有明显的两个太极阴阳小鱼眼点,它们分别是“有形物质宇宙”和“无形物质宇宙(暗物质、暗能量)”的质量中心点!椭圆宇宙被一条太极 S 曲线分为两半,它不仅显示了宇宙大爆炸初期物质在宇宙暴涨时按照太极 S 曲线穿越时空的速度,而且显现了宇宙暗物质的“痕迹”。宇宙双极现象证明了宇宙就是一个“太极规范场”!
有关“太极规范场”的宇宙循环演化思想,目前可以用美国宾夕法尼亚州立大学理论物理学家马丁·波乔瓦尔德的研究成果来验证。波乔瓦尔德以“圈量子引力论”为基础提出:大爆炸并不是时间的起点,我们的宇宙是前一个宇宙收缩后因“反弹”而再度膨胀产生的。“圈量子引力论”是一种试图将爱因斯坦相对论与量子力学相结合的理论。波乔瓦尔德提出的宇宙模型显示,在大爆炸开始的瞬间,我们的宇宙体积非常小,但没有小到零,能量极大却不是无穷大,并不是“奇点”。大爆炸很可能是前一个宇宙灭亡所爆发的。大爆炸开始之前,宇宙的前世处于收缩状态。经计算表明,它不能收缩成一个没有体积的“奇点”,因为当温度和压力变得极大时,引力会变成斥力,阻止宇宙进一步收缩。由于收缩积蓄的能量非常大,故宇宙收缩到一定程度后会发生“大反弹”,这是宇宙发生大爆炸膨胀的重要原因。在我们这个宇宙中有可能探索到宇宙“前世”遗留下来的痕迹,宇宙可能有着无限的过去和未来。波乔瓦尔德的这个模型及思想完全和“中国太极图”显示的“太极规范场”相一致。
对“中国太极图”、“太极几何”与“太极 S 曲线”的神奇,笔者还会在以后几章中详细介绍,让我们再领略它的万态奇变!
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