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預測本世紀的物理理論走向及本人長期研究計劃
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雖然許多人認為現(xiàn)在物理理論有點走到盡頭了，主要是像弦論這樣的理論看起來是對的但實驗極難驗證；但我認為并非如此，我覺得十年內(nèi)可能會出現(xiàn)物理理論的更大的革命，甚至比20世紀初相對論與量子力學的發(fā)現(xiàn)的革命更大。本世紀的物理理論可能會采用完全不同于牛頓以來的需要背景時空的物理理論構建。在新的不預設背景時空的物理理論中，我們可能會發(fā)現(xiàn)量子力學的基礎并不是現(xiàn)在這個樣子，屆時你們會發(fā)現(xiàn)量子理論不再僅僅是“正確”的理論還是可以“理解”的理論；同時，新的理論將會用一種更嚴肅的態(tài)度審視觀測者的地位，觀測者地位甚至與當前量子理論中地位也會完全不一致；另外，關于引力的理論也會重寫，這樣廣義相對論將作為一個近似的理論或“浮現(xiàn)的理論”出現(xiàn)，而量子理論在新的理論中只是被重新理解而已。 而基于上述想法，我未來的研究計劃是：把整個宇宙包括觀測者看成一個維度極大的量子系統(tǒng)，當從中分裂出一個小系統(tǒng)和一個大系統(tǒng)時，時間便有可能產(chǎn)生，同時小系統(tǒng)就是觀測者本身。而大系統(tǒng)可以繼續(xù)被分裂成若干個小系統(tǒng)，這些小系統(tǒng)間的量子糾纏熵可用來定義它們的相對距離，通過這些相對距離我們可確定這些小系統(tǒng)構成的世界的近似空間維度，神奇的是我們發(fā)現(xiàn)引入距離的同時我們不可避免地使得系統(tǒng)間存在萬有引力，或者說引力等效于距離的定義。目前構建這個理論框架最大障礙是目前關于量子態(tài)的分裂和多系統(tǒng)量子糾纏熵數(shù)學研究還不多，特別是tensor decomposition方面的文獻極少，只有簡單的矩陣分解比如SVD分解，所以往前推進時遇到了很大的問題。 無時空的理論需要解決另一個理論難題是如何證明現(xiàn)實世界為表觀三維且如何推導出局部洛倫茲對稱性，當然幸好MIT文小剛好像用完全量子糾纏和介質(zhì)波振動的觀點研究了電磁學，按道理他肯定推導出了洛倫茲變換，因此這個問題或許已經(jīng)被他解決了。 當然，我也知道無論構建什么物理理論都必須注意能否提出新的可被實驗檢驗的預測，量子場論就是這樣一步步發(fā)展過來的；因此，如何提出新的預測（現(xiàn)在理論得不到的）而且還能被實驗檢測是個非常非常大的挑戰(zhàn)。 當然現(xiàn)在在中國做科研最大的挑戰(zhàn)，還是如何在繁雜的日常教學科研行政事務中抽身出來搞自己感興趣的課題，唉，還得經(jīng)常寫項目申請結題什么的。 或許你們會問為什么你覺得無背景時空的理論才是對的。答案是我覺得假設有個“空無一物”的背景時空在后面其實是真正的“神秘主義”，有背景時空才是不自然的，因此完全可能根本沒有背景時空，只有物質(zhì)本身，所謂背景時空只是我們通過物質(zhì)間的關系的一個推演的概念。這個觀點似乎與牛頓同時期萊不尼茨是一致。 最后附上文小剛的想法： “我想用量子糾纏來統(tǒng)一基本粒子和引力，用的是一個全新的思路，一個代數(shù)的思路，和幾何纖維叢的思路完全不同。也可以說是想用代數(shù)的辦法來看幾何，用代數(shù)的東西來看纖維叢。過去愛因斯坦把我們引入了用幾何眼光看世界的思路,它主導了物理學一百多年的發(fā)展。但我覺得這個方向有點不對，應該用代數(shù)眼光看世界，理解世界�！� ——MIT 文小剛 |
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leedobb: 回帖置頂 2015-08-24 10:50:32
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其實我的方案有點類似于數(shù)學領域的嚴密化（或公理化）運動，我把它稱為物理學的哲學嚴密化運動。 當微積分提出時，它雖然很實用，但邏輯上存在諸多問題。當然牛頓當時的人無法解決這個難題，不排除當時很多期望解決這個難題但發(fā)現(xiàn)會逐步滑入一個巨大的陷阱里，而且可能還得不到其它更有用的結果，這就像我現(xiàn)在說的物理學的哲學嚴密化過程一樣，你會發(fā)現(xiàn)若想把物理學嚴密化，你會覺得自己陷入一個巨大的黑洞里，而且還可能沒有結果。但后來經(jīng)過數(shù)學家們一兩百年的努力，通過delta-epsilon語言區(qū)間套技巧還有近世代數(shù)，最重要是集合論的出現(xiàn)。使得整個微積分終于在邏輯上可以嚴密點了，而且反過來給整個數(shù)學奠定了基礎（集合論）(注：數(shù)學嚴密化運動可參考克萊因的《古今數(shù)學思想》)。 而物理學也有點類似，目前就有點像微積分提出當時，雖然理論非常實用，但在哲學嚴密性上有一點點不如人意。當然若不是很在意，生活也同樣過得很開心，畢竟物理里最重要的是測量（或叫關聯(lián)函數(shù)），而后面的物理理論本身可以不一一對應物理真實（這在羅素的物質(zhì)分析里說得很清楚）。也因為這種原因（重測量），目前致力于哲學嚴密化運動的物理學家很少（我知道的有Barbour J、Zurek等人），而且他們自己也通常會經(jīng)常質(zhì)疑自己的工作是否有意義。我認為從長期看他們的工作是有意義的，但短期看可以說毫無用途。（注：我個人認同物理理論只要其預測的測量符合現(xiàn)實即可，其背后的數(shù)學構建可不必一一對應物理真實。但目前關鍵的問題是有些物理測量還解釋不了，另外某些理論構建有點割裂仍未統(tǒng)一，比如費米子與玻色子未能一個理論構架下實現(xiàn)，因此需要通過嚴密化運動去找到一些啟示，然后構建相應的理論，當然新的理論也不必一一對應所謂的物理真實。） 目前，基礎物理學領域大多物理學家仍然希望弦論能最終統(tǒng)一所有的物理，但前景也不是很樂觀，最重要的障礙是再往下實驗實在太難做了，而它的前身standard model等理論成功的最重要原因是實驗與理論可以一步步跟來走。現(xiàn)在一邊沒了，純粹靠邏輯與數(shù)學似乎不能走很遠（即使這在廣義里很成功），這里的主要原因是大家對量子力學后面隱含的東西或許理解得仍然不夠透徹。 或許此時，哲學嚴密化運動可以為物理學找到類似于集合論這樣的比較統(tǒng)一的基礎，在這個基礎上重新搭建整個物理學，并看看可得到哪些新的理論預測，而且這些理論預測能量要求也沒有那么高。當然，這個運動注定非常艱難，像數(shù)學的嚴密化運動從微積分提出（1671）到集合論（約1900）也有兩百年的時間。主要像這種事情大家一般不太愿意干，因為大多工作基本沒什么回報，除非你在嚴密化過程中運用新理論能得到在容許范圍內(nèi)可測量的理論預測了。大家才會真的在意你。另一個原因，做這方面的工作極其容易掉入虛無的境界，從事這方面工作的人會經(jīng)常質(zhì)疑自己是不是在做沒意義的東西，自己的東西是否上道，比如康托也經(jīng)常被這些問題糾纏。 但即便如此，我還是呼吁能有人來做這方面的工作。 |
65樓2015-08-24 10:47:03
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