中国科大校长朱清时的弟子姜岩在网上回复疑问,我看科大这次真露脸了,“姜岩回应网上辩论:东方科学与文明伟大复兴”(http://tech.sina.com.cn/d/2005-05-13/1025606699.shtml)
请着重看第七部分(p7),如果说前面的东西还能蛊惑一下人心的话,这一部分可真的跟我见到的一些民科有点象了。没有公理,没有严格的论证,上来就把现代科学的几个概念和常数生拼成他们的理论和公式,然后用文学语言描述,最后就“认为”出结论来了。
我们先尝试着在中国古代的宇宙模型上建立一个现代宇宙模型。这个宇宙模型是什么呢?我们认为可以从以下两句东方经典论述中得出:一是“道生一,一生二,二生三,三生万物,万物负阴而抱阳,冲气以为和。”(《道德经》四十二章);二是 “易有太极,是生两仪,两仪生四象,四象生八卦,八卦定吉凶,吉凶生大业”。 (《易传·系辞上》第十一章)
我们先定义基本空间单元:宇宙是由基本四维空间单元(直径约为10的负34次方米。即普朗克尺度)组成的,小于这个基本单元空间就失去了意义。
大约在140亿年前,在“没有时间、没有空间、没有能量、没有物质”的空虚的“无”的世界中偶然发生了一个量子涨落事件,它产生了一个基本四维空间单元。这个基本空间单元产生了一个偏离“无”的量,我们定义为能量,它是一个趋向于回归于“零”的量,在趋于“零”的过程中做功。以这个空间单元为中心,宇宙以恒定的速度(光速)以波动的形式(即电磁波)扩大,波长为基本空间单元的长度,每扩散一个空间单元的长度,新产生所有空间的能量(即我们通常所说的能量)与产生上一个空间单元长度的空间的能量相等。即E(i)=E(i-1)=E0,E=iE, i=ct/r(0),其中E为能量,c为光速,t为宇宙的年龄,r(0)为基本空间单元的半径,i为第i次空间单元扩散。这就是我们所在的膨胀着的宇宙。
宇宙象一个被星星之火点燃的草原,而不是一颗被引爆的炸弹,宇宙大爆炸是被火种点燃的一个时刻,而不是象炸弹爆炸那样释放出所有能量的一个时刻,当宇宙诞生后,就象一个被点燃的草原在扩大燃烧的空间的同时不断释放热量(能量),而这些能量的来源于宇宙的膨胀。
每一轮新空间的诞生都增加了整个宇宙的熵,也就是说宇宙膨胀本身是一个增加熵的过程,是一个无序增加的过程。与此同时,能量(物质)呈现有序化,使得整个宇宙的负熵增加。宇宙的总熵恒等于零。由于宇宙是膨胀的,因而宇宙内的能量、物质和信息也就应趋于有序,促使这种有序形成的基本作用为4种基本作用力。
我们可以从微观上理解负熵是如何增加的:基本空间单元的以波动形式扩散可在时空中形成一条波动的弦,大量弦的相互作用可形成孤立子,这些孤立子就是包括光子等在内的各种基本粒子。因而各种基本粒子是大量弦波的叠加。孤立子相互作用形成了力。随着能量的增加,空间的膨胀,大量弦波形成的孤立子越来越多,这些孤立子集中了大量能量,也就是说能量转化成了各种基本粒子。这些基本粒子相互作用逐渐形成星云、星系、恒星、行星、卫星,使得宇宙的有序增加了,最终在行星上出现高度有序的结构——生物现象,而且在地球上诞生了智能生命——人类。人类是有序加工和放大器,可使有序进一步增加,而且能形成非常有序的结构——精神世界,如同黑洞内部的信息不可知一样,对于人类以外的无法实现信息交流的观测者来说,精神世界如同黑洞一样,也不被外界所知。
由于宇宙的能量是逐渐随着宇宙的膨胀增加的。因此宇宙是一个开放系统。
宇宙在膨胀过程中,一方面熵不断增加,另一方面要求熵减,也就是说宇宙膨胀本身是趋于无序的过程,这就要求宇宙内部的能量、物质(两都可称为实能量)和信息必然趋于有序,基本粒子是散布在空间中的能量有序化的表现形式,原子、分子的形成是基本粒子进一步有序的表现形式,原子、分子形成各种物质增加了所有原子、分子的有序,物质又形成星云、星系、恒星、行星,是物质在宏观、宇观上进一步趋于有序的表现形式。而在各种层次上出现的复杂现象,又从总体上增加了宇宙的有序程度。促使这一系列有序形成的基本作用为4种基本作用力。因此我们可以从“自上而下”的角度认为,4种基本作用力是宇宙有序化过程的产物,从这个角度研究可以解决目前困扰科学家的4种基本作用力统一问题。
生命现象、特别是人类的出现使得宇宙有序化上升到一个新的层次。生命体本身就是诞生于无序的高度有序的机体,而人类除了身体高度有序外,还是宇宙的有序增加器,大量的无序经过人类的劳动变成了高度的有序,比如我们创造的高楼大厦、飞机、计算机等等各种物质文明是高度有序的,另外,人类还创造了精神文明,人类可以用26个字母写出无数高度有序的文学作品,用7个音符谱写出高度有序的音乐,用1和0为基础编成各种计算机软件。根据中国古代科学的类比方式,整个宇宙可用太极图表示,那么无序和有序相当于太极图中的阴阳鱼,如果把无序比作阴鱼,那么阴鱼中的阳极就是黑洞,如果把有序比作阳鱼,那么阳鱼中的阴极就是精神世界,如果我们认为黑洞作为无序中的不可知世界,那么精神世界则是有序中的不可知世界。比如一个去世了,他头脑所带有的精神世界也就不可知了。
根据这一模型,我们可以定义宇宙的总能量为
其中E为宇宙总的正能量,E0为基本空间单元的能量,R0为基本空间单元的半径,c为光速,t为宇宙存在的时间。宇宙的总能量是随时间的增加按线性恒增的。
我们把波尔兹曼熵定义中的气体分子变为基本空间单元,由此可定义宇宙背景熵,这个熵是恒增的,用于描述宇宙的无序。同时,我们可以定义宇宙结构熵,E/T,其中E为宇宙的总能量(这个量是恒增的),T为宇宙的温度,这个熵是恒减的,用于描述宇宙的有序。背景熵和结构熵的总和是一个恒量,我们可以定义为0。
由此我们可以得出与描述封闭系统的热力学二定律完全互补的宇宙热力学二定律,即对于宇宙这一开放系统来说,能量恒增,熵守恒。
这个模型可以解释很多问题。这里我简单说几个。
1、时间不再是一个基本量,而是宇宙背景熵和结构熵在宇宙膨胀时变化的派生量。时间存在着两个箭头:一个总是指向背景熵增加的方向,由有序指向无序,即通常的热力学箭头也即我们常见的时间方向;一是总是指向结构熵增加的方向,由无序指向有序,从星系的形成,原始生命的诞生,以及进化到人类,人类社会的进步和精神世界的产生发展就是这个箭头方向的代表。这可以从根本上否定长期困扰科学界的热寂说。
2、光速不变是因为宇宙向“无”以电磁波的形式扩张,使“无”变成“有”的速度就是光速。任何物体运动不能超过光速是因为任何物体不能超过宇宙的扩张而直接到达“无”。
3、光线经过大质量天体附近时,不但会弯曲,而且波长会加长,频率会减少,出现红移。如果是落入黑洞,那么波长将变得无限长,频率将变得无限小。根据这一点,哈勃定律将被修改,即发光源距我们越远,其红移比按哈勃定律计算的要更大一些。这与观测结果吻合。观测表明,哈勃曲线尾部存在上扬现象。
4、基本空间单元以波的形式扩散,也就是说存在以基本空间单元为基础的能量波。能量波的叠加可以形成各种各样的波,可以出现孤立子现象,形成各种各样的基本粒子。也就是说,基本粒子是大量能量波叠加形成的孤立子。它们可被分解为大量的能量波。这可以解释大量单个电子分别通过双缝形成的干涉图案的实验。尽管每一次只有一个电子通过双缝中的一条缝,但实际上是有大量的能量波同时通过双缝,只是通过一条缝的概率大得多而已,不过,一个接一个的电子等概率地通过两条缝的任一条,实际上相当于大量能量波的叠加,自然会出现干涉条纹。
5、宇宙的总物质和总能量应当是目前宇宙学说认为的一半,因为宇宙的总能量(含物质)是逐渐按线性规律增加的。这也可以解释为什么按目前的宇宙学说还有65%的物质和能量是观测不到的。因为目前的宇宙学说中认为的物质和能量中有50%是根本不存在的。
实在可笑啊!
说实话,我真的真的不觉得这位姜岩同学的理论有什么创新之处。实际上在十几年前我念中学时看过的《奥秘》之类的书里面,这种理论(当然公式未必相同)早就有人提过了。当时我可是非常热衷此道的,经常思索“宇宙难题”,甚至在上大学的头两年还这样。想起来,除了对文献的掌握和那几个所谓的“公式”以外,我当时大概不比这位姜同学差。真是难得了朱院士的培养。
此外,“熵”大概是很多喜欢自创宇宙理论的科学爱好者们最热爱的一个概念了。按现在时髦的说法,“熵”很可能是科学里面最“cool”的词之一了(顺便提一句:搜索了一下,发现连发愣功都有关于熵的学说,真是强啊)。这些爱好者们不管熵的热力学根源,不管熵的统计学意义,他们更关心象“热寂”这样的噱头(呵呵,有点象某些环保人士啊)。由于系统理论里面引进过熵的概念,于是见样学样,满世界到处都是熵,但你在这些理论里却只能看到文学般的描述,根本别想看到象热力学里面那么清楚的关于熵的公式和推演了。
还有一点我想讨论一下。很多旁观者说对这类科学爱好者要宽容,不要扼杀思想。当然是这样!爱思考、有好奇心永远是件好事,爱好科学当然是值得鼓励的,尤其是对青少年。但是,爱好科学并不等于就有科学精神了,并不等于说的话做的事就科学了。前面提到我上中学时候很迷宇宙难题,实际上是件很浮浅的事。回想起来,我当时的最大的缺点就是好高骛远。连牛顿运动力学都学不精,却整天想着相对论和量子力学!等到了大学才发现这两门知识并不比牛顿浪漫,而浮浅的心态没有被及时纠正,于是我的理论物理学家的远大理想最终破灭了。关于“熵”也是,直到接触到统计热力学,我才发现以前自己的一些“理论”是多么的空洞(很惭愧,之前学过物理化学,但我没怎么听课,没开悟)。有意思的是,后来这些理论被发展成个人的人生观,倒也充满了“真善美”,呵呵。
所以,我的一个想法是,对于象当年的我这样的青少年,我们的文化教育里是不是应该少一点噱头,多一点科学精神的培养和引导?我相信,这样不仅不会“扼杀”个人的想象力,反而能把青少年的想象力和活力引导到合理的方向上。反之,如果社会上到处流行姜同学这样的“想象力”和“创造力”,中国即使有十三亿爱因斯坦的大脑,也只能产生十三亿种“易经”。
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