与李淼教授讨论弦宇宙学（四）               
                            ——读《超弦理论的几个方向》                                          
                                    王德奎
                        （绵阳日报社，四川绵阳，621000 ）
                              
    摘要：20世纪，拓扑学、微分几何、微分流形一类的数学，和相对论、量子论一类的物理学，都在打造两顶“花帽子”---球量子和环量子；这是类似《西游记》唐僧手中的“紧箍咒”，只要是专家，不管是自然科学家还是社会科学家，都会自觉不自觉地选择其中一顶“花帽子”戴在头上；而人民群众就类似“唐僧”，专家就类似“孙悟空”，不管人民群众懂不懂拓扑学、微分几何、微分流形、相对论、量子论一类学问，但他们都能明白球面和环面不同伦一类之争的。目前超弦理论的几个研究方向就涉及球量子和环量子之争，李淼教授的讨论就试图在避免戴错“花帽子”。
    关键词: 超弦理论、弦宇宙学、引力、暗能量、球量子弦论、环量子弦论、点内空间、五元数

                 四、独立于主流之外的前沿研究是不自量力吗？
    我们观察到目前我国对超弦理论的研究，有中科院系统群体（包括中科大）、北大群体、浙大群体、上海李新洲群体等几个大的主流研究中心。有人认为，在阅读弦论的教科书以前，通过阅读科普文献来与这类主流研究中心的专家们争论，是不自量力的错误行为，只能暴露自己的一知半解与误解。现在我们请出独立于中科院系统等主流群体之外的四位学者，他们的研究渉及到宇宙、能量等物理的前沿研究，看他们的研究思路到底与超弦理论等主流研究的思维偏离有多远？这四位学者是：
    （1）石益祥，1958年生，浙江东阳人，浙江海洋学院数学副教授，主要研究由他本人提出的宇宙对立统一的基本理论。 
    （2）李友松，1937年生，哈尔滨人，哈尔滨工程大学哲学教授，曾任“自然辩证法教研室”主任，硕士生导师，主要研究方向是科学哲学。
    （3）韩民青，1952年生，山东青岛人，山东社会科学院副院长，哲学研究所所长，山东师范大学硕士生导师，研究员，长期从事马克思主义哲学和哲学人类学、科技哲学、文化哲学、社会发展理论的研究。
    （4）周吉善，1939年生，河南省济源市人。退修教师。执教中学物理、语文四十余年。有感于现代学术皆以西方的概念、体系、理论框架和思维模式为参照，未免偏颇。十余年来，着眼于中西文化之汇流，以中华传统文化为参照，审视西方物理学400年来的发展史，发表《自然哲学新论》、《易学与物理学》等论文多篇。
     1、石益祥和李友松教授针对韩民青教授提出的元宇宙、新人择原理、多元无限宇宙观、新人类观等新概念，进行语义分析，以此从实和虚两个方面进行论证。周吉善老师则是从我国传统的易学思想，讨论这些问题，并设计物理实验。例如他认为在讨论光速不变与波粒二象性这两个问题之前，首先需要弄清物理学理论中的3种观念。
    a、物理学不研究“物质”，因为“物质”是抽象的类概念；是属于误用的哲学概念。实际上，物理学只研究质量、电量、能量跟时空的关系。
    b、从牛顿时代开始，物理学就分牛顿范式和非牛顿范式，前者研究孤立质点运动的规律，后者探讨热、光、电、磁的本质；现在已经非常清楚，热、光、电、磁现象的本质都是电磁波，统称为能量。
    c、现代物理学理论可以分为以质量计量、用时空描述；以能量计量、用位形描述两大体系。物理客体理应分为质量系统和能量系统两大类。同理，粒子物理学就应该分清质量子(即费米子)和能量子(即玻色子)；能量子的本质差异在于有没有静质量。
    周吉善老师据此讨论光速不变问题，说依据“质量是惯性的量度”，光子没有静质量，自然就应该与光源的惯性无关。人们通常表现出的“不理解”，属于牛顿范式独霸天下产生的常识性错误，不清楚物理客体应该分为质量系统和能量系统两大类。所谓的宇宙，是质量体(包括电子、质子、原子、分子到其大无比的天球)，悬浮在能量海洋(即连续辐射)中的巨系统。只有当能量(子)从质量体中放出(或被吸收)时，才表现出一份一份的粒子属性，被称为光子；而这种能量(团)在连续辐射的海洋中传播时，则总表现为波。德布罗意提出波粒二象性，开始时说微观“物质”既是粒子又是波，后来改为既不是粒子又不是波。究竟是粒子还是波，直到今天波粒二象性依旧是个说不清道不明的谜。实际上只需要摈弃掉“物质”这个误用的哲学概念，并承认物理客体分质量、能量两个系统，问题即可以迎刃而解。波属于能量系统的属性，而粒子性总跟质量系统相关。光子属于能量子，如果讨论质量子的问题，那么，量子场论承认微观存在，分粒子和场，每一种粒子都对应着一种场，却讲不清二者之间的关系究竟如何。只需要将电子放到质能两系统结构论的框架去考察，就不难发现所谓的电子动能并非属于电子，而是网络态的能量海洋作用于电子的结果。试想：空中悬浮的气球不能静止的原因在于空中能量分布不均衡，即此类比就不难理解粒子性和波之间的相互关系。由此而来所谓的波粒二象性，是使用分别适用于能量或质量系统的仪器，检测由质量子和能量子构成的复合态产生的不同效应。验证实验是：同时使用干涉仪和计数器对质量子进行观测，当光栅的隙缝小于粒子的直径时，放在光栅背后的计数器就不会记下粒子数。理由是通过光栅的只能是能量海洋中传递的一列波，具有静质量的粒子将被“滤”掉。
    2、韩民青教授为了统一前人研究产生的“母宇宙”、“婴宇宙”、“多宇宙”、“大宇宙”等诸多概念，其视角是提出元宇宙概念，其定义是：比不需意会的本宇宙层次更原始的背景宇宙层次是元宇宙，它具有与本宇宙不同的性质，属于另类宇宙；本宇宙生长在元宇宙的基础上，本宇宙是由元宇宙演化生成的更高一级的宇宙。怎样寻找元宇宙呢？韩民青教授认为元宇宙要到本宇宙边缘外面去寻找：只要发现了本宇宙之外的更大层次上的不同性质的事物，就可以断言它是元宇宙。韩民青教授说：“总星系在时空上是有限的，技术观察将会发现我们宇宙的边缘，将会发现‘纯粹无限的真空’那就是元宇宙”。即元宇宙就是本宇宙边缘之外的纯粹无限的真空。本宇宙从元宇宙演化而来，本宇宙还没有出生之时，元宇宙就已经存在，此时，宇宙内空无一物，故真空；此时的真空是整体的，没有内外之分。本宇宙的出现，将真空分成了两部分，一部分在本宇宙之内，另一部分在本宇宙之外，在内的属于本宇宙，在外的就是元宇宙。而在本宇宙之内的真空，就不再是元宇宙的一部分了。
    石益祥和李友松教授的视角是，有实必有虚，并仿照数的命名，提出纯虚物质概念。从时空角度上看，实数是空间的数量关系，纯虚数是时间的数量关系，复数则是时空的数量关系。复数系统的结构是：实、纯虚、正、负四大类数统一于零；类似地，宇宙结构应该是：实、纯虚、正、负四大类物质统一于零态物质。而物质系统确实存在实、纯虚、正、反、真空五大类物质，于是可建立物质系统中各类物质和复数系统中的各类数之间的对应关系：实物质——实数、纯虚物质——纯虚数、正物质——正数、反物质——负数、真空物质——零。正是因有物理学的虚物质概念，领军挑战爱因斯坦相对论的，如内国的秦元勋、廖铭声、黄志洵、杨本洛、杨新铁，国外的穆马尼、迪米特里耶夫等有超光速物质运动思想视角的人，认为不应当把狭义相对论公式中取虚值的因子，人为限制去掉，应允许其取虚值。但按照动静质量转换公式，以超光速运动的物质具有纯虚数的静止质量。而被爱因斯坦称为“鬼波”的 函数，是量子力学的基础，是一个复变函数，有实和虚两个部分，实部反映波的实的部分，虚部象征波的纯虚的部分，可见，波内也有实、虚之分。在实物质范围内，经典世界是实的，无法解释量子的缠结行为，这意味着在实物质之外还有其它物质——纯虚物质存在，就像实数系外还有纯虚数存在一样。在量子缠结现象中，存在局域性和非局域性（整体性）的对立，局域性是实物质，故非局域性应该是纯虚物质。近年，中国科技大学郭光灿研究组，取得了普适量子克隆实验成果。澳大利亚国立大学华裔物理学家林平奎领导的研究小组，在光学通信系统的一端把一束激光信息“毁灭”，然后在一米外的另一端，将它重新现形。暗能量与常规能量对立、斥力与引力对立。万有引力相对于亚光速运动物质而言是吸引力，相对于超光速物质而言是排斥力。暗能量具有长距离反引力的性质。可见，暗能量、 斥力、超光速都是纯虚物质的不同特性。实物质和纯虚物质的对立意味着宇宙的本原既不是实物质，也不是纯虚物质。倘若不是，如果宇宙本原是实物质，那么它就不可能演化出纯虚物质，相反，则不能演化出实物质。按照这种推理，作为宇宙的本原，弦的假设缺少了纯虚的部分；宇宙的本原应该是融实物质和纯虚物质于一体的物质，具有既实又纯虚，既非实又非纯虚的特点。说实，是因为它能够生出实物质。说纯虚是因为它无形。无形当然非实；能够生出实物质自然非纯虚。在宇宙中具有这样特性的物质只有真空，因为真空是无形的，具有纯虚的特性，但在真空内又有有形的实物质，说明又具有实的特性。
    关于真空是宇宙的本原，石益祥和李友松教授的视角是，在地球上，地球是我们的背景。地球悬浮在太空中，太空是地球的背景。同理，太空也是星星的背景。进一步会发现一切星球都在太空中，生在空中生，死在空中死，因此，真空是一切星球的出生地和归宿处，可以将真空定义为宇宙的原始终极状态。狄拉克曾将真空看作负能级被一切电子占据的态；薛晓舟、张会则直接把基态量子场定义为真空；李政道认为真空在量子场论中就是能量的最低态，真空有结构，充满虚粒子。虚无的真空是不可区分的。可区分就意味着真空中已经有了不同的东西，这和真空的定义矛盾。不可区分意味着真空物质的分布是绝对均匀的。真空是无限的，倘若不然，真空有限，那么，有限的真空就有边界。试问，真空的边界是什么物质组成？边界之外又是什么？在宇宙的原始终极状态，还没有正、负、实、虚之分，呈现出中性态。这就像数零，位于具有实、虚、正、负数的复平面的正中间一样。 中性意味着零性。现实空间是弯曲的；之所以弯曲，是因为真空中包含星球。换句话说，在星球还没有出现时，真空是平坦的。真空是虚无的，但虚无的真空能生出万物，而万物是有形的；相反，万物消亡时，又复归于真空。可见，宇宙的演化有正、反两个过程：从无到有和从有到无。有无相生，一个中国古老的哲学命题，就用科学的方法如此精确地表达了。当平坦的真空演化出星球的时候，空间弯曲了，而当星球消亡时，弯曲空间又复归于平坦，于是有了空间演化路径：平坦空间 → 弯曲空间 → 平坦空间。真空是宇宙的根基。根基的平坦性意味着宇宙在整体上是静止、均匀和各向同性的。真空的平坦性，支持爱因斯坦引力场方程有静态宇宙解，这意味着宇宙常数 ，且还有一个斥力场存在。暗能量的发现证明排斥力确实存在。真空的平坦性还意味着 ，宇宙的能量密度， 是临界密度。
    石益祥和李友松教授还认为，相对论有一个不是假设的假设：运动物质有时空坐标。对时空坐标的假设意味着运动物质是时时可测的，这实际上等价于假设运动物质是实的。按照狭义相对论，实物质运动速度不超过光速，但这在逻辑上并不排斥纯虚物质的超光速运动。从现有的超光速实验来看，在出现超光速现象时，物质都进入消失态；消失态下的物质时空坐标，是无法直接测量的。物质和空间有两面性，相对论利用了物质和空间实的一面，而超光速运动利用了纯虚的一面，两者既对立又互补。如将超光速融入相对论，那么，相对论就既实，又虚；既有亚光速运动，又有超光速运动。相对论和量子理论不能协调的根本原因是：相对论是实物质的理论，而量子力学却有虚的成份，故相对论无法容纳量子理论。而且物理学的概念全都建立在现象的基础上，缺乏根本性。有些概念，如质量、能量和信息，在经典物理学中是清楚的，到了现代物理学反而模糊了；有些概念本来是不清楚的，如光量子，但如果从真空出发，对这些概念的内涵和外延进行反思，说不定现代物理和宇宙学中许多迷一样的问题，就自然而然解决了。因为有些问题本来就不是问题，而是概念不清所至！李政道提出将真空和粒子一起研究。黄涛则把解决对称性破缺和夸克囚禁的关键放在揭示真空物质的本质上。
    3、认真阅读和分析以上四位学者的观点和视角，发现他们是很有见地的。和中科院系统群体、北大群体、浙大群体、上海李新洲群体等几个大的主流研究中心的学者们相比，研究宇宙、能量、超弦等思路，其本质并没有偏离有多远。石益祥和李友松教授说，“弦的假设缺少了纯虚的部分”。李淼教授的《超弦理论的几个方向》一文，恰恰纠正了这种说法。李淼教授指出印度科学家森（A.Sen)的研究，是结合超弦理论做的工作，其研究偏重的“快子”，就是属不稳定膜态的“虚质量粒子”。21世纪是从电脑信息论到量子计算机信息论的世纪。量子计算机信息论的创新，与正统的物质和能量哲学达到了一种新的辨证。而由信息与量子计算科学和信息与电脑引起的实践与概念的转换，正导致一场大变革，这便是所谓的“量子计算机革命”或“信息论转向”。其中“克隆与不可克隆”的作用，就像特洛伊木马，是把一种更具包容性的量子计算机的与信息的范式引入哲学的城堡。因此，20世纪像丘奇、申农、司马贺、图灵、冯·诺依曼、维纳，到爱因斯坦、玻尔、薛定谔、海森堡、玻恩、泡利、狄拉克、德布罗意、玻姆、杨振宁、李政道、贝尔、托姆、霍金、彭若斯等为首的一些大师级的著名科学家、科学思想家，之所以几乎都走到了环量子弦论的跟前，又退回到球量子弦论的道路，正是被传统电脑信息论的“对与错”所局限。我国几个大的主流研究中心的学者们也不能例外，以上四位学者也没有例外。例如20世纪一些大师级的著名科学家对结构信息和交换信息的本质追求，对如类似石益祥和李友松教授说的复数系统的实、纯虚、正、负、零，对应如实物质——实数、纯虚物质——纯虚数、正物质——正数、反物质——负数、真空物质——零的认识，还停留在电脑信息论的水平，没有达到量子计算机信息论的层次。
    例如杨振宁教授说的自旋是一种结构，联系环量子的三种自旋，不仅可以用作夸克的色动力学编码，而且也可以用作量子计算逻辑门的建造，其环量子自旋根据排列组合和不相容原理，可构成三代62种自旋状态。电脑属于球量子弦论，量子计算机属于环量子弦论。在电脑中，一位的状态由0或1规定，两位就构成4种不同，即0与0，0与1，1与0，1与1，量子数据位只能很有秩序地在众多的逻辑门间移动，因此在电脑中可能需要进行4次尝试才能打开的计算，在量子计算机中，一个量子位则可同时以0和1的状态存在，量子位不需移动，要执行的程序只用一步就被打开。以四位学者解释的时空，我们也认为可能存在五元数，即实、虚、正、负、零；或者可能存在七元数，即实、虚、正、负、零，再加上可逆、不可逆。按量子计算机信息论五元数中仅取两个的排列组合，就是25种；七元数中仅取两个的排列组合，就是49种，它们都可能同时存在一个环量子弦上。从狄拉克的真空论开始，就没有认真负责地作这种量子计算机信息论的五元数的排列组合和不相容原理的推论，而不完备，误导了从20世纪到21世纪的不少人。石益祥和李友松教授的推论就没有例外。                           石益祥是浙江海洋学院的数学副教授，他应该知道，虚，有纯虚；实，就纯实。正与负对立，因此有正纯实数与负纯实数；也有正纯虚数与负纯虚数。如果正物质——正数，就有正纯实数物质，正纯虚数物质；反物质——负数，就有负纯实数物质，负纯虚数物质。在真空物质——零的认识中，就有正纯实数零，正纯虚数零；负纯实数零，负纯虚数零；再加上中性零，也是五元数的真空，五元数的零点能。所以，真空是平坦的，只是相对弯曲空间而言的。
   4、秦元勋、廖铭声、黄志洵、杨本洛、杨新铁等人的超光速概念，错在是正纯虚数物质、正纯实数物质、负纯实数物质还是负纯虚数物质超光速运动，不清楚。超光速运动，有正纯虚数物质超光速运动、负纯虚数物质超光速运动，但没有正纯实数物质、负纯实数物质超光速运动。其次，他们认为不应当把狭义相对论公式中取虚值的因子，人为限制去掉，应允许其取虚值，看得太简单。狭义相对论公式渉及的不仅是五元数，而且还是再加上可逆、不可逆的七元数。时空正是七元数。崔君达教授的“复合时空论”，把时空拿去与晶体230空间群的分类法作比，是犯了把七元数当成了五元数的错误。因为晶体230空间群都只能是五元数。爱因斯坦人为去掉狭义相对论公式中的虚值因子，不仅是“源于生活”的重正化，而且是避免公式计算的复杂化，其方法论是正确的。例如超光速运动物质引进七元数，物质超光速运动还渉及时间的可逆与不可逆，不人为限制去掉时间的可逆，质量该变虚的不变虚，人死了不是死；“源于生活”，能把死人或亡灵当成是活人看吗？即以“人”为例，活人与死人有复杂的实、虚、正、负、零、可逆、不可逆等分类法。类似“死人或亡灵”的“木乃伊”、“冰人”，既是实的物质，又是虚的生命。如果作正纯虚数物质看，“木乃伊”、“冰人”或死后不久的人，尸体中存活的细胞，还可以克隆复制“人”。这里似乎又回到“死人变活人”。这种数理的视角是很复杂和繁难多类的。李淼教授抬出印度科学家森的超光速研究，而没有抬出我国黄志洵、杨本洛等人的超光速研究，也许印度科学家森一直在虚与实的不稳定态中求平衡，不打倒爱因斯坦。黄志洵、杨本洛等人是要批爱因斯坦，类似不把死人或亡灵当成是活人，“理论物理学”都不成立了；他们的目的类似要为国家造出超光速运动的航天飞机或通讯工具，报国之心是对的，但打倒相对论的论证还不充分。
   5、石益祥和李友松教授说，相对论有一个不是假设的假设，即运动物质有时空坐标；而对时空坐标的假设意味着运动物质是时时可测的，这实际上等价于假设运动物质是实的。这是说到要害。今天所有主流数学中的坐标，都是属于球量子弦论坐标，他们的环量子弦论坐标也是基于球量子的。即使美国数学家鲁滨逊联系芝诺悖论的“点”可分的非标准分析坐标，也不彻底。所以我们提出建立芝诺坐标系，用X轴代表物质与真空，用Y轴代表思维与存在，作成平面直角坐标系，定交点为O，箭头一边为正，另一边为负。正的表示不需要意会理解的思维与存在、物质与真空，负的表示需要意会理解的思维与存在、物质与真空。如此构成的坐标系把万事万物分成了四个象限，对实、虚、正、负、零、可逆、不可逆等给予坐标假设。这实际是一种虚与实、正与负对应的有自然属性的点内几何空间和点外几何空间的坐标。它把虚数联系点内空间。各种极限点，都具有虚与实、正与负、正与反、有与无、生与死、阴与阳等类似的界或点的的不确定性。其实点有三种实在论的性质，可联系物质、能量和信息三个“要素”。例如，在一张纸页上放一粒沙（类似实物），是一个“点”；在纸上打个针孔眼（类似破裂、虚空），是一个“点”；在纸上作个笔尖墨迹印子（类似中性），是一个“点”。物质类实，可对应粒沙“点”；能量类虚，可对应针孔“点”；信息类中性，可对应墨迹“点”。对这三种实在论纸上的“点”再细分析，针孔眼“点”的那种情况，类似虚的时空是穿过针孔眼的，这个“点”实际上是环面；有虚与实、正与负对应的自然属性。即不管是物质、能量、信息都能用环量子几何的图像来映射，而把一些抽象的类概念，变成一些可触摸的图像概念，并可同时缠结在一个环量子上。
    以此来看周吉善老师的验证实验，是失败的。因为不管是质量子和能量子，不是球量子就是环量子。而球量子和环量子图像是独立于实、虚、正、负、零、可逆、不可逆之外的。即球量子和环量子都是有实也有虚，有正也有负，还有零的情况。并且，量子性并非刚体性，而有不确定性的。就是通过光栅能传递的一列波的能量海洋，也非连续，而是量子性的。其次，球量子弦论或环量子弦论的微单元，就是最小的本征值数量级的Planck标度（10的-33次方厘米），没有任何计数器的光栅的隙缝，可以比Planck标度更小，周吉善老师怎能“滤”掉具有静质量的质量子粒子，而分辩出或检测出由质量子和能量子产生的不同效应？
    6、韩民青教授的纯粹无限的真空就是元宇宙；而元宇宙要到本宇宙边缘外面去寻找。石益祥和李友松教授反驳韩民青的观点，也仅是把元宇宙、本宇宙、真空归一，把虚看成是实的背景，而提出纯虚物质概念的。不管是石益祥和李友松说的纯虚物质的背景真空，承载着悬浮的一切星球类似的实宇宙；或者是韩民青说的本宇宙边缘外面的元宇宙，包围着本宇宙，都是个有大包小或虚包实的绝对之分的宇宙图像。
    但如果我们提出的“点内空间”的概念成立，那么和他们的观点就是相悖的。即“点内空间”的概念成立，宇宙就不存在有大包小的绝对之分或虚包实的绝对之分。这里所谓的“点内空间”与“点外空间”之分，也是相对于人择的。我们处处在“点内空间”之外，也在“点外空间”之内；我们的宇宙处处是实的，处处也是虚的。霍伊尔的“稳恒态宇宙论”之所以错误，仅是把“白洞”类似的物质创生频繁化，普遍化，没有像“大爆炸宇宙论”的集中那样预言精确。“稳恒态宇宙论”实际是针对“点内空间”与“点外空间”的共同守恒来说的，就类似CPT不变性，是由一种更大范围的对称性（CPT对称性）所保证的一样。而类似“白洞”与“黑洞”的现象，也是处在同一个宇宙背景中的，只不过有先后的时段背景之分。                                                          参考文献
1、李淼，超弦理论的几个方向, 科技导报，2004年第11期；
2、叶眺新，自然全息律，潜科学杂志，1982年第3期；
3、王德奎，三旋理论初探， 四川科学技术出版社， 2002年5月；
4、王德奎，解读《时间简史》，天津古籍出版社 ，2003年9月; 
5、王德奎，环量子理论与三旋理论，凉山大学学报，2004年第2期 ; 
6、叶眺新，量子计算机与双螺旋结构的三旋联系，延边大学学报（自），1999年第1期；
7、叶眺新，三旋理论与物理学，华东工学院学报，1991年第3期；
8、王德奎，从卡一丘空间到轨形拓扑，凉山大学学报，2003年第1期；
9、王德奎等，从电脑信息论到量子计算机信息论 ，凉山大学学报，2004年第4期；
10、沈惠川等，复合时空理论和量子力学的多世界解释，武钢大学学报，1997年第1期。
   作者简介：王德奎，59岁，研究员，绵阳日报编辑。Email:y-tx@163.com