与李淼教授讨论弦宇宙学（五）               
                            ——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

                            五、解读“超弦理论的几个方向”
    实数轴从负数经零到正数的大小序列箭头方向，与时间大小序列箭头方向的一致，使宇宙大爆炸有了发生之前的研究。实、虚、正、负、零五元数量子论和点内空间的联系更提供了基础。即大爆炸宇宙论的证实，是反多宇宙论的；多宇宙体系只能存在于人类产生之后。我们的宇宙从大爆炸开始，经历过暴胀期、静止期、匀速膨胀期、减速膨胀期，加速膨胀期。其证明是，把大爆炸之前看作“无”，看作“点”，看作“点内空间”，这是一种“超零”真空或“零点能”，是实、虚、正、负、零五元数量子源和量子共振腔的确定与模糊的缠结状态。例如，零和正负与强电场产生的光子、正电子、电子对应，这还是现实宇宙真空中发生的现象，我们可以拿此类比，那么在大爆炸之前，即在“超零”的真空中，如果还有与现在宇宙真空中的光子、正电子、电子类似的零点能起伏的话，它们也是可以存在和虚拟生存的量子“起伏”，也永远不可能保持经典意义上的真空状态，而是由无数自发地冒出，后又消失的实、虚、正、负、零五元数的“超零”的“虚”粒子构成的翻腾的大海，这也就含有无数的能量。这个数值最不准的数量级估计，也是人类观察到的宇宙膨胀所能允许情况的10的120次方倍。
    这个“点内空间”零点能产生的力、产生的宇宙大爆炸和暴胀期、静止期、匀速膨胀期、减速膨胀期，加速膨胀期，都来自这种量子“起伏”造成的实、虚、正、负量子源组合的对称破缺和非局域性不平衡。例如它们可以从实验或理论得出的一次几率是，正、负实数的“超零”量子局域与正、负虚数的“超零”量子局域分离，并且前者达到可能的极大值；与此同时，前者中，正实数的“超零”量子局域与负实数的“超零”量子局域分离，并且这个后者也达到可能的极大值，从而引发穿过零点场的宇宙大爆炸和宇宙暴胀期，直到这种“点内空间”关闭，实数的“超零”量子局域与虚数的“超零”量子局域暂时分界平衡，宇宙暴胀速度急剧下降，而出现宇宙静止期、匀速膨胀期、减速膨胀期。但不管是“点内空间”还是“点外空间”，实、虚、正、负、零五元数的“超零”真空的量子“起伏”海洋的翻腾不会停止，特别我们宇宙进化产生了“黑洞”，巨大的星体物质返回“点内空间”，使实数的“超零”量子局域与虚数的“超零”量子局域出现逆转的更大远离平衡，产生了对“点外空间”更大的拖拽力，这就是“暗能量”，同时引起我们的宇宙加速膨胀。
    这种情况，按牛顿万有引力公式分析，在相对平坦的时空，距离为r的两个物体之间的引力F，与以r为半径的圆周线上的时空单位撕裂力f，或叫单位拖拽力f，或叫单位斥力f的比值，是r倒数的2倍。这是一种把2维面积上的垂直引力F，变为1维线路上的水平单位撕裂力f，或叫单位拖拽力f，或叫单位斥力f的“全息原理和可积系统”的计量。因为单位撕裂力f，或叫单位拖拽力f，或叫单位斥力f，类似“暗能量”，因此，它与引力F之间的对偶性，也成为我们对“暗能量”的认识与检验的方法之一，即引力F是局域性的，而“暗能量”是非局域性的。其次，时间与实数映射；对实数轴的大小序列箭头方向来说，虚数是不分大小的，联系“点内空间”的时间存在和虚拟生存，也就有了“虚时间”概念。“虚时间”是可逆的，进入“点内空间”，时间就有了可逆与不可逆的不确定性。
   （1）解读“快子和不稳定膜”
    1、不稳定是与真空量子场起伏或涨落等价的。这种一个意思的解读，这是为刻画“虚质量粒子”的快子出场，打下基础。因为这比我国的正纯实数物质或负纯实数物质超光速运动高明。其次，印度科学家森（A.Sen)研究的那个杂化弦粒子，是与我们说的环量子等价的。
    2、从“点内空间”，到“线内空间”，是我们说的环量子弦论思维的发展。对偶性与最一般物理态的动力学关系，就是把环量子扩大到宇宙，就成了环量子膜，并且和黎曼切口挂上了钩。把“点内空间”与“点外空间”的相对，与D膜和反D膜的相对映射，如果把我们处在的“点外空间”看作是一个环量子膜，“点内空间”自然是一个反环量子膜。把环量子膜和反环量子膜，与D膜和反D膜的映射，并认为它们是等价的，那么，即使“点内空间”、“线内空间”，也是多维的，并能证明“线内空间”与D膜和反D膜可垂直。
    3、目前解释不平等的宇宙起源的有暴胀起伏模型和宇宙弦模型。我们已通过环量子弦论的三旋圈态结耦分形的维数计算，证明这两种模型实际是等价的。但环量子结耦的分形宇宙学模型，并没有解答大圈的产生问题。而用D膜反D膜系统构造暴涨宇宙学模型，则与这个问题有关。在这个模型中，宇宙中除了通常的三维空间和一维时间之外，可能存在更多的空间维度。D膜和反D膜充满了我们的三维空间，即“点外空间”，但可能和其余空间垂直，如“点内空间”或“线内空间”垂直。这把“黎曼切口”连通处的“喉管”拉长，就可类似演示证明。以此为基础，加上宇宙暴胀光锥模型、真空撕裂质量轨道圆的物质族质量谱计算公式，我们生存的宇宙是可以精确计算的。这是把宇宙人择原理转换为宇宙人测原理的双向计算。
    A、光锥模型可联系环量子三旋中的非线性线旋与线性线旋，例如孤立线旋和上向线旋。我们生存的宇宙是“有”生于“无”。“有”是“点外空间”，是D膜。“无”是“点内空间”，是反D膜。宇宙暴胀开始的时候，D膜和反D膜之间的位形不一定完全重合，D膜反D膜之间存在的吸引力将它们渐渐地拉近。由于D膜反D膜之间的吸引力所对应的势能不为零，使得宇宙学加速膨胀从而导致暴涨。即开始时，宇宙暴胀的全部势能和动能都在“点内空间”。这个总能量从“点内空间”向“点外空间”暴涨，设为光锥模型，而且也只能设为光锥模型，其向D膜垂直方向的暴涨速率，最大限度为光速C，这也是在“点外空间”的最大限度。由于光锥的斜边与暴涨速率垂直方向成45度，其单位长为1.414C。又由于宇宙开始暴胀，是“点内空间”的反D膜撕裂，而撕裂成为质量轨道圆，其质量轨道圆因处在不稳定的反D膜，暴胀可超光速。即它是以光锥斜边为半径作的大圆，其此单位宇宙质量轨道圆的暴涨速率，最大限度为2x3.14x1.414C，即是光速的8.88倍。这也反D膜中超光速的最大限度。
    B、“粒子物理标准模型”中的粒子测量数据，是人测原理的反映。其最大质量的物质族粒子，是顶夸克，为t=174士0.033GeV。这联系单位宇宙质量轨道圆最大的反D膜撕裂暴涨结果，是有意思的。因为借助于希格斯弦论的对偶性机制，弦的微单元，我们虽把仅有10的-33次方厘米普朗克长度作为球量子或环量子的微单元，但在我们的物质族质量谱规律表中，我们是把希格斯粒子的质量作为弦的微单元质量看的，即为0.01士10的-12次方GeV。按弦的对偶性，希格斯粒子的质量既是物质族粒子的最大质量来源，也是物质族粒子的最小质量单位。0.01士10的-12次方GeV为希格斯粒子的最小质量，对偶性的最大质量，科学家们估计大于112GeV，这也和单位宇宙质量轨道圆最大的反D膜撕裂暴涨结果有关。最后，D膜和反D膜的碰撞使得这些膜湮灭衰变成相对论性粒子，这就是暴涨宇宙学模型中要求的重新加热，我们的宇宙中的能量和物质起源于这个加热时期。
   C、另外一种可能是，开始的时候D膜和反D膜完全重合，但因“有”生于“无”的内禀运动原因，“点内空间”快子自然处于其势能的高处，这样快子的不等于零的势能使得宇宙学加速膨胀。当快子完全衰变成其它粒子的时候，暴涨结束。在这个模型中，我们已通过环量子弦论的三旋圈态结耦分形的维数计算，清楚宇宙的再加热是如何发生的。
    D、比不稳定膜困难的是闭弦的快子问题。但从上可知，在闭弦环量子动力学理论中，存在快子是不成问题的。并且物质族质量谱计算公式，从构造论和生成论两方面统一了费米子和玻色子。而五元数或七元数的量子论，是量子元和量子位结合的量子论，因此时空的维度很大，仅五元量子论一种就是26维。这个理论是不稳定的，在弦的激发态中存在快子。这个快子的有效动力学比不稳定D膜上快子的有效动力学要复杂得多。当这个快子完全衰变后，时空就不再是26维的，可能是10维的，这样弦论就是超对称弦论。另外，快子衰变的结果是一个两维的时空，不过快子消失了。在七元量子论一种中，快子衰变的结果是一个27维的时空，很类似11维M理论。到底哪种是对的，是由人择原理和人测原理的双向决定的，正如五元量子论和七元量子论不矛盾一样。
   （2）解读“全息原理和可积系统”
    全息原理是“一个系统原则上可以由它的边界上的一些自由度完全描述”，是基于黑洞的量子性质提出的一个新的基本原理。其实这个基本原理是联系量子元和量子位结合的量子论的。其数学证明是，时空有多少维，就有多少量子元；有多少量子元，就有多少量子位。它们一起组成类似矩阵的时空有限集，即它们的排列组合集。全息不全，是说选排列数，选空集与选全排列，有对偶性。即一定维数时空的全息性完全等价于少一个量子位的排列数全息性；这类似“量子避错编码原理”，从根本上解决了量子计算中的编码错误造成的系统计算误差问题。而时空的量子计算，类似生物DNA的双螺旋结构的双共轭编码，它是把实与虚、正与负双共轭编码组织在一起的量子计算机。这可叫做“生物时空学”，这其中的“熵”，也类似“宏观的熵”，不但指混乱程度，也指一个范围。时间指不指一个范围？从“源于生活”来说，应该指。因此，所有的位置和时间都是范围。位置“熵”为面积“熵”，时间“熵”为热力学箭头“熵”。其次，类似N数量子元和N数量子位的二元排列，与N数行和N数列的行列式或矩阵类似的二元排列，其中有一个不相同，是行列式或矩阵比N数量子元和N数量子位的二元排列少了一个量子位，这是否类似全息原理，N数量子元和N数量子位的二元排列是一个可积系统，它的任何动力学都可以用低一个量子位类似N数行和N数列的行列式或矩阵的场论来描述呢？数学上也许是可以证明或探究的。
    1、反德西特空间，即为点、线、面内空间，是可积的，因为点、线、面内空间与点、线、面外空间交接处趋于“超零”或“零点能”零，到这里是一个可积系统，它的任何动力学都可以有一个低一维的场论来实现。也就是说，由于反德西特空间的对称性，点、线、面内空间场论中的对称性，要大于原来点、线、面外空间的洛仑兹对称性，这个比较大一些的对称群叫做共形对称群。当然这能通过改变反德西特空间内部的几何来消除这个对称性，从而使得等价的场论没有共形对称性。这可叫新共形共形。如果把马德西纳空间看作“点外空间”，一般“点外空间”或“点内空间”也可看作类似球体空间。反德西特空间，即“点内空间”是场论中的一种特殊的极限。“点内空间”的经典引力与量子涨落效应，其弦论的计算很复杂，计算只能在一个极限下作出。例如上面类似反德西特空间的宇宙质量轨道圆的暴涨速率，是光速的8.88倍，就是在一个极限下作出的。在这类极限下，“点内空间”过渡到一个新的时空，或叫做pp波背景，可精确地计算宇宙弦的多个态的谱，反映到对偶的场论中，我们可获得物质族质量谱计算中一些算子的反常标度指数。
    2、这个技巧是，弦并不是由有限个球量子微单元组成的。要得到通常意义下的弦，必须取环量子弦论极限，在这个极限下，长度不趋于零，每条由线旋耦合成环量子的弦可分到微单元10的-33次方厘米，而使微单元的数目不是趋于无限大，从而使得弦本身对应的物理量如能量动量是有限的。在场论的算子构造中，如果要得到pp波背景下的弦态，我们恰好需要取这个极限。这样，微单元模型是一个普适的构造，也清楚了。在pp波这个特殊的背景之下，对应的场论描述也是一个可积系统。
   （3）解读“弦宇宙学”
    也许我们已能给“宇宙弦”下个定义：宇宙弦就是宇宙质量轨道圆。如果把爱因斯坦广义相对论方程的宇宙学常数，等同于大统一方程，相对宏观来说，微观粒子也是类似“点内空间”；“点内空间”又类似虚数项，这即可为万有引力提供一部分排斥力。在这个排斥力和原来的引力的平衡下，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，宇宙可能是“稳恒态”的。
   1、宇宙不是减速膨胀，而是加速膨胀，如果最后我们的宇宙正能量及物质密度趋于零，这更需要暗能量。暗能量的压强是负的，从而导致斥力而引起宇宙加速膨胀。所谓的暗能量是一个特别的形式是真空能。即类似“点内空间”虚的或负的势能和动能，这为宇宙学常数提供了一个物理上的起源。根据类似“黎曼切口”的D膜反D膜暴涨宇宙论，宇宙在早期经过一个极快的加速膨胀时期，这个时期直接导致后来的宇宙在空间上是平坦的。如果暗能量也是宇宙学常数，那么“点内空间”也类似宇宙学常数。宇宙学观测得到我们这个“点外空间”的暗能量的能量密度非常小，占总能量密度的百分之七十左右，但总能量是不变的，这是类似CPT不变性，是更大范围的对称性所保证的“稳恒态”。
    2、零点能是无限大正负量子对的随机的涨落(0＝±1,0＝±2,0＝±3......0＝±n；0＝±1i,0＝±2i,0＝±3i......0＝±ni)。而任何形式的能量都和引力耦合，零点能也不例外。但“点外空间”中和引力耦合的零点能非常小，消除无限大零点能的办法是引入最小距离，如果这个最小距离是普朗克长度，所得到的零点能非常大。因为这是对偶性的。如果暗能量的密度和临界密度接近，那么暗能量本身就应该和宇宙的尺度有关。用全息原理，可把暗能量与宇宙尺度联系起来。例如，如果暗能量就是零点能，即是“点内空间”能，那么对应的短距离截断，即紫外截断不能任意地小；如果紫外截断太小的话，给定的红外截断之内就可能形成黑洞，从而用来计算零点能的方法也就失效。其次，宇宙尺度也可和光谱线联系起来，和物质族质量谱联系起来，因为其光谱线是环量子弦论的三旋跃迁，物质族质量谱也是质量轨道圆的跃迁。如果暗能量的大小是随机的，这不奇怪。人择原理的应用需要假定一些物理常数如宇宙学常数不是真正的常数，而是可变的，如暴胀期、静止期、匀速膨胀期、减速膨胀期，加速膨胀期，而且可能还存在许多不同的区域，每个区域中的一些物理常数与其它区域也不同。在“弦景观”图象的理论框架中，结论是存在许多不同的"真空"，这些真空是一个极大的景观中的局域极小。这又会到了环量子弦论图象。
    3、如果相信环量子弦景观，我们就必须研究这个景观的大小。而宇宙学常数以及其它物理学常数，就分布在这些环量子上，例如检验物质族质量谱计算公式问题，这么做，能保证用环量子弦论作出一些精确的预言。如果这只是在不可观测的微小细节上与我们的预言不同的话，那么新中国百年科学战略的前景，就不是黯淡，而将是发展的动力之一。例如环量子结耦的分形宇宙学模型的具体特征与暴涨时期的动力学有关，我们可以从微波背景辐射的各向异性读出极早期的宇宙历史，特别是引发暴涨的基本标量场的具体动力学。又如光锥模型联系宇宙暴胀是“点内空间”的环量子反D膜撕裂，而撕裂成为质量轨道圆，其此宇宙质量轨道圆的暴涨速率，含有的无量纲参数如最大限度是光速的8.88倍；这在球量子弦论模型中是不自然的，科学家们常常将这类问题作微调处理的。
    4、黎曼切口的25种轨形拓扑规范，在环量子弦论中是成功地构造了满足微调条件的标量场，但这25种轨形拓扑规范构造还很特别。此外，环量子膜暴涨时期的快速膨胀可能放大了非常小的距离上的物理效应，使得宇宙大尺度结构的关联函数，以及微波背景涨落的关联函数，也许偏离了"标准"暴涨模型的预言。我们定义宇宙弦是宇宙质量轨道圆的宇宙学，无疑是检验环量子弦论是否正确的焦点之一。如果它是成功的，那么我国真的可能在未来的10年到20年中会目睹环量子弦论与环量子弦宇宙学交叉研究的飞速发展，并让这些知识成为中国人民的家常便饭，而不是成为少数人的专利。
                              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