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[watermark]弦膜圈说回采原子及原子核理论
----量子信息与健康上海论坛解读（6）
王德奎 （四川绵阳日报社）
摘要：从三旋弦膜圈说入手重新认识原子与原子核物理学的背后机理，研究目的不是颠覆传统理论，而是希望帮助找到解决实验疑难的问题。
关键词：三旋 冗余码 额外维 原子轨道模型
从三旋弦膜圈说入手重新认识原子与原子核物理学的背后机理，研究目的不是颠覆传统理论，而是希望帮助找到解决实验验证等疑难问题。
当代弦论、膜论、圈论非常丰富，但都远离原子及原子核物理学。当代西方的弦膜圈说有一个共同的基础----卡鲁扎-克莱因理论的额外维论和微小圈论。在不知卡鲁扎-克莱因理论下萌生于我国上世纪50年代末的三旋理论，是一种先验论和经验论结合的产物，如数学中的拓扑不变量----同调群的直观描述，和经典物理学、力学中的自旋对称不变现象的直观描述。所以三旋理论用类圈体的自旋证明的第五维的额外维与大额外维度，是可以结合或分层的。三旋弦膜圈说利用类圈体自旋及其环量子三旋规范夸克立方周期全表的编码方法，以“量子避错码（合格码）” 和冗余码的眼光看待额外维与大额外维度、暗物质等研究，作了回采、包装原子及原子核理论的长期不懈探索，证明让原子与原子核理论收编弦论、膜论、圈量子引力论、扭量理论、非交换几何学、标度相对论、额外维与大额外维度、暗物质和暗能量等当代前沿科学思想，是可行的。
一、量子色动力学与三旋
随着用越来越高的能量探测越来越小的距离，什么是物质的“基本的”即无结构组元的观念，在不断地发生变化。在化学过程可以达到的能量范围内，基本粒子是原子；稍后，是质子、中子和电子。由于能把物质击成极细小的碎片，一切参与强作用的粒子（简称强子，它包括介子和重子两大类），都可看成由更为基本的夸克所组成；这样一来，光子、万有引力子、轻子和夸克便成为组成物质的基本砖块。夸克有六种类型（味），一般用u（上）、d（下）、s（奇）、c（粲）、d（底）、t（顶）来表示它们。从这个观点出发能够对强子作出非常简洁的描写。例如所有的介子可看作是由一个夸克q和一个反夸克q 组成的体系；所有的重子是三个夸克组成的体系（qqq）。比如：质子p+= uud，总自旋为1/2；中子n0=ddu，总自旋为1/2；Δ++=uuu，总自旋为3/2……。
夸克是自旋为1/2的粒子。随着人们认识到不同的味还不能给出足够的夸克来解释我们所观测的情况时，就遇到应用泡利不相容原理的困难。这是为了解释好几个观测到的重子，人们不得不假定3个同种类的夸克束缚在一起组成了实质上是同一轨道态的粒子。这意味着在同一轨道中夸克多于两个可能的自旋态。其次，当我们把观测到的强力看成是夸克的束缚组态时，要找一个力能把夸克强力地束缚在一起，使得它们永远不能（或者仅仅极为难得地）逃逸，而这一力又不能作为这些强子之间一个可比拟的强力出现是困难的。
1972年，盖尔曼与巴丁引入了“色”这一术语；并且也开始产生用规范场来束缚夸克的思想。比方说三个u夸克具有三种不同的“颜色”红、黄、兰，而且这三种不同颜色的u夸克有同样的质量，这样就不会和泡利不相容原理相抵触了。同样地，其余的五味夸克也有三种“颜色”。这里所谓的“色”是一种新的量子数，而不是通常讲的颜色；而扮演把夸克象粘在一起的粒胶这一角色的规范量子，已被称为“胶子”，色规范场也被称为“胶子场”，这类似于把电子场的量子理论称为量子电动力学，人们也把色规范场的量子理论称为量子色动力学。
其实在以上这些采用类粒子模型的探索中，虽然注意到粒子自旋这个重要的事实，但是由于忽视了和类圈体模型的比较，也就忽视了自旋相性中的几何相性这个大可用武的因素，这就是类圈体模型的自旋量子数，远比类粒子模型大得多；这是比“颜色”、“粘胶”更为基本的物质属性。
本来规范场理论中的重要概念“相位”，就含有振动和自旋的几何相性意义。例如类圈体上转座子或密度波的三旋性，就隐藏着三个自旋相位和一个振动相位这种跟时空不同点对应的情况。大家知道最简单的规范场是电磁场，为什么把电磁场称为规范场呢？这是因为带电粒子在电磁场中的运动规律有一种不变性，称为定域规范变换不变性。既然电子具有波动性（实际可以看作三旋性），那么在确定了空间--时间点上，这就有一定的相位。定域的意思是这一时空点改变的大小与另一时空点改变的大小无关，各自独立地改变，各点的改变量不一样，因而改变量α是时空点x的函数，带电粒子运动规律的这种不变性，只当存在电磁场时才有，没有电磁场时的自由带电粒子的运动规律没有这种不变性。实际这里的电磁场可类比是一种三旋类圈体，电磁场中的电子是类圈上的转座子；用转座子必须提到类圈体，类似对应具有定域规范变换的自由电子也必须引入规范场，如果把它推广为其它的规范变换，相应地就可以从理论上把类圈体模型引进其它的规范场，这时三旋对应的不变性也仍然直观存在。例如规范理论中一个粒子在普通空间中的任意一个转动变换，按笛卡儿的三角坐标实际上是三个绕轴旋转的变换所组成，相应于每一个独立的变换，应引入一个规范场，所以类似一共要引入三个规范场；这是1954年杨振宁和密尔斯首先作的这种推广，而被称为杨——密尔斯场，并看作是不管在真实世界中找到或找不到这种物质，都可被作为纯数学讨论而广泛的存在。其实这种数学推广已经失掉了电磁场那种可观感的三旋性而成为一种数学的“瞎子”，因为杨振宁、密尔斯并没有证明电磁场图相像三角坐标一样普遍，仅是作的类比推广。但三旋作了这种证明，因此如果取类圈体模型的三旋坐标作这种纯数学讨论的转动变换，意义则广泛、生动得多。例如利用三旋坐标能列出的类圈体模型的62种自旋态。其中与经典量子力学自旋概念不相容的，是解释线旋：我们取一根绳子要让它旋转，当然只能围绕绳心旋转；现把绳子的两端连接成环圈，还要让它这样旋转，这就是线旋。广义上正是把电流环的磁场，不是看成磁力线的转动，而是看作电流环在线旋。再推而广之，我们还可以把两条墨比乌斯带的边粘合成的克莱因瓶，也看成是一种特殊的线旋，叫做收敛线旋，但这里只研究一种墨比乌斯体的扭转线旋（不平凡线旋）和平凡线旋。仅这二种线旋就要分三类6个单动态。这里充分地揭示了泡利不相容原理的深刻物理意义，并且还证明广义泡利不相容原理的存在，即在一个旋束态的复合自旋粒子上，不能同时存在一个以上的线旋的不同自旋态。对照一个粒子在普通空间作的规范变换表达，类圈体模型也能建立自己的规范场描述。
（1）自旋解构或建构
在相对论性的量子场理论中，不论是作用在粒子上的力还是粒子本身，都用量子化的场来表示。场和它所对应的量子表现了物质的两重性，场量子的行为如同一个粒子，而这个场的期待值是这个粒子的波函数。这是类粒子模型上很含混的地方，表现了结构与功能的不统一。而在类圈体模型上，场和粒子是比较好统一、好理解的：场一是表达粒子与它周围时空的整体性；一是表达粒子与粒子之间的联络耦合性，这主要是三旋和振动与缠结产生的功能；而仅含体旋、面旋、线旋或它们的组合的类圈体，表现更大的粒子性（旋束态）；或者场粒子是起着缠连类圈体骨架作用的粒子。这是否是类圈体模型一开始就对量子理论本身理解得不正确呢？但如果宇宙中最基本的理论是量子规范理论的话，那么类粒子模型的规范理论应是对引力能被量子化的最自然的对象，而不应是最难以处理的。诚然在经典的数学、物理层次上，规范理论是容易系统加以阐述的，但它失掉了实际中象在电磁场中那种可理解的三旋现象的指导；类圈体三旋模型正在这种意义上，不必通过经典理论的中间阶段就能直接表述一个多相位的量子规范理论。
在类粒子标准模型中由于不存在类圈体模型那种把结构与功能统一起来的自然性，它们是把跟物质组元对应的“粒子”（它们是夸克和轻子——自旋1/2的粒子），和决定粒子之间相互作用的“力”（如同光子那样，它们对应于自旋为整数的粒子）区别开，但类粒子模型中的超对称理论，又试图扩张自然界的对称性群思想来混合玻色子场和费米子场的变换，从而增生许多新粒子，其中包括规范量子如光子和光微子，胶子和胶微子。而类圈体模型在黎曼切口轨形拓扑和真空撕裂模型的支持下，既能将半整数自旋的粒子和整数自旋的粒子分开，又能把它们超对称地对应起来。这是其一。其二，要在计算机画面上作一个动态的类圈体三旋图，必然要涉及三旋的手征判定，这也联系玻色子和费米子的超对称性。这就是如果一个蛀洞存在三旋，把它变换为类圈体，要观察蛀洞口，就要分孔口是穿入还是穿出？这主要是由线旋方向决定。又由于类圈体同时还存在面旋和体旋，这种观察就会因手征规则的不同而有极向守恒和极向对称两种变化。因此需要在观察之前作一个约定：在一次性观察中，三旋的方向是连续的，不能有逆向性的变化。其次，观察应该有一定的客观性：观察是与意识同构的，它应在三旋之外；参与其中也应在其外。即它像意识的自我，又不是自我，在观察判定它时，它既在其中又不在其中的最直接的应用，所以作计算动态的类圈体三旋图是一道世界难题。这里经典物理学、力学中自旋、自转、转动的原始物理的区分加上对称概念是，如果设旋转围绕的轴线或圆心，分别称转轴或转点，现给予定义：
1、自旋：在转轴或转点两边存在同时对称的动点，且轨迹是重叠的圆圈并能同时组织起旋转面的旋转。如地球的自转和地球的磁场北极出南极进的磁力线转动
2、自转：在转轴或转点的两边可以有或没有同时对称的动点，但其轨迹都不是重叠的圆圈也不能同时组织起旋转面的旋转。如转轴偏离沿垂线的地陀螺或廻转仪，一端或中点不动，另一端或两端作圆圈运动的进动，以及吊着的物体一端不动，另一端连同整体作圆锥面转动。
3、转动：可以有或没有转轴或转点，没有同时存在对称的动点，也不能同时组织起旋转面，但动点轨迹是封闭的曲线的旋转。如地球绕太阳作公转运动。
根据上述自旋的定义，类似圈态的客体我们定义为类圈体，那么类圈体应存在三种自旋，现给予定义：
1）面旋：指类圈体绕垂直于圈面中心的轴线作旋转。如车轮绕轴的旋转。
2）体旋：指类圈体绕圈面内的轴线作旋转。如拨浪鼓绕手柄的旋转。
3）线旋：指类圈体绕圈体内中心圈线作旋转。如地球磁场北极出南极进的磁力线转动。线旋一般不常见，如固体的表面肉眼不能看见分子、原子、电子等微轻粒子的运动。其次，线旋还要分平凡线旋和不平凡线旋。不平凡线旋是指绕线旋轴圈至少存在一个环绕数的涡线旋转，如墨比乌斯体或墨比乌斯带形状。同时不平凡线旋还要分左斜、右斜。因此不平凡线旋和平凡线旋又统称不分明自旋。反之，面旋和体旋称为分明自旋。这样看来，涡旋仅是自旋中的线旋或线旋与面旋的组合；而一般说的旋转运动，如果是自旋，主要也指的是面旋或体旋。
如果用类似黎曼的想象力来看三旋，我们会首先想到象法拉弟看到的电磁场。电磁场是占有一个三维空间域，在空间任何一点，麦克斯韦方程就是一组描述这一点磁力线或电力的数。而黎曼是将这组数用来描述空间在这一点被挠曲或弯曲的程度。这个数组被称为黎曼度规张量。在四维空间中每一点的度规张量需要16个数来描述。这些数字可以排成44的方阵，这些数中的6个实际上是多余的，因此说度规张量是10个独立的数。
四维空间黎曼度规张量矩阵只描述了中性的点，而三旋是包括了点的阴性与阳性的φ和Ω。如果用类似黎曼度规符号建构三旋度规，根据排列组合和不相容原理，三旋可以构成三代共62种自旋状态，即需要在每一点引进62个“数”。而三旋的单动态是10个，它们可以包容在1010的方阵中。在用计算机上作动态三旋图片之前，为了便于分类和分析共性，应采用类似实用符号动力学的统一给予符号刻划的方法，给予三旋分类的符号编码定位。而要给出符号编码，首先要明白我们人的两只手就是三旋类型的两个版本，以此作为参照坐标才行。
例如我们人的两只手，就是单手规则中，同一种自旋正反的三旋类型的两个版本。这里以单手规则比喻，左手四指弯曲的方向指示类圈体的面旋为顺时针，定为正，记为A。右手四指弯曲的方向指示类圈体的面旋为反时针，定为负，记为a。那么我们人的两只手单手规则，只能演示：（A-体旋-平凡线旋）和（a-体旋-平凡线旋）三旋类型的这两个版本（理想的三旋类型共计是62个版本，不包括静止），所以从版本编码上说，不是“任意”的。计算机作每一个动态三旋图片，首先要说明该动态三旋图片的记法手征规则和编码符号，不然别人难以检查该手征规则和编码符号的动态三旋图片对不对。从这个基本知识上说，也不是“任意”的。有人作的计算机类圈体在电脑屏上只是静态的图片，硬说它存在动态的三旋，却没有手征规则和编码符号的说明，叫别人如何去设置参数？动态三旋图片就是动态三旋图片，在单手规则下，62种三旋类型的编码是确定的，你只需作出其中一个也行。但62种三旋类型的编码中，只有24个编码才是完整的三旋图片。
例如我们用的测试之一的单手方法是：假设质心不动，将类圈体线旋出口对准自己，用左手或右手握住类圈体，其四指弯曲的方向指示类圈体的面旋；而大姆指垂直圈面，再上端弯曲，方向指示类圈体的体旋。以此单手规则固定于蛀洞出口一处不变，跟随类圈体作面旋和体旋，检查蛀洞出口的观察效应，发现只能看到蛀洞出口。我们称做蛀洞极向守恒律测试方法，这同我们人处于自然现象之中的观察相似。以下是三旋规范标准动力符号编码，这是通用标准。
1）单动态共10个：体旋正和反是A和 a；面旋正和反是B 和b ；线旋的平凡线旋正和反是G和g ；线旋的不平凡线旋的左斜正和反是E和e ；线旋的不平凡线旋的右斜正和反是H和h 。
2）双动态共28个：AB、Ab、AG、Ag、AE、Ae、AH、Ah；BG、Bg、BE、Be、BH、Bh；aB、ab、aG、ag、aE、ae、aH、ah；bG、bg、bE、be、bH、bh。
3）多动态共24个：ABG、ABg、ABE、ABe、ABH、ABh；AbG、Abg、AbE、Abe、AbH、Abh；aBG、aBg、aBE、aBe、aBH、aBH；abG、abg、abE、abe、abH、abh。
（2）三旋规范场与夸克和轻子
用三旋理论看待量子色动力学，夸克颜色可以看成是由圈态的三种自旋的不同排列组合引起的，从而能建立一套夸克立方周期表。这与哈热瑞模型和帕堤模型相似，哈热瑞模型只确定了两种前夸克T和V，它们都是费米子：前夸克T：电荷=1/3，s =1/2；V：电荷=0，s=1/2。由T和V粒子与反粒子排列组合编码组成第一代的夸克u和d，以及轻子e和υ，第二代和第三代夸克被假定为第一代夸克的径向激发。帕堤模型则引进三套T和V共6个前夸克，每套前夸克带有不同的声荷。三旋模型与以上两套模型对照，会发现三旋中的分明自旋与味荷对应，不分明自旋与声荷对应。其编码规律是：根据广义泡利不相容原理作处理，夸克以味为主，相同的味靠在一起的，就叉去前面的，反之叉去后面的，而保留它的声，并将其余的声叉去。轻子也以味为主，三个相同的味在一起的，叉去前面的味，保留它的声，后面保留一个味，其余的味和声都叉去；两个相同的味在一起的，味和声都叉去，保留不同的味及其声。
三旋复合自旋模型并不和好的量子色动力学粒子复合模型相悖，并且还是理解后者的向导。早在1958年，海森堡对非线性旋量的统一场论研究时就正确地假定，到了基本粒子这一层次，现有的一切基本粒子（包括光子、轻子等）都是由元物质——基本旋量场构成，再要往下说粒子复合就失去了意义。但他没有认识到这种元物质，是一种具有新的象性拓扑结构的动力学自旋。如果把这种自旋推理到极端，并取一种理想的类圈体作譬喻，那么，夸克颜色的排列组合观点，就会揭示出实质是一种复合自旋。三旋量子色动力学粒子的作法是：只要把体旋（A，a）和面旋（B、b），对应哈热瑞模型中的前夸克由T和V粒子与反粒子排列组合编码组成第一代的夸克u和d，以及轻子e和υ；把三种线旋（G，g）、（E，e）、（H，h）对应帕堤模型中的三个声荷a、b、c，例如：（A）设三旋量子色动力学粒子的味是A,a和B,b。（B）设三旋量子色动力学粒子的声是G,g、E,e和H,h。那么三旋量子色动力学粒子的作法与哈热瑞模型和帕堤模型对照，删除出的夸克立方周期表是：
1、第一代红、黄、兰的夸克u和d，以及轻子e和υ是：
1）u红(A)、G、A、(E)、B、(H)；结果是GAB。
d红a、(h)、(b)、g 、b、(e)；结果是agb。
2）u黄(A)、E、A、(H)、B、(G)；结果是EAB。
D黄(a)、g、a、(e)、b、（h）；结果是gab。
3）u兰(A)、H、A、(G)、B、(H)；结果是HAB。
D兰a、(e)、(b)、h、b、(g)；结果是ahb。
4）电子中微子(B)、G、（B）、(E)、B、(H)；结果是GB。
电子(a)、g、(a)、(e)、a、(h)；结果是ga。
2、第二代红、黄、兰的夸克u和d，以及轻子μ和μ子中微子：
1）u红A、(G)、B、(E)、(A)、H；结果是ABH。
d红(b)、h、b、(g) 、a、(e)；结果是hba。
2）u黄A、(E)、B、(H)、(A)、E；结果是ABE。
d黄a、(g)、b、(e)、(a)、h；结果是abh。
3）u兰A、(H)、B、(G)、(A)、E；结果是ABE。
d兰(b)、e、b、(h)、a、(g)；结果是eba。
4）μ子中微子A、G、（B）、(E)、(B)、(H)；结果是AG。
μ子b、g、(a)、(e)、(a)、(h)；结果是bg。
3、第三代红、黄、兰的夸克u和d，以及轻子τ和τ子中微子：
1）u红(B)、G、B、(E)、A、(H)；结果是GBA。
d红b、(h)、a、(g) 、(b)、e；结果是bae。
2）u黄(B)、E、B、(H)、A、(G)；结果是EBA。
d黄(b)、g、b、(e)、a、（h）；结果是gba。
3）u兰(B)、H、B、(G)、A、(H)；结果是HBA。
d兰b、(e)、a、(h)、(b)、g；结果是bag。
4）τ子中微子(A)、G、A、(E)、(A)、(H)；结果是GB。
τ子(b)、g、(b)、(e)、b、(h)；结果是gb。
（3）冗余码与额外维
三旋量子色动力学粒子编码根据哈热瑞模型和帕堤模型对照的删除方法，是一种“量子避错编码”方法，得出的夸克立方周期表中结果，可称为“合格码”， 它们仅占62种自旋态中极少一部分；相反的，称为“冗余码”。如果以“合格码”对应四维时空中的物质，那么“冗余码”存放在哪里的呢？从环量子三旋规范夸克立方周期全表计算“合格码”和“冗余码” 共约162个量子编码，合格码约占24个，剩下的百分之85是冗余码。如果按广义泡利不相容原理及夸克的味与声的避错选择原则，定义物质为宇宙量子避错码；暗物质为宇宙量子冗余码，其本质实为量子冗余码的暗物质，类似“冷”放一边的“物质”，仅向外释放很少的能量，而且它仅对于引力做出响应。相比之下，普通物质则是集核反应、冲击波、磁性、扰动等过程于一锅；随着宇宙演变求衡搅动着这口大锅，气体聚拢在一起，转变为恒星，恒星的溢出物及爆炸又将物质回推进入太空的负反馈过程，仅是对抗行为在暗物质小丛群中的最有效果。因为那里，引力太弱，不足以容留这些星体的溅出物，因此构成一个小星系比看上去要困难些。相反，在许多大星系内，同样的一些过程却能够切实地放大恒星的形成作用。然而观测结果表明体积大且能量强的恒星，较之假定的要更为常见。它们类似大黑洞的行为，就如同一种星系尺度的恒温器，将恒星物质吸入其中，随后又将终止恒星形成的物质吐出来。因此即使暗物质最终支配了宇宙事件的全部过程，普通物质对宇宙生命的存在，也具有一种舒缓大自然暴力的慰籍作用，就如同城市中的一处花坛。但所有这些假定，都还不是说明物质和暗物质、能量和暗能量的本质。
1、从能级跃迁到生物学，海森堡说，基本粒子真正基本的东西是能量，当能量获得一定的形式时就变成了基本粒子。联系到光谱是光子能级跃迁的这一事实，感到“合格码”和“冗余码”的意义正是在于此：圈态自旋排列组合的变化，正是由能级跃迁体现出来的。这样，就可以把量子色动力学同光谱分析联系上。
1）一个类圈体就有62种自旋状态可供选择，它的不同排列组合体现为能级跃迁，体现为光谱线，也体现为不同的化学结构，那么人体要造成化学递质，只需改变圈态的前线轨道就足够了。这种机制，跟今天研制的用光的颜色编码的光纤电话很类似。即联系原子外层时空的类似人体接收外界信息，80%是从眼睛传递进去的；就是说，人体里接收的80%的信息是通过光学语言向体内自然发报的。而光是一组光谱线，不同的信息是一组不同的光谱线，人体接收了这组光谱线文字，立即被人体这部圈态密码机，编制成密码，即变化圈态自旋的排列组合----产生能级跃迁----出现不同的化学递质及浓度和分布位置的变化；而这仅仅是圈态前线自旋轨道的变化，这种圈态前线轨道自旋的涨落，一般不影响人体生理的大方向，但却是人群的不同行为反映的依据。这种人体圈态前线自旋轨道的涨落，一般不为本人和旁人所感觉。
2）但这还没有涉及原子与原子核物理学。三旋联系弦膜圈说，类似彭罗斯把“同调”概念与“层” （sheaf）概念联系起来的层上同调的运用。但不管是彭罗斯的扭量理论的分“层”，还是量子色动力学的红、黄、兰颜色的分“层”，都还是“同调”概念横向的几种非常不同方法的分层；相反，当代弦论、膜论、圈论、额外维与大额外维度、暗物质和暗能量等理论却类似“同调”概念纵向的分层。即大致可分：原子外层时空、原子核外层时空、夸克与轻子外层时空、普朗克尺度外层时空等几种非常不同方法的类似“同调”概念的分层。
2、因此，三旋弦膜圈说回采原子与原子核物理学的是：
1）三旋冗余码和合格码构成了“平行宇宙”； 在微观构成了额外维与大额外维度时空，构成了原子与原子核的类似的“体”空间、“囿” 空间。
2）三旋合格码构成了原子的能级、轨道和可观察膜的区间；三旋冗余码构成了额外维和不可见膜的“体”空间、“囿” 空间。
3）三旋极性弦膜圈与非极性弦膜圈构成D膜和反D膜，联系着折叠起来的维数，以及维度的作用力和四种作用力，联系着原子与原子核的能级、轨道膜。
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发表于 2009-10-14 16:06
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