[原创]析美中俄里奇灵魂奥运到奥数战

yetiaoxin

[watermark]二、析美中俄里奇灵魂奥运到奥数战
说到世界科学工厂和世界科学工业化就是生产前沿科学的“模具”，也许有不少人很兴奋，说国内“科学无神论”、“三思科学”、“天地生人学术”、“挑战相对论研究联谊”等各种义工不就是在大量生产“模具”，为什么不能获诺贝尔科学奖，是西方太偏心了。著名古诗《出塞》云：“羌笛何须怨杨柳，春风不度玉门关”。2012年9月14日国务院总理温家宝在视察清华大学的演讲中说：新中国的建立，使中华民族一洗百年来所蒙受的奇耻大辱而自立于世界民族之林。但是，我们走过“大跃进”、“人民公社”的弯路，犯过“文化大革命”这样的错误。直到党的十一届三中全会，作出了改革开放的历史抉择，开辟了中国特色社会主义的道路。坚持改革和实践，走符合国情的道路，使社会主义得以巩固和发展。
温家宝总理说到了点子上，“正者无敌”。以世界奥运会为例，我国坚持改革开放，以奥运会标准的机械流和策士流自强自立，我国奥运会金牌数短短30年后就跃身于名副其实的前面美中俄这种三大国行列，难道西方不太偏心了？如果说第三次超弦革命的世界科学工业生产，也许很多人会说，我们的模具生产就很多，按过去所谓“世界科学中心转移”标准去分析，世界科学中心也会很快转移到我国。
但如果把这种世界科学工业生产的竞争看成类似国际奥运比赛、奥数比赛，那么这种比赛是没有闭幕的奥运赛、奥数赛，比赛的就是生命智力，但不是王红旗先生说的那种没有具体目标的生命智力，因为它比赛的项目、考题，单一、明确和不变，就是发展和应用相对论和量子论；而且比赛使用的模具、规则要求砍砍杀杀的就是韦尔张量和里奇张量。这种统一标准，意识形态不强，可以不花纳税人的钱，人人都可单挑参加。
1、这里所谓的模具韦尔张量和里奇张量，已有彭罗斯在《皇帝新脑》、《时空本性》等书的标准统一解释。它非常直观明白地讲：
a）韦尔(Weyl)张量是囊括类似平移运动的相对加速度，在单向的对球面客体的拉长或压扁作用。这与直线或不封闭曲线运动的牛顿力学、韦尔曲率的潮汐形变等对应。
b）里奇（Ricci）张量是当球面客体有被绕着的物体作圆周运动时，整体体积有同时向内产生加速类似向心力的收缩或缩并、缩约作用。即里奇曲率有体积减少效应。
1）里奇张量使体积减少是一种协变效应，这种奇妙似乎也包含了韦尔张量，即只对应一处也类似牛顿引力在地球的潮汐效应。而能说明射影里奇张量整体效应的，是麦克斯韦的电磁场方程：变化的电场产生变化的磁场；变化的磁场产生变化的电场。所以彭罗斯的解释是：“黎曼=韦尔+里奇”。韦尔张量的韦尔是测量类似自由下落的球面的潮汐畸变，即形状的初始变形，而非尺度的变化。里奇张量的里奇是测量类似球面的初始体积改变，这与牛顿引力理论要求下落球面所围绕的质量，和这初始体积的减少成正比相合。即物体的质量密度，或等效的能量密度（ E＝ｍｃ2），应该和里奇张量相等。
简单地说，黎曼曲率描述的是引力场，黎曼张量只是反映时空几何，描述引力场的是度规里奇张量，是黎曼张量的缩并、缩约。对这种“缩并力”，彭罗斯再解释说，爱因斯坦方程存在一个称作能量--动量的张量，它将有关的物质和电磁场的能量、压力和动量都组织在一起。他把这一张量叫做能量，爱因斯坦方程则粗略是：里奇=能量。正是在能量张量中“压力”的出现以及为使整个方程协调的条件要求，使得压力对体积缩小效应有所贡献。那么不涉及韦尔张量吗？不是的。韦尔张量引起空虚的空间里感受到潮汐效应，爱因斯坦方程意味着存在将韦尔张量和能量相联系的微分方程的结合结构域。彭罗斯对这种韦尔张量重要性的推证，实际上是反过来又把部分里奇张量效应包含在韦尔张量中。但彭罗斯正如牛顿没有解决好韦尔张量的超距的引力潮汐畸变一样，也没有解决好里奇张量在对称的超距作用。因为物体在圆周运动的对称点，里奇张量也有类似对称超距的引力。这种作用传输是隐形的，如果是超光速，应是协变效应的基础。
2）彭罗斯阐述理解里奇张量和韦尔张量结合结构域的产生原理，说要联系射影麦克斯韦的电磁场方程电场E和磁场B的结合结构域。因为韦尔张量的韦尔实际是引力场的测定；韦尔的“源”是能量张量，这与麦克斯韦的电磁场的电场E和磁场B的源，是麦克斯韦电磁场理论的电荷和电流的结合结构域的情形相似。这种观点实际是将“麦学”引向“里奇张量”和“里奇流”统一的结合结构域；这里“电荷”对应里奇张量圆周运动的“源”效应，是类似彭罗斯的“扭量球”图像。“电流” 类似“里奇流”，对应韦尔张量平移运动的“流”效应，可联系类似傅里叶级数、泰勒级数展开式变换的“孤子链”，以及为隐形传输设定的点内空间和宇宙弦。电场E和磁场B，以及电荷和电流这种结合结构域中的平行性、不可分割性，好理解，因为它们客观存在。但它们反过来也射影里奇张量和韦尔张量，以及里奇张量和里奇流这种结合结构域中的平行性、不可分割性。但如果你理解其中缩并、缩约这种结合结构域的不可分割性，就会有困难。
3）这种世界科学工业生产模具，类似国际奥运、奥数的竞争。虽与诺贝尔科学奖的国际比赛有交叉，但两者是平行且前者比后者更基本、深厚。这可举前者的三代竞赛冠军来说明，他们是正囊括中美英俄大国运动员的杨振宁和米尔斯、霍金、佩雷尔曼。
a）众所周知1954年杨振宁和米尔斯在规范场模具上的突破，直接推动了标准模型的出现，使多人获得了诺贝尔科学奖。规范场在模具上的创新是什么？就是韦尔张量。
杨振宁院士讲规范场简史，一再强调1920年韦尔作的规范场分析，所谓“相位因子”实际就是韦尔张量。他和米尔斯把韦尔的实数相位因子创新为虚数，解决了电磁势的几何化和代数化难题。但由此延伸的对于“夸克”的不可见性的解释中应用的“质量缺口”假设，因从来没有得到一个数学上令人满意的证实，现在又成为美国克雷数学研究所公布的世界七大数学“千僖难题”中的第五题：“杨-米尔斯存在性和质量缺口”难题。沿着这条道路，他和李政道已解决了宇称不守恒难题，1957年获得诺贝尔奖；且1967年他又冲进碰撞理论，证明了杨-巴克斯特方程，成为世界科学工业的先声。
为什么杨振宁院士能取得众多重大成就？为什么几十亿中国人只出了杨振宁？
2012年2月16日科学网发布《杨振宁九十自述：我的学习与研究经历》中，杨振宁院士讲：“1937年抗日战争爆发，我随父母经过了漫长与困苦的旅程，于1938年春到了昆明。那时流离失所的中学生非常多，所以重庆的教育部准许中学未毕业的学生以同等学力的资格参加大学入学考试，我就是这样于那年秋天成为了西南联合大学第一届新生。我没有念过高中物理学，为了参加那次入学考试，借了一本高中物理教科书，闭门自修了几个星期，发现原来物理是很适合我研读的学科，所以在联大我就选择了物理系。记得非常清楚的是，那次我在教科书中读到，圆周运动加速的方向是向心的，而不是沿着切线方向的。最初我觉得这与我的直觉感受不同，仔细考虑了一两天以后才了解，原来速度是一个向量，它不仅有大小而且是有方向的。这个故事给了我很大的启发：每个人在每个时刻都有一些直觉，这些直觉多半是正确的，可是也有一些需要修正，需要加入一些新的观念，变成新的较正确的直觉。我从而了解到：一方面直觉非常重要，可是另一方面又要能及时吸取新的观念修正自己的直觉”。一句话打天下，使他已能预感知里奇张量的新颖度赛过韦尔张量，这是在他1938年的中学时代。人与人不同。
b）霍金1974年提出的霍金辐射，因它能把相对论和量子论结合，几乎成为各种量子引力理论及其需要作实验观察依赖的统一工具，包括弦论，这是划时代的。
从表面上看，霍金辐射只是韦尔张量作用，即它是一个小粒子与一个大星体黑洞之间的直线或曲线运动作用。其实它是涉及里奇张量的整体作用的。这一点很重要。因为作为意大利几何家、理论物理学家、张量分析创始人之一的里奇，只是用数学公式表达了里奇曲率有体积减少的协变效应，或者说是他的天才直觉描述了这种体积减少的协变真实现象，但他并没有从微观物理说明这种机制。并且通观从里奇提出里奇张量以来，也没有人说明这种机制。但用霍金辐射却能部分阐明这种机制，下面是简要的说明：
虽然霍金说，一个小粒子在一个大星体黑洞的事件视界附近，由于真空中的能量波动，会促使它产生粒子-反粒子对。在这一对粒子有可能在湮灭发生前，其中一个就掉入了黑洞，这样另一个就以霍金辐射的形式逃逸远离黑洞的事件视界，这类似从黑洞视界发射出了一个粒子。根据牛顿的作用力与反作用力的第三定律，这种发射会对黑洞视界产生一种反作用力。同理，如果把黑洞视界看成一个球面，在这个球面圆周的任何其他地方，也一样有虚粒子在黑洞视界边缘不断产生，同时整个圆周也不断有粒子发射出来，根据牛顿第三定律，这种集群的反冲力作用会像里奇张量有使体积减少的协变效应。
c）众所周知，佩雷尔曼证明庞加莱猜想，结合的正是里奇张量扩容涉及的里奇流。2012年第7期《环球科学》杂志发表陈超先生的文章说：“2006年，借助于俄罗斯数学家佩雷尔曼证明的庞加莱猜想外定理的----空心圆球内外表面翻转熵流，人们把时间和热力学、量子论、相对论、超弦论等联系了起来，点燃了第三次超弦革命”。庞加莱猜想是七大“千僖难题”中的第三题，它的得证，对其他的六大数学难题的解决也许有联系。佩雷尔曼成功后，并不看重给他个人颁发世界性大奖的名誉和高额奖金，也许他知道里奇流的研究，还有更大更多的收获在后头。即里奇流能联系暗能量、暗物质和质量的希格斯场的起源等问题，使庞加莱猜想的应用，能扩大到弦论的各种框架。
2、为什么有“钱学森之问”？13亿中国人中除杨振宁外没有天才的科学直觉的千里马吗？不是。中国没有世界科学工厂吗？不是。13亿人中有钱有势的人很多，原因是他们中能做伯乐的不多。一方面也许他们是过去科学辉煌的受害者，另一方面不是你有公认的学问，获得过世界性大奖，就能识别里奇流、里奇张量类似的模具创新。
1）以旅美理论物理学家王令隽教授为例，他反驳彭罗斯，说彭罗斯犯的低级错误是“里奇=能量”。王令隽说，里奇张量不能等于能动量张量，因为能动量张量的散度为零，而里奇张量的散度不为零，而是等于黎曼曲率的一半。爱因斯坦方程应该是：爱因斯坦张量=能动量张量乘与一个常数。所谓“缩并”，通常叫做张量的指标收缩，是一种最简单的张量运算，指标收缩的结果使得张量的阶数降了二阶。一个四阶张量收缩一次就变成二阶张量，再收缩一次就变成零阶张量（常数）。爱因斯坦在试图建立他的引力场方程时，将空间的曲率和能动量张量直接联系到一起，认为能动量张量造成了空间的弯曲。描述空间弯曲的几何量是黎曼张量。可是黎曼张量是四阶张量，有256个原素；而能动量张量是二阶张量，只有16个元素。这两个张量不可能相等。
杨振宁读几个星期的书，赛过王令隽学习半个世纪。如果王令隽说的，将黎曼张量收缩就成了一个二阶的里奇张量，这就是爱因斯坦为什么要将黎曼张量收缩成里奇张量的原因；并且张量的收缩，仅仅是一种缩小张量阶数的代数运算，和“力”扯不上任何关系；力是一个矢量，而里奇张量是一个二阶张量，一个二阶张量能够等于一个矢量吗？如何产生“缩并力”？是黎曼张量从四阶收缩到二阶的里奇张量产生了“缩并力”呢，还是从里奇张量收缩到曲率常数产生了“缩并力”？还是两者都产生“缩并力”？彭罗斯的“缩并力”是一种纯数学操作，没有任何物理过程与之对应，等等，是对的，彭罗斯和杨振宁教授都错了？那王令隽就在美国，会英语，为什么不当面与彭罗斯和杨振宁辩论？为什么在美国不用英文发表论文，与彭罗斯和杨振宁辩论？。
对圆周运动的向心加速度，王令隽说仅是一种最简单的数学计算原因，是一种缩小张量阶数的代数运算的纯数学操作，没有任何物理过程与之对应，和“力”扯不上任何关系。王令隽真能理直气壮吗？如果像王令隽这种旅美理论物理学家都把里奇流、里奇张量看得不值一谈，那国内成百上千类似欧洲工业革命早期的工人，捣毁机器、烧毁工厂，以为工厂和机器是贫困的祸根一样，在跟着反相、反量，我们还能说他们什么？
2）但中国不会永远陷入这种可悲的情况。国内对里奇流、里奇张量的研究怎样？
肖建华教授有一个介绍。肖建华1962年生于江西。1982年毕业于中国矿业学院应用地球物理专业；1991年在中国矿业大学北京研究生部获煤田地质与勘探专业硕士学位；2000年在该校获工程力学专业博士学位。1994-1995年在英国爱丁堡大学地质和地球物理物理系做访问学者；2000-2002年在中国矿业大学资源和地质工程系做博士后研究，现在河南理工大学测绘学院任校聘教授。主要研究方向为三维空间的有限变形力学和四维时空中的形变几何场理论，包括孔隙介质中的流体运动、软硬物质的高速碰撞等的工程应用。他说，佩雷尔曼研究里奇流的论文，震惊学界，但是佩雷尔曼本人认为，只不过是数学家关心他的研究，因为此后的有关研究论文和专著基本上集中在数学界。
a）肖建华说，里奇流问题，本身确是一个典型的物理、力学论题。里奇流问题的初等表达方式是：dg/dt=-2Ricci(g)。就是说：一个封闭流形上的度规张量的演化（随时间参数的变化）是由里奇张量决定的，而里奇张量本身又是由度规张量场决定的。研究这样一个问题的意义就看你是持有何种物理、力学运动概念。在里奇流问题中，度规张量的演化就是物理学、力学中运动。这种运动表现为流形的几何“变形”，与连续介质力学的变形概念是类似的。在经典弹性力学中，研究的是：[g(1)-g(0)]/2=e（应变）。即只比较两个位形，而里奇流研究的是连续的变化。在三维流形上，运动的概念是一个二阶度规张量，而不是位移矢量。这个物理、力学的运动概念是由爱因斯坦建立的。换句话说，是广义相对论下的运动概念。如果一个人抱定位移矢量的运动概念，则他是无论如何会对张量运动表达持反对态度的。
b）肖建华说，佩雷尔曼的研究成果的核心意义在于，为把这种运动概念应用于普通的连续介质中的物质微元（封闭流形）打开了道路，如微元的位形演化、微元间的界面相互作用等。决定里奇流的另一个方程式是一个与里奇曲率有关的泛函，在物理、力学中如何针对具体问题构造这个泛函是地地道道的物理、力学问题。但是，这方面的研究并没有得到学界重视。问题的起因很简单：里奇流问题相关数学工具在物理、力学学界的普及性不足。但是，还有一个问题就是：人们偏爱于简单、直接、直观的概念体系，尽可能拒接复杂的数学概念。这种偏爱是阻挡我们前进的原因之一。
c）肖建华说，抽象的数学的研究工作，在力求最广泛的概括性下的进展作为一个极端，这和在尽可能简单、直接、直观的概念体系下的另一个极端间，有巨大鸿沟。正是在这一个要点上，研究工作严重不足。这也表现在论文发表上：里奇流问题论文基本上发表在抽象数学集团的期刊上，而物理、力学中针对具体问题的论文发表在传统期刊集团上，二者间几乎没有正确、有效的交流，追求两个极端的人群是越来越背道而驰了。如果我国有那么一个群体，把研究工作集中在填平这个巨大鸿沟的理论性研究上，那么随之而来的应用、研究也可以期待。这里也许可说明没有人去培训，才有今天类似工人捣毁机器式的反相、反量。但就目前来看，就连发表论文的地方都没有。
d）肖建华说，连续介质力学对dg/dt 可以作出应变的对应解释；在几何上对于曲率变化，可以做出局部内在转动的解释。这样，如果把里奇流方程的左边的低阶近似完全对应于应变概念，则对里奇流的力学几何解释就是：内在的曲率变化就是封闭流形的度规变化的原因，从而把局部内在转动归结为封闭流形位形几何演化的内在原因。由一个泛函f引入的完整的、在外场作用下的Ricci方程为：dg/dt=-2Ricci(g)-2ddf(R)。这样对特定的外场，与连续介质力学不同，应力的概念被一个依赖于曲率的泛函局部二阶微分特性给定了。在连续介质力学中，物质微元是封闭的3-流形，从而Ricci流方程把微元闭流形的变化与连续介质的宏观位形变化连续了起来。但一个长期以来的难题是，如何定义物质微元的几何属性。
e）肖建华说，我国力学家陈至达建立的理性力学理论体系，事实上就是按引入先天性的3个独立矢来构造的，但是只完成了几何部分，没有建立相应的外场介入形式，而Ricci流方程恰恰是一个最为有力的补充。Ricci流概念建立于上世纪80年代，在物理原因的描述上，的确是超前于理性力学。Ricci流概念为理性力学与现代物理的结合，打开了一扇大门；在经典的连续介质力学中，微元物质是被隐涵的假定为三个1-流形的直和。此时各向同性假定是必须引入的，但是各向异性就象一个幽灵，紧随大变形而来。如接受，就与前提矛盾；如不接受，又与客观事实矛盾。因而，理性力学一直在这个问题上纠结不清。具有某种旋转对称性的各向异性介质，旋转对称轴是1-流形，旋转曲面是2-流形。对任意的微元为3-流形的介质，唯一的办法是引入先天性的3个独立矢或是任意的3-流形g(0)，而这就是Ricci流。
3、福州原创物理研究所的所长梅晓春教授，在微积分运算上确实是有功底。《财富时报》评论“梅晓春在物理学基础与前沿领域思考和工作了30多年，得到的研究结果对传统物理学具有颠覆性”。那么他的物理专业功底真相如何呢？梅晓春和俞平博士2012年6月在美国发表的题为《量子力学普适动量算符的定义与微观粒子自旋的本质》的文章，他们称阐明了微观粒子自旋的本质，给出贝尔不等式得不到实验支持的真正原因，消除了EPR动量徉谬。其中类似针对Ricci流说的理由，归结有4点：
1）梅晓春说，在曲线坐标系中，一直无法合理地定义动量算符。在直角坐标系中，将角动量算符作用任意波函数，得到的都是虚数；只有反之，动能算符对任意波函数作用结果是实数逻辑才完备，且必须是实数。然这只是被转移，因动量算符的复数平均值被消除，但本征态波函数展开，复数平均值问题又出现，问题实际上没有被解决。
2）梅晓春再反之，说用实数的“普适动量”概念转移里奇张量，导出的普适角动量概念一切可阐明：a）微观粒子自旋的本质；b）贝尔不等式得不到实验支持，原因是自旋投影概念理解有误，采用的投影公式不成立；c）贝尔不等式与隐变量是否存在无关；d）贝尔不等式与是否破坏定域性无关；e）可解决量子力学复数非本征值和平均值问题；f）改变曲线坐标系中动量算符的定义；g）改变动能算符的一致性。但里奇张量真不存在吗？而且里奇张量的整体协变是类似进入点内空间，联系虚数超光速的。
3）梅晓春说，微观粒子波函数的全同性、对称性，可导出波函数的叠加原理。量子纯系综起源于粒子波函数的全同对称性交换，量子纠缠实际上是波函数全同对称性交换的结果；不同粒子之间的纠缠也存在波函数全同对称性交换的背景，所以量子纠缠不存在非定域关联和破坏因果关系，EPR佯谬被彻底消除。但量子隐形传输不存在吗？
4）梅晓春说，有两种等价的方式描述微观粒子的衍射和干涉现象：第一种是经典理论中宏观波的叠加方式，不考虑粒子与环境的相互作用，是唯象的、非本质的。第二种是量子力学方程的微观描述，要考虑粒子与环境的相互作用，是本质的，波动性的本质能。但第一种的宏观自旋不是真自旋，需要外力，只有第二种微观粒子的自旋才是真自旋，不需要外力。粒子自旋普遍存在指向里奇张量才是普适动量，是真空波动的本质。
5）梅晓春说有一个唱红清醒的经典事实是：无论是在火花室还是气泡室中，微观粒子的轨道运动都是清晰可见的，如带电粒子在经典洛伦兹力作用下沿什么轨道运动，在什么位置上达到什么速度，什么加速度；在什么位置上以什么速度碰撞，所有的事情都一清二楚，凭什么说微观粒子没有确定的轨道运动？凭什么说它们的位置和动量不能同时确定？问题的实质是，物理学家门经过近百年的哥本哈根意识洗脑后，对事实视而不见。爱因斯坦就自白，是理论决定我们看到什么。但这代表强子对撞机的实验吗？
6）以上梅、俞的五点，对照彭罗斯在《皇帝新脑》、《时空本性》等书对模具韦尔张量和里奇张量的标准统一解释，无论是曲线坐标系还是直角坐标系的研究，都需要争论我们需要什么样的模具生产？有没有类似奥运会机械流和策士流的统一标准？我们需不需要这种国际的统一标准？葛森的《完美的证明》一书就摆在我们的面前。
在反复读《完美的证明》后的浮想联翩中，视乎看到在近半个世纪，新中国人从传统文化的自然全息开始独立探索，把里奇张量与类圈体三种自旋结合变成了弦图框架理论体系的“魔杖”；看到梅晓春教授与佩雷尔曼拿着刀子在砍砍杀杀。有人评说梅晓春使用“相对性洛变式”、“相对性伽变式” 和相对性“惯性系”等东西，依旧是相对论使用的模具。但梅晓春说他拿这些刀，也能证明:
a）暗能量不存在；b）希格斯粒子不存在；c）引力几何化描述不可能；d）奇异性黑洞不存在；e）根本不存在量子力学解释的不确定关系，或测不准关系是误解；f）爱因斯坦的相对性原理是错的，等等。
如果真是这样，不要说证明6项，只需1项，梅晓春也能与佩雷尔曼并驾齐驱。
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