[原创]弦论框架现代版表示讲义（中）

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[watermark]弦论框架现代版表示讲义（中）
二、弦论框架表示之由来
从做出拓扑量子三旋动画视频的电子计算机专家邱嘉文先生，我们想到了电子计算机专家马文•明斯基(Marvin Lee Minsky，1927-)。他是美国科学院和美国工程院院士、1969年图灵奖得主。明斯基说数学教育不但要强调形式，也要注重内容而不应忽略内容。1975年明斯基首创框架理论，发表《表示知识的框架》。框架理论的核心是以框架这种形式来表示知识。框架的顶层是固定的，表示框架的概念、对象或事件。下层由若干槽(slot)组成，其中可填入具体值，以描述具体事物特征。每个槽可有若干侧面(facet)，对槽作附加说明，如槽的取值范围、求值方法等。这样，框架就可以包含各种各样信息，例如描述事物的信息，如何使用框架的信息，对下一步发生什么的期望，期望如果没有发生该怎么办，等等。利用多个有一定关联的框架组成框架系统，就可以完整而确切的把知识表示出来。
弦论能用框架表示吗？从明斯基最初是把框架作为视觉感知、自然语言对话和其他复杂行为的基础提出来的看，但他一经提出，就因为框架论既是层次化的，又是模块化的，就引起了极大地反响，被称为通用的知识表示方法，得到广泛接受和应用，这也启示了我们，弦论作为本是连接牛顿力学和相对论及量子力学的交叉科学，就应该使用框架来表示这种知识，而我国中国不应该只是把它作为是一种“舶来品”。
特别13亿人的中国，是弦论研究的古国、大国，却没有多少人知道什么是弦论；就连是学者、院士的高级知识分子群，很多人对弦论也是一知半解。例如张崇安先生是一个如今活跃在网络论坛的山西省煤炭厅煤炭资源地质局的高级工程师、山西北武能源技术有限公司的总经理，他问：“标准弦到底有多长？对什么范围的长度起到绊脚的作用？如果宇宙中到处是长长不断的弦，会不会把星体绊的停止下来？会不会把原子内的电子也绊的停止下来？”
即使“舶来品”的弦论，也涉及对从夸克到中微子，从确定标准模型中费米子混合和CP破缺参数到用标准模型以外框架理解味结构，从强子尺度的非微扰QCD到TeV尺度等新物理知识的交叉。弦论与粒子物理和宇宙学呈现出相互影响与促进，彼此密不可分日趋结合的研究势态。2012年8月8日～12日将由中科院理论物理研究所主办、山东大学承办的“2012 味物理及宇宙物理国际会议”，在山东大学国际学术交流中心召开。而已公开提出要与吴岳良等竞聘中科院理论物理研究所的所长的燕山大学的博士生导师李子丰教授，竟然不知“味物理”是什么东西？李子丰问吴岳良：“味物理”是不是吴所长的发明？李子丰教授指着吴岳良的文章说：根据汉语词意，“味物理”应该是味道的物理学，而实际上，这里的内容并不是。
张崇安、李子丰等大批的人不知什么是弦论，谁之责？我们认为是我国各级教育机关和科协机关的责任。例如拓扑学中讲环面与球面不同伦，就涉及拓扑量子是环面量子与球面量子的问题。以邱嘉文先生做的三旋拓扑量子动画视频来说，环面量子的三种自旋的排列与组合，就联系到“味物理”和“色物理”的编码。然而我国各级教育机关和科协机关的工作人员似乎大多数人也都知道什么是弦论？何来教育普及中国人民？加之弦论被宣传定位为“舶来品”，大国之间的军事对抗到科学对抗成为惯性，枪杆子里出科学似乎也是一条不证自明的真理。最近梁光烈部长访美提出“打破作为大国对抗的传统思维”，很具有启发性。科学适应大国关系的发展，世界共同期待也是建立“平等互利，合作共赢”的新型关系。弦论按照这个指导性意见去把握，即使回到按汉语词意，弦论也只能是框架表示。
1、目前按汉语词意的弦，有琴弦、弦管、弓弦，弦弧、弦乐、弦脉、丝弦、弦线、弦子(三弦)、弦音、调弦、繁弦、弦歌、弦日、弦矢、续弦、断弦、心弦、弦外之音、改弦易张等。运用于数、理、化、天、地、生等各门科学中的扩容，其自然全息集成的基础可分以下七类：
①物理：振动发力。弓弦，弓背两端之间系着的绳装物，如弯弓上发箭的绳，有弹性。
②物理：振动发声。音乐，弦乐器的弦，琴弦，弦乐，乐器上能振动发声的线，如用于发音的丝线、铜线、钢线等。也还包括管道薄膜、气柱振动发音的弦管、弦笛等乐器。
③物理：发条储能。钟弦、表弦，如钟。表等的发条上弦。
④数学：直角三角形中对着直角的斜边。中国古代《周髀算经》称不等腰直角三角形中有勾三、股四、弦五的边长关系。
⑤数学：圆上两点之间的连线称为弦。如连接圆周上任意两点的线段，或直线与圆相交，夹在圆周以内的部分。或特指曲线上正割的两个交点之间的线段，即连结曲线上两点的直线。
⑥天文：月球公转的四分之一的月相变化，比喻半圆月亮的月貌，如弦望，上弦月、下弦月。即上弦是月球在太阳之东90°时的位相，下弦是月球在太阳之西90°时的位相。
⑦生物、化学、生理、医学，如中医脉象名词，弦脉。中医《素问•玉机真脏论》：“真肝脉至，中处急，如循刀刃责责然，如按琴瑟弦。”
1）按汉语词意，从上面的知识可知，弦论在中国传统中也是一个框架。其特点是交叉的、多元的、开放的和扩容的。这些特点是自然的，不是对抗的。即中国传统的弦论不是作为对抗性的传统思维，甚至一开始就出现在弦论框架的顶层，或说是超类或父类；而且主要是物理性和数学性的。如物理性的弦有绳、线，丝线、铜线、钢线、薄膜、气柱、发条等；数学性的弦有直角三角形的斜边、连结曲线上两点的直线。
弦论由此这种固定的表示，其框架的概念、对象或事件的下层，或说延伸或子类，如天文、生物、化学、生理、医学等也有类似的框架特点，以描述具体事物特征。这使得科学与自然全息是和谐发展的，打破了作为大国科学对抗的传统思维，这是可指导建立21世纪新弦学合作共赢的新型唯物论关系。
例如拿“舶来品”的西方弦论来对照，举沈致远教授说超弦理论是始于韦内齐亚诺和南部阳一郎。这虽源于“卢瑟福散射”的理念和方法，但韦内齐亚诺和南部阳一郎的弦论也仅仅能对照汉语词意弦论框架物理性丝线、铜线、钢线，有弹性这个类上。这也是山西煤老板张崇安先生所能理解的弦论：即“弦有多长？会不会把星体绊的停止下来？会不会把原子内的电子也绊的停止下来？”。而从1维的线型的西方弦论来说，也不止韦内齐亚诺和南部阳一郎的弦论，按张崇安的绳、线、绊、绑理解，西方牛顿的天体的万有引力，也是弦论。法拉第的磁力线，也是弦论。安培的存在环形电流微小电荷的磁性起源假说，也是弦论。费曼的描述微观粒子交流反应的费曼线图，也是弦论。盖尔曼的强子内部捆绑夸克的胶子，也是弦论。
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2）对比西方的1维弦论，汉语弦论数学性的子类，如圆上两点之间的连线称的弦，相通联系射影几何，通过投射锥和取截景、交比、连续变等证明的一些著名定理。如与帕斯卡定理：“如果将一圆锥曲线的6个点看成是一个六边形的顶点，那么相对的边的交点共线”，和逆定理：“如果将一圆锥曲线的6条切线看成是一个六边形的边，那么相对的顶点的连线共点”等相对映，可以用来理解基本粒子体系，如标准模型描述的两组、三类、六种夸克系列，轻子系列。如1996年我们发表的《物质族基本粒子质量谱计算公式》，把质量的起源基于宇宙创生的视界模撕裂产生的，能推导计算出夸克、轻子和规范玻色子的质量。其次，泡利不相容原理也可用环圈的三旋得证：对每个电子轨道圈最多只可以容纳两个自转相反电子，是因如果该轨道圆圈作三旋，虽然面旋和线旋都能容纳多个电子，但作体旋，如决定一根圆圈面内的轴为转轴，排列在圆圈轨道上的所有电子作体旋而垂直转轴的直径，会出现从小到大对称的排列，中间最大的直径只有一条，只能容纳一对电子。如果保持该轨道上所有电子的体旋能量的一致性，其余的电子必然要发生分离。即说明多粒子三旋要保持跟圆心最大的对称原则。可见汉语弦学的深远。
3）其次，汉语物理性的子类也不止丝线、铜线、钢线等1维的弦论，还有如钟弦、表弦等钟表的发条，上弦，即储能。如果说丝线、铜线、钢线等琴弦的弦，还是1维的线型，那么钟表上弦的发条，以及管道薄膜、气柱振动发音的弦管、弦笛等乐器，已经扩容为2维、3维的多维了。这与韦内齐亚诺和南部阳一郎以后的西方弦论的发展是一致的，如沈致远教授说的威滕激起的“第二次超弦革命”；威滕的M论，不但是框架式的，而且弦也是有各种维数，即N维弦，而不限制于1维的线型，也可见汉语弦学的深远。
2、那么汉语弦学中有没有沈致远教授说的类似格林、施瓦茨等主导的“第一次超弦革命”的东西呢？如不但有1维线型的开弦，还有环线形的闭弦呢？有，如上弦月、下弦月的月相变化，这是月球绕太阳和地球的圆周运动的变化，有近乎“闭弦”的意思。
而且“闭弦”有近“奇点”的意思，这也与“物质无限可分说”等物质结构争论问题有千丝万缕的联系。1959年徐光宪院士出版的《物质结构》一书，第一章的《绪论》就提到惠子讲的“一尺之棰，日取其半，万世不竭”； 以及墨子讲的“端”，即不能在分割下去的问题。1953年毛主席就谈过：“墨子在公元前5世纪就提出‘端’是组成物质的最小成分，比外国人提得早。”毛主席还提及《庄子》一书中“一尺之棰，日取其半，万世不竭”这句话。可是半个世纪以来，国内的科学史家们很少或者根本没有去想，这两者结合与“奇点”的联系。即惠子和墨子的弦论，已经指向“奇点”。
美国波士顿大学著名物理学史学家、科学哲学家曹天予教授在国外学习了十年，1997年出版的《20世纪场论的概念发展》一书揭开了此迷。曹天予对“奇点”有两点理解，一是“奇点”表达的环面与球面不同伦，即环面自旋范围是虚与实两种空间共存，环面的实体部分对应实数，是无限可分的，这近乎惠子的“万世不竭”的意思；而微分几何、拓扑学的“连通”也是判别环面与球面不同伦的根据。二是反其意，环面实体以外包围的中心虚空部分，对应自然数0，不是无限可分的。即无限可分的还是等于0，这类似一个不可穿透的球，所以把离开环面的中心虚空部分也等价看成“奇点”，那么它即是不容易分割下去的东西，这近乎墨子的“端”的意思。这种奇点来源于环又不说环的智慧，微分几何、拓扑学没有讲，也没有定义。但在霍金、彭罗斯的黑洞时空讲得很多，如说裸黑洞、黑洞裸点，即黑洞坍缩出现无穷大密度的一团均匀球对称的尘埃云，就关联“奇点”。霍金说，宇宙在密度很高的早期，每个点过去都出现奇点，这是爱因斯坦的广义相对论也没有提供的准确描述。即按弦论，广义相对论也是可以修正的。但类似梅晓春教授式的一些反相对论的物理学家，并不如曹天予知道“奇点”的这种精致与限制，也就直接把均匀球对称体，混淆当作奇点。这是国内最大的一种误解。然而20世纪后期，西方的科学家正是基于这种智慧，创造了奇点、视界、黑洞等三个概念。但奇点主要还是指要暗含环面，这不是出于球面与环面直观的区别。这也可见汉语惠子和墨子弦学的深远。
1）如果说与格林、施瓦茨的“第一次超弦革命”相通，汉语惠子和墨子弦学的奇点包含旋转运动或类似实数的无限可分的环面，以及有一个相连的不可穿透的球面的智慧，还是隐蔽的，那么中国古代的阴阳五行论，其环圈及循环运动的智慧，则是明显的。但这只能与古希腊的四元素说相比较，才更突显。这里我们说我国先秦的阴阳和金、木、水、火、土五行论，是一种环圈论，是因为我国还强调阴阳五行是相生相克循环无边自转的。这也是与惠子和墨子弦学的奇点的智慧相通的中国古代的“奇点”说，这里的“阴阳”正代表了包含旋转运动或类似实的无限可分的环面，和有一个相连的不可穿透的虚球面的意思。
但无论是无限可分及“端”的奇点论和阴阳五行的奇点论，都毕竟不是现代版的“奇点”论，所以我国现代很多人荡然无存古代的智慧。这说明即使唯物论的内容，如离开了弦论，也只能变成一种“幽灵论”。涂润生先生主张把幽灵论拿出来晒太阳，那么我们就把涂润生的“奇点”论也拿出来晒一晒。涂润生说：“奇点是不受任何规律约束的东西，它的功能非常强大；无中生有或密度无穷大，或者在最初的32秒钟内发生超光速膨胀等功能，都是根据理论本身的需要设计的，没有现实的基础（完全脱离现实）”。可见涂润生先生基本不懂什么是“奇点”的数学定义和物理定义的胡晒，所以涂润生才说大爆炸宇宙论的“奇点”就是一个幽灵。如果说涂润生是一个“家科”，自创幽灵论三条判断标准就没有什么可笑的。那么周天龙先生曾经作为中科院的一个“公科”，也是曾缺乏“奇点”论的训练，就可见我国现代大中小学教育的问题了。
2）周天龙先生问：质子，中子是什么粒子组成的？周天龙自己的回答是：肯定是由正负电子合成的。而且周天龙的中子结构示意图，是内外层各分布919个正、负电子。周天龙的道理是：.a. 任何物质都可以不断分小，一直分到不可再分为止，这就是基本粒子，所以一切物质都是基本粒子组成的。b. 从常见粒子表中可以知道正负电子和正反中微子是质量最小，不可再分的基本粒子。c. 所以处于基本粒子上一层次的粒子（亚原子粒子）质子、中子，肯定是正负电子和正反中微子组成的。考虑到中微子质量仅为质子、中子质量的万分之一，故一般只说质子、中子是由正负电子组成的。d. 这个结论可由“正负电子对撞实验”反应式得到证明。因为进入对撞室的只有正负电子，而生成物有质子、中子、反质子、反中子等粒子。
就像进入中科院周天龙这样的一个“公科”，漏洞百出的数理逻辑推理是：如果他说“不断分小，一直分到不可再分为止，这就是基本粒子”； 一切物质都是基本粒子组成的。这里由“小”组成“大”，这个基本道理一般可成立；一直分到不可再分为止就是基本粒子，也可成立的。但我国古代的阴阳五行的“奇点”论都知道，不断分小一直分到不可再分为止，都有“金、木、水、火、土”五种“基本粒子”，就不是一种；而且这五种“基本粒子”也不是质量都一定很小。当然周天龙的“基本粒子”也不是一种，而是两种，即电子和中微子。但按周天龙的由“小”组成“大”逻辑，电子比中微子的质量大，应该由中微子组成电子，再由电子组成质子、中子，但周天龙说“考虑到中微子质量仅为质子、中子质量的万分之一，故一般只说质子、中子是由正负电子组成的”。可见周天龙的唯物论离开了弦论的判断内容，也就成了涂润生式的“幽灵论”。