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為什麽所有的科學都是用微觀來解釋宏觀,而不能用宏觀解釋微觀?

2021-02-10財經

演生論的思路就有一些超越了微觀解釋宏觀的思路(也就是還原論的思路)。

量子力學是至今最成功的物理理論,也是最奇怪、最不可思議的物理理論。下面我想提一下範疇學的精神,以及用此精神來認識世界的方法。

通常,如果我們想要深入了解一個物體,我們會把這個物體分解成越來越小、越來越簡單的構件。如果我們可以做到這一點,我們就認為了解了這個物體。這一思想方法就是還原論的思路。很多人甚至用它來定義什麽叫作「理解」。

但「理解」也可以由另外一種完全不同的方式來實作。我們不試圖把物體分成更小更簡單的基本構件。我們甚至不去考慮物體的內部結構,也許物體根本就沒有什麽內部結構。我們試圖透過這個物體和其他所有物體的關系和作用,來了解這個物體。

其實,和其他物體的關系和作用,正代表了這個物體所有可能的性質。而一個物體的所有可能性質,也就完全定義了這個物體本身。歸根到底,也許我們根本就沒有物體,只有一大堆關系。而物體這一抽象的概念,以及物體所有可能的性質,是由這一堆關系來定義的。這就是範疇學的精神。

把這一範疇學的思路套用到認識論,我們發現所謂的「客觀存在」,其實是人腦透過觀察到的大量的、各種各樣的關系,所抽象出來的一個概念。也就是說,我們頭腦中的主觀印象和觀察是客觀的。而所謂的「客觀存在」,反而是主觀的。因為我們所觀察到的大量的、各種各樣的關系不是隨機混亂的,這些關系之間有非常強烈的關聯。這些強烈的關聯賦予我們「客觀存在」這一想象(或概念)。

透過量子力學中的波函式來理解我們的量子世界,其實是一種還原論的思路。如果我們要用範疇學的思路來理解我們的量子世界,那我們將像實驗物理學家一樣,直接考慮各種各樣的觀測(這些觀測對應於我們上面說的關系),而且我們只考慮各種各樣的觀測。這些觀測(關系)之間有很強的關聯。透過這些關系之間的關系,我們可以直接理解我們的量子世界。這就是範疇學的思路。

現有的量子理論用的不是這一思路,而是透過對觀測之間的關系的總結,抽象出波函式這一概念,代表所謂的「客觀存在」。換句話說,量子力學是一個非常基本的物理理論。它甚至重新闡述了什麽是客觀存在。用波函式所代表的客觀存在和我們的日常經驗差別非常大。這就是為什麽量子力學是一個難以理解,不可思議的物理理論。

其實量子力學用波函式來代表客觀存在,僅僅是我們對現有實驗觀測的一個模型。這一模型不見得唯一,也就是說,可能有另一個理論可以同樣有效地描寫我們對量子世界的觀測。在另一個模型中,所謂的客觀存在,也許是被另外一個完全不同的東西所代表。量子力學這一模型也不見得正確,也許將來新的實驗觀測會和現有的模型矛盾。這將迫使我們構造一個新的模型,也就是發展一套新的理論,來描寫我們的量子世界。

上面講的範疇論的思路就是演生論思路的一部份,其強調的是結構和關系,而不是構建萬物的最小基本單元。而環源論中的基本粒子是可以從這些結構關系中演生出來。

空間可看成是量子位元所形成的一塊特殊物質。所以空間也同樣是演生的,其性質由形成它的量子位元的組織結構所決定。以這種觀點來看,量子位元組織結構的形變就是產生電磁交互作用的光波,以及產生強交互作用的膠子。內部的拓撲序也可以具有缺陷,這些缺陷對應於電子和其他物質體子,比如誇克。

對物質起源的主流看法是基於還原論的。這一看法認為對物質的深刻理解,可以透過把物質分解為更小更簡單的組分來實作。有一些物理學家認為還原論的看法代表了一個錯誤的方向,並提出了演生論的看法。把空間看作一個量子位元海的弦網理論,就是演生論看法中的一個具體實作。

光波、膠子、電子和誇克也可以被看作是空間(量子位元海)的性質。我們知道,對於我們所在的空間,光波滿足馬克士威方程式組,膠子滿足楊-米爾斯方程式,而電子和誇克滿足狄拉克方程式。但是只有當空間具有某種特定的拓撲序,也就是說當組成空間的量子位元以某種特定的方式被組織起來時,以上這些事實才成立。弦網凝聚就是描述這種組織方式的一個術語。在這種情況下,數值為1的量子位元形成以某種特定方式連線的弦網。除此之外,這些弦可以四處移動,並透過翻轉量子位元(它們的值可以在0和1之間轉換)自由地重新連線。在這種弦網液體中, 弦的密度波對應於光子和膠子的波,而弦的端點對應於電子和誇克 。所以我主張具有這種弦網結構的量子位元會統一所有的基本粒子和交互作用,並能夠為粒子物理的標準模型提供一個起源。

弦網理論認空間是由許許多多量子位元所組成的,其被稱之為量子位元海。形成量子位元海的量子位元,必須有一個特定的量子纏結,才能描寫我們世界中所觀測到的各種基本粒子,如光子、膠子、電子、誇克等。「弦網」則是描寫這一量子纏結的直觀影像。我們把取值為0的量子位元看成是背景,對應於上圖的黑色部份。取值為1的量子位元組成弦網結構。這些弦網還動來動去有量子漲落。這種有舞動的弦網所描寫的量子纏結就能產生我們所觀測到的所有基本粒子

弦網量子纏結可以產生滿足馬克士威方程式的電磁波(也就是光波)。影像很簡單:其實弦網液體中的弦的密度波就對應於電磁波,它滿足馬克士威方程式。自從馬克士威發現他的方程式之後,我們花了150年才找到這一關於光起源的簡單理解。以前,凝聚態物理學家研究了由粒子、自旋等等東西所組成的液體。但這些液體中的波都不滿足馬克士威方程式。能承載光波的媒介(被稱之為以太)一直沒有找到。現在發現,以太就是簡單的弦網液體。弦網液體不僅能產生滿足馬克士威方程式的光波,還能產生滿足楊-米爾斯方程式的膠子波。這些各式各樣的弦網密度波,是電磁交互作用、強交互作用和弱交互作用的起源。

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