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[交流]
预测本世纪的物理理论走向及本人长期研究计划
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虽然许多人认为现在物理理论有点走到尽头了，主要是像弦论这样的理论看起来是对的但实验极难验证；但我认为并非如此，我觉得十年内可能会出现物理理论的更大的革命，甚至比20世纪初相对论与量子力学的发现的革命更大。本世纪的物理理论可能会采用完全不同于牛顿以来的需要背景时空的物理理论构建。在新的不预设背景时空的物理理论中，我们可能会发现量子力学的基础并不是现在这个样子，届时你们会发现量子理论不再仅仅是“正确”的理论还是可以“理解”的理论；同时，新的理论将会用一种更严肃的态度审视观测者的地位，观测者地位甚至与当前量子理论中地位也会完全不一致；另外，关于引力的理论也会重写，这样广义相对论将作为一个近似的理论或“浮现的理论”出现，而量子理论在新的理论中只是被重新理解而已。 而基于上述想法，我未来的研究计划是：把整个宇宙包括观测者看成一个维度极大的量子系统，当从中分裂出一个小系统和一个大系统时，时间便有可能产生，同时小系统就是观测者本身。而大系统可以继续被分裂成若干个小系统，这些小系统间的量子纠缠熵可用来定义它们的相对距离，通过这些相对距离我们可确定这些小系统构成的世界的近似空间维度，神奇的是我们发现引入距离的同时我们不可避免地使得系统间存在万有引力，或者说引力等效于距离的定义。目前构建这个理论框架最大障碍是目前关于量子态的分裂和多系统量子纠缠熵数学研究还不多，特别是tensor decomposition方面的文献极少，只有简单的矩阵分解比如SVD分解，所以往前推进时遇到了很大的问题。 无时空的理论需要解决另一个理论难题是如何证明现实世界为表观三维且如何推导出局部洛伦兹对称性，当然幸好MIT文小刚好像用完全量子纠缠和介质波振动的观点研究了电磁学，按道理他肯定推导出了洛伦兹变换，因此这个问题或许已经被他解决了。 当然，我也知道无论构建什么物理理论都必须注意能否提出新的可被实验检验的预测，量子场论就是这样一步步发展过来的；因此，如何提出新的预测（现在理论得不到的）而且还能被实验检测是个非常非常大的挑战。 当然现在在中国做科研最大的挑战，还是如何在繁杂的日常教学科研行政事务中抽身出来搞自己感兴趣的课题，唉，还得经常写项目申请结题什么的。 或许你们会问为什么你觉得无背景时空的理论才是对的。答案是我觉得假设有个“空无一物”的背景时空在后面其实是真正的“神秘主义”，有背景时空才是不自然的，因此完全可能根本没有背景时空，只有物质本身，所谓背景时空只是我们通过物质间的关系的一个推演的概念。这个观点似乎与牛顿同时期莱不尼茨是一致。 最后附上文小刚的想法： “我想用量子纠缠来统一基本粒子和引力，用的是一个全新的思路，一个代数的思路，和几何纤维丛的思路完全不同。也可以说是想用代数的办法来看几何，用代数的东西来看纤维丛。过去爱因斯坦把我们引入了用几何眼光看世界的思路,它主导了物理学一百多年的发展。但我觉得这个方向有点不对，应该用代数眼光看世界，理解世界。” ——MIT 文小刚 |
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leedobb: 回帖置顶 2015-08-24 10:50:32
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其实我的方案有点类似于数学领域的严密化（或公理化）运动，我把它称为物理学的哲学严密化运动。 当微积分提出时，它虽然很实用，但逻辑上存在诸多问题。当然牛顿当时的人无法解决这个难题，不排除当时很多期望解决这个难题但发现会逐步滑入一个巨大的陷阱里，而且可能还得不到其它更有用的结果，这就像我现在说的物理学的哲学严密化过程一样，你会发现若想把物理学严密化，你会觉得自己陷入一个巨大的黑洞里，而且还可能没有结果。但后来经过数学家们一两百年的努力，通过delta-epsilon语言区间套技巧还有近世代数，最重要是集合论的出现。使得整个微积分终于在逻辑上可以严密点了，而且反过来给整个数学奠定了基础（集合论）(注：数学严密化运动可参考克莱因的《古今数学思想》)。 而物理学也有点类似，目前就有点像微积分提出当时，虽然理论非常实用，但在哲学严密性上有一点点不如人意。当然若不是很在意，生活也同样过得很开心，毕竟物理里最重要的是测量（或叫关联函数），而后面的物理理论本身可以不一一对应物理真实（这在罗素的物质分析里说得很清楚）。也因为这种原因（重测量），目前致力于哲学严密化运动的物理学家很少（我知道的有Barbour J、Zurek等人），而且他们自己也通常会经常质疑自己的工作是否有意义。我认为从长期看他们的工作是有意义的，但短期看可以说毫无用途。（注：我个人认同物理理论只要其预测的测量符合现实即可，其背后的数学构建可不必一一对应物理真实。但目前关键的问题是有些物理测量还解释不了，另外某些理论构建有点割裂仍未统一，比如费米子与玻色子未能一个理论构架下实现，因此需要通过严密化运动去找到一些启示，然后构建相应的理论，当然新的理论也不必一一对应所谓的物理真实。） 目前，基础物理学领域大多物理学家仍然希望弦论能最终统一所有的物理，但前景也不是很乐观，最重要的障碍是再往下实验实在太难做了，而它的前身standard model等理论成功的最重要原因是实验与理论可以一步步跟来走。现在一边没了，纯粹靠逻辑与数学似乎不能走很远（即使这在广义里很成功），这里的主要原因是大家对量子力学后面隐含的东西或许理解得仍然不够透彻。 或许此时，哲学严密化运动可以为物理学找到类似于集合论这样的比较统一的基础，在这个基础上重新搭建整个物理学，并看看可得到哪些新的理论预测，而且这些理论预测能量要求也没有那么高。当然，这个运动注定非常艰难，像数学的严密化运动从微积分提出（1671）到集合论（约1900）也有两百年的时间。主要像这种事情大家一般不太愿意干，因为大多工作基本没什么回报，除非你在严密化过程中运用新理论能得到在容许范围内可测量的理论预测了。大家才会真的在意你。另一个原因，做这方面的工作极其容易掉入虚无的境界，从事这方面工作的人会经常质疑自己是不是在做没意义的东西，自己的东西是否上道，比如康托也经常被这些问题纠缠。 但即便如此，我还是呼吁能有人来做这方面的工作。 |
65楼2015-08-24 10:47:03
61楼2015-07-04 17:57:48
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江南的竹2楼
2015-07-04 11:03
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tzynew5楼
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