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梅曉春教授評量子計算機等之殤(5)
2019-04-30
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    摘錄《梅曉春教授評量子計算機等之殤》編后(2)

    ——未來引力量子通信智能手機的理論與實踐

    王德奎

    筆者摘錄編輯《梅曉春教授評量子計算機等之殤》中的部分文章,是想為寫《量子計算機與量子通信》一書作準備——因為我們學習、研究“量子計算機與量子通信”最少已有20年了——1999年《延邊大學學報(自)》第一期,發表《量子計算機與雙螺旋結構的三旋聯系》的論文是公開的第一篇,接著是公開出版了三本書和發表了數十篇論文——如果說“綠水青山,是金山銀山”,那么“量子計算機與量子通信,就是科學文化開拓的金山銀山”——其實我們和“量子計算機與量子通信”是有緣還是無緣,在這條數十年不舍的業余學習、研究的道路上,我們并不是與主流的“量子計算機與量子通信”人群的認識完全一致,但我們不像梅曉春教授那種排斥王貽芳、潘建偉等院士“跟跑”、“并跑”和“領跑”的實踐工作態度。

    一、科學前沿各層面有巨大的想象空間

    重慶師范大學物理與電子工程學院胡鋒教授,1976年生。2002-2006年獲中科院理論物理研究所博士學位。2010-2011年在悉尼大學生物學系做訪問研究。2007年調入重師大。2019年4月13日他在“科學網”的博客上發表的《新發現的人和首次觀測到的黑洞》的文章中說:“物理學是一門很成熟的科學,她研究的系統是相對簡單的系統,經過了長達幾百年的理論和實驗檢驗,要推翻難度非常非常高的,遠遠高于拿著一把刷子滿世界尋找股骨頭的古人類學”——物理學和古人類學雖然都叫做科學,但是其研究方法有很大的區別。最近物理學為發現了一個新的黑洞歡欣鼓舞,這是國際上實驗物理學家在世界上多個地區通過望遠鏡觀察到的。黑洞的概念在100年前愛因斯坦的廣義相對論中已經提出過,這一次是在宇宙中第一次發現了偉大的愛因斯坦——當然這個發現會帶來新的數據,給黑洞做更詳細的研究——今天的BBC科學報道,又把在印尼島上發現新的人種13塊骨頭放在了一起,這兩項研究的背景差異巨大啊——古人類學中,常常會因為其發現了幾塊新骨頭,而會挑戰已有的理論,從而又對人類進化史有了一次大的改寫。我知道中國北京,還有幾位科學家對人類走出非洲的理論還有懷疑,他們反對人類的“非洲單一起源說”。

    胡鋒教授不理解為啥BBC的科學報道,把“首次觀測到的黑洞”和“印尼島上發現新的人種”這兩件風馬牛不相及的事情放在一起?其實我們看來,這種關聯,正如王貽芳院士等建議我國搞“大型強子對撞機”和潘建偉院士搞“量子計算機與量子通信”,也類似是兩件風馬牛不相及的事情,是關聯的一樣——即使像梅曉春教授那種排斥王貽芳、潘建偉等院士“跟跑”、“并跑”和“領跑”實踐工作的人,和像“北京還有幾位對人類走出非洲的理論懷疑——反對人類非洲單一起源說的科學家”,是兩件風馬牛不相及的反對的事情一樣,但這種“挑戰的態度”是同一的,也更能說明王貽芳、潘建偉等院士的“領跑”工作不是錯了,而類似“量子計算機與量子通信”的這種創新,道路是寬廣的,和主流原先的方向還有漏洞或還有不完善的地方。

    例如,2019年4月14日《科技日報》記者李大慶,發表的《那并不是黑洞……頂多算是黑洞的背景圖》的文章說:“筆者有些失望”——因為這張“照片”模模糊糊的,跟以前科學家們所預測的黑洞附近的模樣大致相同,甚至還沒有根據預測所繪的圖片更清晰更好看??茖W家發布的黑洞“照片”沒有讓人感到與之前對黑洞的認識有任何意外,失去了懸念——盡管他們“拍攝”的“照片”有些模糊,但卻是人類創紀錄的“拍攝”精度。準確地說這次天文學家們不是拍攝了黑洞的照片,而重構了黑洞的圖像——記者李大慶“吹毛求疵”,宣傳到了“本末倒置”——黑洞看不見是一個事先的理論定義;但它的存在理論有推測——“氣體在被黑洞撕扯到身邊時產生了旋轉,那個紅紅的轉圈,那個像被炸黃的焦圈樣的東西都是黑洞導致的??茖W家也正是通過這個旋轉的圈來推斷黑洞的存在”——國家天文臺副臺長薛隨建指著“照片”中那個紅黃圓圈中的黑色部分說:我們對這里,對黑洞現在是一無所知,黑洞正等待著我們去認識了解。

    宏觀大的,如進入視界的黑洞看不見;微觀小的,如進入奇點的單個夸克、中微子、引力子也是看不見的——這類似虛數;馬克思、恩格斯、列寧等革命導師是承認虛數的存在——科學家們正是根據理論事先所推測和預測的能看見,或能用儀器測量到現象來證實它們的——這種科學創新,不是基礎理論的再創新,而是人工智能的再創新——這也十分不容易?!犊萍既請蟆酚浾呃畲髴c所說的這張人類創紀錄“拍攝”精度的、模模糊糊的“照片”黑洞,據《人民日報》海外版2019年4月13日發表的《關于“攝獵”黑洞的八大天問》文章說:“從理論上講,任何能夠產生輻射的黑洞都是適合拍照的,但受技術限制,我們只能選擇拍攝到那些看起來非常大的黑洞,這樣才有可能看到黑洞周圍的一些細節”——中國大陸的望遠鏡,沒有直接參與到視界面望遠鏡的觀測當中,原因在于大陸兩個建好的亞毫米波望遠鏡(青海、西藏)不具備相關技術的聯網功能。但位于夏威夷的麥克斯韋望遠鏡有中國科研機構參與其中,部分中國科學家也參與了后期的數據分析和討論——“以蘇解馬”打著馬列主義的旗號,反馬列主義容易——使用暴力,但科學不是用暴力。

    2019年4月10日發布的為世界上第一張黑洞照片,做出貢獻的是世界多國的科研人員;參與“事件視界望遠鏡”項目——該項目用于聯合觀測黑洞,是分布在全球六地的8臺射電望遠鏡;特別是發揮作用至關重要“拍攝”黑洞照片的大功臣“相機”,是在智利的阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列望遠鏡(ALMA)。黑洞成像需要觀測毫米波和亞毫米波,其次,阿塔卡馬沙漠擁有全世界絕佳的天文觀測條件。在過去10多年間,美國麻省理工學院的科學家們聯合了其它研究機構的科研人員,開展該項目——全球多地的一系列亞毫米射電望遠鏡同時對黑洞展開觀測;事件視界望遠鏡由位于四大洲的數個射電望遠鏡所組成,構建了一架和地球大小相當的望遠鏡。它們北至西班牙,南至南極,向選定的目標撒出一條大網,撈回海量數據。

    觀測要求的不僅僅是分辨率,還有靈敏度。其次為了保證結果的準確性,在最終數據處理的時候,嚴謹的科學家們在兩個不同的地方分別處理、分別驗證——全世界范圍內設立了兩個數據中心,一個是位于美國的麻省理工學院,另外一個是位于德國的馬普射電所。二者彼此獨立地處理數據,也彼此驗證和校對,保證了最終結果準確可靠。為此努力,十多年的時間利用望遠鏡陣列當中的幾個進行了聯網嘗試,結果確實在亞毫米波段探測到了黑洞周圍的一些輻射。在此之前,盡管科學家們已經掌握了很多證明黑洞確實存在的電磁觀測數據,但是這些證據都是間接的——少數科學家會提出一些怪異的理論,來作為黑洞的替代物,如“以蘇解馬”的科學家。直到2016年探測到的雙黑洞合并產生的引力波,更是讓人們愈加相信黑洞的存在。但引力波是類似于聲波的“聽”的方式,而電磁方式是一種“看”的方式,對于更傾向于“眼見為實”、“有圖有真相”的人類而言,以直觀的電磁方式探測到黑洞還是非常讓人期待的。

    所以在2016年初引力波被直接探測到之后,視界面望遠鏡并沒有放棄觀測,反而以全球聯網的方式,把這一探測技術推向了極致——以此反觀潘建偉團隊搞“量子計算機與量子通信”,也類似正是如此——東西方科學家聯合——潘建偉和他的在奧地利的導師蔡林格合作,量子通信實驗穩打穩扎,步步為營,彼此獨立地處理數據,也彼此驗證和校對,保證了最終結果準確可靠——2017年底潘建偉教授及其同事團隊,聯合我國相關機構,與奧地利科學院蔡林格研究組合作,利用“墨子號”量子科學實驗衛星,在中國-奧地利之間首次實驗距離達7600公里的洲際量子密鑰的分發,并利用共享密鑰實現加密數據傳輸和視頻通信。該成果標志著“墨子號”以具備了洲際量子通信保密的能力,為未來構建全球化量子通信網絡奠定了堅實基礎。相關成果以封面論文的形式發表在2019年1月19日出版的國際權威學術的期刊《物理評論快報》。2019年1月10號在美國猶他州鹽湖城舉行的48屆量子電子物理學科學大會上,潘建偉教授被授予代表國際激光科學和量子光學最高成就的“蘭姆獎”,以表彰他在量子信息前沿研究領域的開創性實驗貢獻。

    如今地面“京滬干線”和天上的“墨子號”星地鏈路已經進行了整合。2017年9月底世界首條量子保密通信干線——“京滬干線”正式開通,全長2000公里,貫穿濟南和合肥。而興隆地面站通過光纖接入了北京的多個量子通信網點。政府機構、銀行和保險公司正通過實際應用測試量子通信骨干網絡——中國潘建偉團隊帶領“中國隊”迅速走到了量子通信的前沿領域;中國在基礎科學研究上不計風險的投入,使得我們率先嘗到成功的果實。

    事情是1996年年輕的潘建偉來到奧地利因斯布魯克大學攻讀博士學位,師從量子科學界“大?!卑矕|-蔡林格(Anton Zeilinger)。當時蔡林格教授已經籌建了一間先進的量子實驗室,1997年蔡林格在室內首次完成了量子隱形傳態的原理性實驗驗證,成為量子信息實驗領域的經典之作。正是在那里潘建偉跟隨導師蔡林格參與了整個實驗,完成了光子的量子隱形傳輸實驗,這個實驗被認為是量子信息實驗領域的開端。2001年潘建偉回國組建實驗室,向中科院申請了200萬經費,當時的中科院基礎局直接撥了400萬給他。在中科院的重視和支持下很快就有了一批由中國人完成的量子信息領域的重要成果——2005年量子調控成為國家重大研究計劃;近年來中科院啟動量子衛星項目、國家發改委啟動“京滬干線”項目,為量子通信技術的跨越式發展注入極大的動力——潘建偉回國后經十余年耕耘,已成為世界范圍內量子信息實驗領域的領頭羊——潘建偉的老師蔡林格,也是量子科學領域的權威;在量子通信領域,潘建偉和他曾經的導師既是師生,也是競爭對手。但潘建偉在中國的境遇比蔡林格要好得多——正如蔡林格有說:建立量子衛星的計劃這項“燒錢”的計劃,面臨異常復雜的申報手續,“它在(歐洲空間局)太慢了,根本沒有作出任何決策?!辈塘指窨吹綄W生在中國干得熱火朝天,就主動向潘建偉提出,要加入到中國的量子衛星計劃中來,潘建偉欣然接受。于是奧地利就成了量子科學實驗衛星項目的第一個國際合作伙伴。

    維也納大學坐落在奧地利首都維也納,已經有650年的歷史。曾經培育過15名諾貝爾獎獲得者。其中量子力學的奠基人薛定諤就曾在維也納大學理論物理研究所教學,直到去世?!澳印绷孔有l星背后的科學家之一蔡格林,也長時間在維也納大學進行研究;他帶領的維也納量子科學與技術中心的研究小組占據這片領域的前沿;在加拿大、日本、意大利和新加坡,科學團隊也有量子太空實驗的計劃。再看潘建偉,1970年3月11日生于浙江東陽,先后畢業于馬宅鎮雅坑小學,吳寧鎮中學。1987年從東陽考入中國科技大學近代物理系。1996年碩士畢業經導師推薦,潘建偉赴奧地利攻讀博士學位,師從蔡林格教授(奧地利科學院院長)。1997年開始潘建偉每年都利用假期回到中國科技大學講學,為中國在量子信息領域的發展提出建議,并帶動一批研究人員進入該領域。他1999年獲維也納大學博士學位;1999-2001年歷任奧地利維也納大學實驗物理所博士后研究員、高級研究員——1999年潘建偉作為第二作者的量子態隱形傳輸實驗取得“量子信息實驗領域的突破性進展”,這個實驗被公認為量子信息實驗領域的開山之作,歐洲物理學會將其評為世界物理學的年度十大進展,美國《科學》雜志將其列為年度全球十大科技進展。2003年潘建偉首次實現糾纏態純化以及量子中繼器的成功實驗;首次成功地實現了自由量子態隱形傳輸。2005年潘建偉與楊濤、彭承志等同事們發表了題為“13公里自由空間糾纏光子分發:朝向基于人造衛星的全球化量子通信”的研究論文后,13公里-這個目前國際上自由空間糾纏光子分發的最遠距離,其糾纏的特性是仍能保持的實驗結果。

    “量子計算機與量子通信”這一領域的技術,在各種層面的利用,存在巨大的想象空間,王貽芳、潘建偉等院士“跟跑”、“并跑”和“領跑”的實踐工作不是結束,這段征途望不到盡頭。中國也并不打算豎起藩籬——例如,潘建偉談量子通信,是歡迎基于科學實驗的嚴肅質疑的。但美國政府中有人是不喜歡潘建偉的,如2019年2月14日由潘建偉領銜的“墨子號”量子衛星科研團隊憑借為下一代的安全通信網絡奠定基礎而獲得美國科學促進會授予克利夫蘭獎,這也是中國科學家團隊在該獎項設立的90多年來首次獲得這一重要榮譽。但中國科學家代表潘建偉院士因簽證被告知無法入境未能出席,這顯然與2019年美國科學促進會年會“科學超越界限”的主題不符。

    2019年4月25日梅曉春教授還在發電子郵件《郭光燦再破量子秘鑰,潘建偉要不要給賞?》,特別是2019年4月9日梅曉春教授還在發電子郵件《潘建偉團隊的辯解和懸賞100萬有用嗎?》,其中他說:“潘建偉們把仍然是傳統激光理論和技術做成的、保密等級低下的東西,套上量子力學的外衣,說成牢不可破的鋼鐵長城,并做成國家工程,是極其荒唐的事——試圖用所謂的量子通訊來取代現有的通訊加密系統,是自不量力的,即無知又狂妄。因此我們根本不需要另搞一套量子通訊。與傳統的光纖通訊相比,量子通訊工程沒有任何優勢,還是為國家和社會省些錢吧,別勞民傷財,不做也罷”——如果說梅曉春教授的這種批評還是“輕”的話,那么在美國的王令雋教授曾對潘建偉的批評就過“重”了。如他曾發文說潘建偉與奧地利科學院蔡林格研究組合作,是出賣國家科技情報;蔡林格在奧地利曾見過達賴哪嘛,有“政治問題”,潘建偉是蔡林格的學生,也就牽連有“政治問題”,等等——王令雋教授不想自己是中科院公費留學派去美國的,雖說國家沒有強調公費留學一定要回國工作,但這種陷別人于“政治險境”的猜測,能報答公費的培養?

    還有王令雋教授借楊振寧院士反對王貽芳院士提搞大型強子對撞機的建議,認為王貽芳院士的建議就是錯的。但楊振寧院士和李政道院士都同時得過諾貝爾物理學獎,楊振寧院士曾反對建北京正負電子對撞機,而李政道院士當時是支持建北京正負電子對撞機的,那李政道院士錯了嗎?中國政府建北京正負電子對撞機后錯了嗎?

    “量子計算機與量子通信”領域的技術,在各種層面的利用,存在巨大的想象空間,如胡鋒教授不理解BBC科學報道的“印尼島上發現新的人種”這件事情上的科學創新,也能給予啟示——不是國內主流中像“北京有幾位科學家對人類走出非洲的理論持懷疑”就一定對,也不是國際像“西方科學家主張人類非洲單一起源說”就一定完善。因為他們的共同特點,都著重放在人類非洲起源走陸路的探討方面。但打破“瓶頸”如果探討還存在走海路的特定情況——打開地圖看早在遙遠的古代,雖然印度洋上的阿拉伯海和孟加拉灣是阻礙東西方來往的一片難以逾越的水域,它們上面的亞非大陸——索馬里、阿拉伯、波斯和印度西部沙漠一直伸展到海邊,成為早有古人就開始從海上開辟“第二個孵抱期”的一條更直接便利的道路可考慮的方向。

    先說在3000多年以前,阿拉伯人順著紅海航行到了東非,還曾在波斯灣上航行過。因此,追溯到更遙遠的古代,在第一個孵抱期世世代代在海邊和海上生活的智人,其結果是使他們逐漸發現了印度洋的秘密——如發現每年的11月到第二年的3月,風總是從東北方的大陸上吹來,拂動著海水向西南流去。這時的海上總是晴空萬里,積云和雨水都很少。4月至11月則恰恰相反,出現西南風,驅趕著云濤和海流不斷馳向東北方,海上的雷雨也比較多。而橫渡阿拉伯海,航海到遠方的印度去的辦法,也許早就能遇到夏、秋兩季西南風,乘獨木舟之類的工具,就能飄航到印度;冬、春季兩季遇到東北風,再返回阿拉伯半島和非洲,而建立起連接東西方非洲和印度聯系的海路。

    因為在第二個孵抱期,從《山海經》描述誕生的遠古聯合國盆塞海洋文明和山寨城邦文明時開始,我國便流傳有許多遠方的異國。例如,東方海外的黑齒國,那里的人們牙齒是黑色的,喜歡吃蛇,也能玩蛇;南方海外的灌頭國的人嘴部突出,以捕魚為生;西方海外的奇肱國人會捕捉各種飛鳥;北方海外的聶耳國的人,耳朵較長,住在海島上,是獵虎的能手。這些有趣的傳說,看起來仿佛都是充滿了幻想色彩的荒誕神話,但是仔細加以分析,便會覺得其中的一些國度與印度洋及阿拉伯半島和非洲上的許多地方相似。傳說往往以現實為基礎,其中有一些很可能是古人在海上的見聞實錄,或在航途中從其他民族古人那里聽來的,也許有一部分是真實的情況??傊?,如果是20萬年前生活在非洲的人類祖先,離開非洲,有一部分遷移來到阿拉伯海的也門和阿曼海岸邊生活。

    例如,據歐洲、美國和南非科學家的報告,他們在南非印度洋沿岸的“布隆博斯洞穴”中就發現,距今約7.5萬年前,人類就開始佩戴由貝殼制成的珠鏈飾物。這一貝殼珠鏈的發現,不僅提供了人類最早開始在大腦之外存儲信息的確切證據,而且提供了早期人類早在南非印度洋沿岸生活的確切證據。他們如果在數萬年間能發明一些用蒙著海豹和海象皮的小舟,或用蘆葦捆扎成的小船,或者就是用獨木舟,在緩緩漂浮木塊的洋流水道上跟隨著行進,又順著風一槳又一槳地用力劃行著,向著迷茫不清的海面駛去,雖到處都潛伏著不可捉摸的危險,但他們世世代代都生活在阿拉伯海岸,盡管許多古人曾經葬身在變幻無常和神秘莫測的海里,可是他們之中有人卻汲取了更多的經驗教訓,勇敢地劃著小皮舟或蘆葦舟或獨木舟,在東方的海面上越駛越遠。而且,也許經驗告訴他們,有一股海水從印度那邊滔滔不絕地涌入,在這股海流下面,隱藏著數不清的魚。這對捕魚為生的海上古人來說,也是一種強烈的誘惑!終于有一次,他們駛行得比以往任何一次都遠,逐漸駛入了那股夾藏著大量游魚的暖流悄悄向東偏移,絲毫也不覺駛近了迎面而來的另一條陌生的印度海岸。后來又把他們送到了納馬達河和恒河流域,從印度到緬甸,緬甸到我國云南。如果遇上這一股是從印度通向阿拉伯半島的洋流,反之亦然。

    這項研究曾有探險家注意到太平洋上的土阿莫圖群島的民族起源,再仔細察看埃及一座大金字塔內壁畫上的蘆葦船圖形;與此相似的蘆葦船,至今還在南美高原上的的的喀喀湖上應用。他們認為大洋可能不足以成為古人類往來的障礙,古人很可能就是乘坐蘆葦小船漂航能到印度去的。于是他們在青尼羅河發源地的達拉湖邊砍了12噸蘆葦,按照從金字塔里抄繪來的圖紙捆扎了一 條小船,大約一個月就漂航了3300公里。而關于獨木舟,大約在17世紀末,英格蘭中部蘭開郡的馬丁湖被排干了,當人們在開挖湖底的時候,無意中掘出了一只獨木舟,接著又是一只……,就這樣一共挖出了8只。最初人們以為這幾只獨木舟不過是英國古代原始人類的遺物,但是經一位名叫李依的學者仔細研究和比較分析這些獨木舟的式樣和大小,發現竟和當時美洲印第安人使用的沒有什么不同。如果鑒定沒有錯,這唯一的可能性只能是古代的美洲印第安人曾經到達過英國。

    難道古代的印第安人就是憑借這種原始的獨木舟漂過遼闊的大西洋到英國來的?其實要回答這個問題并不難,從美洲中部炎熱的墨西哥灣,也有一股寬達幾個公里的墨西哥灣流,以每晝夜150公里的流速偏向北西,流到英倫三島的西岸,然后再向北流到挪威的海面,最后消失在北極圈里。這股巨大的海上“河流”曾卷帶著一些美洲的熱帶樹木流到北歐沿岸,給古人以啟發。獨木舟漂洋過海雖然充滿了危險,但是在順利的情況下,卻不是不可以成功的。

    千百年來,不知有多少迷航的獨木舟在漂洋越海的途中被大海所吞噬,真正到達印度海岸的只是其中很少的一部分。有趣的是,在與大海完全隔絕的巴蜀各地區考古,都發現有一種像船的棺材懸在懸崖上,而并非發現于中國東南的海邊。很可能,5000多年前巴蜀還是內陸盆塞海,那些僥幸逃生的人類的非洲祖先,經阿拉伯海的洋流乘獨木舟之類的工具到印度,從印度到緬甸, 緬甸到云南,云南到廣西,北至內蒙古,特別是進入中國后,就遷居到水草豐美、適宜于漁獵生活的巴蜀內陸盆塞海,并按照曾在阿拉伯海灣生活的方式制造了這些像船的懸棺的獨木舟。在四川省鹽亭縣天垣鄉盤埡村發掘出的“盤古王表”和盤古王退位后南遷的傳說,以及在四川發掘出的三星堆、金沙等古遺址發現的遠古文明,和巴比倫古蘇美爾人是蜀人等,也為這種東西方往來的遠古交流提供了證據。因此,20萬年前生活在非洲的人類祖先遷徙到中國,如果走的是海路,就不需要10到15萬年,用年差挑戰“非洲起源”說難于成立。因為柳江人和鄂爾多斯人的時間測定在10到15萬年區域,說明也可能是從海路來中國的。

    由此不難想象人類和人類文明的起源有兩個孵抱期:一是非洲到中東的地區,一是古巴蜀盆塞海及周邊東南西北中的地區。人類的大遷徙曾在這兩個方向有過多次的來回,但在非洲起源,有雜交分子人類學DNA交叉的過硬測量證據,而遠古聯合國起源于第二個孵抱期有這種證據嗎?雖然在這第二個孵抱期是游團、部落、酋邦組織形態都有的集成體,類似今天的聯合國的民族組成 ,難以找到一個統一的基因樣本。但遠古聯合國的地域核心畢竟只是在古巴蜀盆塞海四周,比今日聯合國組成小得多,即使在這四周都有爭搶的本土文明起源說與演化論?,F拿復旦大學王傳超博士的中國人三個超級祖先起源看,起底王傳超分子人類學的真實觀,其實正是他的《川西羌語支人群的遺傳結構》一文,他給我們提供了遠古聯合國起源于第二個孵抱期的DNA基因考量,即使這工作做得很難。

    分析完胡鋒教授的疑問,再看梅曉春教授的《潘建偉團隊的辯解和懸賞100萬有用嗎?》的文章,排除梅曉春教授對潘建偉團隊惡意攻擊的話外,我們來理智順著梅曉春教授反對“量子計算機與量子通信”說的三個問題技術,存在巨大的想象空間在各種層面還可利用參考的地方。首先是梅曉春教授說:“量子秘鑰采用的是物理方法,用光子的偏振來編碼。然而光的偏振是很容易測量的,而且可以用多種方法測量,其安全性根本沒有保證”——什么叫“偏振”?與球量子的自旋對照,在“三旋理論”中屬于類似“體旋”。在量子引力信息隱形傳輸通信理論上,正是靠圍繞“實驗星球”作圓周運動的量子糾纏對中的一個“實驗粒子”,一邊要作“體旋”的“偏振”運動,類似光纖通信發信息的旋轉運動在進行編碼一樣——但即使這樣,發主要內容一開始也還不能“實時通信”,而類似發電報或發微信,要等到雙方都實時同時開通機子才行。2019年4月17日著名科幻作家劉慈欣在上?!坝^察者”網發表的《對量子通信,公眾百分之七八十都有誤》的文章中,他回答科普作家汪詰關于星球之間量子糾纏“實時通訊是建立不起來的”問題時說:“肯定是一開始就建立實時通訊”——這有一點量子力學的背景,你要拿什么“波之類的實時通訊”?

    劉慈欣說:“在現實中其實量子糾纏也同樣不能進行實時通訊。比如墨子號衛星和地面是不能通訊的,但是你注意墨子號的研制團隊,其實,現在公眾百分之七八十都有個誤解,認為墨子號能用量子和地面通信,但是我注意到墨子號的研制團隊在對新聞媒體的時候,當然他不承認這一點,沒有明確承認這一點,也沒有明確否認這一點,他沒有明確地跟公眾說明,明明白白地說明,我這個不能通訊,只能加密。沒有這樣說,或者說過也很少,所以我理解好像這就是跟科幻一樣,可能是有意地在回避某些東西”。劉慈欣的理解有一半是對的——墨子號衛星和地面是不能“實時通信”,但不是“不能通訊”。

    梅曉春教授說的第二點是:“激光就是光子的克隆,誰說量子態不能克???潘建偉承認,量子秘鑰用的不是單光子,而是弱激光束。如果采用弱激光束,還是量子通訊嗎”——梅曉春說“激光就是光子的克隆”也只有一半對——激光理論是說在組成物質的原子中,有不同數量的粒子 <https://baike.so.com/doc/896396-947551.html>(電子)分布在不同的能級上,在高能級上的粒子受到某種光子的激發,會從高能級跳到(躍遷)到低能級上,這時將會輻射出與激發它的光相同性質的光,而且在某種狀態下,能出現一個弱光激發出一個強光的現象。這就叫做“受激輻射的光放大”,簡稱激光?!凹す庠怼?,即為物質在受到與其分子固有振蕩頻率相同的能量激發時,都會產生這種不發散的強光——激光——這種“克隆”離不開“電子”,也離不開“電子”繞原子核的旋轉——這與量子引力信息隱形傳輸通信理論上的里奇張量效應有相同的地方。

    但量子引力信息隱形傳輸的里奇張量效應使用的“信道粒子”是明確的——是引力子——是類似正、負的虛數或復數的量子——這在超出光速的距離范圍外就會起作用;在小于或等于光速的距離范圍內,量子引力信息隱形傳輸的韋爾張量效應使用的“信道粒子”,是類似正、負的實數或復數的量子。因此潘建偉的“量子通訊”使用的“信道粒子”也是明確的——梅曉春替潘建偉說的是:“不是單光子,而是弱激光束”——即不是“電子”,也不是無線電通訊,而是弱激光束無線通訊。梅曉春問:“如果采用弱激光束,還是量子通訊嗎?”

    我們替潘建偉回答:“是”——它之所以不是“傳統激光的方法僅僅披上量子力學外衣的傳統激光保密通訊”,是因“傳統激光保密通訊”成熟的,僅是“有線”的類似光纖的激光通訊;其二,傳統激光的方法不是在“量子信息隱形傳輸”上下功夫,而潘建偉團隊這樣做了,而且宣稱是從國際承認正統的否定貝爾不等式不成立實驗的量子通訊大師蔡林格教授那里學得方法——這在中國科學家中沒有第二個。潘建偉團隊超越蔡林格團隊,是我國墨子號衛星首先做了和地面的“量子通訊”實驗——即使不是“實時通信”,但它超出光速的距離范圍,就是說它涉及量子引力信息隱形傳輸的里奇張量效應使用的“信道粒子”,是類似正、負的虛數或復數的量子——而不是之前蔡林格團隊在地球上做的“量子通訊”實驗——這是在小于或等于光速的距離范圍內,是量子引力信息隱形傳輸的韋爾張量效應使用的“信道粒子”——是類似正、負的實數或復數的量子。

    “量子通訊”的成熟,是以量子引力信息隱形傳輸人工智能成功為最高標準——假設定為是100G智能互聯網通信,它目標類似“量子引力信息隱形傳輸智能手機”的使用——它的意義在于快速、大信息量的全球、全太陽系的全覆蓋的萬物互聯網通信。那么潘建偉團隊的“弱激光束無線通訊”的量子通訊做成熟,也算10G智能互聯網通信——它賽過目前5G和6G智能手機與互聯網通信的前景。為啥潘建偉團隊不說他們的量子通訊“信道”中的“弱激光束,要包含多少個光子?傳輸200公里后,仍然有沒有信號?光子被光纖吸收多少個?剩下的幾個中偏振值不變仍然有效的有幾個”——連這種數字都不公布?也許是他們對量子信息隱形傳輸實驗中從韋爾張量效應到里奇張量效應的認識還沒有把握,甚至對量子糾纏信息隱形傳輸實驗中的“第二信道”韋爾張量效應的弱激光束量子秘鑰,在具體操作用傳統激光方法時也遇到很多困難,但不妨礙他們已走進“量子通訊”。

    梅曉春教授說的第三點是:“量子密鑰分配只能采用點對點的模式,因此不能在互聯網上進行非點對點的傳送。除了要求發送和接收兩端同時擁有專用的量子通道和發送接收設備,還不允許線路中間有任何中繼器、交換機和路由器的存在,因為這些都是可能產生泄密的部位”——即量子秘鑰的安全傳輸問題。其實這個問題在實現“量子引力信息隱形傳輸智能手機”使用的時代也存在——這不完全是“安全”問題,而是“社會”問題,出路也在于“社會”。

    例如,這可類比聯系人工智能造假來解決。2019年4月16日《科技日報》記者張佳星發表的文章說:“人工智能的發展,使得網絡對抗從人與人的對抗,進化為智能化、自動化的平臺間對抗,作為數據保護和隱蔽通信中的關鍵技術,信息隱藏技術必須有所改變”——生成對抗網絡,簡稱“GAN”的新興技術,是一種生成模型,通過將兩個神經網絡的對抗作為訓練準則,可以自動生成圖像,包括自動篡改圖像。GAN的魔力,在于兩個神經網絡之間的競爭,除了自動生成之外,GAN的開源性,也帶來巨大的隱患。開源代碼,意味著誰都可以用,代碼一經開源將“變幻無窮”——非法用戶除了借助視頻編輯工具復制后再修改,甚至未經授權轉拍視頻內容。這些操作都是為了得到可以任意修改的“白板”。防造假需嵌入抗編輯水印——抖音等微視頻APP的普及,使得視頻的發布非常頻繁。據統計,大量的合成信息占據了互聯網,如合成聲音、生成圖像、AI合成不存在的人像等,約占網絡信息的30%——人工智能造假,將在盡可能“自然”的前提下,完成自動生成。例如,自動生成帶來的危機是規模性、密集度的大幅增加——在社會事件的輿論方面,機器人水軍如果操縱輿論,將使國家安全置于風險之中。

    技術都有兩面性,人工智能的“造假術”也可被加以利用——通過讓兩個神經網絡對抗,人工智能深度學習從識別事物升級到有能力創造事物。這就意味著對這一代碼的研究,必須比對手更透徹,才能以不變應萬變。這就要求水印在視頻中是隱藏著的,而且不能夠被編輯,人工智能的深度學習技術被用來嵌入這些“入木三分”的水印——希望能夠完成嵌入和檢測兩方面的技術輸出。深度學習在許多模式識別領域取得了巨大的成功,給信息隱寫和隱寫分析帶來新的方法和挑戰。信息隱藏技術可以借用人工智能技術和思路,利用神經網絡的對抗生成隱藏信息,獲得人工智能相關技術與生俱來的自適應、海量等特點。所以轉換到對于“量子計算機與量子通信”的基礎研究者來說,可以看到因為“思路不同”,傳統分析的無線電信息傳輸和光纖激光信息傳輸手段,難以發現量子糾纏信息隱形傳輸實驗中“量子計算機與量子通信”是一起結合隱藏在量子引力信息隱形傳輸中——這是類似“天下”型第三極科學“從0→1→無窮大”的深度學習“三旋理論”模式下,才被輕易破解的;以下就來初步介紹這方面的成果。

    二、里奇張量和韋爾張量的產生原理

    彭羅斯闡述的里奇張量和韋爾張量這種結合結構域的產生原理,他說要理解還可以射影麥克斯韋的電磁場方程電場E和磁場B的結合結構域。因為韋爾張量,韋爾實際是引力場的測定;韋爾的“源”是能量張量,這與麥克斯韋的電磁場的電場E和磁場B的源,是麥克斯韋電磁場理論的電荷和電流的結合結構域的情形相似。這種觀點實際是將“麥學”引向“里奇張量”和“里奇流”統一的結合結構域;這里“電荷”對應里奇張量圓周運動的“源”效應,是類似彭羅斯的“扭量球”圖像?!半娏鳌?類似“里奇流”,對應韋爾張量平移運動的“流”效應,可聯系類似傅里葉級數、泰勒級數展開式變換的“孤子鏈”,以及隱形傳輸與宇宙弦。

    電場E和磁場B,以及電荷和電流這種結合結構域中的平行性、不可分割性,好理解,因為它們客觀存在。但它們反過來也射影里奇張量和韋爾張量,以及里奇張量和里奇流這種結合結構域中的平行性、不可分割性。如果你理解其中縮并、縮約這種結合結構域的不可分割性有困難,不妨映射人生或電腦的投入做類比:人的生與死是一種結合結構域;在人出生到死亡這段時間圓周域里,正如一臺電腦。電腦要使用,就要充電,這只類似上電網,對應韋爾張量,是直接的;也如人要吃飯是直接的。但電腦還可上互聯網,使用的價值更大。這對應里奇張量,是整體效應,其中的一切似乎都編上了密碼,而且同樣的東西可以是多種密碼控制。例如,電腦上的同樣一個漢字的編碼,還可以有大小、字體、顏色的編碼。你只要隨時在入網,在轉帖、復制、打字的過程中,別人對某些字的大小、字體、顏色的編碼也就容易混進你的電腦里,即使你的帖子字的大小、字體、顏色按你的想法在寫字板上作過一般的處理,但如果你轉貼到互聯網別的論壇上,直接顯示出來后,有時你會發現某些字的大小、字體或顏色變了,這就類似里奇張量的效應——世界不是由你個人完全控制的。

    人生如電腦,你不但要吃飯,你還要入世,融入社會,才能生存,這類似有入互聯網的整體效應,對應社會對你會有無形的影響。也許你說使用電腦可以只上電網不上互聯網,人也可以只要有吃的,逃進深山野林不入世。但這不是絕對的。電腦上電網,電網也可以和互聯網融合。深山野林也會受到人類社會進程的干擾。同樣直線也沒有絕對的,例如地球上北半球南北向的河流,是直線,但地殼是圓的,使它的水平線不是直的;地球在旋轉,使它在空間的軌跡不是直的。

    門捷列夫說過:“一個人要發現卓有成效的真理,需要千百萬個人在失敗的探索和悲慘的錯誤中毀掉自己的生命?!毕鄬φ摰某晒?,是人類社會有里奇、韋爾、麥克斯韋和牛頓等人這樣的積累。我們拭目以待新的時空定義出現在中國,不是和全人類、全社會積累的卓有成效的成果割裂,打倒別人,抬高自己。今天正是在掌握“里奇張量”上,展開著激烈的競爭,顯示出國內外科學家各自水平的分野——這是在佩雷爾曼證明龐加萊猜想成功的問題上揭示的。

    1982年瑟斯頓發現每一個三維空間都只可以分成八種幾何對應的部分。這個猜想被稱為幾何化猜想。瑟斯頓的洞見將導致龐加萊猜想的證明,因為一個球面只是八種符合平凡基本群的不同幾何中的一種。再聯系早期微分幾何學家格里高里·里奇-柯巴斯特羅的發現,漢密爾頓把自己提出的引導流的一個以物理學中的熱方程為模型的幾何演化方程,命名為“里奇流”。但在三維中,里奇流的“頸”有時會被拉斷,把空間分成具有不同特定幾何的部分,因此雖然漢密爾頓有發展,但在里奇流上還是未能處理好奇點問題。1995年29歲的佩雷爾曼在結束美國三年的學習前,掌握了里奇流;堅持到2002年,他的《里奇流作為梯度流》的論文已找出了漢密爾頓漏掉的一個重要細節:一個隨流總是遞增的量給出了這個流的方向——類似柯召-魏時珍猜想空心圓球內外表面不撕破的翻轉——內外隨流有表面積不同。

    佩雷爾曼是將其與統計力學、熱動力學規則下的數學作類比,并將這個量稱為“熵”?!芭謇谞柭亍彪m排除了難住漢密爾頓的幾種特定奇點,但仍然需要確定剩下的奇點中可能有問題的種類,且必須說明一次只會有一種情況,而不是多種無限的疊加累積。然后對每一種奇點,還必須說明如何在它可能使里奇流破壞之前修剪和使其光滑。但這些證明龐加萊猜想的步驟已經足了,只是佩雷爾曼對其最后的步驟解釋太過概括。美國里海大學的曹懷東和中國中山大學的朱熹平稱的完成龐加萊猜想和瑟斯頓幾何化猜想證明的論文,只是填補上佩雷爾曼證明里那些沒寫下的關鍵細節的三篇獨立的論文之一。

    彭羅斯和佩雷爾曼的里奇張量與里奇流的研究,徹底改變了愛因斯坦的廣義相對論的命運。因為從牛頓力學的韋爾張量立場上看,里奇張量使廣義相對論也具有一種“超距作用”和“不確定性”,而有類似量子糾纏的隱形傳輸的隧道效應和EPR效應。因為里奇張量純粹向內的加速產生向心力,類似整體的擴張或收縮作用,是類似在歐幾里德空間中,以運動的起點到最遠點的直線距離為直徑,所繞著的圓周上同時在產生類似對稱向心力的整體擴張或收縮作用。

    里奇張量不僅能說明電磁波的發射源作用,還說明電磁波脫離發射源后為什么能產生電場生磁場,磁場生電場這種圈套圈的圖景。這是一種圈套圈起伏似波動的單鏈式傳播。即物理學上麥克斯韋的圈態電磁場,從變化的電場產生變化的磁場;變化的磁場產生變化的電場也在暗含聯系圓周運動對應里奇張量的性質,這就不是牛頓力學的類似平移運動加速對應的韋爾張量性質。這種物理學中平移運動與圓周運動的區別,從數學到進化數學,有的計算是可行,但應用卻不可行。由此涉及的韋爾張量和里奇張量的標度、度規、規范,可以把牛頓力學稱為“牛學”;把麥克斯韋電磁理論稱為“麥學”;把愛因斯坦的相對論稱為“愛學”;把量子力學的薛定諤波函數方程稱為“薛學”。而且還可延伸把1948年蓋莫夫支持勒梅特1927年從獨立推導出的弗里德曼-勒梅特-羅伯遜-沃克方程,得出宇宙是從一個初級原子爆炸而來的觀點,而預測宇宙有微波背景輻射的存在,否定流行的穩恒態宇宙論完善和第一個建立的宇宙熱大爆炸論,稱為“蓋學”。

    宏觀中的不動與可動,把生物分成植物和動物。宏觀中的平移與轉動把物理學分成“牛學”和“麥學”。我們說,只有彭羅斯闡述的“愛學”,才實際是部分統一和規范了“牛學”和“麥學”。這是卡魯扎和克林的五維引力方程已能證明的事實,而“薛學”的量子波函數方程又進一步統一和規范了“牛學”、“麥學”和“愛學”。出現“蓋學”,正是牛學、麥學、愛學和薛學的應用。

    1、解讀張守晟和文小剛

    從里奇張量和韋爾張量實際的起源,看黃秀清教授說:"新生代海外華人物理學家中也有兩位杰出代表,一位叫張守晟,另一位就是文小剛,他們被認為是諾獎級別的大牛"。令人驚訝的是,張守晟和文小剛他們的理論,與應完整可以整合起來,可構筑中國理論物理學的圖景。據羅會仟教授說,我們生活的這個宇宙世界,充斥著許多地球人不了解的暗能量、暗物質,剩下的只是可憐的人類自以為認識的小小世界。從這個小小世界告訴你,宇宙這個大世界是什么樣的?

    凝聚態物理學家文小剛教授已經在大膽推測:我們生活在一鍋"面條湯"里,用更具有量子味道的語言來說,就是我們生活在一個量子信息世界,整個世界就是一個巨大的量子計算機——科幻黑客帝國里的矩陣世界,可能比真實的物質世界"更真實";前提是,你得進化到量子世界里去。1981年文小剛選擇了普林斯頓,但去后才發現原來高能物理很熱鬧,于是他轉而搞高能物理,弦論的理念就此在他腦中扎根。博士后期間在加州大學圣巴巴拉分校,他的著名的諾獎得主同事、超導BCS理論中的施里弗,又用超導研究的魅力吸引他回歸到凝聚態物理領域。1989年回到普林斯頓的文小剛,已經變換追求物理之美的興趣。如凝聚態物理理論框架最重要的就是朗道的費米液體理論和對稱自發破缺理論,但文小剛認為,這個理論框架不夠完美,或者,沒有到物理最底層的實質。于是他展開了漫長的尋找世界本源的歷程,找到了"一鍋面條湯"和"量子信息世界"。

    如他寫的《量子多體理論:從聲子的起源到光子和電子的起源》。在凝聚態物理學家們眼中,文小剛的理論曲高和寡,常人難以理解,有點像粒子物理學家看那些做弦論或膜論的科學家。那"面條湯"到底是啥?就是一百多年前,當年經典物理陷入的危機之一,就是光的載體——以太到底是否存在?邁克爾遜-莫雷的實驗證明光速是各向同性的,也就是說經典的以太并不存在。但一百余年后的今年,已經是量子力學的物理時代,量子形式的以太會有么?我們清楚地知道光是一種電磁橫波,但是什么東西的振動產生了電場和磁場,又是什么東西的振動產生了光? 文小剛帶著一個從本科時期就孕育的物理問題,思考出了新形式的以太——弦網液體。

    這個想法很簡單,因為光是橫波,而液體是不能傳播的——液體里只有如聲波等的縱波,固體里面不止有橫波也會有縱波,所以必須尋找到一個既不是液體也不是固體的物質。文小剛借用弦理論中的思想,在那里基本粒子都從零維的點模型變成了一根根一維的弦,弦的振動、卷曲、纏繞的方式決定了粒子的質量、電荷、自旋等性質。如果假設我們的世界是由無數根看不見的"弦"組成,弦在不斷隨機波動地漲落,就像一鍋開水中的面條一樣(有的面條是個圈),形成了"面條湯"——弦網液體。找到了量子世界的以太,那么光就是弦網的密度波(只有橫波分量)。文小剛很顯然認為,他對弦網世界里電磁場也很容易得到解釋——也不過是弦網端點分布造成的結果而已。

    即他的這鍋"面條湯"巧妙地利用弦的概念,統一了光子和電子/夸克。而電子和夸克可以組成一切原子,這些都是凝聚態物理中最基本的研究對象!就像粒子物理學中的弱電統一模型甚至大統一模型,無處不在的希格斯場讓粒子擁有了質量。在凝聚態物理學中,無處不在的弦網液體形成了光子和電子,我們的世界因這鍋"面條湯"而變得鮮活。而且對弦網究竟是什么?文小剛說,其實就是量子世界的"長程糾纏"。用這種長程糾纏的概念,可以推導出麥克斯韋方程和狄拉克方程——這是現代物理學中最基本的方程,也很有希望統一描述所有的基本粒子。進一步為了更清楚地描述弦網凝聚思想,文小剛借用了量子計算機中的量子比特概念——量子比特其實代表的就是空間中的量子相互作用信息。量子比特的元激發,就像固體中聲子元激發一樣,會產生準粒子。不過這里的"準粒子"就是光子和費米子,由于長程糾纏弦網凝聚的作用,光子和費米子可以穩定存在。我們的空間充斥著無數量子比特(好比一個巨大的量子計算機),其基態就是真空,而其激發態就是基本粒子,其運動造成的結果就是電磁波。

    但有人說,文小剛的《量子多體理論:從聲子的起源到光子和電子的起源》確實有啟發性,但他的弦網液體理論解釋電子,是講"如果面條不是個圈,那么它的端點就正好對應一個帶電荷的費米子——它就是電子或夸克",這對"把電子、光子解釋成像聲子那樣的低能激發,可能確實是事實,但這個圖像還是不會令人滿意(即它不可能是終點)。弦網凝聚又是什么呢?打一個比方,聲子是格點的振動激發,聲子是解釋清楚了,但格點的物質承擔者是什么?是原子分子,其本質是什么,這還是需要解釋。最終,這是一個無限循環的無法窮盡的解釋。古印度認為世界就在一只烏龜上,那么烏龜在什么上面?又在另一只烏龜上面,…,無法窮盡的烏龜,等于沒有解釋??赡苁澜缭跒觚斏洗_實是事實,但這幅圖景還是沒有窮盡"。

    我們認為:文小剛在西方學習——作為中國的有識之士——恨不得打赤腳追趕歐美等西方高歌猛進的夸克與弦論物理,是正確的。文小剛從本科時期就孕育的光子和電子起源的物理問題,發展弦論也是合符人們的習慣的。但文小剛要弦的概念統一光子和電子/夸克,道路也許還漫長。因為文小剛只知一維的弦的振動、卷曲、纏繞的方式,決定了粒子的質量、電荷、自旋等性質,這僅是一種科普解說。由于電子等輕子和夸克費米子,各是6種;基本粒子的質量起源有生成說和組成說之分,從一維的弦走到6種電子等輕子和夸克費米子,數學還有許多具體問題。這正類似張首晟在單量子上所做的具體工作。

    在西方創建夸克與弦論的早期,中國也有類似的起步,當然如果沒有世界別的主要國家的這類主流科學研究,我國的那些探索也不會被發表。相比文小剛是理論,張首晟就類似借用弦理論中的應用。

    做基礎研究不容易,搞理論應用也不容易。張首晟教授提出的"量子自旋霍爾效應"新理論研究,已被納入《科學》雜志2007重大科學發現之一。據普遍認為,摩爾定律將因為計算機芯片過熱問題而失效,是否有其它創新方法或概念改變而持續定律?張首晟領導的研究團隊提出"量子自旋霍爾效應",已被德國的維爾茨堡大學實驗室小組進行實驗,確認量子自旋霍爾效應利用電子的自旋性質、電流在邊緣流,創造新電路而不會產生太多熱能。張首晟教授和他的學生胡江平等所開展的研究工作,為在半導體系統材料不變,而改變原理情況下,可留下過去20幾年的半導體產業投資,僅在更換不同材料下重新開始投資,在半導體系統找到新的工作原理,還為建立"大統一場理論"提出了一個新方向。他們找到的這種方法,可窺視使表面上看去互不相容的量子力學和廣義相對論相互統一起來。這就是從固體物理的量子霍爾效應出發,來解決"大統一場理論"問題的。

    量子霍爾效應發生在二維空間,張首晟則利用量子液體模型,將量子霍爾效應擴大到4維空間。這正是文小剛和張首晟的結合點。愛因斯坦的狹義相對論是解釋電磁力的,而愛因斯坦的廣義相對論是解釋引力的。有人說:"張首晟的研究工作是將量子力學同廣義相對論相互統一起來,從量子力學出發進行推導。在愛因斯坦廣義相對論中的引力方程有兩部分:一是線性方程,二是非線性方程。目前張首晟等人已推導出線性方程,下一步若推導出非線性方程,即將現代物理學的三大支柱量子力學、狹義相對論和廣義相對論統一起來",他感到有點玄乎。而且張首晟也說,要推導出非線性方程,還是會遇到很多預料不到的數學困難。其實這是不知道,這種非線性方程,是屬于里奇張量的原故。里奇張量數學揭示的是:勻速直線運動和勻速圓周運動雖然兩者都是勻速運動,但本質是不同的。

    這就是加速度會產生力效應。勻速圓周運動由于方向處處在變,所以存在加速度。這叫做向心加速度。與此會產生整體向內的收縮或縮并、縮約作用。彭羅斯說,里奇(Ricci)張量是:不管平移或圓周運動,兩個物體中當一個物體有被繞著的物體作圓周運動時,被繞物體整體體積有同時協變向內產生加速類似的向心力的收縮或縮并、縮約作用。即在非定域或多維路徑,存在體積減少的引力效應,而對應里奇曲率。因此從里奇張量和能量出發,可以嚴格定量計算出產生超光速聯系的圓周運動半徑,即被繞著物體及作圓周運動物體的半徑與質量之間的比例關系。這種產生超光速聯系,因為和物體之間沒有自旋或圓周運動類型的糾纏沒有關系,由此可以推斷,宏觀物體之間的可分離性,或定域性,是由于宏觀物體的半徑都小于光速距離,而只有星球級別的物體自旋或圓周運動類型的糾纏,才能產生定域性或全域性的量子糾纏點內空間式超光速的引力隱形傳輸。

    但同理按比例引申到微觀級別,可證明在微觀領域的粒子之間的自旋或圓周運動類型,也能產生量子態糾纏類似的定域性或全域性的點內空間式超光速的信息隱形傳輸。其實宏觀星球級別的隱形傳輸,也還是通過這種微觀的機制在起作用,這類似微積分一樣。這種隱蔽,可以再回過頭來檢查克勞澤用孿態光子的偏振實驗和阿斯珀克特升級版的克勞澤-貝爾不等式的實驗,其中他們所用的孿態光子,或者糾纏電子或其他粒子,即使以偏振類似為主,但這類光子、電子或其他粒子都存在內稟的自旋性,所以他們作的對貝爾不等式的實驗操作,實際是和微觀粒子之間的自旋或圓周運動類型的量子態糾纏分不開的。因為這是采用陀螺儀的自旋方向不變的性質,被引進到量子三旋機制的對照檢查中,是我們特別關心的。

    我們知道克勞澤和阿斯珀克特類似孿態光子的偏振實驗,需要通過相當復雜的計算才能求出實際概率數值。這一點恰恰是在檢查孿態光子從糾纏的出發點,因分離后,兩者與出發點的距離不對等時,其自旋的波形曲線的偏差,與考不考慮粒子之間的自旋或圓周運動類型的偏差是有聯系的,即使它們之間很微妙。這里相對論、量子論與牛頓論的統一路線圖,是"楊振寧范式",因為它能完成和推證計算相對論和量子論可以在牛頓論(第二定律)下的統一:

    經典物理物體可分離性遇量子物質不可分離性——愛因斯坦EPR效應——量子玻姆隱秩序——量子貝爾不等式及實驗——量子態糾纏信息隱形傳輸潘建偉實驗——點內空間虛數超光速傳輸——里奇張量熵流整體收縮效應——牛頓第二定律加速度是力——向心加速度——圓周運動(升維全息)——直線運動(降維全息)——韋爾張量不可積因子——楊振寧規范場旋論——三旋環弦量子旋論——三旋符號編碼量子色動力學多因子旋束態——孤立子鏈生物超導現象——超導BCS電子對——等價三旋圓圈運動——高溫超導材料雜質——能隙不對稱——粒子波場衍射干涉振蕩現象——高溫超導電子再配對——拉曼光散射振蕩變頻效應——三類中微子振蕩質量變頻——上帝粒子類似希格斯質量變頻振蕩——大量子論長江三峽大壩船閘變頻模型——巴爾末光譜線公式——-物質族質量譜三旋公式。等等,都有聯系。

    有人要問:三旋理論具體方程和數學推演是什么?這里要說1996年《大自然探索》雜志第3期上發表的《物質族基本粒子質量譜計算公式》的論文,這是第一次的交代嘗試——物質科學的最大難題,曾經也是新機械科學的最大難題——電、磁、光、熱、聲、四種相互作用力等物理現象都有規律,只有各種基本粒子的質量譜是亂的。雖然希格斯等的數學公式,能解答質量起源,但并不能計算各種基本粒子的具體質量——大學工科機械系學《材料力學》,其中的斷裂應力公式選作對應求質量分野的參考——作類似的數學模型,把質量起源分為組成說和生成說兩類——單位是由小變到大的稱為組成說,如元素原子核、介子以上的物質。單位是由大變到小的就稱為生成說,如母親生的一些孩子,母親是大人,兄弟姐妹都一樣平輩。

    如此說,基本粒子全部的費米子,如6種夸克K和6種輕子Q的質量歸于生成說。而規范玻色子作為是傳遞作用力的基本粒子有些不同;大致說來,對應每代夸克和輕子,有兩種規范玻色子,質量分別為m上和m下;B為它們的質量和(B=m上+m下),等于對應代夸克K與輕子Q的質量數相減(B=K-Q )。即對應代夸克的質量K等于對應代的兩種規范玻色子的質量和B,再加上對應代的輕子的質量Q。按自旋和電荷量子數的不同,夸克和輕子各分為兩組。其計算公式是:M=GtgNθ+H;m上=BHcosθ/(cosθ+1)。其中M為夸克和輕子的質量;G為質量軌道模數;n為物質族基本粒子的代數,取1、2、3;θ為質量軌道基角;H為質量模參數。

    上述公式也包含聯系學習巴爾末和玻爾的結果。巴爾末是瑞士科學家,在1854年巴耳末給出氫的可見光譜波長之前,沒有人能預測氫譜線的波長。他發現的氫光譜波長規律的巴爾末公式λn=b[m?/(m?-n?)],當其中n=1時,表示的是躍遷到基態的譜線,即萊曼系,是物理學上氫原子的電子從主量子數n大于等于2躍遷至n =1的一系列光譜線。當n=2,3,4 時,稱為巴爾末線系、帕邢線系、布拉克線系等——但1996年的質量譜公式,與巴爾末公式減少基本常量數的量很大相比,減少基本常量數很有限。

    眾所周知,在標準模型中存在28個基本常量。這是一個非常大的數字。因為基本常量是一個出現在自然定律中而且無法被計算的量,只能通過實驗來測定。所以一直有不少人試圖減少基本常量的數目,但迄今為止沒有取得任何成功。28個基本常量中包括有電子、u夸克和d夸克等穩定粒子的質量,和不穩定粒子由w和z玻色子,μ和τ輕子、3個中微子,4個重夸克s、c、b、t等的質量以及攜帶的類似精細結構常數的自由參數、混合角和相位參量等,都要求人類實驗給出。從巴爾末時代到玻爾時代,物質模型無論是實體還是殼體結構,都一樣視為球核或行星軌道模型。1803年的道爾頓的原子模型,原子是微小的實心球體,這也是巴爾末時代的水平。

    1913年的玻爾電子分層排布模型,這是玻爾把光譜線巴爾末公式覆蓋在盧瑟福的行星模型上,這是將量子數概念引入核式弦圖,它包含了定態假設、躍遷假設和軌道量子化假設,而這與原子線狀光譜不連續的實驗事實相符。如果把巴爾末給出的經驗公式λ=b[m?/(m?-n?)],看作是一種不定方程式的勾股數公式。由于勾股弦是直角三角形,就涉及圓形類似的軌道。這正與說明氫原子光譜為不連續的線光譜氫是氫原子內的電子,在不同能階躍遷時所發射或吸收不同波長、能量的光子而得到的光譜相聯系。1996年的質量譜公式中含的tgNθ的公式,也和巴爾末及玻爾一樣是“核式弦圖”。

    如果硬要投影到巴爾末公式的表敘平面,使質量譜被作為波長譜的一個新系列,那么它是量子數n的基態為0的特例,在tgn45°和tgNθ這兩種正切函數同時存在的情況下是互不相容的。因為質量起源還有巴拿馬運河船閘-馬蹄形鏈式量子數軌道弦圖,簡稱“鏈式弦圖”。

    1996年的質量譜計算公式M=GtgNθ+H運用裂紋弦或"船閘"模型的順次模數、基角、參數等14個主要新參量,來計算總共61種的夸克、輕子和規范玻色子的質量,雖然它們先要實驗測量或設定,但這14個新參量的數目比28個基本常量中包括的穩定與不穩定夸克、輕子和規范玻色子的質量,以及它們攜帶帶的類似精細結構常數的自由參數、混合角和相位參量等的總數目,已少一點,即已減少了28這個數字的總量,雖還比不贏巴爾末公式運用的勾股數。

    索末菲的超對稱量子數,是在玻爾的主量子數n基礎上,引入的新的兩個量子數k和m,解釋了塞曼效應,由此也啟發了對夸克質量譜公式能否從裂紋弦“核式弦圖”,延伸到巴拿馬運河船閘“鏈式弦圖”的想法,是要分類排出夸克質量譜量子數,這也類似巴拿馬運河當局那套復雜管理規則的設計。于是如果從希格斯場公式的基礎是希格斯海"度規格子"出發,把機械撕裂,溫和為"船閘"模型——希格斯海"度規格子"和類似長江三峽大壩的"船閘格子"或巴拿馬運河的"船閘格子"是可以相通的。希格斯粒子類似希格斯海中的拖船、駁船或起重吊船、錨泊船。這樣就出現了對稱和超對稱兩類質量譜生存模具:

    對稱型是長江三峽大壩船閘模具,船閘存在于長江中段;超對稱型是巴拿馬運河船閘模具,它類似運河兩端進出都有三座三級船閘,圍起巴拿馬地峽的熱帶雨水,形成一種高高的懸河,河道可以雙向通行,讓船只在其中來來往往,好像一幅宇宙物質世界圖景——拿長江作類比宇宙能量長河的模具——在小河只能看到小船,但在大河,輪船、小船都能看到。小河全國都有,但長江只有一條。光子、電子類似小船,質量大的底夸克b和頂夸克t不是大型強子對撞機就難見到——從長江三峽大壩船閘聯系到巴拿馬運河大壩船閘,因為希格斯質量粒子是大單位,是"母親"。

    巴拿馬運河船閘的尺碼極大,是進靠的船舶的極限,而成為造船工程師的首選。這是一幅生動的希格斯場、希格斯機制、希格斯粒子和其他基本粒子質量起源的類似寫照。以此把所有24種的夸克、輕子和除希格斯玻色子以外的規范玻色子等基本粒子,類似對應船只,那么修的大壩的船閘閘門,要照應也才合適,這就可知希格斯船閘的極限型。由此可以把巴拿馬比作希格斯王國,巴拿馬運河的船閘限定大船的機制,與希格斯王國生成大量子弦的機制連接,這就不難知道始于137億年前的宇宙大爆炸。反觀1996年的質量譜公式,先是以玻爾-盧瑟福的“核式弦圖”的三個同心圓,來圖示夸克質量譜系列的一組裂紋弦,這類似求解光譜線公式和復合裂紋弦應力斷裂公式的相結合一樣。如果夸克質量譜計算公式,按基本粒子系質量M與原子系波長λ等價的巴爾末公式來計算,即帶上量子數多項式[m?/(m?-n?)],公式應為M=G[m?/(m?-n?)]tgNθ+H。

    巴爾末公式λ=b[m?/(m?-n?)]類似求勾股數量子化的意義不同尋常,因為科學中很多實在的東西,也需要實際的測量才能準確知道,但巴爾末只用一個常量b=364.56納米,就能得出埃斯特倫測量出的阿爾法、貝塔、伽馬和德爾塔的四條光譜線,這很了不起。對于氫原子譜線的波長數據,用從原子系量子數軌道圓弦圖和正切基角θ=45°出發的數據處理方法出發,1996年的質量譜公式也能合乎邏輯地導出λ=fN?[m?/(m?-n?)]tgn45°這樣的巴爾末公式。上世紀60年代中期,普遍已知道質子、中子等核子的下一個層次是夸克,那么物質族的質量譜公式是否也有類似巴爾末公式的物質族基本粒子質量譜計算公式呢?由于tg45°=1,所以tg45°乗以巴爾末公式λ=b[m?/(m?-n?)]的兩邊,其值不變——即與λ=b[m?/(m?-n?)]tg45°形式的公式是等價的,但它的意義卻大變。因為在一個直角三角形中,(m?-n?)tgn45°是意味求切線上的那條直角邊長。而這里又類似已經知道了一條斜邊為m,一條直角邊長為n;由于45°直角三角形的兩條直角邊長是相等的,所以(m?-n?)=n?;代入λ=b[m?/(m?-n?)]tg45°得:λ=b(m?/n?),說明了有巴爾末公式類似的量子勾股數的規律。

    三旋理論1996年的量子數質量譜公式,也稱"物質族基本粒子質量譜計算公式",對巴爾末公式和玻爾對巴爾末公式轉向量子弦論的再發現分析,可得到了一種類似的結論:決定一個粒子在三旋規范夸克立方周期編碼全表中的位置的,是基本粒子量子數的弦數,而不是基本粒子的質量(能量或希格斯場)。量子數與量子弦性質相同,普朗克常數是量子弦的單位。這樣原子系中的放射性元素,對應等價基本粒子系的超對稱粒子現象就不足為怪;在當時的條件下,門捷列夫周期表的認識,就像1996年的物質族基本粒子質量譜公式一樣。反之,也把巴爾末公式λ=b[m?/(m?-n?)]中m和n看成鏈式量子數,那么m和n為何物?由三旋規范夸克立方周期編碼全表中的位置,可知一個具體的基本粒子,是它的量子數決定的,而不是它的希格斯場的質量在作決定,這里m和n,就類似三旋規范夸克立方周期編碼全表中激發態分類的代數的起點和終點位置。

    如果說這也是受玻爾對巴爾末公式必需轉向量子弦論的再發現分析的啟發,那么1913年青年的玻爾,沒有完全按照導師盧瑟福的"原子對撞機"類似的實驗及其粒子是連續運動的弦路前進,而是有意忽略盧瑟福的核式模型的原子核從旁經過的阿爾法粒子的任何影響,把注意力集中在原子的電子量子弦數上。即玻爾放棄電子可以在任何給定的距離上圍繞核運轉的觀念,提出電子只能占據幾個選定的軌道弦,也就是"穩定態",而不是經典物理學所允許的所有可能的軌道弦,于是他把電子的軌道弦給量子化了。

    總結以上全部的研究和分析,從1996年發展到2012年又得出的新量子數質量譜公式——在格林夸克質量譜中,對應的正切函數的角度∠θn的分數值θn公式是:θn=θfS±W?。式中θ=15′,稱為質量基角。f稱為質量繁殖量子數,f=6?或6^0。S稱為首部量子數,W稱為尾部量子數;S=n×m,W=m×n,但大多數時候S≠W,少數時也可S=W;其中m=1、2、3、4、5,n=1、2、3、4。由此格林夸克質量譜公式為:M=Gtgθn=Gtg(θfS±W?)。由于G=1Gev,上式可寫為M=tg(θfS±W?)。這里新量子數質量譜公式只需要用一個質量基角常量θ=15′,就可以求出格林夸克質量譜中的6個夸克質量值。而作為勾股數量子化傳奇,巴爾末也沒有想到只需一個基本常量的秘密。

    正好張首晟教授的主要研究領域包括高溫超導、量子霍爾效應、自旋電子學、強關聯電子系統等,他的代表性工作為高溫超導的SO(5) 理論、4維量子霍爾效應、室溫無耗散自旋流等。眾所周知,BCS超導理論認為要實現零電阻,電子必須兩兩配對。黃秀清教授說,配對電子是被一種叫"聲子"的無形彈簧(可長可短)束縛在一起,即黃秀清把這種"配對電子"說成像軟棍子(無形彈簧連接)圖像。所以他認為電子配對只會增加電阻,不可能減小電阻,更不讓電阻消失。黃秀清說要實現超導,電子晶格在垂直超導電流方向,最好能形成正三角點陣,這樣系統的穩定性和能量損耗極小。

    但黃秀清沒弄明白,兩兩配對的"配對電子"圖像,除了像軟棍子外,還可以形成小三旋圈的圖像,即環圈實際可以等價于兩個動量相同且自旋相反的電子形成的束縛圖像。繼而與做整體旋轉運動的小磁陀螺相似,再由此電路中產生的電磁場,也容易把這些小磁陀螺排列成轉軸方向整齊一致的點陣圖像,這時才會和黃秀清說的有系統的穩定性與能量損耗極小的有序點陣圖像一致。而衍射振蕩說明高溫超導,是拉曼在中國"顯靈"。因為從低溫到高溫超導材料晶格形態及轉換的統一機制,在高溫超導模式的銅基超導和鐵基超導的情況,還要加上類似拉曼的雙縫和多縫不對稱衍射振蕩變頻機制。

    即類似要有雙縫實驗產生衍射相干的振蕩因素,才能導致電子成對。即在BCS理論中,這種電子對運動的小三旋圈,是形成超導的必要條件,但BCS僅是用當溫度降低到臨界溫度以下時,電子間的間接作用力克服了庫侖排斥力,才使動量和自旋方向相反的兩個電子結成了庫柏電子對圈的。運用拉曼理論,是在銅基超導和鐵基超導材料中,銅基或鐵基的"雜質",類似空穴和能隙,對應雙縫實驗中的雙縫和多縫;而產生震蕩的原因,是衍射的對稱破缺。拉曼理論聯系長江三峽大壩船閘模型,還能說明上帝粒子——對稱振蕩是電子的小孔衍射實驗——電子從源發出,電子希格斯質量場發生擴散,到屏遇到小孔,振蕩第一次發生龐加萊猜想收縮,成為第二次"源點"。但出了小孔,又重復電子希格斯質量場擴散,反映在屏幕上是衍射的對稱同心圓圖像。而電子的雙縫干涉實驗,電子從源發出,電子希格斯質量場發生擴散,到屏遇到雙縫,這是兩個小孔。

    這對只有一個小孔來說,這是"對稱破缺"——電子希格斯質量場擴散不能收縮為一點,只能一分為二:一部分匹配能量隨質量體通過一條狹縫,另一部分匹配能量穿過另一條狹縫。這類似一籠蜂子,蜂王類似質量體,蜂王外的蜂群蜂子類似匹配能量,穿過雙縫,蜂子要歸籠。這是其一;其二,穿過雙縫,質量體通過的那條狹縫成為的第二次"源點"要擴散,另一部分匹配能量穿過的那條狹縫成為的第二次"源點"也要擴散,這要產生衍射干涉。這種振蕩稱為是"對稱破缺振蕩"。反映在屏幕上,不是單純的同心圓衍射,而是衍射干涉圖像。反映這種衍射干涉的作用,由于參數不同,雖然在銅基超導和鐵基超導的材料中的具體計量有異,但它們都有類似電子間的作用力克服了庫侖排斥力,使動量和自旋方向相反的兩個電子能結成庫柏電子對圈。

    這里還能回答希格斯粒子能夠衰變成兩個z玻色子,怎么能叫基本組成部件呢?其實根據三旋理論兩兩配對的"配對電子"可以形成小三旋圈的圖像,即環圈實際可以等價于兩個動量相同且自旋相反的電子形成的束縛圖像。繼而與做整體旋轉運動的小磁陀螺相似,再由此電路中產生的電磁場,也容易把這些小磁陀螺排列成轉軸方向整齊一致的點陣圖像——由此來看量子場論,不管是費米子還是玻色子的基本粒子,都可以變換為兩個動量相同且自旋相反的量子的糾纏束縛圖像,這兩者它們都是基本的。如一個光子,可以衰變為正負電子對,光子仍舊是基本的。這里特別要強調張守晟的應用意義,2006年張守晟小組預言在量子結構中通過調節智能一體化孔的厚度,有可能實現二維拓撲絕緣體,被德國在實驗上證實是一個重大突破。

    因為這是發現拓撲絕緣體,是一種新的宏觀有序的量子物態,其電子結構帶有特殊的突破性質,在拓撲絕緣體的邊緣會形成導電層,具有奇異的性質。導電離子的有效質量規律,其運動規律類似于過去只在高能物理中出現,由相對論所描述的一種離子,這種離子的出現受到突破對稱性的保護。與二維拓撲絕緣體相比,三維拓撲絕緣體更是一個重要的研究領域,2006年幾個國外的理論小組幾乎同時在理論上提出了三維拓撲絕緣體,但預言的合金不僅有很多項,而且電子結構的能隙比較小,不適合在電子企業上的應用。而來自中科院物理所的方忠、戴希、張海軍等人組成的團隊,和張守晟小組合作在理論上預言:有可能實現室溫低能耗電子器件的第二代三維拓撲絕緣體,并很快在試驗上得到了非常純凈的高品質樣品。

    清華大學物理系的賈金峰等人組成的團隊,和中科院研究員馬旭村領導的研究所合作,在三維拓撲絕緣體材料制作方面取得進展,被認為這一系列拓撲絕緣體與第二代拓撲絕緣體相關的試驗和理論工作,會引發國際凝聚態物體實踐對第二代三維拓撲絕緣體的研究熱潮。拓撲絕緣體的這些奇異性質,體現了物理所遵循的統一的自然規律,具有重要的科學價值。同時,拓撲絕緣體表面的奇異性質不受局部干擾的穩定性使它有希望成為下一代微電子器件的材料。

    而拓撲絕緣體的理論與應用,與1938年意大利理論物理學家馬約拉納早就認為:微中子有質量,并提出馬約拉納方程式有關。馬約拉納生于1906年,21歲時他加入羅馬大學物理研究所由費米領導的研究組,1928年他發表的第一篇探討有關原子光譜的論文,是費米提出的原子結構統計模型,即湯馬斯-費米模型的早期應用。他除預測了中微子有質量外,還提出過類似路徑積分公式的論點,被費曼在十年后的1948年給以發展——任一可跟蹤的粒子在任意時刻的狀態是無限多路徑的總和。1932年他發表的研究在隨時間變化的磁場下的原子光譜的論文,開啟了原子物理無線電磁波頻譜理論的新分支。

    1937年馬約拉納寫的另一篇探討相對論性粒子的文章,為了允許帶任意動量的粒子,他發展并應用了洛倫茲群的無窮多維表示,打下了有關基本粒子質量的理論基礎。但這篇文章近十幾年來才受到拓撲絕緣體研究的廣大注意,因為自旋軌道耦合引起的能帶反轉以及材料表面的狄拉克型費米子,根據理論預測,拓撲絕緣體和常規超導體的結合,拓撲絕緣體在p波超導體界面,有可能產生馬約拉納費米子,其特性是它與電子、正電子完全不同,它的反粒子就是它本身。

    基本粒子是構成一切物質實體的基本成分,其中質子、中子和電子構成一切穩定的物質;質子、中子、原子核,最終是原子,都是有質量的。大型強子對撞機如果發現希格斯粒子,這將暗示我們生存在"質量"充滿所有時空的背景場世界,"質量"是統一電弱理論到人類的起源等幾乎所有宇宙物質理論皇冠上的明珠。中國科學的夢想就是要用"質量"統一世界——雖然漢語詞意對"質量"的泛化,使它比物理量的定義更廣,但也使這種統一之夢更廣闊。如2012年度華人物理學會亞洲成就獎,授予中科院物理研究所研究員方忠、戴希,因為他們預言了鐵基超導母體材料中的自旋密度波不穩定性,極大的促進了鐵基超導機理研究的進展;他們提出了磁性拓撲絕緣體中的量子化反?;魻栃?;發現了硒化鉍(Bi2Se3)、碲化鉍(Bi2Te3)等三維強拓撲絕緣體等,帶動了世界范圍內關于拓撲絕緣體的研究熱潮的出現,為自旋——軌道物理和新奇量子效應計算研究,做出了杰出貢獻。

    這里再看中國清華大學兼任教授張首晟,在2006年提出的實現拓撲絕緣體理論的材料方案,在次年德國維爾茨堡大學的實驗中得到證實,成為世界上第一個以實驗結果來證實拓撲絕緣體理論的學者。這一成果讓他在2010年獲歐洲物理學會頒發的歐洲物理獎,2012年獲美國物理學會頒發的凝聚態物理最高獎奧利弗巴克利獎,2012年8月8日獲得本年度國際理論物理學領域最高獎的狄拉克獎等國際物理學界的三大頂級獎項。那么到底什么是借用弦理論應用的拓撲絕緣體?它與文小剛的量子多體理論——從聲子的起源到光子和電子的起源的弦理論,到底有些什么聯系?因為聯系拓撲絕緣體的"拓撲",現代成千上億的學者,連"球面"和"環面"不是同一個拓撲類似都不知道;學者之間還有"球面"和"環面"之爭,即不排除有空談和在"自斃"。

    從理論上說,目前拓撲絕緣體的基本性質,是由"量子力學"和"相對論"共同作用的結果——小三旋圈圖像類似的弦圖,也如同高速公路上運動的汽車一樣,電子運動規律性的自旋軌道耦合作用,如正向與反向行駛的汽車分別走的是不同的道,互不干擾,不會相互碰撞,因此能耗很低。所以拓撲絕緣體的這種小三旋圈圖像類似的弦圖,也對理解凝聚態物質基本物理有著重要意義,而且由于它所具有的這類平行、正與反合一的弦圖特性,也許讓專家對制造未來新型的計算機芯片等元器件充滿了期待,并希望由此能引發未來電子技術的新一輪革命——從產品上說,目前拓撲絕緣體是一種新的量子物態。

    與傳統的"金屬"和"絕緣體"不同,這是一種內部絕緣,界面允許電荷移動的材料。例如傳統的固體絕緣體材料,在費米能級處存在著有限大小的能隙,因而沒有自由載流子;金屬材料在費米能級處只存在著有限的電子態密度,而擁有自由載流子。但拓撲絕緣體完全是由材料的體電子態的拓撲結構所決定,體電子態是有能隙的絕緣體,而其表面則是無能隙的金屬態,是由對稱性所決定,與表面的具體結構無關,所以它的存在非常穩定,基本不受到雜質與無序的影響。即在拓撲絕緣體的費米能級,位于導帶和價帶之間,存在著能隙,然而在該類材料的表面則總是存在著穿越能隙的狄拉克型的電子態。在表面存在的這些特殊的量子態,是位于塊體能帶結構的帶隙之中,從而允許導電。這可以用類似拓撲學中的虧格的整數表征,是拓撲有序的一個特例。虧格說到底,用三旋弦圖解釋就是"圈比點更基本"——類似同樣質量、品牌的拓撲絕緣體,也許碳烯薄膜、網籠比實心的性能好。

    霍爾效應是當電流垂直于外磁場通過導體時,在導體的垂直于磁場和電流方向的兩個端面之間會出現電勢差,這一現象便是霍爾效應。這一現象是美國物理學家霍爾在1879年發現的,屬于一種磁電效應,即霍爾效應的產生是由于在磁場中運動的電子會感受到洛倫茲力的影響。由于霍爾效應的大小直接與樣品中的載流子濃度相關,故在凝聚態物理領域獲得了廣泛的應用,成為金屬和半導體物理中一個重要的研究手段。反?;魻栃窃诨魻栃院?,發現電流和磁矩之間的自旋軌道耦合相互作用也可以導致的霍爾效應。

    這是霍爾1880年在一個具有鐵磁性的金屬平板中發現,即使是在沒有外加磁場的情況下(或弱外場),也可以觀測到霍爾效應而被稱之為反?;魻栃?。反?;魻栃c正?;魻栃牟顒e是,因為在沒有外磁場的情況下不存在著外場對電子的軌道效應,反?;魻栃某霈F直接與材料中的自旋-軌道耦合及電子結構的貝里(Berry)相位有關。在具有自旋-軌道耦合并破壞時間反演對稱性的情況下,材料的特殊電子結構會導致動量空間中非零貝里相位的出現,而該貝里相位的存在將會改變電子的運動方程,從而導致反?;魻栃某霈F。磁現象,可以看出是一種類似正負虛數的量子空間。量子霍爾效應是霍爾效應的量子對應。二維電子氣在強磁場中會形成能級分離的朗道能級,當溫度足夠低時就能觀察到量子化的霍爾電導,這稱為量子霍爾效應。在量子霍爾效應中,因為沒有散射,電子可以在樣品的邊界沿一個方向無耗散地流動。它是一種全新的量子物態——-拓撲有序態,磁場并不是霍爾效應的必要條件。在量子霍爾效應中不存在局域的序參量,對該物態的描述需要引入拓撲不變量的概念。對于量子霍爾效應而言,該拓撲不變量就是整數的陳數(Chern-number)。

    量子反?;魻栃窃诓恍枰饧哟艌龅那闆r下,就能夠觀察到的量子霍爾效應,稱為量子反?;魻栃?。量子反?;魻栃c在低溫強磁場下的二維磁性拓撲絕緣體中觀察到量子霍爾效應的差別是,后者的出現需要借助于外加的強磁場,或者說需要有朗道能級的出現。而量子反?;魻栃牧狭孔于逯袩o需外加磁場,也無需相應的朗道能級,就可能存在著量子化的反?;魻栃?,其邊緣態可被看成是一根"理想導線"。

    2、量子咖啡環效應與量子霍爾效應

    以霍爾效應為基礎的拓撲絕緣體理想導線量子態,存在允許內部自由載流子穿越能隙到界面移動,其剖面圖類似咖啡環效應。然而咖啡環效應是與霍爾效應獨立的,它類似在運動中會遇到更多阻力的希格斯場產生質量一樣的機制。在這兩者獨立的效應之外,是第三種。

    量子咖啡環效應是這兩種效應的結合,能為光子、引力子、碲化汞/碲化鎘(HgTe/CdTe)拓撲絕緣體以及碳勒烯球籠、碳烯納米管、石墨烯薄膜等提供極小子流形的量子色動力學的新解讀。那什么叫咖啡環效應?它與希格斯場和霍爾效應有什么區別?所謂咖啡環效應,是人們早已看到的一種現象:類似滴落在桌面或是紙張上的咖啡溶液,當液滴蒸發時,有些不會從圓周向內一點一點收縮,而會直接變平;這個變平的動作將促使溶液內的所有顆粒都懸浮起來,最終留在液滴邊緣,到溶液完全蒸發時,大多數顆粒都抵達了液滴的邊緣,并沉積在表面上,從而形成了一個深色的圓環。

    2011年美國賓夕法尼亞大學物質結構研究實驗室主任阿瓊亞德以及博士研究生彼得雅克和馬修洛爾等發表的研究說明,問題主要聚焦在懸浮的球形顆粒形狀上。為實現均勻沉積固體顆粒層提供新的途徑,他們從破壞這種咖啡環效應入手,改變溶液中的顆粒形狀,竭盡全力尋找能在蒸發后生成均勻固體顆粒層的方法。而這只需簡單改變懸浮顆粒的形狀,就能去除這種效應。因為不同的粒形能夠改變空氣和液體交界面上的薄膜的性質,這對蒸發過程可造成巨大影響。

    咖啡環效應提供的是普適對稱性作用,它揭示出了自發對稱破缺性:即一滴咖啡蒸發后,會在液滴的邊緣形成一個比中間區域顏色深得多的暗環這種不均勻的沉積現象。這與眾多需要固體顆粒均勻沉積的應用都相關,如噴墨打印、光子元件組裝以及脫氧核糖核酸(DNA)芯片制造等許多溶有固體小顆粒物質的溶液,在液體蒸發后也都會涉及類似特別現象。賓夕法尼亞大學在實驗中,使用了大小一致的塑料顆粒;這些顆粒最初是球形的,但可以拉伸至離心率各異的橢圓顆粒。球形顆粒很容易從界面中分離出來,它們能輕易越過另一個同類顆粒,因為這種顆?;旧喜粫淖兛諝夂鸵后w的交界面。

    而橢圓顆粒則能引起交界面的起伏波動,并可由此引發橢圓顆粒之間強烈的吸引作用,抵消液滴蒸發時將球狀顆粒向液滴邊緣"驅趕"的動力。因此橢圓顆粒更容易被"卡住"。而"卡住"的顆粒能在蒸發過程中,繼續沿液滴所在的表面流動,它們越來越多地阻礙了同類顆粒,造成了粒子"大塞車",從而最終均勻覆蓋在液滴的表面。實驗數據表明,當球形顆粒的拉伸比達到20%時,顆粒就會一致地沉積在物體表面。他們在完成關于懸浮顆粒形狀的實驗后,又向液滴中添加了一種表面活性劑,以證明發生在溶液表面的相互作用就是"咖啡環效應"的幕后推手。他們同樣采用了球形顆粒和橢圓顆?;旌显谝黄鸬娜芤?,在含有表面活性劑的液滴中,橢圓顆粒的"咖啡環效應"可以恢復,而"設計"出的球狀顆粒和橢圓顆粒的混合物亦能均勻沉積。這里顆粒形狀可理解在液滴變干的過程中所起的作用,但通過改變懸浮顆粒形狀去除"咖啡環效應"的效果還不很穩定。

    在探尋解決物質族質量譜公式的道路上,我們發現咖啡環效應也適用于希格斯機制的孤子鏈理解。例如,類比豆漿變干后,不會出現咖啡環效應,這是為什么呢?因為咖啡環的形成是需要一定條件的:咖啡溶液里的咖啡顆粒,是干加工,容易研磨趨圓;而豆漿的顆粒相比是帶條形,是因多為濕加工,在濃度比較高時,蒸干后沒有明顯的環狀。但沉積后的圖案還是有厚度不均勻的現象,邊緣處的厚度相比要厚一點。另外咖啡環的形成和液滴下基板的導熱性能也有一定的關系,如玻璃和木材就有一點區別。量子粒子王國,即使用電子顯微鏡觀察,也難像宏觀物體那樣看清楚它們的結構和相互作用,況且能使用類似電子顯微鏡條件的人也很少,所以用原子、分子層次以上比較宏觀的觀察作模具、模型,來說明量子粒子王國里的結構、現象、機制,成為必由之路??Х拳h效應不很復雜,一般人很容易懂,因此我們把它作為模具來導引說明量子粒子王國,也許比霍爾效應更直觀,但問題因為它是模具、模型,難使人相信。

    例如,光子、引力子、碲化汞/碲化鎘(HgTe/CdTe)拓撲絕緣體以及碳勒烯球籠、碳烯納米管、石墨烯薄膜等里的極小子流形機制,能用咖啡環效應直觀解讀嗎?因為這是包括有量子色動力學對其結構、性質的影響,而霍爾效應僅是一種磁電效應。但是磁電效應卻是用物理實驗現象直接來說明的,它們本身不再需要什么模具、模型,成為研究量子粒子王國的標桿方法。但導體中類似洛倫茲力,電子態能隙、能級、軌道、貝里相位等解讀,并不是不要量子圖像的模具、模型就能讓人懂。其實電磁效應類型的霍爾效應,它在凝聚態表面間平行、正反兩者的移動現象,其模具聯系卡西米爾平板效應,也有點類似卡西米爾力的機械原理。所以作為的模具的希格斯場解讀,我們說它是和咖啡環效應作為的模具,是屬于同一級的。

    例如說,希格斯場是一種包羅萬象的實體,所有粒子都從中通過。有些粒子,如光子,可以不受阻礙地從中通過,它們是無質量的。而其他一些粒子則更像被困糖漿中的蠅子一樣必須用力才能通過。這個"希格斯場"與各種粒子相互作用,其活動有強有弱,互動強烈的粒子,在運動中會遇到更多的阻力,顯得更重。從經驗上說,物體有多重,取決于它位于何處。例如,在陸地上沉重的物體,在水中就會輕一些。同樣,如果你在糖漿中推動一個湯匙,感覺一定比在空氣中移動它更費勁一些。所以一切物質的質量都由"希格斯場"的存在而決定,理論上希格斯粒子的質量約為質子質量的100倍,是希格斯場的最基本單位。那么希格斯粒子的模型還可以像些什么呢?

    希格斯粒子為無向量的玻色子,在巡游中所經過的場沒有什么優先方向,跟磁場的情況不一樣。相對論講,沒有任何信號可以比光跑得更快,相對論與量子力學結合,場的力量實際上是各種粒子在物體間的傳播。粒子傳輸力量的方式有點像"接球游戲":如果我丟一球,你抓住了它,我會因投擲行為的后推力向后退幾步,你也會因接球的動作向后退幾步。因此,如果我們雙方都有所行動,那么我們就會互相排斥。即如果存在有一個希格斯場,那么也一定存在有一種與這個場相關的粒子,這種粒子就是希格斯粒子。這類似薩斯坎德在《黑洞戰爭》一書中,以"持球跑進"類比全息原理,使質量像人與信息、人與思想,反過來信息、思想也像球,可以量子化。人有各種人種,人生下來不會有多少思想,但人是存在于社會、自然界,不帶人的思想,也會帶動物的思想。

    在三旋理論中,"部分"被稱為"轉座子";從嚴格的拓撲學意義上說,"部分與整體相似"只存在于魔方這類球面體。類圈體由于存在62種三旋態,所以它的"部分"更重要的是自旋。設想染色體基因轉座子象是一種魔方類似的移動,那么魔方雖只有26個轉座子54格面的旋轉器,由于色彩圖案變化竟有4325億億(約4?1019)余種之多,可見它包容的信息量很大,用來對應染色體上基因的變換是有價值的。如果進一步把魔方類比改換成魔環稱之的類圈體,做成一種象魔方式的轉座子魔環器,那么這些轉座子隨著魔環的三旋,變化還比魔方的4325億億余種變化多得多。三旋理論的這種轉座子全息,已有被得到證實的麥克林托克的轉座因子理論作基礎。

    而類圈體的62種三旋態作符號動力學,可編碼對應規范夸克立方周期表,被稱為量子色動力學的先聲。生物全息律的部分與整體相似,是產生于受激光全息照片現象的啟發。這里的"全息"也類似一種模具,且存在多模具的綜合。例如,除"部分與整體相似"外,還有激光攝影把3維物體變為2維膠片,聯系的"減維靠界"一種;以及兩束相干光線的"兩者相干"聯系的“全息照相”一種。

    部分與整體相似延伸研究的極小子流形規律,和基因學說有類似之處。而且如果能追問子流形的排序和組學,也許能說清獲得性遺傳和基因遺傳的差別。正是從以上角度考慮,1983年才有說生物全息律是開創我國科學未來的先聲。但在今天看來,當時還不夠大膽。因為到1993年荷蘭的特霍夫特提出的全息原理,就是與激光把3維物體變為2維膠片,又能從膠片復現該3維圖景聯系的。到1994年美國的蘇士侃(Susskind)進一步闡述,有引力的量子系統,都按全息不需要整個三維空間,兩維描述就夠了。到1997年阿根廷的馬德西納用全息推測,在一個5維反德西特時空內運作的宇宙,可以和超弦理論在該時空邊界上的量子場描述完全等效。到21世紀特霍夫特學派的宇宙全息論宣布,宇宙中起作用最基本的不是粒子,也不是場,也不是粒子和場的結合,而是全息。這里的"全息"也含多"模具"綜合。

    為什么是多"模具"的綜合或說"共生",這是有特定的類似"盲人社會"與非盲人的嚴格限制。"盲人摸象"的成語諷刺的是社會中看問題的片面,以偏代全。但社會中盲人只是少數,所以"模具"說到底是"實事求是"。即宏觀的人作為非盲人,對現實事物有唯一性認識的追求;確定性是模具的特征之一,但到微觀王國,現實的人與量子社會的"微觀人"相比,全部變成了"盲人",怎么辦?這里"盲人摸象"實事求是用多"模具",比睜眼說瞎話倒更接近成真理——模具是唯一好?還是全息好?極小子流形切割到哪里?

    薩斯坎德在《黑洞戰爭》一書中說的馬德西納等的全息原理,不止步于或定位于"部分與整體相似"全息律,而涉及極小子流形的微觀認知太深奧的數學和量子物理——這也是三旋理論上世紀60年代初誕生以來追隨的方向。原因是什么?是歷史上及第二次世界大戰中,北方和日本一次次瘋狂的侵略,造成數千萬中國人的犧牲;其次也有大躍進三年自然災害時期,類似數百萬人饑荒的發生。這兩種中華民族歷史上的刻骨銘心的大事,給中國科學灌注了"實事求是"的靈魂,也帶來人文的巨大分離和反作用——戰爭和饑荒,帶來科學太深奧的數學和量子物理,把量子中國推進到類似高能物理學——但其多模具涉及太深奧的數學和量子物理,使大多數人太生疏,留戀于傳統文化,對數學化的東西不感興趣,尤其第四次工業革命的發生,產生了一些新興技術、新技術公司、新媒體互聯網平臺的崛起,已不是一個簡單的經濟事件——新技術環境中也有一些成為排斥民科在前沿基礎科學與國際主流相向而行“跟跑”、“并跑”和“領跑”創新的屏障。

    例如,中科院高能所吳水清教授告知:他在“新浪”網的博客,因轉載了前沿基礎科學與國際主流相向而行的民間“跟跑”、“并跑”和“領跑”創新的文章,如《門捷列夫元素周期表150周年紀念總結》,他的博客就被“新浪”網吊銷。事后他只得再向“新浪”網申請,保證只轉載與國際科學主流相背而行的文章,才得以恢復??梢娦录夹g環境的崛起,不管是對世界,還是對中國來說,都是一個現象級的政治、科技影響——新時代即使有好政策,也會被走樣。

    3、解讀量子卡西米爾平板效應的機械原理,

    從宏觀深入到微觀,我們也可以把咖啡環效應和卡西米爾平板效應,看著全息有"部分與整體相似"現象中要講的有成效應用。因為研究量子色動力學數十年發展出三旋、量子色動化學等一套處理方法——三旋量子色動力學,就是一種多模具,而適用的有成效的運用放在納米原子級以上,聯系元素原子有效成分的識別,是原子核中的質子數。聯系咖啡環效應,極小子流形應是球形粒狀最好。

    應用費曼的粒子遍歷求和方法,以多面體的頂點數代換質子數,趨圓性刪繁就簡最好的是規則的多面體,而規則的正多面體只有5種。即正4面體、正6面體、正8面體、正12面體、正20面體。對應化學元素原子的質子數,分別是質子數為4的鈹原子、質子數為8的氧原子、質子數為6的碳原子、質子數為20的鈣原子、質子數為12的鎂原子。費曼的粒子遍歷求和方法的意思是"所有",包括可能的情況,甚至是想象的路線,都應對它們逐一"關照"。即把5種正多面體頂點數逐一加倍,再對應化學元素原子的質子數,可做成第一類量子色動化學元素周期表。

    聯系卡西米爾平板效應,極小子流形應是平行平面最基本的多面體或平行平面數最多最基本的正多面體最好。檢查第一類量子色動化學元素周期表,平行平面最基本的多面體是頂點數為6的五面體,對應化學元素原子質子數為6的是碳原子;它區別于碳原子質子數為6做成的正6面體。把質子數為6逐一加倍,再對應化學元素原子的質子數,可做成第二類量子色動化學元素周期表。

    平行平面數最多最基本的正多面體極小子流形,聯系卡西米爾平板效應最好的多面體,檢查第一類量子色動化學元素周期表是8頂點數的正6面體,對應化學元素原子質子數為8的是氧原子。把質子數為8逐一加倍,再對應化學元素原子的質子數,可做成第三類量子色動化學元素周期表。其中汞原子核的質子數為80;鎘原子核的質子數為48,都能被8整除。聯系碲化汞/碲化鎘這兩類拓撲絕緣體,是很能說明問題的。

    從費曼的粒子遍歷求和的費曼圖方法,到伯恩、狄克遜和科索維爾等人的幺正方法,并沒有分明的對與錯,代表的是同一基本物理過程在不同描述層次的不同表述,看重的都是所有可能路線加起來的概率,只是幺正方法刪繁就簡比費曼方法能極大地減少計算規模。今天量子色動化學方法也開始加入這場"奧運賽",刪繁就簡選擇分辯是看在量子色動化學元素周期表的三種類表中,出現的失效概率占多少?由此更能極大地減少尋找超導、拓撲絕緣體以及碳勒烯球籠、碳烯納米管、石墨烯薄膜等材料的計算規模,對其機理進行簡要的解讀。

    化學元素原子核作為一個獨立系統,原子核內的質子群落有沒有類似的晶體結構?2019年4月2日《科技日報》劉霞報道,《大型強子對撞機團隊發現第三種“五夸克”粒子》講清華大學工程物理系張黎明教授所在的大型強子對撞機(LHCb)團隊,已發現了第三種“五夸克”粒子。此前五夸克態的物質存在只停留在理論階段——2015年LHCb宣布發現首個“五夸克”粒子;如今該團隊在對該五夸克粒子進行檢查時發現,它已一分為二——原來最初的五夸克,實際上是兩個獨立的五夸克,被稱為第一種和第二種五夸克粒子,它們質量相近,宛若一個粒子——現在擁有的數據比2015年多十倍,這能看到更精細的結構——此次發現的第三種五夸克,質量略小于前兩種;但三者都由一個底、兩個頂、一個粲和一個粲反夸克組成。

    夸克理論是粒子物理學標準模型的關鍵組成部分,該理論認為,存在上、下、粲、奇、底和頂6種夸克,它們都擁有自己的反物質??淇撕头纯淇私Y合會形成“強子”。強子分兩類:由3個夸克構成的“重子”(包括質子和中子)和由夸克、反夸克組成的“介子”??茖W家也提出了其他更奇特的夸克組合,比如,由兩個夸克和兩個反夸克組成的四夸克粒子,以及由四個夸克和一個反夸克組成的五夸克粒子。那么已被發現的三種“五夸克”內部結構如何?它們是五個夸克均勻混合?還是由一個重子和一個介子粘在一起形成的松散“分子”?LHCb團隊目前傾向于后者——五夸克的內部結構無法直接測量,進一步測量這3個五夸克粒子的更多性質(如自旋等),為其尋找更多“同伴”,研究其性質可以為“原子核內的質子群落有沒有類似的晶體結構”,更好地理解物質構成的量子色動化學秩序。

    因為量子色動化學此類的探索,外圍的最新實驗可聯系用于量子計算的核自旋觀測:核自旋與電子自旋不同,核自旋與環境有很好的隔離。實驗讓我們看到,內置于一個單分子磁體中的一個金屬原子的長壽命的核自旋,且能夠確定自旋狀態的動態。實驗在短時間內可重復2000次閱讀同樣的原子核自旋數據,證明對存儲信息來說,原子核自旋比電子自旋更好。因為電子自旋容易被周圍的電子和原子內的溫度所改變。而坐落在原子中心的原子核的自旋不會被電子云所影響,能更好地長時間存儲信息。而復旦大學的龔新高小組的實驗,也發現32個金原子可組成一個籠形分子。

    32這個籠形頂點數,正能被8整除,使卡西米爾平板效應具有很高的識別度。因為卡西米爾效應拉力類似一種振動,極大地增強了量子粒子咖啡環效應向界面的擴散、翻轉能力。而6這個正六邊頂點數,能被6整除,同理使石墨烯薄膜、碳勒烯球籠、碳烯納米管等也成為卡西米爾效應和咖啡環效應合流的名片——可以進一步大膽設想:原子核外圍所謂的電子軌道或電子云圈層,是否也有電子顆粒的模具屬圓球形狀的因素,而懸浮沉積停留在原子邊界面的各層呢?

    在基本粒子模型中,電子和光子都分別屬于一種獨立的粒子,但在粒子散射或衰變反應中,一個光子可以變成一個正電子和一個負電子,反過來一個正電子和一個負電子湮滅可以又變回一個光子,這似乎與基本粒子模型有矛盾。但從多模具論出發,也可以進一步大膽設想:光子像航空母艦,一個正電子和一個負電子類似它配備的兩種航母飛機,就不和基本粒子模型有矛盾,而且還能與大量子論的巴拿馬船閘的希格斯場模型聯系起來。希格斯粒子是一種大質量的量子,光子卻沒有靜止質量,恰形成了一種大小的對偶。類似的對偶,可以設想希格斯粒子像潛艇,兩個引力子像馬約拉納費米粒子是潛艇配備的類似兩魚雷。如此,在粒子的形態模具上,光子像航空母艦,希格斯粒子像潛艇,也正好屬于同一級的對應。

    而125.9GeV的希格斯粒子質量與頂夸克質量175GeV在大型強子對撞機上的矛盾,也可用類似"谷倉內的標槍悖論"的討論。由此把希格斯運河的船閘模具,調換成"希格斯谷倉"模具,但如果光子像航空母艦,可以配備搭載一個正電子和一個負電子類似的兩架航母飛機,那么和光子像航空母艦對應,是否希格斯粒子作為一種特殊的玻色子也能配備搭載類似兩架航母飛機的基本粒子呢?這里可聯系的:一是希格斯粒子本身藏在希格斯場,類似核動力潛艇可以長時間不出水面;另外希格斯場能產生質量,而引力聯系重力與質量相關,那么這兩者結合起來,希格斯粒子是否類似核動力潛艇,而且類似光子配備搭載兩個電子,也能配備搭載兩個引力子作類似魚雷的發射呢?即希格斯粒子還有核動力潛艇的模具描述,和不同的費曼圖描述呢?

    在伯恩、狄克遜和科索維爾等三人的幺正方法中,他們已經證實了這種想法:從幺正方法得到的結果,引力子看上去像是交織在一起的兩個膠子。這種雙膠子特征為科學家提供了一個全新的視角:在希格斯粒子類似核動力潛艇發射魚雷的模具描述下:"一種新的統一引力途徑的費曼圖,一個引力子,可以看成一個膠子與它的孿生兄弟的合體,就像兩人三足賽跑一樣,步調一致地協同運作"。

    《三旋理論初探》一書從點鄰域到圈鄰域,是原子論到孤子鏈推導的理論基礎,其內核與極小子流形有關。牛頓原子論與馬赫孤子鏈的自發對稱破缺的咖啡環效應,起源于當代物理學中最著迷的是規范不變性與時空幾何結構的關系。對此,曹天予教授主張綜合科學發展觀,和以概念革命轉換新舊理論之間的變化。以此出發,當代物理學中的前沿理論物理學綜合之一,是弦膜圈說。普朗克尺度的"線元"弦論,規范不變性擴容為局域不變性的電磁量子相位的不變性。這里表達弦論線元的單位是長度;而擴容的相位不變,實際類似"圈"旋的圈論。普朗克的量子論,實際類似原子論的概念革命的轉換。那么在前沿理論物理學綜合的弦膜圈說中,代替原子論的模具擴容,就是中國原生態的"孤子鏈"。但這兩者聯系的量子場綱領和規范場綱領的場論的"場",實際類似"膜"——以上弦膜圈說,也許太抽象和數學化。

    現實中,原子論、量子論、弦膜圈說,最可定量觀測的是物體可稱重量的質量。質量從何而來?聯系原子論、量子論、場論就涉及馬赫的慣性概念革命。如果把牛頓的質點慣性幾何看著原子論圖像,那么細想馬赫的時空慣性幾何,實際類似已擴容為孤子鏈圖像。

    孤子鏈如何與質量起源聯系,1997年美國物理學家西德尼納高和托馬斯威滕等人在《自然》雜志上,發表的關于"咖啡環效應"的論文,如果把希格斯機制聯系"咖啡環效應"現象,玄機是針對暗藏的普適對稱性與自發對稱破缺原理。而孤子鏈在規范場論的"膜"中的地位,正類似咖啡環效應的玄機。量子極小子流形的咖啡環效應,是否也類似極性效應的倒向實驗隨機超弦微分方程?如是把內部懸浮的大多數顆粒排斥或吸引抵達到液滴的邊緣且最終留在液滴邊緣,到溶液完全蒸發時,并沉積在表面上,從而形成的一個深色的圓環,而不是因懸浮顆粒為趨圓形減少的機械摩擦阻力,以及有量子卡西米爾效應振蕩助力合流推動的結果?

    例如,有疏水策略的豬籠草,在雨后其葉子表面也會變得幾乎無摩擦。一方面這種葉子像水杯的食蟲植物,是用散發出的甜味,吸引螞蟻、蜘蛛、甚至小青蛙;另一方面是它能在頂部形成一件光滑的外衣,把液體本身變成了疏水面。這種策略不同于荷葉效應的疏水,荷葉利用的是表面特殊紋理結構,使水滴聚集滑落。而且荷葉效應對一些有機物或復雜液體無效,表面刮擦后或在極端條件下液體反而會黏附或沉積在上面。應用仿豬籠草技術,可研究出將來用于運輸燃料和水的管道,如導尿管和輸血系統的醫用導管、自動清潔窗、無菌無垢表面、排斥冰的材料以及不留指紋或亂畫痕跡等的抗粘表面。

    目前美國哈佛大學艾森伯格實驗室將一種潤滑液注入具有納米微結構的透氣性材料中,制成"灌注液體的光滑透氣表面"(SLIPS)的疏水表面。這是一種極為光滑的SLIPS涂層材料,就像豬籠草不僅能滑倒昆蟲,還能排斥多種液體和固體,幾乎毫無阻滯,極輕微的傾斜都會讓液體或固體從它表面上滑下來。

    疏水策略的極性聯系極小子流形,延伸到二次量子化和點內空間概念,極性也能用龐加萊猜想定理創新的弦膜圈說闡述。因為超弦理論的"開弦"和"閉弦"二次量子化,數學模型極性更直觀。這是把整體對稱和定域對稱聯系龐加萊猜想,設龐加萊猜想熵流有三種趨向:

    龐加萊猜想正定理:在一個三維空間中,假如每一條封閉的曲線都能收縮成一點,那么這個空間一定是一個三維的圓球。

    龐加萊猜想逆定理:如果一個點連續擴散成一個"閉弦",它再連續收縮成一點,我們稱"曲點"。那么在一個三維空間中,假如每一條封閉的曲線都能收縮成類似一點,其中只要有一點是曲點,那么這個空間就不一定是一個三維的圓球,而可能是一個三維的環面。

    龐加萊猜想外定理:"點內空間"是三維空心圓球外表面同時收縮成一點的情況,或三維空心圓球外表面每一條封閉的曲線都收縮成一點的情況。即它不是指在一個三維空間中,假如每一條封閉的曲線都能收縮成一點的三維圓球,而且指三維空心圓球收縮成一個龐加萊猜想點的空間幾何圖相。這里數論的自然數、實數、虛數和復數如能映射物質、真空、量子起伏和“點內、點外”時空,有空心圓球內外表面不破裂的類似一維線的對接翻轉,就一定離不開“三旋”的問題。

    “龐加萊猜想熵流”,也有來源于逆龐加萊猜想之外的"曲點"和"點內空間"的?!扒c”類似輪胎的三維環面,不撕破和不跳躍粘貼,是不能收縮成一點的,它的圖相等價于"閉弦",亦稱為龐加萊猜想環或圈。龐加萊猜想中封閉的曲線能收縮成一點,是等價于封閉曲線包圍的那塊面,它類似從封閉曲線各點指向那塊面內一點的無數條線,它的圖相亦稱為龐加萊猜想球或點;"點內空間"類似空心圓球內外表面不破裂的類似一維線的對接翻轉,也仍屬拓撲球面。用“黎曼切口”唯象規范超弦理論,從"開弦"產生"閉弦",從"閉弦"產生"開弦",這屬于"軌形拓撲學"。因為不能撕破和不能跳躍粘貼的規定,是拓撲學的嚴格數學定義之一。而軌形拓撲學,則可有限地撕破和粘貼。

    龐加萊猜想同時聯系超弦理論的開弦和閉弦——按龐加萊猜想正定理,開弦能收縮到一點,就等價于球面。按龐加萊猜想逆定理,閉弦能收縮到一點,是曲點,就等價于環面。它們都是整體對稱的。同時,龐加萊猜想球點和曲點反過來擴散,也分別是球面和環面,也是整體對稱的。奇異超弦論是指,類似開弦能收縮到一點,等價于球面,但球面反過來對稱擴散,如設定球點擴散不是向球面而是向定域對稱的桿線擴散,稱為"桿線弦"。其次化學試管類似的三維空間,也是能收縮到一點而等價于球面,所以球面的一條封閉線如果不是向自身內部而是向外部定域對稱擴散,變成類似試管的弦線,稱為"試管弦"。這樣開弦的定域對稱就有兩種:桿線弦和試管弦。

    同理,閉弦等價的曲點擴散不是向環面而是向定域對稱的管線擴散,稱為"管線弦"。套管類似的雙層管內外層一端封底,這類三維空間也是能收縮到一點而等價于環面,所以環圈的一面內外兩處邊沿封閉線,如果不是向自身內部而是分別向外部一個方向的定域對稱擴散,變成類似套管的弦線,就稱為"套管弦"。即閉弦的定域對稱也有兩種:管線弦和套管弦。"桿線弦"及"試管弦","管線弦"及"套管弦",都可把它們看成類似一根纖維;這樣把眾多的這些纖維分別捆扎起來,也可以分別叫做桿線弦、試管弦、管線弦、套管弦"纖維叢”,而且還可以像紡紗織布一樣地進行編織,而稱為量子"編織態"。

    "桿線弦"纖維叢類似一面墻或屏幕,兩邊是無極性的。但"試管弦"纖維叢的墻面或屏幕,兩邊有類似親水性和避水性的極性。這種一個表面的疏水性和另以一個表面的親水性共存的結構特點,使得試管弦這種結構表面同時具有超疏水和高粘附特性。同理,"管線弦"的可透性,使它無極性;但"套管弦"由于套管一端部分封了口,使墻面或屏幕也有強弱極性之分的有類似疏水性和親水性共存的結構特點。

    極性的量子極小子流形,除開上面二次量子化的"開弦"和"閉弦"分析與展開外,還可以從微觀王國的界面分水嶺來理解量子力學"點內空間"的視界——這里包含虛數世界,而且根據量子起伏的實驗也可證明——因為視界能量接近的0,不確定原理認為可以在瞬間,變為實數或虛數的正負對稱,然后又瞬間湮滅回0。所以經典物理學使用的動量、能量等,要變為用算符計算動量、能量等物理量。

    越近點內空間的視界,虛數出沒,是經典物理的"點外"世界少有的。視界的極性來自量子起伏,原因也有它推動了這里的量子咖啡環效應和卡西米爾效應。這可延伸說明花狀石墨烯/硅納米錐復合納米材料,有表面超疏水兼超高粘附力的特性。這也在聯系"拓撲"是什么?拓撲是整體性研究之一的工具,專門研究幾何形象在幾何元素的連續變形下保持不變的性質。小小的擾動不會改變幾何對象的拓撲性質,連續形變的操作,如拉伸、彎曲、壓縮等,不會改變一個連通區域的拓撲或說是幾何的基本性質——非連續的改變,如切割、剪斷等,才會引起性質的改變。因此如果構成量子比特的物理元素是拓撲不變,基于這些量子比特進行運算的結果,也具有拓撲不變的性質。

    4、解讀三旋理論的“拓撲量子全息”

    《三旋理論初探》一書將原子論到超弦論能輕松自如地統一運用,是因為從咖啡環到拓撲量子,已經解決了什么是"拓撲量子",并且給出了圖像。這就是三旋理論最早給出了"拓撲量子全息"部分與整體相似,"部分"最重要的是自旋的三旋定義:

    面旋:指類圈體繞垂直于圈面中心的軸線作旋轉。如車輪繞軸的旋轉。

    體旋:指類圈體繞圈面內的軸線作旋轉。如撥浪鼓繞手柄的旋轉。

    線旋:指類圈體繞圈體內中心圈線作旋轉。如地球磁場北極出南極進的磁力線轉動。線旋一般不常見,如固體的表面肉眼不能看見分子、原子、電子等微輕粒子的運動。其次,線旋還要分平凡線旋和不平凡線旋。不平凡線旋是指繞線旋軸圈至少存在一個環繞數的渦線旋轉,如墨比烏斯體或墨比烏斯帶形狀。

    21世紀初維爾切克說,量子維度上的運動所帶來的變化不是位移,這里沒有距離的概念——它是自旋的變化。這種"超光速平移"將給定內在自旋的粒子,變成不同的粒子。這里用對稱概念,對自旋作的語境分析,自旋、自轉、轉動的語義學定義是:

    自旋:在轉軸或轉點兩邊存在同時對稱的動點,且軌跡是重疊的圓圈并能同時組織起旋轉面的旋轉。如地球的自轉和地球的磁場北極出南極進的磁力線轉動。

    自轉:在轉軸或轉點的兩邊可以有或沒有同時對稱的動點,但其軌跡都不能同時組織起旋轉面的旋轉。如轉軸偏離沿垂線的地陀螺或廻轉儀,一端或中點不動,另一端或兩端作圓圈運動的進動,以及吊著的物體一端不動,另一端連同整體作圓錐面轉動。

    轉動:可以有或沒有轉軸或轉點,沒有同時存在對稱的動點,也不能同時組織起旋轉面,但動點軌跡是封閉的曲線的旋轉。如地球繞太陽作公轉運動。

    用電腦能做出拓撲量子三旋動畫視頻,但人工用實物模擬三旋只是其中部分的自旋運動。三旋動畫視頻與弦論、拓撲量子聯系,還可以是從能量函數處理紐結不變式的角度推廣。其道理是:一個物體作平動,取其一標記點的軌跡,可以看成一條流線,能與一條未打結的繩線對應;自旋一周則與未打結的繩圈結應。用這種思想處理類圈體三旋的62種自旋狀態,單動態是未打結的環或封閉線的紐結結構;雙動態和多動態是不只一個環的紐結結構。如此用二維圖(平面圖)和瓊斯多項式類似的紐結不變式描述,可將某些場的能相圖變為形相圖來計算,也能將形相圖改為對能相的計算。因此三旋的滲透能更好地體現其真實的物理意義。"部分與整體相似"不管是生物基因繞組,還是物理的量子糾纏,最終通向的是極小子流形的拓撲。

    有拓撲量子就有拓撲量子場論——這類量子場論開始于20世紀70年代施瓦茨的阿貝爾的陳-塞黑斯場論研究。80年代末在阿蒂亞啟發下,弦論學家威滕發展了三個拓撲量子場論研究:一個就是非阿貝爾的陳-塞黑斯場論;第二個由超對稱楊-米爾斯場論扭變得到;第三個由超對稱西格瑪模型扭變得到。進入21世紀,威滕等人又研究了具有更多超對稱的楊-米爾斯場論的扭變,并將數學中的幾何朗蘭茲對偶解釋為量子場論中的強弱對偶。威滕等人進一步發現,西格瑪模型,陳-塞黑斯場論,以及超對稱楊-米爾斯場論之間有千絲萬縷的聯系,它們都可以包含在弦論或者M-理論中。這類量子拓撲學有三個主題:a、量子群;b、三維拓撲場論;c、二維共形場論。

    用三旋動畫視頻聯系的拓撲性質,可揭示傳統的拓撲量子場論任意子的量子計算機原理中的紕漏。因為體旋實際比面旋復雜,而這一點卻讓量子計算機原理研究的專家所忽視,例如Neil Gershenfeld等人闡釋量子計算機能同時處于多個狀態且能同時作用于它的所有不同狀態的量子陀螺原理圖時,對量子位不動的幾種陀螺旋轉,就分辨不清,明顯的錯誤是把陀螺繞Y軸的體旋稱為"進動",這是不確切的。

    三旋動畫拓撲量子視頻聯系崔琦分數電荷量子霍爾效應研究,三旋動畫可以直接觀察到類似具有分數電荷和分數統計的粒子,它們在時空中的演變,提供了理解量子計算的快車道。如三旋拓撲序導致的基態簡并、分數電荷和分數統計,以及為相關的辮子群代數聯系對應的量子不變量紐結、邊緣態隧穿、輸運等測量提供參考。

    拓撲量子的糾錯研究,如中國科技大學微尺度物質科學國家實驗室潘建偉及陳宇翱、劉乃樂等教授,成功制造出并觀測到了具有拓撲性質的八光子簇態,并將此簇態作為量子計算的核心資源,實現了拓撲量子糾錯。拓撲量子的薄膜研究,上海交大低維物理和界面工程實驗室賈金鋒、錢冬、劉燦華、高春雷等教授,已經制備出最適合探測和操縱馬約拉納費米子的人工薄膜系統。

    量子自旋霍爾拓撲絕緣體的研究,拓撲量子計算在美國得到極大的重視,微軟公司在其加州的研究所中網羅了大量理論人才,從事拓撲量子計算方面的開創性研究,并每年投入數百萬美元直接支持加州理工學院、芝加哥、哥倫比亞、哈佛等大學相關的分數量子霍耳效應的實驗研究?!度碚摮跆健烦霭婧?,我國拓撲量子計算研討已呈現活躍,如2011年5月21至22日,由上海微系統所蔣尋涯研究員、上海交大劉熒教授和浙大萬歆教授聯合牽頭開的"普陀論拓撲"專題研討會;2011年11月25日至27日,由理論物理國家重點實驗室資助的"理論物理前沿研討會-凝聚態物理中的拓撲物態和量子計算研究專題研討",其目的就是要推進我國在拓撲量子物態與拓撲量子計算、拓撲絕緣體與相關系統、拓撲超導體等研究。

    拓撲量子在交叉科學中的應用,如非相對論物理學中的拓撲量子數,特點是對系統中的缺陷不敏感——此數在物理量的精確測量中變得非常重要,并提供了最好的電壓和電阻的標準——在有機化學中,包括基團極化效應參數和拓撲立體效應指數的計算;有機分子拓撲量子鍵連接矩陣的構造以及分子結構特征參數的提取,矩陣特征根、拓撲量子軌道能級、原子電荷、化學鍵的鍵級等參數的計算;應用上述分子結構參數,對烷烴、單取代烷烴、鏈狀烯烴、含C=0鍵和N=0鍵有機化合物、芳香烴和極性芳香化合物等各類有機物的熱力學性能、化學反應性能、光學性能、色譜性能、價電子能量、酸性和生物活性進行的相關研究,等等。這可讀文小剛的《量子多體理論:從聲子的起源到光子和電子的起源》一書。

    5、多重復物質空間與三旋理論討論

    研究里奇流與協變的非線性希格斯粒子數學,俄國數學家佩雷爾曼的研究里奇流論文,2006年震驚學界。但對佩雷爾曼,只不過是數學家才在關心他的研究,因為此后的有關研究論文和專著,基本上集中在數學界。里奇流問題的初等表達方式是:dg/dt=-2Ricci(g)。這是說:一個封閉流形上的度規張量的演化(隨時間參數的變化)是由里奇張量決定的,而里奇張量本身又是由度規張量場決定的。

    研究這樣一個問題的意義,是看你是持有何種物理、力學運動概念。在里奇流問題中,度規張量的演化就是物理學、力學中運動。這種運動表現為流形的幾何“變形”,與連續介質力學的變形概念是類似的。在經典彈性力學中,研究的是:[g(1)-g(0)]/2=e(應變)。即只比較兩個位形,而里奇流研究的是連續的變化。

    在三維流形上,運動的概念是一個二階度規張量,而不是位移矢量。這個物理、力學的運動概念是由愛因斯坦建立的。換句話說,是廣義相對論下的運動概念。如果一個人抱定位移矢量的運動概念,則他是無論如何會對張量運動表達持反對態度的。所以佩雷爾曼的研究成果的核心意義在于,為把這種運動概念應用于普通的連續介質中的物質微元(封閉流形)打開了道路,如微元的位形演化、微元間的界面相互作用等。決定里奇流的另一個方程式是一個與里奇曲率有關的泛函,在物理、力學中如何針對具體問題構造這個泛函,是地地道道的物理、力學問題。但這方面的研究并沒有得到物理學界重視。

    問題的起因很簡單:里奇流問題相關數學工具在物理、力學學界的普及性不足。還有一個問題就是:人們偏愛于簡單、直接、直觀的概念體系,盡可能拒接復雜的數學概念。這種偏愛是阻擋前沿科學前進的原因之一——抽象的數學的研究工作,在力求最廣泛的概括性下的進展作為一個極端,這和在盡可能簡單、直接、直觀的概念體系下的另一個極端間,有巨大鴻溝。正是在這一個要點上研究工作嚴重不足:里奇流問題論文基本上發表在抽象數學集團的期刊上,而物理、力學中針對具體問題的論文發表在傳統期刊集團上,二者間幾乎沒有正確、有效的交流,追求兩個極端的人群是越來越背道而馳。

    加之即使像掌握科學網、新華網、人民網、新浪網等新技術網絡平臺的一些高層次科學論壇版主,他們即使在國內外受過大學、研究生、博士生教育,實際對類似里奇流問題相關數學、物理、力學等前沿其實并不一定清楚,而成為排斥民科在前沿基礎科學與國際主流相向而行“跟跑”、“并跑”和“領跑”創新的高層屏障——連續介質力學對dg/dt可以作出應變的對應解釋,在幾何上對于曲率變化,也可做出局部內在轉動的解釋。如果把里奇流方程的左邊的低階近似,完全對應于應變概念,則對里奇流的力學幾何解釋就是:內在的曲率變化就是封閉流形的度規變化的原因,從而把局部內在轉動歸結為封閉流形位形幾何演化的內在原因。由一個泛函f引入的完整的、在外場作用下的Ricci(里奇)方程為:dg/dt=-2Ricci(g)-2ddf(R)。

    這樣對特定的外場,與連續介質力學不同,應力的概念被一個依賴于曲率的泛函局部二階微分特性給定了。在連續介質力學中,物質微元是封閉的3-流形,從而Ricci流方程把微元閉流形的變化與連續介質的宏觀位形變化連續了起來。但一個長期以來的難題是,如何定義物質微元的幾何屬性。我國力學家陳至達教授建立的理性力學理論體系,事實上就是按引入先天性的3個獨立矢來構造的,但是只完成了幾何部分,沒有建立相應的外場介入形式,而Ricci流方程恰恰是一個最為有力的補充。Ricci流概念建立于上世紀80年代,在物理原因的描述上,的確是超前于理性力學。

    Ricci流概念為理性力學與現代物理的結合,打開了一扇大門;在經典的連續介質力學中,微元物質是被隱涵的假定為三個1-流形的直和。此時各向同性假定是必須引入的,但是各向異性就象一個幽靈,緊隨大變形而來。如接受,就與前提矛盾;如不接受,又與客觀事實矛盾。因而,理性力學一直在這個問題上糾結不清。具有某種旋轉對稱性的各向異性介質,旋轉對稱軸是1-流形,旋轉曲面是2-流形。對任意的微元為3-流形的介質,唯一的辦法是引入先天性的3個獨立矢或是任意的3-流形g(0),而這就是Ricci流。

    福州原創物理研究所的所長梅曉春教授,在微積分運算上確實是有功底。但梅曉春在物理學基礎與前沿領域得到的具有顛覆性研究結果如何呢?梅曉春和俞平博士2012年6月在美國發表的題為《量子力學普適動量算符的定義與微觀粒子自旋的本質》的文章,稱闡明了微觀粒子自旋的本質,給出貝爾不等式得不到實驗支持的原因,其中類似針對Ricci流說的理由,歸結有4點:在曲線坐標系中,一直無法合理地定義動量算符。在直角坐標系中,將角動量算符作用任意波函數,得到的都是虛數;只有反之,動能算符對任意波函數作用結果是實數,邏輯才完備,且必須是實數。

    然而這只是被轉移,因動量算符的復數平均值被消除,但本征態波函數展開,復數平均值問題又出現,問題實際上沒有被解決。梅曉春說用實數的“普適動量”概念,轉移里奇張量,導出的普適角動量概念一切可闡明:a)微觀粒子自旋的本質;b)貝爾不等式得不到實驗支持,原因是自旋投影概念理解有誤,采用的投影公式不成立;c)貝爾不等式與隱變量是否存在無關;d)貝爾不等式與是否破壞定域性無關;e)可解決量子力學復數非本征值和平均值問題;f)改變曲線坐標系中動量算符的定義;g)改變動能算符的一致性。

    但里奇張量真不存在嗎?而且里奇張量的整體協變是類似進入點內空間,聯系虛數超光速的。梅曉春說,微觀粒子波函數的全同性、對稱性,可導出波函數的疊加原理。量子純系綜起源于粒子波函數的全同對稱性交換,量子糾纏實際上是波函數全同對稱性交換的結果;不同粒子之間的糾纏也存在波函數全同對稱性交換的背景,所以量子糾纏不存在非定域關聯和破壞因果關系,EPR佯謬被徹底消除。

    但量子隱形傳輸不存在嗎?梅曉春說,有兩種等價的方式描述微觀粒子的衍射和干涉現象:第一種是經典理論中宏觀波的疊加方式,不考慮粒子與環境的相互作用,是唯象的、非本質的。第二種是量子力學方程的微觀描述,要考慮粒子與環境的相互作用,是本質的波動性的本質能。但第一種的宏觀自旋不是真自旋,需要外力,只有第二種微觀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張量才是普適動量,是真空波動的本質。梅曉春說有一個唱紅清醒的經典事實是:無論是在火花室還是氣泡室中,微觀粒子的軌道運動都是清晰可見的,如帶電粒子在經典洛倫茲力作用下沿什么軌道運動,在什么位置上達到什么速度,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,憑什么說微觀粒子沒有確定的軌道運動?憑什么說它們的位置和動量不能同時確定?

    梅曉春還說:問題的實質是物理學家們,經過近百年的哥本哈根意識洗腦后,對事實視而不見。愛因斯坦就自白,是理論決定我們看到什么。但梅、俞的“顛覆性研究”,能代表強子對撞機的實驗嗎——對照彭羅斯的《皇帝新腦》、《時空本性》等書中,對模具韋爾張量和里奇張量的標準統一解釋,無論是曲線坐標系還是直角坐標系的研究,都需要爭論需要什么樣的模具生產——有沒有類似奧運會機械流和策士流的統一標準?需不需要這種國際的統一標準?

    聯系對照葛森的《完美的證明》一書,看《三旋理論初探》一書從傳統文化的自然全息開始的獨立探索,這是把里奇張量與類圈體三種自旋結合,變成為弦圖框架理論體系的“魔杖”——反過來看梅曉春與佩雷爾曼的“砍砍殺殺”,梅曉春使用“相對性洛變式”、“相對性伽變式”和相對性“慣性系”等東西,依舊是相對論使用的模具。梅曉春說他拿這些“刀子”,也能證明:a)暗能量不存在;b)希格斯粒子不存在;c)引力幾何化描述不可能;d)奇異性黑洞不存在;e)根本不存在量子力學解釋的不確定關系,或測不準關系是誤解;f)愛因斯坦的相對性原理是錯的,等等。如果真是這樣,梅曉春也能與佩雷爾曼“并駕齊驅”。但梅曉春教授認為:龐加萊猜想的證明綱領,佩雷爾曼僅僅是跟進了哈密頓和丘成桐發明的里奇流這把“刀子”,宣告“這一綱領的完成”。但事情是哈密頓和丘成桐沒有早于佩雷爾曼就證明了龐加萊猜想。

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    三、韋爾、馬約拉納費米子與引力子量子通信

    量子糾纏作為宇宙時空的“結構單元”,揭示“0”量子平行宇宙無論距離長度的單元“大和小”,質量、能量的單元“多和少”,可以沒有區別。這就為量子卡西米爾效應平板提供了全域性的現實選擇的實體或抽象理論模型,同時也為量子引力隱形傳輸提供了全域性的現實選擇的實體或抽象理模型。由此真空量子起伏的“點內空間”,在量子糾纏聯系原子軌道核外電子回旋的里奇張量效應時,因與核內量子起伏的質子卡西米爾效應韋爾張量產生的負能量發射,兩者本末出候天衣無縫結合在此類量子引力信息隱形傳輸上,成為認識韋爾(Weyl)費米子和馬約拉納費米子到新型費米子三重簡并費米子,突破傳統分類,是涉及引力子量子通信的先聲。

    1、三重簡并費米子涉及引力子

    我國科學家發現的新型費米子三重簡并費米子,突破傳統分類,我們認為涉及引力子。作為量子衛星首席科學家的潘建偉院士,與量子糾纏的人生,是想證明量子糾纏與引力有關。這個目標不但宏大,更在實用、適用、使用,也許將是中國網信未來事業的指導方針。因為從網絡地址、內容的“雙輪驅動”分類看,在綿陽市的中國工程物理研究院(九院)的李幼平院士,有一個很形象的說法:叫作網絡是“一體兩翼、雙輪驅動”。為啥?世界首顆量子衛星“墨子號”從太空建立了迄今最遙遠的量子糾纏,但它還不屬于量子引力信息通信。

    因為它證明的在1200多公里的尺度上,愛因斯坦都感到匪夷所思的“遙遠地點間的詭異互動”依然存在,是只屬于光子、電子、電磁波等實數的量子信息通信和量子密鑰分發的量子信息通信。

    潘建偉院士的更大目標是,在地月間建立30萬公里的量子糾纏,檢驗量子物理的理論基礎,并探索引力與時空的結構。這是因為它才能說明,利用引力子的量子引力信息通信,兩點的距離必須大于30萬公里以上,即超過每秒光速的距離。但在30萬公里以下的量子信息通信,也存在量子態信息隱形傳輸的引力信息通信。

    這類似牛頓萬有引力的韋爾張量效應。宇宙間網絡通信的最高接頂傳輸“介子”,是光子和引力子。因為它們的靜止都為“0”,能夠檢測的速度都為光速。所以宇宙間的網絡通信,接頂的“一體兩翼、雙輪驅動”就是光子和引力子。重慶出版社2011年出版的《量子糾纏》一書,作者是擁有劍橋大學物理學學位的克萊格,他在此書的開篇就說:“什么是糾纏?它是量子粒子之間的連接,是宇宙的結構單元……不管它們是在同一間實驗室,還是相距數億光年”。把量子糾纏說成是宇宙時空的“結構單元”,這是第一次顛覆作為微觀和宏觀的“量子”長度單元單位,有“大小”區別的常識。即長度不管“小”到同在一間實驗室,在實驗中的兩個量子粒子分開的距離非常接近,還是“大”到相距數億光年,都是同一個長度單元單位。

    那么什么才有這種類似“長度”,卻不分長度“大小”區別的宇宙時空“結構單元”呢?是“平行宇宙”。確切地說,是“0”量子平行宇宙。它們無論是兩個平行宇宙,還是無數個平行宇宙,距離的長度“大小”都是相等的。因為“0” =“0”+“0” =“0”+“0” +“0”+……= “0”,是相等且平行的。

    這就為量子弦、宇宙弦、蟲洞和“點內空間”等現實性之間選擇的實體,或是抽象的理論構造模型,提供了實驗和理論基礎是相等的平臺。所以“量子糾纏”的提出真是了不得。其次,由于“0” =“0”+“0” +……=[ 1+(-1) +[ 2+(-2) +[ 30+(-30) +……= “0”,也是相等且平行的,這就為宇宙時空“結構單元”的質量、能量單元單位,有“多和少”的區別又不確定。

    因為“量子糾纏”提出在真空量子起伏的全域性的“瞬間”,也是可以沒有“多和少”、“大和小”的區別的。這就為量子卡西米爾效應平板提供了全域性的現實選擇的實體或抽象理論模型,同時也為量子引力隱形傳輸提供了全域性的現實選擇的實體或抽象理論模型。因為這能說明真空量子起伏的“點內空間”,與量子糾纏聯系原子軌道核外電子回旋的里奇張量效應,因核內量子起伏的質子卡西米爾效應韋爾張量產生的負能量發射,兩者本末出候是天衣無縫結合在此類量子引力信息隱形傳輸上,成為認識韋爾費米子和馬約拉納費米子,到新型費米子三重簡并費米子,突破傳統分類涉及引力子的先聲。

    把電子、光子和引力子牽涉在一起的,是彭羅斯解釋愛因斯坦廣義相對論引力方程R_uv-(1/2)g_uv R=-8πGT_uv中,左邊第一項R_uv里奇張量,屬全域整體收縮效應的作用量。其余式中R是里奇張量的跡;g_uv是對距離測度的空間幾何度量張量;G是牛頓引力常數;T_uv是刻畫能量、動量和物質性質的張量;1/2、8、π是數。左邊第二項(1/2)g_uv R,代表針對背著回旋衛星那一半星球的里奇張量收縮效應的作用量。等式右邊的8πGT_uv,屬可計算和測量的引力作用量;其負號代表引力方向作用向球心而不是向外。

    自從湯川秀樹創立“介子論”以來,物理學中相互作用力無超距作用,所以引力相互作用力的“介子”也要稱引力子。英國數學物理學家彭羅斯的《皇帝新腦》、《通向實在之路:宇宙法則的完全指南》、《時空本性》等書中,彭羅斯至少從1998年開始用里奇張量解讀愛因斯坦的廣義相對論引力方程,是當一個物體有被繞著的物體作圓周運動時,被繞物體整個體積有同時協變向內產生類似向心力的收縮作用。這在世界科學家中,彭羅斯是第一個把里奇張量和韋爾張量結合,清楚、完整、簡化地解釋了愛因斯坦廣義相對論引力方程的人。

    由此聯系《量子夸克》一書中的“對電子-正電子散射有貢獻的一級費曼圖”:等值反向速度的一對正負入射電子相遇,湮滅產生一個光子,然后這個光子又立馬產生變成一對等值反向速度的正負出射電子。這里可以不涉及到引力子。但《量子糾纏》一書,在第1章《糾纏的開始》中說:玻爾剛剛提出原子結構的行星模型時,就存在一個問題,這也是愛因斯坦注意的地方,就是沿軌道運行并不斷改變速度的電子,會發射光線。雖然玻爾想象電子沿固定路線運動的軌道,被稱為定態,它限制住了光子,防止能量外泄——電子可以從一個軌道跳躍到另一個軌道,同時發出或是吸收光能。以后的波動力學、量子力學也證明費曼圖,一個正負電子對的湮滅可以生成一個光子。

    但這里沒有提到引力子問題,而電子繞著的原子核作圓周運動,卻涉及里奇張量的量子引力隱形傳輸,因此電子還有引力子的釋放,是所有科學書籍被遺漏說明的地方。但現代的量子糾纏科學實驗,最終是不會遺漏說明此現象的。例如,在上海張江國家科學中心的國家大科學裝置上海光源,裝置的軟X射線自由電子激光,是全球頂級中能的第三代同步輻射大科學裝置,外形酷似巨大的“鸚鵡螺”。圓形的“螺殼”內,3臺加速器負責“出產”同步輻射光。無數電子以近乎光速晝夜不停地高速旋轉。每每轉彎,就會沿切線方向放射出一束束不同波長的高品質同步輻射光,通過光束線最終照射在各個實驗站的樣品上。雖然2019年才正式投入使用,但試運行中“同步輻射光源+X射線自由電子激光”的實驗能力已有顯示。

    2014年以來,就有中科院物理所丁洪課題組,利用上海光源“夢之線”的同步輻射光束照射鉭砷(TaAs)晶體,發現了韋爾(H. Weyl)費米子。這正涉及與彭羅斯說的里奇張量引力圓周運動產生的引力子有關。1928年狄拉克提出描述相對論電子態的狄拉克方程,第二年韋爾指出,當質量為零時,狄拉克方程描述的是一對重疊在一起的具有相反手性的新粒子,這就是韋爾費米子。

    鉭砷家族材料呈體心四方結構,韋爾點附近的貝里曲率呈刺猬狀分布,與實空間中點電荷產生的電場分布類似,表明它們與原子里電子行星軌道圓周運動模型的量子引力里奇張量動量空間中的引力子有關。彭羅斯創立的正是里奇張量,與韋爾張量引力結合的解讀。丘成桐曾戲說,愛因斯坦與格羅斯曼在1912年和1913年,合寫的兩篇論文就用里奇張量,定義空間中物質分布的物質張量;但因里奇張量并不滿足守恒律,而物質張量滿足守恒律,所以此時的方程組不兼容,解釋物理現象并不成功,如無法解釋水星近日點進動和牛頓方程預言的偏差問題。丘成桐說愛因斯坦算出水星的運行軌道具有微小偏差的進動,是在1916年。

    此時史瓦西發現愛因斯坦方程用的里奇張量描述最終成功,是因邊界條件早有初始條件的一組解,涉及星系重力是球形對稱的影響。所以彭羅斯的里奇張量引力解讀,更接近愛因斯坦1916年的廣義相對論方程,認為行星沿著測地線移動,必須是圓周運動,但又可不必是閉合的圓周。里奇張量和里奇曲率是一種全域性或非定域性的體積收縮的引力效應,而不同于后來韋爾張量和韋爾曲率是針對不管平移或曲線運動,體積效果仍與直線距離平移運動作用一樣,只類似是一維的定域性的拉長或壓扁的潮汐或量子漲落引力效應。

    另外量子卡西米爾平板間也有韋爾張量收縮效應,但這與被繞離子核,在量子回旋間非定域性的里奇張量收縮效應的量子引力信息隱形傳輸,機制是不同的。里奇張量引力圓周可包括韋爾張量,所以是統一的。愛因斯坦的引力方程,有牛頓引力常數,原因就在此。彭羅斯對量子引力經典通道實數光速或亞光速傳輸部分的“量子信息隱態傳輸”,也是劃歸韋爾張量的。這指不管是圓周運動,還是直線運動,都可以按牛頓引力公式或“韋爾張量”來計算測量。它屬于規范場和標準模型,與牛頓引力計算范疇等價。所以韋爾費米子,與彭羅斯說的韋爾張量引力非圓周運動產生的引力子也有關。

    從韋爾到列維?齊維塔和嘉當最初創的規范場,也是它的依據。但韋爾用的不保持長度的規范群,沒有想到引力子。韋爾費米子變換狄拉克方程描述,是一對重疊在一起的具有相反手性的新粒子。韋爾構建了阿貝爾規范場相位聯絡理論,令人遺憾的是,十年后,量子力學更是偏離還能涉及的量子引力信息傳輸,這是一味只去聯系廣泛方式的向量相位理論——這是沿著封閉環路沒有里奇張量、韋爾張量。

    線旋是固定的局域空間移動規則;雖然在數學上,從嘉當、霍普夫、惠特尼等推廣規范場,提出“向量叢”觀念,給空間中的每一點都賦予一個線性空間,可以任意扭曲,但可惜缺乏彭羅斯說的扭量圓環自旋——這也類似三旋中的線旋的圖像。誠然,數學上的向量叢,應用于粒子物理學的量子化,輝煌反哺的結果,是楊振寧和米爾斯,將韋爾的阿貝爾相位聯絡,從交換的規范群泛化到非交換的規范群,這影響了相互作用基本力的整個高能物理。

    類似“電子-正電子散射有貢獻的一級費曼圖”,一對正負入射電子相遇,湮滅產生一個光子,然后這個光子又立馬產生變成一對等值反向速度的正負出射電子。原子里電子回旋軌道圓周運動中的量子引力,也可以使一對正負入射電子相遇,湮滅產生一對重疊在一起的具有相反手性的新粒子的一個作光速運動的韋爾引力子,然后這個韋爾引力子又立馬產生變成一對等值反向速度的正負出射電子,出現連接不同手性韋爾費米子投影的費米弧,能被實驗直接觀測到。

    上世紀量子力學知道的電子態和光子態等新發現,導致了芯片、計算機、激光、互聯網等等的出現?,F在認識的韋爾費米子態和韋爾引力子態,未來會產生量子引力信息隱形傳輸工具嗎?世界首顆量子衛星“墨子號”,在太空建立迄今最遙遠的量子糾纏,證明在1200多公里的尺度上,愛因斯坦都感到匪夷所思的“遙遠地點間的詭異互動”依然存在。由此潘建偉團隊等已在展望,量子糾纏和量子引力通信的發展。潘建偉說,他們下一步希望在地月拉格朗日點上放一個糾纏光源,向地球和月球分發量子糾纏。通過對30萬公里或更遠距離的糾纏分發,來觀測其性質變化,也能對相關理論給出實驗檢測。

    這里量子糾纏會受到引力影響,通過不斷地擴展量子糾纏分發的距離,在實驗上探尋量子物理和相對論的邊界,這是對時空結構和引力開展的前瞻性研究。如在地月間建立30萬公里以上的量子糾纏,探索引力與時空的結構,才能檢驗量子物理理論的正誤??茖W理論與實用技術不能割裂,也不應被割裂。正類似有新型費米子三重簡并費米子的發現,而能能竭盡全力推動量子引力通信的發展。這是中國科學院物理研究所為固體材料中電子拓撲態研究,開辟新方向中發現的。這種新型費米子的發現,是繼“拓撲絕緣體”、“量子反?;魻栃?、“韋爾費米子”之后的事。它不但能促進人們認識電子拓撲物態,開發新型電子器件外,也促進認識理解里奇張量、韋爾張量等結合的量子引力信息隱形傳輸。

    2016年中科院物理所的翁紅明、方辰、戴希、方忠等專家預言,在一類具有碳化鎢晶體結構的材料中,存在三重簡并的電子態。其準粒子是三重簡并費米子,這不同于四重簡并的狄拉克費米子,和兩重簡并的韋爾費米子的新型費米子。物理所的石友國教授,由此指導博士生馮子力,迅速制備出碳化鎢家族中的磷化鉬單晶樣品。丁洪和錢天教授,也指導博士生呂佰晴,在上海光源“夢之線”和瑞士保羅謝勒研究所,經過幾個月的實驗測量,成功解析出磷化鉬的電子結構。這也與翁紅明教授指導博士生許秋楠,計算出的結果高度吻合。

    但實驗發現的突破傳統分類的三重簡并費米子,翁紅明教授等人的理論工作,還只停留在說與狄拉克費米子和韋爾費米子態的不同上。他們認為三重簡并費米子態,對外加磁場的方向敏感,使得含有它的母體材料,具有磁場方向依賴的輸運性質。但物理所的陳根富教授研究組,在碳化鎢中觀測到與狄拉克半金屬和韋爾半金屬,顯著不同的方向是依賴輸運行為。這正類似彭羅斯說量子引力信息里奇張量和韋爾張量的方向,是各自依賴輸運行為的解說。

    德國普朗克研究所的科學家,也在磷化鉬中觀測到極低電阻行為。這種類似韋爾引力子的新型費米子的獨特表現。以上他們都認為,從基本粒子組成雖然是分為玻色子和費米子看,但宇宙中存在狄拉克費米子、韋爾費米子和馬約拉納費米子三種類型的費米子也有可能的。然而他們都沒有去聯系彭羅斯說的量子引力里奇張量和韋爾張量,各自產生的引力子來深度聯系,與深度學習。

    正因為電子、光子、引力子等三重簡并費米子態或玻色子態,與時空連續的宇宙空間不同,電子所處的“固體宇宙”只滿足不連續的分立空間對稱性,導致傳統理論四維時空中沒有的新型費米子,而虛數和復數時空的引力子是可以穿越四維以上多維時空和高維時空的。尋找新型費米子拓撲物態延伸進引力子玻色子領域,是一個挑戰性的前沿科學問題,下面先說我國和國際競爭焦點之一的韋爾費米子。

    2、韋爾費米子理論前奏

    德國科學家韋爾(H.Weyl,1885-1955),又譯名為“外爾”或“魏爾”,他是希爾伯特的學生。德國出生的韋爾,是20世紀杰出的數學家、理論物理學家之一。同樣,在韋爾之前的意大利,里奇(Ricci-Curbastro,Gregorio,1853-1925)是黎曼(Bernhard Riemann, 1826-1866)的學生,也是20世紀前后杰出的數學家、理論物理學家、張量分析創始人之一。1892年里奇最早開始將黎曼幾何學運用于實際研究,1900-1911年里奇和他的學生T.列維-齊維塔推動了這一學科的發展。但直到愛因斯坦在廣義相對論中使用了里奇理論之后,張量分析才受到普遍的重視。

    費米和海森堡學類似里奇和列維-齊維塔的張量分析,他們從質子和中子近似,類比引力質量與慣性質量相等近似,那么引力效應本身也可以被等價為時空坐標的變換L。由此任何物體都受到引力作用L聯絡,就是普適性;這也影響到希爾伯特和他的學生韋爾。正如日本物理學家湯川秀樹,用介子模型解釋無超距作用,雖然復雜化了相互作用力解釋,但復雜化的背后是更簡單。但介子論不能具體說明引力如何類似拉力,以及為何引力子可以穿過多維時空。引力理論出現韋爾張量、里奇張量、龐加萊雙曲張量和貝里張量的區別,以及分段協同的解釋。這雖然復雜化了,但背后仍然是更簡單清晰。如牛頓萬有引力定律公式,聯系韋爾張量。愛因斯坦廣義相對論引力方程聯系里奇張量,實數光速引力子和虛數超光速引力子是成一半對一半的,且是以實數光速引力子最先到后的引力開始計時。再是暗物質的引力,可聯系龐加萊雙曲張量和夸克禁閉量等。

    拓撲學上“有限、無邊界、有方向”的二維閉合面,是用“虧格”來描述和分類的。對實閉曲面,虧格是曲面上洞眼的個數:球面無穿孔虧格為0;面包圈有一個穿孔虧格為1,兩個穿孔虧格為2……不同的虧格對應的不同拓撲。更妙的是“空心圓球”,不但包括內外、虛實,而且把它作為“元空間”,還能回答宇宙空間膨脹。然而物質、星球卻因引力可以收縮、坍塌,那么物質可無限可分和物質可無限壓縮是悖論,還是同一?虛擬空心圓球不撕破與不跳躍粘貼的內外表面翻轉,這類似“8” 字一個“0”,凹陷裝入另一個“0”內面,像口袋內再裝口袋,或者像一個空心圓錐體放到另一個空心圓錐體內部頂對頂的2維曲面空間示意圖。這種頂對頂的交點變成“殼層”類似的的翻轉,這里“零錐”的點移動,可以是一維的弦或蟲洞。但有兩種不同的區別,從拓撲結構和龐加萊猜想來說,只在空心圓球殼層一處,有一條連通內外表面的一維的弦或蟲洞,這種展開類似試管的曲面,空心圓球仍屬于與球面同倫。但如果有兩處兩條,及以上連通內外表面的一維的弦或蟲洞,這時空心圓球如圈體,就屬于與環面同倫,不是與球面同倫了。這種區別很重要。例如,把龐加萊外猜想空心圓球外表面向內表面翻轉,比喻龍卷風,磁單極可以說就像龍卷風。但龍卷風與池塘水底有漏洞,產生的水面漩渦外表雖一樣,但拓撲結構類型卻不同倫。有漏洞的池塘水面漩渦場,與平凡的普通帶圈及不平凡的墨比烏斯帶圈,都等價于環面拓撲類型;只有一個曲面的克萊因瓶也如此。而點內空間類似空心圓球內外表面翻轉的龐加萊猜想外定理,空心圓球內外表面也類似一對平行宇宙,就如陰與陽、有與無、大與小共生的宇宙。而從“零錐”翻轉須有一維的弦或蟲洞來說,又能推演膜弦共生的統一。因為內外表面翻轉在“蟲洞”的交匯的“交點”,必須要量子化。而且不管量子是球量子還是環量子形狀,自旋必須存在體旋或有體旋的組合,才能翻轉。球量子或環量子的自旋存在自旋編碼組合,這種自旋循環編碼組合可以是一種標度無關性,而只聯系三旋。

    “空心圓球”略影“元空間”,是蘭德爾的《暗物質與恐龍》一書說,暗物質類似透明的玻璃——如果略影“元空間”,類似透明的玻璃“空心圓球”,那么宇宙空間膨脹,類似透明的玻璃“空心圓球”膨脹,由于“空心圓球”殼層,外面殼層曲率為正,三角形內角和大于180度;內面殼層曲率為負,三角形內角和小于180度。在“空心圓球”外面看物質、星球,類似在吹氣球一樣,自然是宇宙的紅移現象。如果物質、星球是在這種“元空間”內或內面,那么引力使之的振蕩起伏,自然會發生收縮、坍塌。蘭德爾——在薛曉舟教授的《量子真空物理導引》一書162頁中的《蘭德爾-桑德拉姆膜世界模型》就提到,說蘭德爾提出我們的宇宙是一個五維世界。而且蘭德爾從做粒子散射實驗中,還想到額外維。

    彭羅斯的《宇宙的輪回》新書,不同于他第二個階段的《皇帝新腦》、《時空本性》、《通向實在之路》等三本書,他不提里奇張量引力而轉向宇宙輪回。但這里遇到的熵增不能輪回的難題,他用盡平生的學問,得出他認為最好的結果——但彭羅斯還是沒有解決熵增為何能輪回的問題,且里奇張量仍關鍵——因從彭羅斯的熵增輪回的“零錐”上,可以看出他對“川大學派”的數學難題:“空心圓球不撕破和不跳躍粘貼,能把內表面翻轉成外表面”稱之的龐加萊猜想外定理,沒有認識。而且從數學上說,即使步驟是拓撲的類似龐加萊猜想正定理——這個世界數學難題,是“千禧難題”之三的龐加萊猜想,2006年世界承認雖被佩雷爾曼解決,但龐加萊猜想之外還延伸的逆猜想到外猜想,應該也屬于是同一個系統,但佩雷爾曼的解決沒有提及。

    龐加萊猜想是如果伸縮圍繞一個蘋果表面的橡皮帶,既不扯斷它,也不讓它離開表面,使它慢慢移動收縮為一個點。另一方面,如果想象同樣的橡皮帶以適當的方向,被伸縮在一個輪胎面上,不扯斷橡皮帶或者輪胎面,是沒有辦法把它收縮到一點的。所以說蘋果表面是“單連通的”,而輪胎面不是。大約在1904年前龐加萊已知道,二維球面本質上可由單連通性來刻畫,他提出三維球面(四維空間中與原點有單位距離的點的全體)的對應,使這個問題立即變得無比困難。從那時起數學家們為此的奮斗,佩雷爾曼只完成正猜想的證明。

    龐加萊猜想的外猜想指空心圓球,實際也聯系“千僖難題”之四的黎曼假設?!独杪┦康牧泓c》一書提到“臨界線”的龐加萊雙曲空間二維張量模型,是從空心圓球內表面看,試圖分離一對粒子-反粒子,所需能量隨分開的距離而線性增長,說明距離也不是固定的:空心圓球內的點,離圓心越遠,與該空間中點的距離收縮得就越多。兩者結合的所有方程ζ(s)=0,有一條z=1/2+ib的直線臨界線。項中1/2實際類似四舍五入。這才可以對應空心圓球內表面向外表面翻轉——在一維蟲洞中交遇,需要體旋的量子點球,而內外合成的普朗克尺度為無窮級數。這使黎曼假設延伸為的龐加萊雙曲張量,實際與中科院物理所的科學家所說發現的新型費米子三重簡并費米子有關。

    即宇宙中,存在狄拉克費米子、韋爾費米子和馬約拉納費米子三種類型的粒子,而與引力有關。因為我們就在宇宙中——把我們的宇宙看成類似“空心圓球”,要從類似的鉭砷晶體家族中分離一對粒子-反粒子的韋爾費米子或馬約拉納費米子,空心圓球內的點,離圓心越遠,與該空間中點的距離收縮得就越多,所需能量隨分開的距離而線性增長,而不是隨距離固定的。這里把狄拉克費米子區別開,是電子屬于狄拉克費米子,它有靜止質量,應與靜止質量等于0韋爾費米子和馬約拉納費米子有區別。理由是,有靜止質量的基本粒子,可以用有質量的物理定理定律去處理。而類似沒有靜止質量的光子和引力子,才是有條件可以在宇宙內自由穿行的基本粒子。這是其一。

    其二,費米子和玻色子的區分,是以自旋為1/2整數和自旋為整數定義的。在《時空本性》一書中,霍金在《第一章經典理論》篇中,說他與彭羅斯采用類似頂對頂圓錐技巧,證明的“奇性定理”,能足以捕獲一個區域的引力。因雖在正常的閉合二維面上,從該面出發的向外零性射線發散,而向內零性射線收斂。但在閉合捕獲面上,這是一種彎曲面,無論是向內還是向外的零性射線,都收斂的——引力子至今還沒發現,道理在于此——引力波和引力方程式都不是引力子——三重簡并費米子態中韋爾費米子態和馬約拉納費米子態,涉及引力子閉合捕獲面,是佩雷爾曼沒有看到龐加萊猜想,延伸的逆猜想到外猜想,有三重簡并二維與三維面——這能突破傳統基本粒子分類。

    從霍金與彭羅斯采用類似頂對頂圓錐技巧,從類似鉭砷晶體家族中分離出的粒子-反粒子對的韋爾費米子或馬約拉納費米子,可以涉及玻色子類引力子。道理與圓錐曲線方程對應的曲線有關——這里一個圓錐體的拓撲結構,等價于一個球面,它們又都是一個2維曲面空間。同理,兩個圓錐體頂對頂,是屬于3維曲面空間。兩個球面只有一“點”連接成像“8”字形的球串串,也是一個3維曲面空間。

    費米子類似理想的頂對頂圓錐體的3維曲面,它才有自旋為1/2整數的量子態。而玻色子類似理想圓球的2維曲面,它才可以有自旋為整數的量子態。像宇宙一樣,一個球面可以無限膨脹,可與變大沒有關系——這種無限大,或無限多,類似整數、自然數、偶數、奇數、素數等的無限多。但如果從數學到物理,自然真僅是這樣就太簡單無趣了。這里然事情沒完,與空心圓球內外球面也是一個2維曲面有關——如果像“8”字一個“0”凹陷裝入另一個“0”內面,像口袋內再裝口袋,或者像一個空心圓錐體放到另一個空心圓錐體內部頂對頂的示意圖,這種空心圓內外表面只有一“點”在連接;這個點即使拉長變為一維的線段,從拓撲結構和龐加萊猜想來說,卻仍是與球面同倫的;可以說是一個3維曲面,內外球面是“同位旋”的。

    此研究還沒有完——事情是1958年開始的“大躍進”,偉大領袖毛主席號召解放思想,略高一籌的川大數學家們,決定解決新中國1949年解放不久,1953年毛主席就開始選定的“物質無限可分”的命題——這也是毛主席在集中古今中外爭議的一個科學大智慧,交給全黨內外的干部、學者、科學家和群眾,希望去研究。從后來部分主流精英所創的“層子模型”來看,多數是順著“無限可分”的邏輯,來思維的,這當然不符合毛主席本意的效果。

    因為“可分”,可以不是把量子分割開,而是“可數”,類似整數、自然數、偶數、奇數、素數等,是無限多。那么把整數、自然數、偶數、奇數、素數等的無限多,分散在類似空心圓內外的球面上,甚至像“8”字一個“0”凹陷裝入另一個“0”內面,類似口袋內再裝口袋的球面上,也是合符邏輯能想象思維的。正是從這里,理解毛主席的大智慧,川大數學家們于是從毛主席的著名論斷“政治是靈魂,政治是統帥”的高度出發,把后者加進“物質無限可分”的命題,化西方數學的龐加萊猜想和蘇聯數學的靈魂猜想,為“空心圓球不撕破和不跳躍粘貼,能把內表面翻轉成外表面”的證明,從而開創了第三次超弦革命現代量子色動弦學的先聲——奠定了世界科學的第三極。

    因為如果把對空心圓球內外表面的翻轉,看成類似把一個空心圓錐體,放到另一個空心圓錐體內部且是頂對頂的圖像,這也類似大宇宙中裝小宇宙,兩者無限變大還是無限變小,都能成立——而且能夠把宏觀與微觀統一,這是通過一維的聯絡和在蟲洞點的三旋交變能成立的——這里交變“交點”的要害,是一個圓錐體的表面與另一個圓錐體的表面翻轉,必須經過頂對頂的交點——把它看成是量子點,普朗克尺度的級數是10進位制,可分只有四舍五入的有限可分。

    這類似著名寓言故事《羊過河》,選擇山羊,是過不了河的。但選擇的是人,懂得合抱轉身(類似懂得“三旋”就不是“羊”而是“人”),就過得了河。當然,川大的數學家柯召院士和魏時珍教授等要解決類似“羊過河”的焦點和交點,這不關“羊”也不關“人”,而是高能物理和基本粒子涉及的量子,甚至是夸克或暗物質“火墻”殼層——柯召院士和魏時珍教授等雖然能推論空心圓錐體內裝空心圓錐體,對應類似“空心圓球不撕破和不跳躍粘貼,能把內表面翻轉成外表面”的證明,也等價于古今中外爭議的科學大智慧“物質無限可分”命題。

    這到今天也還能聯系推論到電磁作用力和弱相互作用力——也類似兩個圓錐體頂對頂屬于3維曲面——這中間單獨的一個圓錐體,是屬于2維曲面,又類似一個磁單極,空心圓錐體可以內外表面交流翻轉,但強力的膠子,和引力的引力子,也類似“磁單極”嗎?在變相上說,夸克的色禁閉和引力沒萬有斥力??淇耸琴M米子,類似的這種3維曲面空間圓錐體頂對頂,跟著的不是0質量或0電荷粒子,而是類似黑洞火墻的暗物質和暗能量殼層。它們的另一半圓錐體,夸克色禁閉里的是夸克海、??淇?、膠子海、海膠子。

    引力子是玻色子,沒萬有斥力卻可過宇宙常數面的額外高維和多維——頂對頂的交點,變成“殼層”口袋類似的空心圓球內外表面無破的翻轉。這種兩個圓錐體頂對頂屬于雙曲面的3維曲面,構成口袋“殼層”的量子或粒子,是類似量子密鑰冗余碼的暗物質,涉及的是多轉子的束旋態。由于時代的局限,當年的川大數學家柯召院士和魏時珍教授等還不能具備這些知識,再加上其他種種原因偃旗息鼓了。但龐加萊猜想的外猜想,實際使弦論與暗能量、暗物質及顯物質有了聯系。其實在原子、原子核、質子、中子和夸克膠子等離子體的“殼層”等內,發現如夸克禁閉,聯系暗能量、暗物質效應,類比黑洞火墻的“殼層”——這是類似“試管弦”管口是朝向“殼層”外排列。

    反之,把裝夸克、反夸克和膠子組成的強相互作用粒子看作“口袋”,朝向口袋“殼層”內排列的是“試管弦”管底。這種無“開口”的一端,形成的類似空心圓球的內膜面,它的“極性”其實類似彈簧,越接近“殼層”,反彈力越大——這類似龐加萊雙曲空間二維張量模型,距離并不是固定的:圓圈內的點,離圓心越遠,與該空間中點的距離收縮得就越多。由此分析夸克禁閉,不管量子色動力學(QCD)說它與強力有關,其實這還與強相互作用粒子“口袋”殼層,類似“火墻”的暗物質和暗能量試管弦“殼層”——跟龐加萊雙曲空間二維張量也有聯系。所以,對比觀察研究宇宙中大尺度結構形成,以及微波背景輻射等發現暗物質,微觀認識夸克禁閉是暗物質,“世界科學的第三極”也并不就遲多少。

    量子色動力學作為分析夸克禁閉的理論框架,強互作用的SU(3)規范場論,自1973年以來認為,夸克受到被稱為色荷的強力的束縛,兩個或三個組成一個粒子的帶色荷夸克,被限制與其他夸克在一起,使得總色荷為零;由此不可能從核子中單個地分離出來。這種奇特性質被稱為夸克禁閉或色禁閉,它能將粒子結合為無色的狀態。但從龐加萊雙曲空間二維張量暗物質和暗能量模型看,各種實驗從未見到過的孤立夸克,原因是,如果試圖分離一對夸克-反夸克,即π介子,所需能量,是隨夸克與反夸克間的距離而線性增長的。

    結果是,為了將夸克-反夸克分開,距離R所需能量隨R增加。但量子色動力學只認為能量完全儲存于不斷增長的通量管內,夸克之間的距離愈大,它們之間的作用也愈大,夸克之間的距離愈小,它們之間的作用也愈小。但沒有想到“口袋”殼層還有暗物質和暗能量的存在和作用——這是“世界科學兩極”的敗著——把暗物質的引力聯系龐加萊雙曲張量和夸克禁閉量,解答數學難題,暗物質和暗能量也可以就藏在質子和中子內部,量子數熵可被四色定理“約束”的球面表面積,和最大圓周切面面積計算出來。

    這里用四色定理可以說明原子核內的質子和中子等“口袋”里,夸克的色禁閉表面是三色,實際是四色圖形。如在平面上畫一個圓,從圓心作三條半徑分圓面積為三等分,模擬代表三種顏色的夸克,實際這只類似去黑洞視界的裸黑洞。而圖中的圓心是類似裸黑洞的裸奇點,這是一種隱藏著大量虛粒子的夸克和膠子的“海洋”。

    按龐加萊猜想正定理,它可以擴張為一個圓內接三角形的區間。所以強作用粒子“口袋”殼層“火墻”的色禁閉,是四色問題不是三色問題。說是三色問題,是沒有計算強相互作用粒子“口袋”殼層內,被“火墻”表面包裹著的顏色——用四色定理證明“口袋”殼層里的夸克禁閉,所需三色只是球面或平面等表面積所需要的顏色,還必須引用1972年以色列學者貝肯斯坦,通過霍金證明的公式提出黑洞熵的概念和公式——它等于黑洞視界的面積。黑洞公式 S=(AkC?)/(4hG)。A=黑洞事件視界的面積,h=普朗克常數,G=牛頓引力常數,c=光速,S=熵,k=玻爾茲曼常量。

    以上如果設h、G、c、k等常數都為1,那么黑洞熵S=A/4。這里把黑洞事件視界的面積聯系球面的面積公式A=4πR? ,設球體的最大截面的面積為球體赤道截面的圓面積S=πR? 。黑洞熵像一個球面一樣,是封閉的所能包含信息量的最大可能的熵值,這取決于球的邊界面積而不是體積,因此A=4πR?=4S,反之,S=A/4。這里的證明,還要引用薩斯坎德的《黑洞戰爭》“持球跑進”,與特霍夫特的全息原理,以及對更大范圍的物質和信息觀控相對界計算熵公式S=A/4的應用——以及還要聯系龐加萊猜想外定理的蟲洞隧道里,類似“羊過河”圖像作的交點“三旋”量子旋轉選擇。

    眾所周知,在原子核、質子、中子、夸克里的強相互作用力是短程力,根本作用不到原子核外和原子外面去,所以對原子核外的電子和電子云有行星式軌道旋轉引力作用,沒有決定性影響;只對夸克和強子本身,有引力作用的決定性意義。正因為如此,是用膠子來行使強相互作用力的。其次,膠子也是只有三種顏色,說明它們也是一種表面共振傳力作用。另外,一般認為膠子是沒有質量,也說明質量在強相互作用力中,并不需要展示??梢娔z子即使有“熵”作用,也僅是在原子核、質子、中子、夸克、夸克膠子等離子體里,起切除修復和錯配修復機制的作用。

    量子色動弦學認為,裝在原子核質子和中子“口袋”里除三個味夸克外,還有暗物質。一是暗物質類似“量子冗余碼”,有“不合法”體旋造成的質量希格斯機制的翻轉頻率及混合角的存在。希格斯機制造就的質量,也有產生引力子穿出質子和中子殼層,吸引核外繞原子軌道作旋轉運動的電子。雖然原子核內質子數目與作旋轉運動的電子數目相等,或成比例增長表明,是電磁力對電荷的吸引,但只這一項是不夠的。二是還有大量的自由電子,存在于金屬物體內或原子外層,它們絕多數也并不脫離金屬物體。這種吸引力,僅靠價夸克的質量總和作用是不夠的;也有類似星系邊緣運動得快的恒星,是暗物質暗能量的作用。正是夸克色禁閉強相互作用力因量子色動力學解釋不完備和不充要,量子色動弦學出現才自然瓜熟自落。

    所以利用對龐加萊猜想外定理的獲證,以及對三旋理論第三公設“物質存在有向自己內部作運動的空間屬性”,和里奇流的聯系等研究,發現“千僖難題”這七大難題都屬于同一個系統。例如,“千僖難題”之一“P=NP?”的P多項式算法問題對NP非多項式算法問題,聯系魔方的數學建模,對應“冗余碼”的暗物質,類似魔方是屬于多轉座子的“束旋態”;而“避錯碼”的顯物質是類似陀螺,屬于單轉座子的“旋束態”。由此解決類似“P=NP?”的任何N階魔方,類似一個N值的魔方的階數,描述N階魔方的轉動,要看幾何概型。

    又例如,“千僖難題”之二的霍奇猜想:霍奇斷言的代數閉鏈的有理線性幾何部件組合,類似彭羅斯說韋爾張量引力是卡西米爾效應平板鏈線,和里奇張量引力是轉動互繞的卡西米爾效應平板堆鏈,它們各有自己的維數和程序清晰的幾何出發點……,等等。而冷卻至幾乎絕對零度的鉭砷晶體,發現內部存在韋爾費米子的材料稱為韋爾半金。費米子是組成物質的基本粒子之一,韋爾在1929年預言韋爾費米子的存在,他說無“質量”電子,可以分為左旋和右旋兩種不同“手性”,這種電子被命名為“韋爾費米子”。

    2012年和2013年中科院物理所的科學家,也預言在狄拉克半金屬中可實現無“質量”的電子。2014年他們再預言在鉭砷晶體等材料體系中,可實現兩種“手性”電子的分離。這為現代物理學引力子這種基本粒子和準粒子的內在統一,打開了一個窗口——引力子難發現,不奇怪——因為理論基礎并沒有完善到,引力子類似一個內外表面可翻轉的空心圓球,沒有翻轉時類似一個理想的圓球,是個2維曲面,它的自旋為整數的量子態,屬于玻色子。當空心圓球內外表面可翻轉為類似兩個圓錐體頂對頂——也類似兩個球面只有一“點”連接成像“8”字形的球串串時,這是一個3維曲面,它的自旋為1/2整數的量子態,就屬于費米子了。

    因為引力子作為類似負實數開平方和虛數開平方定義的基本粒子,其實表象是一種虛數大量子的粒子,屬于玻色子類,也可簡化看作“虛大量子粒子”,它主要參加虛數超光速的量子引力信息隱形傳輸作用。而作為韋爾張量引力,主要是靠規范場的時空間隙量子卡西米爾效應平板鏈,在傳遞牛頓萬有引力。但量子卡西米爾效應平板鏈每處間隙內外的量子起伏,參加的有實數和虛數兩類的多種不同組合的量子對,而要統一協調間隙鏈“點內空間”的量子起伏的引力作用,仍是虛大量子的引力子的功能。所以不管韋爾張量和里奇張量的引力,是分是合,引力子仍然是引力波不可離開的話題。

    這類似復數,實部和虛部可分可合。1884-1894年里奇通過研究黎曼、李普希茨以及克里斯托費爾微分不變量的理論,萌發了現稱張量分析的絕對微分學思想。1900-1911年里奇和他的學生列維-齊維塔,研究黎曼幾何和黎曼代數——現在來聯系光速研究的韋爾張量的“變量”和“不變量”,幾乎成了類似引力子的“分水嶺”。

    列維-齊維塔是1890年考入帕多瓦大學數學院,師從里奇;1894年畢業后,就留校任教的。當時因為已有了超光速存在實數超光速和虛數超光速之爭——實數光速如果作為“不變量”,它只能存在于實數類似的時空;它作為實在事物,這是一個可測量計算的唯一標準。但實數超光速,也可以類似或只可以作為謊言、戲說、假設或實驗與計算錯誤等存在——在科學理論中,這成兩難問題——以牛頓萬有引力和麥克斯韋電磁場波計算為例,光速不變,就難以解決“如設繞著星球作圓周運動物體的半徑為1米,它到星球表面最近距離為30萬千米,當星球的半徑大于30萬千米時,要速度只有光速大的引力子,傳到星球表面的信息才開始讓里奇張量引力,產生整個星球體積的同時理想收縮,那么就不能使星球直徑另一端的表面也同時開始收縮”。

    因此必然有產生一半對一半的實數光速引力子和虛數超光速引力子,并以實數引力子到達時間為準才行——引力是拉力,不是推力,說到底類似“收縮”。里奇要用“收縮”解釋黎曼張量包含的引力,但說不清楚具體的收縮機制。列維-齊維塔主張現實,說不清楚就模糊化。但兩人矛盾并沒有公開。愛因斯坦寫出物質分布影響時空幾何的引力場方程,不容易——要圖說非歐黎曼-里奇張量的“變通”,更不容易——因為里奇張量引力的整體收縮效應,牽連時空難以言說。

    愛因斯坦不明言列維-齊維塔的變通手法,就是證據——愛因斯坦是把時空的協變、聯絡,類比纖維線網織,從非歐黎曼時空本身明言是四維彎曲時空出發,空間彎曲結構自然僅取決于物質能量、動量密度,在時空中的分布。反過來時空的彎曲結構,會決定物體的運動軌道。這類似當沿著茶碗側面拋入一個玻璃球時,玻璃球就不會馬上落入碗底,而是沿著側面滾動一會兒。同理,地球會沿著太陽所造成的時空彎曲,滾向太陽周圍,又因地球是在幾乎為真空的宇宙空間里公轉,所以不會停止運動。

    3、韋爾費米子和馬約拉納費米子

    韋爾費米子和引力子的相同點在那些?韋爾1929年提出線性色散無“質量”電子的設想,是分為左旋和右旋兩種不同“手性”,而被稱為“韋爾費米子”。但手性”是屬于“奇性”,具體來看這種“韋爾費米子”,也有類似霍金與彭羅斯采用頂對頂圓錐體技巧證明“奇性定理”的性質:這是在正常的閉合二維面上,從該面出發的向外零性射線發散,而向內零性射線收斂。在閉合捕獲面上,無論是向內還是向外的零性射線,都收斂。這類似引力效應現象,所以與引力子有牽連——2015年中科院物理所方忠教授團隊,理論計算在拓撲半金屬鉭砷晶體里,發現具有“手性”的電子態,也就順理成章沿襲傳統,稱呼為“韋爾費米子”;預言藏身于鉭砷晶體當中有韋爾費米子。

    物理所的陳根富教授小組能制備出具有原子級平整表面的大塊鉭砷晶體。而有同步輻射光束照射鉭砷晶體,更容易把“韋爾費米子”展現在人們面前。由此我國的“韋爾費米子研究”,就被入選歐洲物理學會《物理世界》新聞網站,成為2015年度國際物理學領域的十項重大突破之一的新聞亮點。但“韋爾費米子”的發現,如只被說是電子學的基本建筑單元,那2015年英國皇家化學協會網站則報道,就有兩個國際研究組在爭奪首創權——中科院物理所團隊和美國普林斯頓大學物理學家扎伊德·哈桑團隊。

    事情沒完的是,2015年2月17日中科院上海丁洪研究小組,把“韋爾費米子”被發現的這項學術成果,提交給了國際著名《科學》雜志,然而到7月16日《科學》雜志在線,只刊登了哈桑小組和麻省理工學院的這項學術研究成果。中科院的發現,被《科學》期刊意外拒稿。所以有科學家說:如果中國在相關領域也有影響力大的高水平學術期刊,中國科學家的學術成果發表便不再受制于人。

    然而在“韋爾費米子”發現上說句公道話,由于多年排斥或不看重川大數學家柯召院士和魏時珍教授等的“柯召-魏時珍猜想”或稱“龐加萊猜想外定理”的研究成果,中科院等并沒有在韋爾1929年提出的線性色散無“質量”電子設想上,有重大的基礎理論創新突破——如探討“韋爾費米子”涉及引力子,在閉合捕獲面上類似霍金與彭羅斯采用頂對頂圓錐體技巧證明“奇性定理”的性質,此效應能與引力子有牽連——加之即使像掌握科學網、新華網、人民網、新浪網等新技術網絡平臺的一些高層次科學論壇版主,即使在國內外受過大學、研究生、博士生教育,實際對類似里奇流問題相關數學、物理、力學等前沿其實并不一定清楚,而成為排斥民科在前沿基礎科學與國際主流相向而行“跟跑”、“并跑”和“領跑”創新的高層屏障。

    只有《環球科學》雜志2012年第7期,陳超教授發表的《量子引力研究簡史》,可看出此被壓抑的情況——當然中科院等中國科學家,首次通過理論計算發現的鉭砷晶體家族的這種半金屬,以及首次通過角分辨光電子能譜,發現“韋爾費米子”的存在,也是對柯召院士和魏時珍教授等的“柯召-魏時珍猜想”或稱“龐加萊猜想外定理”的研究成果的證實和支持,值得大書特書——尋找“韋爾費米子-引力子翻轉”的科學競賽,也是世界各國的科學激烈“中性競賽”。

    眾所周知在物理學界,一個通過理論推導和公式推算出的結論,必須通過實驗驗證才能被承認。1928年狄拉克提出描述相對論電子態的狄拉克方程,到1929年韋爾指出,狄拉克方程質量為零的解,描述的是一對重疊在一起的具有相反手性的新粒子。但90多年以來一直沒有在實驗中發現“韋爾費米子”,也沒有發現“引力子”。事情沒完的繼續,是丁洪研究小組的論文,在未作修改的情況下,已被國際著名的《物理評論X》期刊接受發表。而且丁洪研究小組又在瑞士光源,觀測到鉭砷晶體中的韋爾點及其附近的四維韋爾錐。

    這與霍金與彭羅斯采用頂對頂圓錐體技巧證明的“奇性定理”,發現在閉合捕獲面上,無論是向內還是向外的零性射線,都有收斂的性質,是一致的嗎?也許丁洪小組沒有討論和注意。這種韋爾半金屬的另一個根本特性研究,成果能在在國際知名刊物上發表嗎?當然這方面也得力于拓撲半金屬領域中開創的理論原創工作,丁洪等中科院科學家能找到韋爾費米子的產生和觀測,就得力于此提供的新思路和途徑。如早在2011年南京大學萬賢綱教授,就與幾名國際研究者合作,通過理論計算,預言一種復雜磁結構的銥氧化物,可能是韋爾半金屬。同時中科院物理所的方忠、戴希等科學家,也預言鐵磁尖晶石HgCr2Se4,可能是韋爾半金屬。但是由于磁性材料的復雜性,這兩個理論預言的實驗驗證,都變得非常困難。

    失敗使得變為尋找一種非磁韋爾半金屬,成為方忠等科學家的想法。在2012年和2013年兩年里,他們先后從理論上預言鈉三鉍晶體(Na3Bi)和三砷化二鎘晶體(Cd3As2),是狄拉克半金屬。里面存在的三維無質量狄拉克電子,是由一對重疊在一起的具有相反手性的“韋爾費米子”構成。2014年他們先后在《科學》和《自然——材料》發表一篇論文。理論預言的證實,是首次被稱為發現的“三維版本的石墨烯”。這為實現相互分離的手性韋爾費米子,提供了新思路和途徑。翁紅明教授還從發表于1965年的一篇實驗文獻中,獲得靈感。他通過第一性原理計算,認為砷化鉭(TaAs)晶體等同結構家族材料,可能也是韋爾半金屬。這類材料能夠合成,并且沒有磁性,打破了中心對稱,是實驗制備、檢測,都非常便捷的絕佳材料。翁紅明與戴希、方忠等合作,在確認了這一結論后,2014年他們將此理論預言,在arXiv網站率先向國際公開才受到同行的關注——包括中科院、北京大學、普林斯頓大學等眾多實驗小組,都投入實驗驗證工作。

    四、量子通信涉及引力子的證明與應用

    韋爾費米子和馬約拉納費米子涉及引力子的證明,更聯系中國的量子引力通信和量子計算機等產業——量子引力通信與量子計算機合體的雙結構,最終才能真正共同組成“一體兩翼、雙輪驅動”的網信事業——作為量子衛星更大的目標,是在地月間建立30萬公里以上的量子糾纏,才能檢驗量子物理的理論基礎,并可探索引力與時空的結構——這里涉及量子糾纏的意思是,兩個處于糾纏狀態的量子就像有“心靈感應”,無論相隔多遠,一個量子狀態變化,另一個也會改變。

    但將一對有“感應”的量子分置于兩地,適用于保密通信,還有一項工作,是光速量子密鑰的分發;以往的量子糾纏分發,實驗只停留在百公里的距離。所以潘建偉院士就說:上世紀90年代中國缺乏開展量子實驗的條件,但現在條件具備,量子糾纏在時空中的無限延展,就是量子引力通信——至少現在理論是這樣。因為量子糾纏會受到引力影響,它的品質會下降。對時空結構和引力開展前瞻性研究,通過不斷地擴展量子糾纏分發的距離,在實驗上可探尋到量子物理和相對論的邊界——物理學終究是門實驗科學,再奇妙的理論若得不到實驗檢驗,無異紙上談兵。潘建偉院士希望:在地月拉格朗日點上放一個糾纏光源,向地球和月球分發量子糾纏;通過對30萬公里或更遠距離的糾纏分發來觀測其性質變化,對相關理論給出實驗檢測。

    前面已經說過是彭羅斯的引力里奇張量效應解釋,和玻爾的電子圓周運動收發光子的聯系——彭羅斯說愛因斯坦的廣義相對論引力方程中,里奇張量是指當一個物體有被繞著的物體作圓周運動時,被繞物體整個體積有同時協變向內產生類似向心力的收縮作用。這種里奇張量聯系兩者引力效應的“介子”,應該有引力子共振。而玻爾說物質原子里的電子和電子云,就有繞原子核的圓周運動,只是沒有說有引力子——玻爾只是想象電子沿定態運動的軌道,可以從一個軌道跳躍到另一個軌道,同時發出或是吸收光能、光子玻色子。但兩者對應,這里也應有引力子玻色子。沙寅岳教授曾說,量子力學是電子軌道不變,電子的運動速度可變。在兩個不同的過渡狀態,會產生多余的能量,多余的能量會以光的形式釋放出來,并且兩個不同運動狀態前后的頻率之差就是光的頻率,用公式表示:Fp = Fb - Fa 。

    式中Fp為光子的頻率,Fb為電子發出光子之前的頻率,Fa為電子發出光子之后的頻率。這里電子的頻率是指電子的分子軌道頻率,或從一個原子向另一個原子運動發生軌道改變而發出。光子是正負帶電粒子組成的旋轉電偶極子,旋轉軸的方向與運動方向垂直。如果考慮氫原子基本半徑軌道上的電子發射光子的頻率,那么電子的速度等于光速乘以精細結構常數,電子繞質子運動的頻率是光的頻率的二倍。電子的動能與電子的基本頻率之比是普朗克常數,電子的基本頻率是氫分子軌道的頻率,電子的軌道頻率與光子的頻率存在非常精確的關系。量子霍爾效應和分數量子霍爾效應更加證明,電子存在同頻共振和異頻共振的穩定狀態。這樣量子力學也被稱為玻爾量子力學,但沙寅岳教授沒有談它的里奇張量效應的量子引力行為,也不完善。

    光子玻色子和引力子玻色子的牽連,區別和相同點又在哪里呢?區別是光子已經被發現,而引力子至今未找到。相同點有三:運動速度一樣,是光速;靜止質量一樣,都為0;中性一樣,不顯電性。光子玻色子和引力子玻色子的牽連,重要的是引力透鏡現象。這是由于時空在大質量天體引力附近會發生畸變,使得光子光線經過大質量天體引力附近時發生彎曲。如果在觀測者到光源的直線上有一個大質量的天體引力,則觀測者會看到由于光線彎曲而形成的一個或多個像。

    那么光子玻色子和電子費米子的牽連,除玻爾原子模型和沙寅岳說的情況外,還有哪些根據呢?這就是中科院翁紅明、方辰、戴希、方忠等科學家說的存在三重簡并的電子態的新型費米子,其準粒子就是三重簡并費米子,即狄拉克費米子、韋爾費米子和馬約拉納費米子。但最為經典和廣泛認知的還是狄拉克的電子方程的四重簡并的狄拉克費米子。這個過程是,現代物理對電子的自旋如面旋,是球就不能取z和y兩個空間方向同時作面旋,而是對球電子轉軸只能一個方向取如-z和+z兩個相反的值。這在三旋理論的環量子上,是面旋正反轉,加上體旋的倒軸向。

    1925年海森堡,創新出量子力學的“矩陣版本”后,泡利立即配合,說電子自旋不能同時取兩個空間方向正好對應。不僅如此,他們還把這類只作面旋的球量子自旋編碼,說成是“不對易”概念的數理特征。量子力學有了“不對易關系”矩陣表示聯系后,泡利再翻新電子的自旋描述,可用SU(2)群的2維矩陣來表示。那么貫穿整個粒子物理發展的SU(2)群的2維矩陣,與球量子表示的4維時空有什么樣的迷魂之處呢?玄機是曲面的“邊界”既可以說是2維曲面,也可以說是3維曲面。這是2維球面可以考慮為是將2個圓盤的“邊界”,無縫的粘合起來形成的封閉球面。同理,3維球面可以考慮為是將這種2個2維球面,像數字“8”那樣在一個“點”處,無縫的粘合起來,形成“球串串”類似的封閉圖形的“邊緣”。

    常識是,2維球面這種單獨的一個球體,轉一圈是360度。圖說3維球面轉一圈是720度,是自旋類型不同的獨特之處。如泡利就說:從SU(2)群的一個2維矩陣,表示回到自身需要經過720度的旋轉,可考慮3個矩陣。后來泡利、海森堡、狄拉克、洛倫茲等,更是在SU(2)群的一個2維矩陣的數學大戲上作編排——例如,在類似球點三角坐標xyz,因三處都有1=1,1=(-1),(-1)=(-1);0=0,1=0,(-1)=0等多種配搭,即選擇何種2維矩陣都行——以上這3個矩陣,就構成了SU(2)群的一個2維基礎表示,這3個矩陣的線性組合可以構成3維球面上的任何一點。由此把2維表示聯系電子的波函數需要的2分量的向量,正好一個分量描述電子自旋向上的狀態,另一個分量描述自旋向下的狀態,且可從一個分量連續變化到另一個分量。

    但環量子三旋標準,對此評說是只知自旋類似球量子的面旋描述,沒有體旋描述。狄拉克發現的向量描述,需要4分量的“完整的電子波函數”,被說成這個4分量向量,對應洛倫茲群的4維表示的基,也被稱為“旋量”。這多出的2個分量形成的向量,用于描述正電子,這個球量子是空洞;并且對要旋轉720度的三維球面的“8”字形的“球串串”,還可以由一個電子和正電子,有間隙似地無限靠近組織完成。從洛倫茲群的2個SU(2)群的張量積,看該向量,可作為SU(2)群的2維表示的基,以暗示球量子面旋不變動位置,但轉軸方向倒位的上、下“自旋”,也就是“同位旋”,正好是電子所處的兩個不同狀態。由此泡利、海森堡、狄拉克等,為核子理論鋪平了道路。海森堡反過來還類比泡利的SU(2)“自旋”理論,將SU(2)群用于描述核子。海森堡是最先把球量子面旋轉軸方向——倒位的上、下自旋,仍堅持類比“自旋”,提出“同位旋”概念的。

    如此說來,引力子應該雷同光子一樣普遍存在,但又為什么測不到引力子呢?引力子沒有地位的原因,主要是量子引力共振糾纏量子傳輸接頂,不管韋爾張量和里奇張量是分是合,引力子雖然仍是共振量子色動引力學不可離開的話題,但量子引力共振的復雜,不同于音叉共振共鳴的無形傳播——“聽”,只是利用無形介質空氣傳送共振的原理對聲振動的諧波作分析——而引力共振,類似量子糾纏隱形傳輸,是將原物信息分成經典速度傳輸和量子隱形傳輸信息兩部分的。

    這又分別經由經典通道和量子通道,傳送給接收者的。經典信息,是發送者對原物進行某種測量而獲得的。量子信息,是發送者在測量中未提取的其余信息,通過糾纏來傳送的;接收者只有在獲得經典傳輸的信息之后,才可以制造出原物量子態的完全復制品。這種兩者統一的不可分,是量子引力涉及經典通道、經典光速的引力子,與量子引力涉及隱形傳輸的量子通道、量子虛數超光速的引力子。但又是以前者經典通道、經典光速的信息,傳送給接收者時才為準開始認知。這使絕大部分引力子,好像沒有了地位。

    這里經典通道、經典光速的引力子,類似靜止質量為0的中性光子或中微子——做引力實驗對比,兩物體之間的距離需要30萬公里以上,地面上無法達到——所以即使存在量子里奇張量引力效應,這種引力子也被忽視,由此引力子看起來很少——反之能做的實驗,是以經典通道、經典光速的引力子為準,自然超前的量子虛數超光速的引力子就沒有了意義。而最近的地球與月亮之間的距離雖夠,但無法去做此類實驗,測量引力子也就是空話。

    這里還要說明的是,引力子為光速,是測量決定的。而“測量”本身本質,是指傳統經典光速范圍。其次量子的概率,本身本質也是指傳統經典光速和測量行為。這里雖然實數超光速不存在,但引力子虛數超光速是存在的。理論根據是:從愛因斯坦質能轉化公式E=MC?,到希格斯質量場方程E=M?h?+Ah?,可證引力子,是類似負實數開平方和負虛數開平方定義的基本粒子。由此,引力子不同于電磁力、強力、弱力等其他三種相互作用力的“介子”的地方,是唯一它才具有穿過時空四維以外的額外維,有通過高維和多維的多層時空功能。這關系到里奇張量解讀:因為當星體有被繞著的物體作圓周運動時,被繞星體整個體積有同時協變向內產生類似向心力的收縮作用,就不管韋爾和里奇是分是合,引力子類似復數,實部和虛部可分可合。這種對稱與對稱破缺的統一,是必然要求產生一半對一半的類似實數光速引力子和虛數超光速引力子,而且開始收縮,只能是以實數引力子最先到達的為準。這就不違反相對論的邏輯,和實驗觀測的事實;也是杜絕暗物質、暗能量的亂用亂套的關卡。其次,這里由于經典的光速測量引力子是韋爾張量引力效應,即使測量到引力子,也難與光子或中微子區別而被忽視。

    引力子難于發現,還可以類比磁場和磁力線,測量到磁力線,但人們并沒有普遍發現磁力子或磁單極。從宏觀和顯物質,延伸到微觀和暗物質,量子信息隱形傳輸往往有無形介質暗物質在從中配合,但人們不易發現。因為虛數超光速是約每秒30萬千米以上,人們接觸的距離和大小沒有超過光速尺度。但量子糾纏,無論是在定域中發生,還是在非定域中保持,發生糾纏的量子之間必須要通過一種東西來聯系。在量子之間起聯系作用的這種東西,也類似磁力線。

    磁力線有一定的剛度,對于無靜質量(即無慣性)的光量子而言,不論這個磁力線本身的剛度真值是多么的小,它相對于無靜質量的光量子而言,其剛度的相對值便是“無窮大”,所以才會發生只要改變其中一個光量子的狀態,另一個光量子的狀態也同時作改變的情況——光量子的糾纏,表面上看起來象鬼魅一樣,實際上是因為光量子無靜質量引起的。光量子無靜質量,也即光量子無慣性,連接光量子的磁力線的“剛度”不管其值是多么地小,只要這個值不為零,這個值相對于無靜質量的光量子而言,便是“剛度”無窮大。因此,發生糾纏的光量子即使被分開到相距很遠的距離處時,人為地改變其中一處的量子的狀態,這個狀態就會通過具有“無窮大剛度”的磁力線,引起在另一處的無靜質量的光量子,作同時性的狀態改變。

    以上便是量子發生糾纏時,量子的狀態改變具有“同時性”的原因——根據的實驗和理論,是量子卡西米爾效應平板現象——但引力子普天下都是,為什么檢測不到引力子?這可類比磁鐵吸鐵的磁現象為什么似乎罕見?按理磁性起源的經典理論和實驗,從安培電流或環形電流說,在物質中電子繞原子軌道作旋轉運動自旋的環形電流很普遍,電子存在自旋也就是自身具有磁性,可以說磁性是無物不有、無處不在——由于磁鐵的N和S磁極,就源自無法再分割的電子,它具有N極和S極,所以無論把磁鐵分割得多么微小,它都有N極和S極——但磁鐵吸鐵的磁現象的稀少,道理是一個原子有多個電子,如果排列有序變亂,它們的自旋相互抵消,使多數電子的自旋與磁性無關,物質整體也就不會顯磁力。

    同理,單從里奇張量顯引力效應的現象看,當星體有被繞著的物體作圓周運動時,被繞星體整個體積有同時協變向內產生類似向心力的收縮作用,自然界和宇宙中產生的引力子很多。但正如地球上的人很多,然而同一時間各個人或各群人做的事有不同一樣,各種里奇張量引力效應產生的引力子,針對的是不同的“圓周運動”,類似編碼了一樣,各批引力子走各自的道。如果沒有類似編碼的區別,引力效應就會亂套。但至今物理學認為:引力子沒有內在的區別。由此也就不能遵循各種里奇張量引力效應情況下的引力子密碼,去檢測引力子,所以引力子至今未找到。

    其次,引力子的引力效應,本質是一種量子糾纏。這種量子通信很容易受環境條件等因素影響而屏蔽,引力子也就不容易檢測到。而且實驗制作檢測引力子的材料,也如同實驗制作檢測韋爾費米子和馬約拉納費米子的材料很困難一樣,不容易也就難去檢測。引力波不是引力子,而是引力效應。引力方程不是引力子,僅是計算產生引力子的韋爾張量和里奇張量效應的結果。從引力子密碼學和引力子材料學看,傳統到現代對引力子的本質本征的理論認識,仍然缺少,所以難以指導引力子的檢測。這里我們提出量子引力全息自旋糾纏原理和量子引力密碼記憶儲存原理,來闡述這類問題——這些研究30多年已經公開發表了多篇論文和出版了多本專著,但沒有被重視。

    例如,1985年湖南省《自然信息》雜志第三期發表的《隱秩序和全息論》,是闡述量子引力全息自旋糾纏原理的,獲四川省思維科學學會優秀論文一等獎。1986年南京《華東工學院學報》第二期發表的《前夸克類圈體模型能改變前夸克粒子模型的手征性和對稱破缺》,是解決以色列魏茲曼科學院院長哈熱瑞1983年提出的夸克和輕子內質量“奇跡般”相消的難題?!侗本┛萍紙蟆?、《信息報》等,以“一道世界物理難題獲解”作過報道。這個難題的延伸,實際聯系量子引力密碼記憶儲存原理。道理是,物質質量直觀認識來源重力,重力與引力相關。哈熱瑞在解決了零質量問題后,卻遇到了超對稱使質量的手征性,發生對稱性自發破缺的問題。

    這個問題的解決,能把質量與量子自旋聯系起來,最終與體旋和偏振相關。道理是,體旋存在“偏振”過程而有多個向量。這在網文《夸克禁閉四色定理新解》中有說明。這里體旋與“偏振”實際成為一種量子密鑰密碼,與此引申出量子引力密碼記憶儲存原理;反過來,也能統一量子引力全息自旋糾纏原理。道理就如為什么陀螺,比指南針的定向更基本?這個道理明白后,為什么量子糾纏隱形的虛數超光速傳輸和實數光速傳輸是兩種形態,又是統一的,也就能明白。

    即量子糾纏隱形的虛數超光速傳輸的本質原理是什么?本質原理簡單說就是拓撲球量子的自旋自身有手征性,無須外環境影響去識別。道理類似指南針能定向,在地球各地除兩極外,都能定向相同指向南方,是外環境地磁場貌似全域性,在地球各地除兩極外,都能對指南針定向相同指向南方起作用。但離開地面、地球,指南針也就不起作用。即使地磁場也依賴地球自旋的手征性,但這個球量子太大了;而安培環形電流有磁場手征性,這個環量子又太小了。因此如果航天飛機或人造衛星離開地球,或在受磁性材料干擾的地方,用指南針定向是不適用的。但陀螺羅盤不需靠磁力線的作用,在宇宙太空能定向,是利用陀螺本身的多層自旋來定向的。

    陀螺類似球量子,這種球量子自旋定向的原理,也能揭示自然界中自旋調制耦合功能的EPR效應普遍存在。量子引力通信也如此。

    1、引力子有自旋和手征性嗎?

    先說有人認為1994年格林伯格實驗,是用嚴格實驗證明類似人腦之間存在量子超光速影響的“心靈感應”——把量子纏結看成是超光速,這不是嚴格證明。一是三旋理論指出,任何量子本身就是一個類似超級陀螺儀的三旋陀螺,量子之間進行纏結,類似陀螺儀使用前進行的測量與標準之間作的調整校對,所以陀螺儀使用中間產生的任何測量信息,在使用者之間都是明確的,即是“超光速”的。這跟愛因斯坦、波多爾斯基、羅森提出的量子EPR效應一樣——這種被迷惑的量子力學非定域性,有糾纏——量子糾纏所謂粒子間神秘的聯系奇妙,就在其中的一個粒子經過測量,就可以了解另外一個粒子的狀態,一個粒子的變化都會影響另一個粒子。

    即兩個粒子之間不論相距多遠,它們是相互聯系的;量子糾纏是兩個(或多個)粒子的疊加態,這些粒子作為一個整體來看,如果試圖竊聽或偷走其中一個光子的信息,都將任何信息得不到。這種特性也是它的保密安全性之所在。而量子信息隱形傳輸,就是借助于兩個粒子之間的糾纏作用,將待傳輸粒子的未知量子態傳送到另一個地方。其基本思想是:將原物的信息分成經典信息和量子信息兩部分,它們分別經由經典通道和量子通道傳送給接收者。經典信息是發送者對原物進行某種測量而獲得的,量子信息是發送者在測量中未提取的其余信息,通過量子糾纏來傳送。接收者在獲得這兩種信息之后,就可制造出原物量子態的完全復制品。這個過程中傳送的僅僅是原物的量子態,而不是原物本身。發送者甚至可以對這個量子態一無所知,而接收者是將別的粒子(可以是與原物不相同的粒子)處于原物的量子態上。原物的量子態在此過程中已遭破壞。但這如何來說明引力子通信的量子糾纏和量子隱形傳輸呢?

    無論是拓撲球量子還是拓撲環量子的自旋,自身就有手征性,定向不講外面環境的區域性。特別是環量子因為存在面旋、體旋和線旋等三旋,自旋手征性更復雜,因此量子力學非定域性特性與三旋的關系更豐富。在EPR實驗中,之所以曾經耦合過去的光子,在分開以后還會出現整體效應,這正是因為像陀螺羅盤,在出發之前經調制一樣,耦合過的光子,它們像經過調制的陀螺一樣,離開地面的陀螺羅盤的方位測量,是跟它調制配對時的另一陀螺羅盤的方向測量一致的,因此在EPR測量中,兩者的量子效應是一樣的。

    再說量子概率克隆應用于量子信息提取和量子態識別,雖然是目前量子通信處理的一個好辦法,但類似電子傳真、電子郵件和基因復制,量子概率克隆并不等于能類似已經超光速地追上復制真品的時間。正是從量子不可克隆的基礎出發,潘建偉、陸朝陽、朱曉波、王浩華等專家能夠用3個基本部件構建出單光子量子計算機:纏結粒子、量子移物器和每次處理單個量子比特的門。例如,從移物器制造兩量子比特的方法,是采用經仔細修飾的纏結對把兩個量子比特從門的輸入傳送到門的輸出,而修飾纏結對的方法恰好是讓門的輸出接收適當處理的量子比特。這樣,對兩個未知的量子比特執行量子邏輯的任務,就簡化為準備預先定義的特殊纏結對并進行傳輸的任務。

    顯然,使移物成功率達到100%所需的完整貝爾態測量本身,就是一種兩量子比特的處理過程。由于各個粒子的狀態彼此緊密相關,一旦某個粒子的狀態因受到測量而確定下來,其它粒子的狀態也隨之確定。但區區幾個量子比特,不足以實現任何稍微復雜的運算功能,要制造實用的量子計算機,多粒子糾纏的操縱就成制高點。

    現在我們來說決定引力子是否有量子糾纏和量子信息隱形傳輸?從定向來判斷,曾經調整校對過手征性糾纏的一對陀螺類似的球量子,不管它在地球上,還是遠離地球多遠,測量最好至少要遠隔30萬千米以上。當然陀螺定向的原理,主要是陀螺必需轉得夠快,或慣量夠大(即角動量要夠大)等條件,旋轉軸才會一直穩定指向一個方向。陀螺儀是裝置在除了要定出東西南北方向,還要能判斷上方跟下方的交通載具——只要把高速旋轉陀螺的轉軸指向,與飛行器的軸心比對后,就可以得到飛行器的正確方向。而指南針羅盤不能取代陀螺儀,道理也是指南針只能確定平面的方向,利用的是地球磁場定向,會受礦物分布干擾和受飛行器含鐵物質的影響;而且在地球兩極,地理北極跟地磁北極的不同而出現很大偏差。

    但以上這些對引力子糾纏機制判定的條件,如高速旋轉都是自帶的,就不說。從最簡單的拓撲球量子自旋,說它自身有的手征性,定向此時是不分太空環境的區域性,道理是球量子自旋以類似的球體描述,自旋轉軸有箭頭向“上”、箭頭向“下”、箭頭向“傾斜”等區別。這里暫不管“傾斜”,只把自旋方向和自旋轉軸向“上”或向“下”,以及加上手征性,作為它自身行為的一個方向性識別不變組合,是四種情況的避錯碼。由此類比太空陀螺儀定向,與地面曾糾纏過的陀螺儀定向,是不需要經典通道和量子通道,以及介質或介子傳送,兩處陀螺儀之間的定向判斷,也類似虛數超光速聯系的。但這種虛數超光速聯系,不能說明遠隔30萬千米以上的引力效應,不需要經典通道和量子通道,以及介質或介子傳送。

    因為量子引力的引力子經典通道傳送信息給接收者,是牛頓引力公式的扭秤實驗證明的。而彭羅斯是用韋爾張量和韋爾曲率,即針對不管平移或曲線運動,體積形變仍是與直線距離平移運動作用一樣,只類似一維的定域性的拉長或壓扁的潮汐或量子漲落的引力效應說明的。這種韋爾張量和韋爾曲率的經典通道傳送給接收者,是決定性的,而且有類似有線電話和無線通訊的區別,以及是這兩種形式的結合。但量子引力的引力子量子通道傳送信息給接收者,是愛因斯坦廣義相對論引力公式的引力透鏡觀測證明的。而彭羅斯用的是里奇張量和里奇曲率,即當星體有被繞著的物體作圓周運動時,被繞星體整體體積有同時協變向內產生類似向心力的收縮作用的引力效應說明的——這里不管韋爾張量和里奇張量的引力效應,是分是合,引力子類似復數,實部和虛部可分可合。但在物質和星球體內說到底,還是一種量子卡西米爾效應平板對堆鏈——走向有序也必然像鐵、鎳、鈷等元素的磁力線那樣,形成像一串重疊的圓環餅子組成的極性走向的圓弧極限,最終爆發也像北極出南極進的磁力線轉動循環,是一種全域性或非定域性的體積形變引力效應——但它走出鐵、鎳、鈷等物質,就類似進入的是“點內空間”或稱“虛數時空”,像虛數粒子一樣。

    引力效應量子卡西米爾平板間的韋爾張量收縮效應,與被繞離子核,在量子回旋間非定域性的里奇張量收縮效應的量子引力信息隱形傳輸機制,本質雖有不同,但“里奇張量”和“韋爾張量”又是統一的。這是牛頓萬有引力和愛因斯坦廣義引力這兩種引力機制在路徑積分的路線間隙上,以及雙方物體內,有無數的量子卡西米爾效應平板對,和形成有量子卡西米爾效應平板對鏈堆——由于量子卡西米爾效應平板對,間隙內外有真空量子起伏——有實數對量子起伏,虛數對量子起伏,復數對量子起伏——這種“里奇張量”和“韋爾張量”的經典通道與量子通道,它們之間路徑的實數光速和虛數超光速量子信息隱形傳輸聯絡,類似蟲洞。

    韋爾張量的引力效應,雖能靠時空規范場的間隙量子卡西米爾效應平板鏈在傳遞牛頓萬有引力,但量子卡西米爾效應平板對鏈在每處間隙,相因子的量子起伏參加的,是實數和虛數兩類的多種不同組合的量子對。而要統一間隙量子卡西米爾效應平板堆鏈內,空間的量子起伏的引力作用,仍是兩種機制中的虛數超光速引力子,才具有的超前組織協調的強大功能——即量子卡西米爾效應平板鏈類似有線電話通信的經典通道和電流;但引力子類似無線通訊的電磁波,是用等價于虛數超光速“相因子”的里奇張量編輯的量子通道和傳送者。

    里奇張量和韋爾張量,都是一些等于“0”量子真空起伏能量的可觀測效應——卡西米爾效應,是兩個平行平板間隙內外的壓力差不平衡,才造成的兩個平行平板之間的相互吸引或排斥——在宏觀中,像波浪推動物體前行靠近的引力或排斥,壓力差只來自外力。這種引力機制,本身就類似常識用柔性的繩子拉,和用剛性的棍子推等一樣,但量子引力卡西米爾效應,與兩個物體本身之間的聯系不是直接的。

    那么眾多的引力子在各種不同的里奇張量與韋爾張量引力任務中,如何知道各自或各群的分工配合的呢?這就要討論量子引力信息傳輸需要的密碼和密鑰。在目前實踐的地面量子通信和星地量子通信中,為防止泄密需要的量子密碼和量子密鑰及分發,是采用光速量子傳輸,只需涉及光子、電子、電荷,所以引力子看起來也就不重要,而不被重視——但其實不然,引力子比光子、電子、電荷的量子通信廣泛得多,而且也能把量子通信和量子計算機結合起來,對人類社會未來有深遠的影響。

    量子引力信息傳輸,從球量子自旋和手征性定向調整校對糾纏現象上看,叫做“量子自然全息自旋糾纏原理”。道理是,類似陀螺,只有整體形態一致的量子,自旋才有避錯碼的存在。反之,類似魔方的非整體形態一致的量子就不行。魔方只可與類似球量子自旋編碼的冗余碼聯系。暗物質原子量子就是被看成屬于冗余碼的量子編碼物質,所以不容易發現,即使暗物質很重、很多。里奇張量引力的量子傳輸普遍存在,一處里奇張量的引力子是如何設定它們的引力行為呢?這也是引力子和量子計算機統一量子信息傳輸考慮的問題。實踐提示的是,現代量子計算機和量子糾纏的測量,利用的是類似光子的偏振行為,而不僅是轉軸方向的手征性區別。

    況且對眾多各種情況的引力傳輸設定,球量子自旋轉軸方向手征性編碼的數目太少了。但如果加上球量子偏振,就能大大增加編碼符號設定的基本單元。例如,球量子偏振進動,在環量子的三旋理論中,是屬于體旋范圍。用垂直于球量子體旋軸作切面,大圓有360度的角度方向可分。其次,過球量子體旋軸作切面,大圓也有360度的角度方向可分。把360個方向作為符號編碼設定,兩個切面的組合,編碼信息量是2的(2×360)次方。把其中相同的兩個符號的編碼,看作靜止不動點或冗余碼,只有(2×360)個。從中減去后,仍是宇宙級數量的編碼數。這也成為“量子信息記憶儲存原理”的基礎,以及量子引力通信傳輸內容發報和接收的基礎。

    由于量子引力糾纏編碼各種引力子定域性不會混亂,這不僅是球量子可行。如果是環量子,因它除體旋和面旋外,還有線旋。線旋又分平凡線旋和不平凡線旋。不平凡線旋還可分左斜和右斜兩類。而左斜和右斜這兩類,各自還分上下兩種方向性轉動。所以對自然、宇宙、點內與點外空間的任何量子引力行為,用來編碼都是足夠的。這也是人類大腦的量子信息記憶儲存原理的一部分。但須要說明的,聯系垂直于球量子體旋軸的切面,和過球量子體旋軸的切面,統一韋爾費米子和馬約拉納費米子,也能用這種剖面圖來說明,而且對三重簡并的狄拉克費米子也能說明。

    例如,過球量子體旋軸作切面,剖面圖是個大圓,設定為是一個垂直平面。那么垂直于球量子體旋軸的大圓切面,就是一個水平面;它在垂直的剖面圖上,投影是過大圓圓心的水平線,與大圓邊線相交的左右兩點,就代表“韋爾費米子”,以及可分為左和右兩種不同設定的“手性”。而此垂直的大圓剖面圖上的圓心,就代表“馬約拉納費米子”,以及它的反粒子就是自己本身。這雖是同一點,但實際這個圓心點,是過水平線直徑的中點,和過水平面剖面圖大圓邊線,與垂直的過球量子體旋軸的切面的交點,在垂直剖面上的投影。

    而狄拉克費米子,是用垂直剖面大圓邊線與垂直的過圓心的直徑的上下交點代表的不同手征性。從體旋聯系量子質量來說,狄拉克費米子質量可以為0和不為0 。不為0即為狄拉克電子。而在水平面剖面上的韋爾費米子和馬約拉納費米子,質量都為0,是此時體旋與面旋的正交點。至于韋爾費米子和馬約拉納費米子的自旋為1/2,與引力子類似空心圓球內外表面翻轉有關——空心圓球是個2維曲面,自旋為整數引力子是玻色子。但類似空心圓球內外表面翻轉成類似頂對頂的圓錐體像“8”字形的“球串串”,就是一個3維曲面,自旋要旋轉720度,就是費米子。

    狄拉克費米子的自旋情況也如此,還可以是由一個電子和正電子,有間隙似地但又是無限靠近在組織完成1/2自旋的。

    3、涉引力子外科學簡史

    如何將量子理論和引力子結合在一起,其實引力子現象本身就是自然、宇宙管理萬事萬物的“天網工程”、“天眼工程”——“天網恢恢疏而不漏”,也適用于自然、宇宙、地球的機制——量子引力通信,地球、宇宙本身就處在引力全息之中。

    用激光全息攝影成像原理的三種性質來比較,引力全息也有類似特征。例如,激光攝影中需要兩束相干光線的結合聚焦,這與引力效應研究需要完善引力子的功能和傳輸信道有聯系。因為類似磁場和電場存在引力和斥力現象;電磁場糾纏、共振、傳輸可以用電磁波含虛數光子、電子解釋。但引力產生引力波,引力波不是引力子,而是衍生時空和衍生幾何現象。引力沒有斥力,引力波能使兩個物體靠近,也是靠物體后面的推力。但引力子是靠拉力,所以用繩子模型或棍子模型,可直觀說明產生拉力要使用的工具和方法——這也僅是引力的拉力直觀模型。

    因為類似“超距”的引力現象,還可以用無形的類似聲音、電磁波、信件等信息、命令傳輸,結合類似戰場戰爭指揮抓人、捕人、取物的模型,來說明韋爾張量和里奇張量的量子引力信息隱形傳輸機制。以及韋爾費米子和馬約拉納費米子涉及引力子,是類似前線的指揮員、組織者的角色——這里不需要繩子、棍子,只需要有類似經典、傳統的信道傳輸,及社會追隨的群體、個體糾纏,前線戰爭的指揮員、組織者,自然在后方的指揮平臺的驅使下,就會組織自己的隊伍去完成類似引力的任務。

    這里要說明類似激光攝影成像,存在兩條量子傳輸相干光線和路線,對應的量子引力信息隱形傳輸,信道仍然是兩種——經典的是路徑積分上的量子卡西米爾效應平板對鏈,以及真空量子起伏的虛、實數量子對——這類似物資后勤運輸部隊、民眾支援前線隊伍及路線等。

    量子信道是指合在經典信道中的引力子,以及虛數超光速傳輸的信息——這類似戰爭后方指揮部和前線指揮所之間,有時仍然有少量的指揮員、組織者在交流、協調來往一樣。即在引力現象中,引力子在路徑上的少,聚在實體上的多。再說激光攝影成像第二個特征的減維原理,是激光全息攝影描述的3維圖景的所有信息,都能降維被編碼到2維膠片上的明暗相間的圖樣上;反之,用這個膠片和兩條相干光線又可以復現該3維圖景。引力現象從這種三維變二維功能出發,提供了韋爾費米子和馬約拉納費米子的材料制作和產生方法的方向。

    第三是激光攝影的圖像,還有“部分與部分、部分與整體相似”的全息特征,聯系引力現象類似“天網工程”、“天眼工程”、“天網恢恢疏而不漏”——聯系類似自然、宇宙萬事萬物的規律、機制的完整性、可分性、不確定性、精確性等對稱的統一性,與自發對稱破缺的統一性。從深度學習全息原理的角度去看待量子信息,也許能演生時空模擬及量子拓撲物態的成果。例如,復旦大學吳詠時教授,是既研究引力理論又研究凝聚態物理的專家,他認為量子計算機能聯系衍生時空和衍生幾何,這是中肯的。

    因為產生量子里奇張量引力的機制,能把量子計算機和量子引力通信連接在一起,可以用來研制“量子色動糾纏引力智能手機”——潘建偉院士等的星地量子通信實踐,已解決了量子通信中的類似光速信道的量子密鑰分發。如果“量子色動糾纏引力智能手機”能成功,實際這是一場“新工業革命”,其普及推廣也是一項全球的“科學天眼工程”。薛其坤院士早指出,研究拓撲量子物態是制造更好電子器件的基礎,韋爾費米子和馬約拉納費米子的發現,已說明這一點。

    復旦大學萬義頓教授曾跟隨加拿大圓周物理研究所的理論物理學家李。斯莫林攻讀博士學位,斯莫林教授的圈量子引力論研究,就涉及環量子。萬義頓教授如果重視拓撲量子物態凝聚態物理,可從體現在量子信息和量子計算方面的量子技術未來的方向去發展——如南方科技大學和北京大學的俞大鵬院士強調的對單光子、單電子等單粒子的控制,這與北京師范大學寇謖鵬教授研究的冷原子到拓撲絕緣體有關。這類研究是實現量子信息和量子計算開初的基礎性工作,但引力子可以不是低溫。操縱好、用好量子手段,還有如做原子鐘、精密測量,甚至可用來做癌癥的早期診斷等應用,為人類帶來福祉。

    潘建偉院士說:“量子信息到了破土而出的時候”——這基礎到宏觀和微觀顯物質粒子的共振、噴射、輻射,共鳴——借助粒子之間的碰撞、彈跳,棍子、繩子的推、拉等模型,理解的共振無超距作用的介子論——如音叉共振、聲音共鳴是空氣分子的碰撞——即使麥克斯韋方程組中,用復雜的旋度、梯度、散度簡化處理的電磁波,不需要另外的介質,也要用渦旋式線旋的圈套圈的鏈線,來類似解釋是振蕩電路中,變化的電場產生變化的磁場,變化的磁場產生變化的電場,由近及遠地往復循環傳播。

    說電磁波類似池塘水面投石產生的同心圓的水波,這是需要介質的。而電振子輻射的球形波陣面,是單個粒子作直線運動,粒子群則呈球面向外擴散。電磁粒子質量部分的韋爾張量引力波,才類似繩線振蕩的橫波和縱波。把這種繩線振蕩放在同心圓擴散的水波面,引力波圖像的介子是什么呢?這是含有顯物質粒子的實數量子起伏和暗物質粒子的虛數量子起伏,而不是甘為軍教授說的是:渦旋引力場由變化的動力場所產生,動量場也可由變化的渦旋引力場產生。

    因為引力子是一種復數量子的粒子,屬于玻色子類,它主要參加虛數超光速的量子引力信息隱形傳輸作用。其實共振糾纏的是能量,而能量本身屬于量子。在一個特定頻率下,共振可產生比其他頻率以更大的振幅做振動,但它的能量來自哪里呢?或貯藏在哪里?

    實際就與物質的引力有關。引力又與暗物質有關。但暗物質不是隨便可用的,否則就會亂套。當前的公開解釋量子通信,是指利用量子比特作為信息載體來傳輸信息的通信技術。量子通信的內涵很廣泛,量子隱形傳態、量子密鑰分配等都屬于量子通信。但量子隱形傳態是一種以量子疊加態編碼的傳遞量子信息的技術,它首先要在信息傳遞的“本地”和“遠方”兩地間,建立量子糾纏,將要傳遞的“目標量子信息”與量子糾纏的本地方進行測量,遠方的糾纏量子狀態隨即改變,即可將遠方的量子態,重構成為“目標量子信息”。

    在這個過程中,原先攜帶“目標量子信息”的物理載體卻留在原處,不必被傳送。這里聯系密碼學最基本的概論是“明文”與“密文”。密文是基于密碼的“代替”和“換位”進行的。引力子和光子是物質世界的寶貝,也是物質發展的頂峰。物質的基本粒子、生物的基因結構、社會的語言文字,類似三大類型的密文密碼,在這三大類型的各自領域,都實行的是公鑰體制。體外可見的物體,都是“明文”。所謂公鑰體制,是講該體制的加密算法和加密密鑰均可以公布于眾,供加密者選擇使用。而解密密鑰由用戶A自行秘密保管。

    從某種意義上說,在這三大類型各自領域屬于的“明文”,是用“代替”和“換位”加密來區分。如人類社會除基因、地緣和信仰不同外,是以語言文字的不同,劃分的民族、國家?!敖饷堋笔且盟麄兊恼Z言文字,才能知道這種語言文字的公鑰加密與自然“明文”的對應。通過引力子的虛數超光速量子態隱形傳輸,安裝的第一道“科學天眼工程”,具有全息、統一性。但引力子只是作為公共信道,沒有加密與解密功能。量子真空的起伏,才對具有量子卡西米爾平板效應的各種粒子結構,起有間接作用的加密與解密,以及量子密鑰分發的調控。所以天然的“量子色動糾纏引力智能手機”,在地球的任何角落,對任何自然物質原子量子來說,比人類使用高級智能手機還平等——它的微信流量,在地球任何角落可使用且不用限制,也不收取任何通話費——自然引力通信與人工智能引力通信的是不同的。

    當然自然引力通信,類比用無線通信技術與電子計算機設備互聯,構成可互相通信和實現資源共享的網絡體系,它還超越無線局域網——如家里電腦無線射頻上網,和手機或平板電腦無線保真上網等,還要無線網卡、無線AP、無線天線等硬件設備的構建和終端。無線局域網也有不用通信電纜或光纖將電子計算機與網絡連接,其移動通信靈活、可靠、兼容、保密、節能、小型化、低成本,電磁環境無要求,數據速率快等優點;但自然引力通信也比此還更好。

    把人工智能引力通信,對比自然引力通信如何呢?作為人工智能引力通信嘗試——如果我國的墨子衛星上天,真的實行的是量子引力里奇張量隱形通信,而不單是做量子密鑰分配文章,那么天地一體化對接,建立星地鏈路屬于經典通道光速的量子疊加態編碼,那么隱形傳遞高速量子密鑰分發的、可使用“量子色動糾纏引力智能手機”的時代已經不遠。這種量子色動糾纏引力智能手機,即使今后有量子計算機,也不能解密通信的內容;能解密的也僅是接收方的代碼。

    五、再論偏振量子數與量子通信馬約拉納熵

    引力中,時空實數域和虛數域或復數域是不相同的。道理是,韋爾張量涉及連續中的微觀間斷,這種間隙類比引進卡西米爾效應,就有兩個關節點:一是需要平行平板對,這包含3和4這種最低的量子數。二是真空包含一定的能量,這指量子起伏;如果可以把量子韋爾張量引力效應與量子卡西米爾效應的平行平板對的間隙聯系起來,再與我國古代自然國學的易經八卦陽爻“-”和陰爻“- -”符號圖示聯系,也可以把陽爻“-”和陰爻“- -”,看成是微觀世界動與靜并存的陰陽互根的卡西米爾效應平板鏈單元。

    張崇安高工的空實二源觀實際存在二次量子化討論:如果說在實數的空與實領域,實比空更自組織、更受約束,而熵更低的話,那么在虛數的空與實領域,相對實數的一片空,這種空的連續也有微觀間斷的話,這里的間隙就類似虛數的空與實部分;而且是反過來,虛數的空比實,比實數的空比實部分,熵更低。

    這里的熵,類比陰爻實的部分,以及陽爻,是因為陽爻與陽爻的連接之間,陽爻和陰爻的連接之間,陰爻和陰爻的連接之間等相對有間隙,熵更低。為啥?這是因原子核內“質子”數為3和4這種最低的量子數,在形成量子卡西米爾效應的平行平板對后,還有類似量子色動化學的比拼博弈。傳統的化學元素周期表,是以原子核內的質子數在排列編序,但只有3個量子數才能形成一個平面,6個量子數才可形成一個平行平板對。而4這種量子數,形成的一個平面可以是正方形,8個量子數可形成一個正立方體,就有3個平行平板對,所以它比3為中心形成的平行平板對的引力振蕩更好。

    蓋爾曼論所有強子的夸克組成是,一對夸克-反夸克組成介子,三個夸克才組成重子。今天發現了4個夸克組成家族,對此量子色動化學能厘清的是,宇宙起源標準理論認為,物質與反物質遺留下來的不對稱答案,就在于龐加萊張量在原子核層次與純夸克海、??淇藢哟?,存在二次量子化正反物質對稱性破壞(對稱破缺),這是一種自然的現象。但事實是反物質不足,并不等于暗物質就是少。

    量子色動化學的卡西米爾效應的平行平板對,解釋的正粒子與反粒子的組合和衰變略有不同的是,量子數3的吸引力小于量子數4組成的結構,而熵大;反之在夸克海、??淇说淖杂山M合空間,量子數4組成的結構吸引力大而熵小,更有利夸克禁閉而對物質的組成更“安全”,這在數量上足以解釋為何現今反物質的消失。

    在《偉大的超越》一書中,講阿卡尼哈默得、馬德西鈉等科學家,提出的“膜世界”、“反德西特共形對偶全息場”、“額外維”等平行折疊的多流形宇宙時空,引力是可以自由地穿越的,而與電磁作用、弱相互作用和強相互作用等所有其它作用力的性質不同。但在愛因斯坦廣義相對論中,引力解釋的實在,是用類似斜面使東西會下落聚集,但這種下落是因重力(引力)的作用,使愛因斯坦的解釋成類似的引力循環悖論。再說彭羅斯的里奇張量引力,類似熱力學熵解釋盒子里空實二源的熵,仍用介質波類似的微觀粒子的彌散與聚會在解釋。

    對有許多種正反分布不同的微觀結構,從微觀結構的總數W=250可知,該宏觀系統的熵正比于粒子數n(n=50)。微觀狀態數是一個無量綱的量,與狀態空間或者相空間是多少維也沒有什么關系。因為對理想氣體而言,分子運動的“相空間”維數,如果考慮的是單原子分子,每個分子的狀態由它的位置(3維)和動量(3維)決定,有6個自由度,n個分子便有6n個自由度。如果是雙原子分子,還要加上3個轉動自由度。所以張天蓉教授說,經典熱力學和統計物理使用的相空間是連續變量的空間,不像硬幣狀態空間是離散的。因此,熵是相空間中某個相關“體積”的對數,這個相關體積中的點,對應于同樣的宏觀態。

    但實際在量子里奇張量分形卡西米爾之鏈中,連續熵和間隙熵是可以整合起來的。因為熵如果作為一種介質波或非介質波物質粒子狀態性質的信息編碼,本身就已經自然帶上有類似“負熵”的有序信息,例如自然數的順序編碼。然而如何把“熵”和“引力”具體統一起來?在自然科學,有些方面的研究,至少也需要提供五種證明。眾所周知,在熱力學中,“熵”的特征由熱量不可能自發地從低溫物體傳到高溫物體。在絕熱過程中,系統的“熵”總是越來越大,直到“熵”值達到最大值,此時系統達到平衡狀態。

    從概率論的角度來看,系統的“熵”值,直接反映了它所處狀態的均勻程度,即系統的熵值越小,它所處的狀態就越有序,越不均勻;系統的熵值越大,它所處的狀態就越無序,越均勻。而系統總是力圖自發地從熵值較小的狀態,向熵值較大(即從有序走向無序)的狀態轉變,這就是封閉系統“熵值增大原理”。這使得“熵”值增大表現在整個宇宙當中,當一種物質轉化成另外一種物質之后,不僅不可逆轉物質形態,且會有越來越多的能量變得不可利用,宇宙本身在物質的增殖中走向一種緩慢的熵值不斷增加的“熱寂”。

    難道物質結構的組成,引力沒有自己的“安全”防御嗎?引力是極其微弱的,但它又是如何能夠超越其他三種基本相互作用力,可以自由地進出“膜世界”、“反德西特共形對偶全息場”、“額外維”等平行折疊的多流形宇宙時空的?如果我們堅持把量子色動化學的引力卡西米爾效應平行平板鏈運用到底,就會引出馬約拉納費米子(與反粒子相同的粒子),且會看出韋爾張量與里奇張量是平行的。

    物理學不但有韋爾量子論,還有里奇量子論和龐加萊量子論、貝里洞量子論;不但有韋爾張量熵,還有里奇張量熵和龐加萊張量熵、貝里洞張量熵。因為涉及龐加萊猜想,龐加萊張量熵,還要分龐加萊正熵、龐加萊逆熵和龐加萊外熵。原因是把龐加萊張量雙曲面的對稱,引進張崇安高工的空實二源觀二次量子化的“0”量子起伏,在實數的空與實部分,就有實數空的“0”量子起伏,和實數實的“0”量子起伏平行宇宙。在虛數的空與實部分,就有虛數空的“0”量子起伏,和虛數實的“0”量子起伏平行宇宙。

    而恰好暫時停在點外空間和點內空間的交界處,就還有“0”點的“0”量子起伏平行宇宙,這類似馬約拉納說的費米子與反粒子是相同的粒子。為什么要這樣“鉆牛角尖”?這是因為量子卡西米爾效應另一個關節的“0”量子起伏平行宇宙還會起作用,即除開平行平板需要特定的量子數外,它也是最重要的。正是在這兩個關鍵點上,量子色動化學超越了量子色動力學的很多解釋。

    第一是,20世紀30年代意大利物理學家埃托雷。馬約拉納,提出中微子可以作為自己的反粒子。如果中微子是自己的反粒子,那么它們會在雙衰變之后瞬間彼此湮滅只會看到電子。如果說找到中微子,能幫助解釋反物質-物質不對稱;這說的是中微子有的輕、有的重,目前存在的是輕中微子,重中微子只在大爆炸后的一瞬間存在。

    人們發現香蕉內包含的少量的鉀-40這種鉀,是發射正電子的放射性同位素。鉀-40是鉀的天然同位素,會在衰變過程中釋放正電子。但按量子力學自己解釋的化學元素放射性量子數的限定,是說不通的。而用量子引力卡西米爾效應平行平板鏈,在類似馬約拉納粒子的“0”量子起伏的幫助下,有柯爾莫哥洛夫熵概率,把引力信息從點外空間與點內空間的交界處滲透進入點內,又有可能把點內的反粒子引力信息滲透進入點外;這可說明馬約拉納熵是不對稱熵。

    第二是,解決費米子負符號量子蒙特卡羅精確數值模擬方法的問題,在有費米子負符號問題的系統,隨著溫度的降低或系統體積的增加呈指數增長,量子蒙特卡羅模擬的計算誤差失去了這種方法的可靠性。一般認為負符號問題起源于費米子交換的反對易性,對于大多數相互作用費米子系統,負符號問題總是存在。但在負U哈伯德模型或一些其它格點量子模型中,負符號問題可以被消除。

    這是為啥?有人認為,一個系統如果存在O(n,n)對稱性,那么這個系統就不存在負符號問題。例如,魏忠超博士在中科院物理所/北京凝聚態物理國家實驗室(籌)T06組的導師向濤教授指導下,與在美國的吳從軍和張世偉教授等合作,證明相互作用費米子系統只要存在馬約拉納反射正定性等,就沒有負符號問題。這個證明包含了具有O(n,n)對稱性的系統,涵蓋了目前已知的所有不存在負符號問題的費米子格點模型,并使得甄別和發現新的無負符號問題的費米子格點模型變得更為便捷,提高了對費米子負符號問題的認識層次。

    但我們認為,如果不能提供韋爾熵、里奇熵、龐加萊熵、貝里熵、愛因斯坦熵等五種數學上的證明,彭羅斯熵是不足夠的——物質粒子和其反粒子伙伴攜帶的電荷相反,使其很容易區分彼此;由于中微子也幾乎沒有質量,更沒有電荷,很少與其他物質相互作用,馬約拉納首先提出中微子如果是自己的反粒子,那么就可以定名為“馬約拉納費米子”,它們在雙衰變彼此湮滅后只會看到電子。

    1、從夸克到宇宙按照夸克模型的分類

    引力子(Graviton)在物理學中,是一個傳遞引力的假想粒子,又稱重力子。為了傳遞引力,引力子必須永遠相吸、作用范圍無限遠及以無限多的型態出現。在量子力學中,引力子被定義為一個自旋為2、質量為零的玻色子。然而目前引力子是否存在,仍是物理界的一個神圣話題。有許多學者試圖用儀器來探測它存在的真實性,最終都沒有得到理想的結果。從量子引力的觀點出發,引力子是必定存在的。引力在量子化時,引力能量可以是一份一份的,引力能量必須由引力子作為載體將能量傳遞到無限遠處。這是存在引力子的一種理由。

    例如,光子是一種傳遞電磁波能量的媒介子。引力子與光子的行為極其類似,也同其它媒介子一樣,是傳遞能量的粒子,它以傳遞引力波能量而存在。理論上帶兩個正電荷的雙粲重子,是對撞粒子的動能、角動能轉換為粒子對能的過程。根據能量守恒定律,對撞粒子的動能、角動能之和,必須大于3621MeV的兩倍。根據電荷守恒、重子數守恒、輕子數守恒定律,帶兩個正電荷的雙粲重子還應該有一個對應的帶兩個負電荷的反重子,或者帶負電荷的一個反重子和一個負電荷的介子。根據夸克模型,由u, d, s, c夸克可以組成的自旋為1/2的基態重子,由兩個甚至是三個重夸克組成的重子還有很多沒有被發現。但從2010年歐洲大型強子對撞機LHC開始運行以來,LHCb實驗在強子性質和電荷宇稱對稱性破缺等實驗上,發現雙粲重子質量大約是3621兆電子伏特,通過弱相互作用衰變到Λc+重子和三個輕介子K-π+π+。

    從2015年LHCb主導發現的五夸克態到2017年發現雙粲重子,LHCb的中國科學家都對這些發現做出過關鍵性的貢獻?,F在轉向在宇宙中,引力波實質上是引力的擾動。天體的旋轉,坍縮,相撞等方式都會產生引力波,引力波實質上是引力的擾動,引力波在宇宙中的普遍存在的,這也是涉及引力子存在的必定理由。重子由三個夸克組成,質子和中子為重子。自然界中存在六種不同夸克:u, d, s, c, b, t。前三種較輕,后三種較重。理論預期存在很多種具有不同組分的重子。這聯系宇宙中必定存在引力子,宇宙否則不會是人們看到的這個樣子。問題是,從數據對比電磁波預言到探測,歷時23年;引力波從預言到探測是歷時100年可見——引力波的探測,已經比電磁波的產生或接受困難多了。其次,電磁波和引力波探測設備,相差也非常大,其根本原因也都是由于兩者的強度相差非常大。

    世界上存在著4種基本相互作用。其中的強相互作用和弱相互作用都是“短程力”,意味著它們只在微觀世界很短的范圍內起作用。4種相互作用中,引力是強度最弱的,它比電磁作用至少要小10-35倍。加速運動的電荷q輻射電磁波,加速運動的質量m輻射引力波。電磁波的強度能夠容易地在實驗室中被探測到,但從現在的技術觀點看起來,強度比電磁波小30幾個數量級的引力波,不可能在實驗室中測量到,也不太可能在近距離的普通天體運動中觀測到。

    正負電荷間有同性相斥、異性相吸的特點,使得電磁力既有吸引力,也有排斥力。但引力卻只有吸引力一種。也正因為電荷有正負之分,可以利用這個正負抵消的性質來屏蔽電磁力。而引力場不能靠類似的方法屏蔽。廣義相對論將引力場解釋為幾何效應,在局部范圍內,可以用等效原理,借助一個自由落體坐標系將引力場消除。電磁場則不能幾何化。度規就像是度量空間的一把尺子,或者可以把它與坐標關聯起來,這也就是為什么在解釋時空彎曲時,經常用類似坐標的“網格”來比喻的原因之一。因為所謂時空彎曲了,就是度規張量扭曲了,或可以看成是,坐標格子變形了。因此,電磁波是電場(磁場)矢量場的波動;引力波是度規張量的波動。這也說明了電磁波源和引力波源輻射類型的區別。

    從量子理論的角度來看,電磁波是由靜止質量為零,自旋為1的光子組成,而引力波是由靜止質量為零,自旋為2的引力子組成。電磁波能與物質相互作用,被反射或吸收,但引力波與物質相互作用非常微弱,會引起與潮汐力類似的伸縮作用,但在物質中通過時的吸收率極低。四種相互作用中,只有引力和電磁力一樣,具有“長程”的性質。長程力才有可能用于遠距離的觀測和測量。電磁波的方程從麥克斯韋理論得到,引力波的方程從廣義相對論得到。麥克斯韋方程是線性的,引力場方程本來是非線性的,引力波的情形,波動的物理量及波源的情況都比較復雜一些,它們都是2階張量,或簡稱張量。如果矢量用一個指標表示,張量用兩個指標表示。張量就比矢量有更多的分量。廣義相對論中用度規張量來描述引力場,但它沒有坐實引力子,由此有量子引力學之說。

    我們是從文革前受“層子模型”的科普熏陶中走出來的人,在文革后才更喜歡對比世界科學共同體共建的科學前沿——但我們有一點與僅僅受層子模型熏陶的不同,是1963年從“川大學派”——“柯召-魏時珍猜想”傳人趙正旭(趙本旭)老師講的類似“龐加萊猜想外定理”,已知國家科學共同體并不是鐵板一塊——但這也正如蟬的生活史,是分階段需要的。所以我們當時只集中精力專注學習老科學家們編著的教材和相關資料,但并不是說接受的知識就正確——我們注意到,引力場和量子場,除能量守恒、哈密頓原理等要遵守的定理、規律外,愛因斯坦、玻爾和“川大學派”都有自己的核心思辯武器——如愛因斯坦的許多發現都受里奇張量的“收縮”啟示;玻爾及其學派的量子論是與“不確定性”相聯系。

    由此看人類社會發展的歷史,對具有像愛因斯坦、波爾、韋爾、里奇、龐加萊、亞歷山德羅夫和佩雷爾曼等類似抽象數理思維能力現象的“超人”,科學在遠古聯合國、游團部落酋邦和王國國家等三個時期的分別,其實對他們來說并沒有什么不同,只是與時俱進表達的語言“編碼”不同罷了——例如,古希臘時期的學者,已發現圓錐曲線及方程規律,可分為圓和橢圓、拋物線及雙曲線等三大部分。其中特別是至今人們對“雙曲線”,認識也還不到位和用得太少。

    其實圓錐曲線及方程,是把宇宙和思維中的對偶、有限、無限和有界性統一在一起的。特別是“雙曲線”決定宇宙——分為物質、能量、信息與暗物質、暗能量、暗信息。其次在物質、能量、信息與暗物質、暗能量、暗信息兩部分領域中,把非圓二次曲線的拋物線映射無限,把圓和橢圓映射有限,人們如此熟悉和用得最多,好像有限無限難以統一——但面對“雙曲線”,有限和無限卻都是有界的——在物質、能量和信息的世界里,人們都認為物質、能量比信息更基本、更重要。錯了,信息比物質、能量更基本、更重要;當然這個基本和重要,是必須進行“編碼”來說的物質、能量、信息與暗物質、暗能量、暗信息——在對偶、有限、無限和有界中作的轉換,即“編碼”是一切物質、能量、信息與暗物質、暗能量、暗信息的前提。

    例如,郭光燦院士的“量子力學二次革命”人生,也是從學“編碼”起步,就如是一部“編碼”的人生——郭光燦院士在業余時間對《易經》、《道德經》、《黃帝內經》產生濃厚興趣——其實,古今科學也同源——這些古代經典,正是遠古聯合國巴蜀盆塞海洋及山寨城邦文明時期的科學“編碼”延伸的普及本——人類不但基因、語言和宗教,有共同的起源,科學抽象思維從古至今也有統一不變的部分。

    郭光燦院士曾告訴記者,剛開始接觸量子信息時,懂得量子但不懂信息,他帶著幾個學生從最基礎的理論開始學習、鉆研——1997年他完成的第一項重要工作就是“量子編碼”。量子性需要量子編碼來保護,量子糾錯碼、量子避錯碼、量子防錯碼等成果發表后,曾引起國際轟動。這是從“0101”開始學的編碼,但他們找的只是量子編碼之一。量子性很容易受干擾而被破壞,人工很難作量子編碼。他們當時所做的編碼、量子比對,都是獨立的消相干。一個量子信息不能克隆成兩個一模一樣的量子信息,叫做量子不可克隆。

    對一個量子信息進行克隆,克隆出的信息與原信息的相似程度叫保真度。保真度小于1,就不一樣;保真度等于1,就完全一樣。新的克隆原理是:克隆機成功克隆一個信息就留下來;不成功的丟掉。郭光燦課題組算出了這個最大效率的極限。2000年郭光燦教授研究組憑借“利用光腔制備兩原子糾纏的方案”研究,引起世界矚目——2012年法國科學家沙吉?哈羅徹,因用實驗做成該方案而獲得了諾貝爾物理學獎。其實量子編碼,宇宙是和自旋與生俱來的。

    現代量子色動符號動力學的弦論卡-丘空間翻轉編碼說明,物質的物理-數學模型量子編碼是定量的——因為環量子色動符號動力學的三旋編碼,最終能聯系萬事萬物,而且編碼還涉及萬事萬物的量子信息隱形和顯形傳輸。例如,對應圓圈自旋的正反轉,拿一種環圈態作編碼練習,設面旋、體旋、平凡線旋、不平凡線旋等的正、反符號字母分別為:A、a,B、b和G、g,E、e,H、h。

    其中大寫代表左旋,小寫代表右旋。那么一個圈態自旋密碼具有多少不同結合狀態呢?單動態是一個圈子只作一種自旋的動作,是10種。雙動態是一個圈子同時作兩種自旋動作,但要排除兩種動作左旋和右旋是同一類型的情況,是28種。三動態是一個圈子同時作三種自旋動作,但要排除其中兩種動作是同一類型的情況,是24種。一個圈子同時作四種自旋動作,其中必有兩種動作左旋和右旋是屬于同一類型,這是被作為“禁止”的情況。所以環量子的自旋是共計62種,而能作標準模型62種基本粒子符號動力學編碼。

    在郭光燦院士的《愛因斯坦的幽靈——量子糾纏之謎》一書中,量子編碼也有矛盾的地方——例如,在“超光速狂想曲”這章中的“探尋絕對”這一節,他提出“波函數坍縮過程的規律很可能違背相對性原理,從導致絕對參照系的存在”問題——這是該書一反前面的推證邏輯,成為今天中國最新的既批愛因斯坦又批玻爾——用非連續性批愛因斯坦,用“最小本體論” 批玻爾——但這也是該書最精華也是最矛盾之處。蔣春暄高工說他2009年10月2日買到《愛因斯坦的幽靈》一書,讀后發表評論說:郭光燦院士這本書是講“量子通信、量子計算機等廣泛應用,是和超距、超光速聯在一起的”。

    蔣春暄高工1975年曾在《物理》雜志上發表證明有實數超光速的文章——當時蔣春暄高工還和重慶大學楊學恒教授等學者一起,搞實數超光速,他們也叫快子。實際從愛因斯坦到印度科學家森等國際科學主流,搞的是虛數超光速——并在虛數超光速中再分正、負,且叫正、負快子——這和郭光燦院士等我國一部分科學主流和民科說的實數超光速正、負快子,是不同的。這是一場沒有完結的國際科學智力大比拼——蔣春暄高工到現在都還再說:“超光速在靜止系統是不可測量的,因為我們周圍都是超光運動,因此我們沒看見。引力速度是超光速,超距即是無限大速度。今天仍無人回答他說原子核力是超光速力,原子核中心有超光速;超光速把宏觀和微觀統一起耒,超光速弦永遠在運動,超光速世界占宇宙半邊天?!?br />
    如果蔣春暄高工把這話中的實數超光速,改為虛數超光速,我們是贊成的。郭光燦院士在書中“探尋絕對”一節對愛因斯坦的批判,郭光燦院士說:“雙貝爾實驗”最能使愛因斯坦相對性原理失效。但反過來用郭光燦超光速輻射,也能證明他的“雙貝爾實驗”分析并不完善——郭光燦院士一開始論證相對論和量子理論的水火不相容,是相對論屬連續運動圖像,量子理論屬非連續運動圖像——連續運動空間如齒輪傳動,速度是有限的,類似不能超光速。非連續運動必然有間斷,在不同性質的間斷還能連續運動,稱為超距作用。從牛頓時代就開始知道,連續運動圖像是任何作用和影響,都是由空間連續地傳播的,都是在時空中可以描述的;而超距作用本質上是具有瞬時性和非連續性,它無法利用空間傳播過程來描述。

    數學上的無窮大速度等價于瞬時性,即超光速類似等價于超距作用。貝爾定理對超距作用的理解為非定域性,所以量子理論的非連續、間斷性,也可理解為允許非定域性或超距作用的存在。波函數坍縮類似間斷、非連續,非定域性,無法利用“空間”傳播過程來描述,那么這個“空間”在數學上指什么樣的“空間”?其實這才是愛因斯坦和玻爾之間的分歧——因為愛因斯坦青年時在比利時與列寧接觸,從簡單地理解革命者和唯物論出發,舍去虛數計算,只留下類似的實數時空——這是唯物實踐在世界能立竿見影證明的,但他忘了列寧是信仰共產主義理想的。從“龐加萊猜想外定理”定義類似三旋弦膜圈說“點外空間”,不是相對論說數學方程中的虛數應該去掉,而是玻爾把愛因斯坦丟掉的數學拾起來,認為這個“空間”類似希爾伯特空間,是虛數和實數兼容的復數時空——類似三旋說的“點內空間”。

    所謂“點內空間”類似一個絕對參照系:三旋弦膜圈說借助龐加萊猜想熵流,用空心圓球不撕破和不跳躍粘貼,能把內表面翻轉成外表面,可證時間之箭的起源,即霍金大爆炸宇宙論就依據的絕對參照系。其次,“點內空間”和“點外空間”構成的虛數和實數兼容的復數時空似機械“連續”傳播圖像——一是可以類似費曼著名的反粒子運動“折線圖”,或粒子/反粒子時間倒流-順流打折圖。

    二是可以用多列齒輪的連續傳動圖像來演示:相對論允許的時空,類似順時針和反時針相間連續傳動的齒輪傳動圖像。量子理論的非定域允許的時空,類似順時針和反時針相間連續傳動的齒輪傳動圖像分成了兩個序列:一是如全部順時針傳動的齒輪的轉軸,都安裝在“水面”上這個序列;這些齒輪都很大,但齒輪之間留下的距離很小,它們不允許再與“水面”上的其它齒輪連接——這稱為“點外空間”。三是全部反時針傳動的齒輪的轉軸,都安裝在“水面”下這個序列;這些齒輪都很小,齒輪之間留下的距離都很大,但它們還可以再連接多個齒輪傳動序列——這稱為“點內空間”。

    正是這種圖像,解讀了費曼量子力學,反過來費曼量子力學鞏固了弦膜圈說。自20世紀物理學最驚心動魄的相對論和量子力學的發現以來,它們雖然使人類獲得了對自然界前所未有的深刻理解,同時所引發的如激光的發明、電子計算機的出現等技術革命,大大改變了人類的生活,但懷疑它們是錯誤的理論的人不少。特別是贊成和反對兩方的人,都認為相對論和量子力學不能“和睦相處”。這是一個誤讀誤判——量子隱形傳輸態的應用,從量子密碼到完全保密的量子通信,從量子計算機到未來的量子互聯網,還遠遠不夠。

    再論郭光燦院士念念不忘的“時間分割”和“實數超光速”問題,涉及量子信息隱形傳輸的所謂EPR源現象——從EPR源被分成糾纏對的兩個量子態,分別到發送者和接收者手里后的時間,接收者是在發送者之前。所以,發送者能把未知量子態與自己一方的EPR源纏結量子的合并操作,只能在接收者接收到自己一方的EPR源纏結量子的時間之后——這兩者靜止同時性的非糾纏性時間差,正是郭光燦院士論“時間分割”和“實數超光速”問題的基礎——但是對于沿著接收者到發送者方向高速行進的觀察者來說,彭羅斯認為,則應是發送者測量未知量子態與自己一方的EPR源纏結量子合并的時間,是發生在接收者接收到自己一方的EPR源纏結量子的時間之先。

    其原因是,彭羅斯首創了量子發散態(U)過程和收縮態(R)過程的自主知識產權理論——U過程對應韋爾張量,R過程對應里奇張量。于是彭羅斯用韋爾張量和里奇張量清楚地簡化了愛因斯坦的廣義相對論引力方程,也能清楚地說明量子退相干和量子宇宙學的一些難題。當然彭羅斯也沒有用超光速直接解釋糾纏性量子幽靈,他是把超光速隱藏在量子發散態(U)過程和收縮態(R)過程的糾纏性解釋中的——這代表了1935年愛因斯坦的原始EPR效應圖像。

    20世紀90年代初期,國際前沿轉向量子信息學應用型學科的研究,實際是用虛數超光速直接解釋的糾纏性量子幽靈的。因此彭羅斯才把發送者的測量發散U操作點,和使得位于接收者的R態收縮同時點的這兩點的連線,是用過去時聯系的非因果量子糾纏態的點畫線標注的——這實際就是一種虛數超光速解釋。這條過去時聯系的非因果量子糾纏態連線,實際在哪里?我們說,就在“點內空間”,它變成了“點內空間”類似毛毯一樣折疊的連續的多層膜路,或者一種額外維。這里的“點內空間”,也類似人們常說的“賽博空間”。

    2、彭羅斯教授與郭光燦教授的不同

    彭羅斯教授與郭光燦教授代表的是20世紀90年代后量子信息學應用型研究,但因超光速是解釋糾纏性量子幽靈避不開的話題,郭光燦教授卻沒有掌握類似量子發散態U和收縮態R的自主知識產權理論,也沒有用虛數超光速解釋的“點內空間”、賽博空間一類像毛毯一樣折疊的膜理論、額外維理論,造成我國“量子力學二次革命”論壇長期部分學者之間不斷地死斗——“以蘇解馬”哲學自主知識產權的實數超光速傳留解釋,是我國基礎科學落后原因。

    量子里奇張量效應勾起對張軒中博士《相對論通俗演義》一書19章中之錯的回憶——《相對論通俗演義》出版發行后好評如潮,其中也確實不錯;但對比彭羅斯出書指出里奇張量的量子引力要害是:引力還指有星球,是當有被繞著的小衛星作圓周運動時,才發生的體積減小變形效應——這類似在社會政治中,普遍存在的“小組織”帶動“大組織”的現象——彭羅斯在《皇帝新腦》、《時空本性》和《通往實在之路》等書中,非常直觀明白作的標準統一解釋是: a)韋爾(Weyl)張量,是囊括類似平移運動的相對加速度,在單向的對球面客體的拉長或壓扁作用。這與直線或不封閉曲線運動的牛頓力學和韋爾曲率的潮汐形變等對應。b)里奇(Ricci)張量,是當球面客體有被繞著的物體作圓周運動時,整體體積有同時向內產生加速類似向心力的收縮或縮并、縮約作用。即里奇曲率有體積減少效應。

    但這里也可以理解為:里奇張量使體積減少是一種協變效應,這種奇妙似乎也包含了韋爾張量。即在只對應一處時,也類似牛頓引力在地球的潮汐效應。而能說明射影里奇張量整體效應的,是麥克斯韋的電磁場方程:變化的電場產生變化的磁場;變化的磁場產生變化的電場。所以彭羅斯的解釋是:“黎曼=韋爾+里奇”。韋爾張量的韋爾是測量類似自由下落的球面的潮汐畸變,即形狀的初始變形,而非尺度的變化。里奇張量的里奇是測量類似球面的初始體積改變,這與牛頓引力理論要求下落球面所圍繞的質量,和這初始體積的減少成正比相合。即物體的質量密度,或等效的能量密度( E=mc?),應該和里奇張量相等。 1915年11月25日愛因斯坦寫的廣義相對論引力的方程式是: R_uv-(1/2)g_uv R=-8πGT_uv。

    此式中左邊第一項R_uv,是里奇張量,如果是針對的是圓周運動,正如李政道先生說:物理學不是數學;數學比較容易,物理更難。如果真正從物理讀懂相對論的,是彭羅斯的話,那么從里奇張量出發,廣義相對論的引力在國際可分為兩大學派:愛因斯坦學派和彭羅斯學派。愛因斯坦學派是國際最大的主流之一,包括國內外的反相反量反中醫者所持的模型。因為從彈性膜模型你會感到,愛因斯坦對引力里奇張量效應的模擬解釋,非常直觀明白好懂:是空間彎曲,也是時空彎曲。而且聯系韋爾張量,還能聯系上量子論。

    更重要的是,時空彎曲用彈性膜面彎曲模型解釋引力波也很漂亮,它突破彭羅斯把里奇張量定制在小客體繞著大物體作圓周運動的局限內,更能好檢測引力波:如兩個大黑洞碰撞并合發出引力波的信息。當然彭羅斯的韋爾張量和里奇張量的標準統一解釋,實際也整合了愛因斯坦學派的廣義相對論和量子力學的統一。彭羅斯學派把里奇張量定制在小客體繞著大物體作圓周運動的局限內,有它的好處:是能更好地運用量子論和正負虛實數量子環圈模型及點內空間模型。

    愛因斯坦學派的大尺度大范圍的彈性膜面里奇張量機制解釋,不管有介質還是非介質的連續運動現象,在宏觀和微觀中都存在,但它不能有超過光速長度類似的“切片”觀察。雖然宇宙弦理論似乎在突破這種限制;但量子論的普朗克尺度,對一維線段的寬度和長度本身也隱藏有悖論。例如,宇宙弦的長度雖然超過普朗克尺度的限制,但因宇宙弦的寬度是在無限接近普朗克尺度或甚至低于普朗克尺度,實際宇宙弦是測量不到的。然而這種解決悖論,仍有宇宙弦遇到阻擋時會發生的斷裂,難如何解答?因為在超弦理論,是用它們能自動連接起來一撂了之,但這不是連接機制的說明。

    要“鉆牛角尖”也許麥比烏斯圈的從中線剪開,會自動產生圈套圈的現象——但這一系列的圈套圈并不能按序展開排布。然而愛因斯坦學派仍為國際最大主流學派,張軒中博士等提到研究”引力波”的中國應用數學家,除開郭漢英教授已經去世,他生前一直是批評愛因斯坦相對論的,就不說了;文革前后包括的專家有:曹俊、張雙南、茍利軍、華羅庚、龔升、陸啟鏗、吳可、趙崢、劉潤球、周培源、丘成桐、王世坤、楊樂、張曉、梁燦彬、曹周鍵、龔雪飛、潘奕、陳雁北、羅子人、張軒中、尚煜、王?、彭秋和、黃超光、徐鵬、范錫龍等。

    在實際應用中,廣義相對論張量計算公式最終要求給出標量,即要有數值解才好進行具體測量和檢驗。張量討論的是變標量和變矢量的微分與積分,進入到張量計算雖然已經程式化,但具體做矢量的逆變分量和協變分量、矢量分量的變換、斜角笛卡爾坐標系中的矢積等運算是很復雜的。延伸到里奇張量,有程式化但不是僵化的,而是開放的和發展的。如里奇張量可對應閉弦式弦圖,韋爾張量可對應開弦式弦圖。按彭羅斯學派把里奇張量定制在小客體繞著大物體作圓周運動的方法上,會不會產生愛因斯坦學派稱的時空彎曲類似于水面上的漣漪的引力波呢?拿雙星的引力波輻射,以兩個黑洞互繞旋轉直到碰撞并合為例,分析發出的引力波和時空彎曲引力漣漪,也同樣明顯:兩個黑洞互繞旋轉好像不是一個小客體繞著大物體作圓周運動,而類似兩個電子互繞方向相反形成的一個電子對的空心圓環圈旋轉運動。

    但圓環圈旋轉的中心“空心”,仍可視為一個被繞著的“大物體”。按彭羅斯里奇張量定制方法處理,而顯出“空心”這里的“大物體”的整個體積收縮,也可聯系時空彎曲及引力漣漪引力波。其次說明這種“虛質量”因里奇張量,也能使雙星互繞靠近直到碰撞并合。其實這種里奇張量計算假設的“虛質量大物體”,今天也能意識到,可以設想為是大質量星體已經燒盡核燃料后,通過“塌縮”所達到的一個狀態;有的這類時空結構已經被命名為“黑洞”。而且這種求解愛因斯坦廣義相對論方程數學結構的方法,早在求解球對稱下的史瓦西解和軸對稱下的克爾解中運用。這些解所對應的時空中,沒有任何質量,貌似是純時空幾何的彎曲。但目前研究”引力波”的中國應用數學家,是不是也會用彭羅斯學派方法不清楚。張軒中博士只是說,已經做出“數值相對論的模擬,簡單得就像碼農一樣寫數值廣義相對論的源代碼,從事一些引力波模擬數據的分析”。那么他們經歷怎樣的過程呢?

    對相對論的認識不在于你反對還是沒有反對過,而在于你有沒有科學工匠精神,跟上國際科學主流做一些實在的比試合作共贏工作。無可諱言,張軒中博士說,因為文革當時政治形勢的需要,中科院也有相對論的批判組“十三室”,分為三個小組,分別叫做引力理論研究小組與引力波實驗小組,和粒子物理研究小組。但批判相對論的政治需要,反而給陸啟鏗、吳可等人一個學習相對論的機會。

    反相反量反中醫的極端組織,不可能走向國際科學成為的主流。蘇聯解體是一個事實;其次文革結束后的“科學的春天”,周培源院士等非常支持相對論的研究;而國際的相對論學術圈內,也發生了丘成桐與舍恩證明了廣義相對論的正質量定理的大事。其實正質量定理也可以用牛頓力學三定理,和劉月生教授的信息增殖猜想獲證。陸啟鏗教授在丘成桐的影響下,是用旋量分析的方法處理引力波的數學結構——在旋量分析的角度來看,引力波可看成是時空中的韋爾曲率的波動;而韋爾曲率的反對稱性質,可以寫成很清晰的旋量形式。

    1987年國外學者出版的《旋量與時空》一書中有類似的結果,但陸啟鏗教授用的旋量分析方法比此早;然缺點也都如韋爾張量,不能揭示量子信息隱形傳輸。陸啟鏗教授熟悉復變函數論中的“黎曼——希爾伯特”方法,通過求解恩斯特方程這種非線性的偏微分方程,在穩態軸對稱的情況下等價于愛因斯坦引力場方程,可求愛因斯坦場方程的解。但這是把里奇張量這種復雜的高度非線性的偏微分方程,變換為了另外相對簡單的一種非線性的偏微分方程,這當然會丟信息。

    而王世坤教授加入進去后,研究上述愛因斯坦場方程的精確解,他們也終于找到一個精確解,被劍橋大學出版社出版的書中收錄。1994年劉潤球和王世坤在中科院應用數學所組團研究,劉潤球教授開始做“漸近平坦時空結構與相關黑洞理論”的研究,張曉教授也來數學所一起研究。1999年張曉教授給出了一個廣義相對論角動量的定義,這個定義與坐標選取無關而且沒有奇點。在這個定義的基礎上,張曉教授證明把角動量定義包括在內的正質量猜想也成立。這個“帶角動量的正質量定理”的文章,當年也發表在丘成桐和舍恩曾發表關于正質量猜想文章的那個權威學術期刊上。

    2004年到2005年,劉潤球和梁燦彬與趙崢教授等人教學,培養的曹周鍵、龔雪飛等一批年輕的相對論學子,也跟劉潤球做數值廣義相對論。特別是曹周鍵做的兩個黑洞碰撞并合發出引力波的數值模擬,還與美國加州理工學院的潘奕的結構進行相互標定比對。2007年劉潤球組的龔雪飛、尚煜和南京大學的王?組團,參加美國宇航局lisa科學計劃項目空間引力波探測的數據分析挑戰賽,中國代表隊也取得了不錯的成績。而且南京大學的彭秋和在2006年至2009年,組織過4次引力波數據處理相關的暑期學校。其次,中科院空間中心和劉潤球小組等的空間引力波的預研究項目(太極計劃的先導研究),2009年還發布了空間引力波探測的路線圖:確定先做重力衛星,再做引力波的兩步走路線。當時研究組的研究成果,還發表在空間引力波探測lisa計劃的會議文集《經典與量子引力》???,贏得了國際同行的關注;2011年后這篇文章基本上成為“太極計劃”的原型。

    “太極計劃”最終的目標,是做出探測引力波的“收音機”。據劉潤球研究組的徐鵬博士講,現在這個“收音機”的設計圖已畫完了,接下來就要真的去制造這臺“收音機”。這個從陸啟鏗、劉潤球等人開頭的引力與引力波研究,延展的引力波中國故事,會越來越精彩嗎?但這里我們還想要補充一點意見的是,愛因斯坦學派和彭羅斯學派要結合,正如相對論和量子論要結合,黎曼張量是韋爾張量和里奇張量的結合一樣。甚至能量、宇宙、信息、物質等,四者也是結合的。

    彭羅斯說,愛因斯坦場方程還有許多技術細節,只需知道存在一個稱作能量-動量的張量,將有關的物質和電磁場的能量,壓力和動量組織在一起就行。所以最好不去搞分裂糾纏。從“能量”的張量來說,彭羅斯認為愛因斯坦是在他的場方程中,非常粗略地寫作:里奇張量=能量張量。而正是在能量張量中“壓力”的出現,以及為了使整體方程協調的條件要求,才使壓力對體積縮小效應有所貢獻。但彭羅斯這種解釋引力產生的機制,同引力波解釋引力機制一樣,并沒有說清楚引力何為產生收縮的拉力的。從“信息”的隱形量子傳輸來說,有韋爾張量和里奇張量的結合,才有光速和虛數超光速的配合。

    信息力量,還來源宇宙分形的痕跡和夸克色禁閉間隙的泄漏。從“宇宙”的暴漲來說,能量可以靠宇宙弦連續大尺度均勻布局;在此宇宙開端時不會遇到障礙物而發生破斷。但暴漲宇宙弦半徑也有限度,在暴漲結束后的分形宇宙,變物質的大小兩個方向上成團結塊的過程中,分形宇宙留下的這類痕跡,其實就是今天霍金等人稱的“軟毛發”,它們是不平等宇宙起源的基礎。從“物質”的原子結構電子行星軌道模型和原子核質子量子數決定元素序列來說,原子軌道結構是對應里奇張量。而原子核質子量子數中的碳核6和氧核8,6可構成一對卡西米爾效應平板,8可構成立方體而有三對卡西米爾效應平板;卡西米爾平板鏈對應韋爾張量。由此生命、智力、信息不是偶然的現象,它們說明引力的收縮量子信息隱形傳輸,就藏在量子結構,且是自帶光速和虛數超光速兩部分。

    引力無處不在,主導了天、地、宇宙、星系、恒星、行星、蘋果、鳥類,等等,有序地形成和演化。但在微觀上,引力又和其他基本相互作用不能融合。陳雁北教授說,愛因斯坦廣義相對論的方程數學結構,比蘋果表面的幾何復雜很多。愛因斯坦方程解的全局性質,以及物理學家所用的數值解法的收斂性問題,至今也還是數學研究的前沿問題。陳雁北和范錫龍教授的解讀是:引力波所對應的時空幾何,只需要把光滑的蘋果想象成粗糙的橘子。橘子表面有兩種彎曲的幾何結構。大尺度的時空幾何對應橘子的半徑,代表了相對論宇宙空間中的引力。而量子論的小尺度的幾何,如粗糙的“點點”,代表了引力波。

    應該說,把這類“點點”量子漣漪去聯系對應分布反映在被圍繞旋轉的星球表面,如彭羅斯說的里奇張量體積收縮的效應信息,是很恰當和形象,而且也說明了相對論與量子論完全能夠結合??上ш愌惚焙头跺a龍教授還不是大數學家,他們說大尺度的空間彎曲,像橘子的球形;引力波的量子漣漪,像橘子皮上的小皺紋,還不能囊括盡整個大千世界的形狀數學分類,其次也沒有說到如何去計算這類里奇張量“點點”量子漣漪信息的方法。

    而顧險峰教授作為美國紐約州立大學石溪分校終身教授、清華大學丘成桐數學科學中心訪問教授、計算共形幾何創始人,也許提供了參考信息。他說,微分幾何的中心是空間彎曲,空間彎曲的精確表示是各種各樣的曲率張量。曲率本身是抽象而費解的概念。直觀而言,幾何中的曲率就是物理中的力。比如,我們沿著一條空間曲線速度恒定地開車,所感受到的力,就是曲線的曲率。高斯曲率是內蘊的,通過法叢和曲率微分形式,將其轉換為外蘊。法叢理論統一了離散和光滑曲率理論,而龐加萊猜想的證明,雖然雪崩效應還沒被大眾所察覺,但雪崩已經不可逆轉地開始。

    作為拓撲學最為基本的問題,龐加萊猜想的突破,是給定一個拓撲流形四面體網格的組合結構,可為每條邊指定一個長度,使得每個四面體都是一個歐式的四面體,這樣就給出了一個黎曼度量。所謂黎曼度量,就是定義在流形上的一種數據結構,使得可以確定任意兩點間的最短測地線。黎曼度量自然誘導了流形的曲率。曲率是表征空間彎曲的一種精確描述。給定曲面上三個點,用測地線連接它們成一個測地三角形。如果曲面為歐幾里德平面,那么測地三角形內角和為180度。球面測地三角形的內角和大于180度,馬鞍面的測地三角形的內角和小于180度。測地三角形內角和與180度的差別就是三角形的總曲率。給定一個拓撲流形,能否選擇一個最為簡單的黎曼度量,使得曲率為常數嗎?答案是肯定的,這就是曲面微分幾何中最為根本的單值化定理。

    單值化定理是說大千世界,各種幾何形狀有數目繁多的變種,但是萬變不離其宗,解答的方法必須借助于共形幾何和經典的計算幾何。共形變換是保持角度不變,從某種意義來說,共形變換就是保持德洛內(Delaunay)三角剖分角度不變。共形幾何中的單值化定理是說:各種曲面千變萬化,不可窮盡;但是在共形變換下,都歸結為三種標準曲面中的一種:球面,歐式平面,雙曲圓盤,即單位球面,歐幾里德平面和雙曲平面。單值化定理也斷言所有封閉曲面可以配有三種幾何中的一種:球面幾何,歐氏幾何和雙曲幾何。

    曲面微分幾何中,幾乎所有的重要定理都繞不過單值化定理。但顧險峰教授作為拓撲學家和微分幾何學家,也有顧此失彼的地方。例如,環面與球面,拓撲學有不同倫之說,微分幾何有虧格之分。用龐加萊猜想定理可證單位球面和單位平面是同倫的,而與環面不同倫。由彭羅斯非常直觀明白的韋爾張量和里奇張量統一標準解釋,單值化定理也可以斷言:球面幾何和歐氏幾何歸屬韋爾張量。環面幾何歸屬里奇張量。雙曲幾何歸屬龐加萊張量;后者是因龐加萊設計過一種有限而無界的雙曲空間宇宙模型,它把正負虛實零配對的全域宇宙張量空間都包括進去了,為正負虛實零的量子信息隱形傳輸提供了堅實的數學基礎,值得永遠尊敬。

    而大千世界的萬有引力,實際環面和球面是包含在一起,如原子和原子核。陳雁北教授說,為了建立引力波信號的理論模型,人們需要求解愛因斯坦的引力方程。愛因斯坦方程作為自然科學中最為復雜的方程之一,針對現實引力波源解析求解基本沒有希望,于是人們就尋求數值求解之道。數值相對論是理論研究方向:但對于“過分復雜”的愛因斯坦方程,即使是數值求解也已經折磨得人們痛哭流涕。經過約半個世紀的苦苦掙扎,數值相對論在2005年后得到突破性發展,并在2005至今年的這十多年內日臻完善。最終結合廣義相對論的后牛頓近似,為成功探測到引力波信號,量身打造的有效單體數值相對論理論模型,才被建立起來。

    而且望眼欲穿的引力波,可以用4對在真空中,相距4公里的40千克的玻璃鏡子的距離,以原子核尺寸千分之一大小的振幅振動的瞬間十幾次的測量,觀察微乎其微的振動被打在這些鏡子上的100千瓦的激光讀出。這種人類第一次“近距離的接觸”到黑洞的引力波探測的成功,為人類觀察宇宙提供了一個嶄新的窗口。這是在一個自由下落的物體參照系中,引力波可以看成是一個“潮汐引力場”。距離這個物體越遠的物體,它感受到的引力場越大。在自由物體之間,潮汐引力場會引起它們相對位移按比例的“應變”。引力波的振幅h,通常就用這個應變來代表。雖然地球上產生的引力波很微弱,但宇宙空間天文現象導致足夠強的引力波用共振法測量,具體也是用一個很大的金屬物體,利用引力波在物體的諧振頻率上引起共振的特點,從這個物體的振動中提取引力波的信號。

    由于引力波對物體之間距離的變化,和物體之間本來的距離成正比。如果把物體之間的距離拉的很遠,并且把它們做成鏡子,然后用激光測距的方法測量鏡子之間的距離,就可以成倍的提高對引力波測量的精度。如1975年天文學家發現一對脈沖雙星,1982年通過其軌道頻率的演化,推斷出了這個雙星正在丟失能量,而這個能量丟失率和引力波導致的是一致。這給引力波的存在提供了一個強有力的間接證據,引力波終于從紙上走了出來。美國普林斯頓大學的赫爾斯和泰勒在1993年因此獲得諾貝爾獎,以表彰他們對新型脈沖星的發現為研究廣義相對論和中子星系統,開辟了新的可能性。

    這里我們還要補充的是,2016 年見證的虛擬現實/增強現實(VR/AR)技術的實際應用,不但為微分幾何提出了新的理論挑戰,也涉及研究宇宙“軟毛發”、暗物質暗能量的直接相關的逼近理論、幾何數據壓縮理論、映射和變形理論等方法。在計算機中,光滑曲面都是用三角形多面體網格來近似逼近。由于硬件計算和存儲能力有限,所用的三角網格盡量的簡單,三角面片盡量的少。但如何用簡單的離散三角網格來逼近復雜的光滑曲面,成為VR/AR應用中的技術關鍵。

    顧險峰教授說,歷史上有一種錯誤的觀點:認為只要采樣密度足夠高,三角面片足夠小,那么離散曲面自然會逼近光滑曲面。但數學家許瓦茨(Hermann Schwartz)早在1880年構造了一個反例,被后世稱為許瓦茨的燈籠。許瓦茨的燈籠是對光滑圓柱面的離散逼近:假設在光滑柱面的等高線上采樣,每個等高線上取個采樣點,然后建立三角剖分,如此趨向無窮得到一系列離散曲面??梢宰C明離散曲面到光滑曲面的豪斯道夫距離趨于零,但是離散曲面的面積并不趨于光滑曲面的面積,離散高斯曲率測度并不收斂于光滑高斯曲率測度,離散平均曲率測度也并不收斂于光滑平均曲率測度。

    數學本質上是因為離散法叢并沒有收斂到光滑法叢,但物理上三角剖分的凹陷處暗影,也許是間隙外泄漏出的暗物質暗能量——《求衡論——龐加萊猜想應用》一書是研究龐加萊猜想外定理的,她還說明:面旋和線旋不是萬能的——因為從空心圓球內外表面不破和撕裂的翻轉,聯系試管有底的這種形狀,等價于試管封口只留下一維的一段弦線的類似“通孔”。這時按薩納坎德的《黑洞戰爭》一書中,第19章“底層上的弦”一節說的“沿著線移動的點”,類似弦線上穿的算盤珠子的辦法,可嚴格證明球量子和環量子的面旋和線旋,都不能實現空心圓球內外表面不破和撕裂的翻轉。而且把這段弦線變換為類似“蟲洞”的圓孔通道,球量子和環量子的面旋和線旋,也不能實現空心圓球內外表面不破和撕裂的翻轉。但此時球量子和環量子的體旋,卻能實現空心圓球內外表面不破和撕裂的翻轉,而化解里奇流量子熵。

    把“量子色動電磁學” 的通電螺旋管線圈,引起的相位因子φ是貝里相位的圖像,及永磁靜態發電原理的條形磁鐵與導線螺旋線圈組合的圖像,對比“量子色動引力學”中,彭羅斯用里奇張量解讀愛因斯坦的廣義相對論引力方程,是當一個物體有被繞著的物體作圓周運動時,被繞物體整個體積,有同時協變向內產生類似向心力的收縮作用的圖像。這兩者間的不同,是“量子色動電磁學”在磁場N和S磁極之間,要作旋轉切割磁力線的矩形導線圈或圓形導線圈,它們作為閉圈存在,是實線可見的;只有導線圈內的電荷或電流,是不可見的。

    相反在“量子色動引力學”中,作圓周運動的物體,是可以看得見的。但這里物體作圓周運動的軌道,是要實際連續存在;而且類似行星繞日式的運動,在整個宇宙時空中,因還有繞銀河系等運動,這種行星圓周運動因可虛擬為螺旋線軌跡,也不是完全對口封閉的。這里就有一個疑問:這種不是人為作接有連線早安排的圓周運動,何以見得一個單獨物體的繞行,會繼續下去變為圓周運動?因為沒有繞著的物體作圓周運動,也沒有里奇張量解讀的引力效應。由此可以反推,作里奇張量解讀的引力效應,宇宙或自然界間,也類似人為先計劃有連線的圓周運動,于是早就有安排此類的跡象嗎?

    再從里奇張量解讀的引力效應本身就有產生一半對一半的實數光速和虛數超光速引力子,且以顯形量子信息傳輸的實數引力子到達時為準開始收縮,所以虛數超光速引力子,它們作為隱形量子信息傳輸,是從量子卡西米爾效應平板間隙內的量子起伏,分離出來補充引力效應的。因為量子起伏也包括暗物質、暗能量粒子的量子起伏,它們不但能執行里奇張量引力和韋爾張量引力的作用,且同時有起調節被繞物體整個體積協變向內,產生類似向心力的收縮作用。類比量子色動力學,這可稱為“量子色動智力學”;推理到人,稱為“量子色動生命智力學”——傳統科學前沿,沿著克林開創的環圈弦論,類比“量子色動力學”,推進愛因斯坦、里奇、韋爾、卡西米爾、彭羅斯等的引力攻關,類似牛頓統一天上的引力和地上引力。

    “量子色動引力學”也能統一宏觀宇宙中的暗物質和暗能量,與微觀原子核中的暗物質和暗能量?!傲孔由珓酉覍W”,從“卡魯扎-克林”式,到規范場和標準模型利用類比矩陣、群論、對稱和超對稱等傳統方法,可看到理論與實驗的“熵與色”、“球與環”、“電與磁”、“電與動”等組合拓撲,如何統一的電磁力→弱力、弱力→強力、引力→電磁力等三大區間,以及后來如何被“量子色動引力學”所突破。

    所以解答暗物質的存在之謎,從“貝里洞”認識“熵與色”、“球與環”、“電與磁”、“電與動”等組合拓撲,也就是暗物質從理論到實驗成功之時。量子卡西米爾效應是因一對平行平板間的真空量子起伏,與平板外的起伏波長、數目的大小不等,而產生的壓力差導致的收縮。韋爾張量、韋爾流、韋爾曲率、韋爾熵流等收縮效應聯系此情:這是兩個物體質心連線之間,類似有卡西米爾平板鏈,從物體自身開始發生的收縮差效應,傳遞的結果。這類似牛頓引力效應,實際也是一種直線運動產生引力效應。如果說牛頓是用微積分做的萬有引力計算證明,雖然牛頓還不知道韋爾張量的“相因子”編輯技術;因為牛頓和萊布尼茨在首創微積分學時,雖然他們知道還有圓周運動,但當時還沒有拓撲學和微分幾何學,不知道環面與球面不同倫。

    但在20世紀初,韋爾做微積分計算,發覺任何光滑直線或曲線積分,都不是連續的,而是類似量子化的要做可微分;由此連續中的間隙,也有類似卡西米爾效應:間隙中的“真空量子起伏”,就是“相因子”。以后楊振寧和米爾斯腦洞大開,把“相因子”引入復數和虛數,帶進量子力學微積分方程,標準化為規范場;讓后繼者們再一統基本粒子和高能物理學的天下:凡是經典物理學中原先可用微積分計算證明的公式,同樣能用韋爾張量的微積分計算方法,推導證明得出。

    這在21世紀初,終于引出了“量子色動化學”和“量子色動幾何學”。這不禁讓人們想起與此相似的上世紀20年代,玻爾、海森堡、泡利、狄拉克、薛定諤、德布羅意等物理學家,創新出量子力學的“矩陣版本”——翻新電子的自旋描述——用SU(2)群的2維矩陣貫穿整個粒子物理——“完整的電子波函數”發展向量,描述需要4分量,被 稱為“旋量”、“同位旋”,表示電子所處的兩個不同狀態,從而把原先的量子論和相對論拉上核子理論研究的道路。

    “科學的春天”發展到1984年,國內已開始普及介紹卡魯扎-克林理論——這是把第五維看成是弦線放大,類似圓柱;再在圓柱面上繞圓周畫圈線。由此來簡化河流或管道中的流體運動,也看成類似沿著一條圓柱面。再把圓周圈線切片看成圓環,那么流體不管是直線還是曲線運動,運動方向上的每段斷面的截面同心圓環,因存在三旋的內稟空間動力學性質,其線旋本身就類似渦旋;再加之還有面旋和體旋,每段、每個同心圓環,發生法向方向的湍流旋波或撓率旋波,也不奇怪。對此,還會涉及廣州大學曹廣福教授說的“幾何概型”:“如果樣本空間是無限的,且樣本點具有“等可能性”,這樣的概率模型就稱為幾何概型”——聯系環量子三旋色動編碼的幾何坐標選擇,這里因中學數學里講的幾何概型,如三角坐標,只是幾何概型的特例,它不講環面自旋的翻動體旋和線旋,因此設定的角度隨機就太少。

    如果角度隨機,樣本空間中的樣本點,就不是“等可能性”的幾何概型,它的有矛盾,就不奇怪——色動幾何概型中的樣本點,可以是任何的東西,只要它們具有“等可能性”特征就行。但這是相對于非等可能性分布而言的,對求某個事件的概率,要區分這個事件是指樣本空間中的事件還是其他的事件——事件域與樣本點是一個相對的概念,在一個樣本空間中是事件域,但在另一個樣本空間中就可能是樣本點,關鍵是選擇什么樣的樣本空間,即你是選擇三旋理論的拓撲物理學,還是先前書本理論的拓撲物理學?

    幾何概型聯系用三旋幾何拓撲研究湍流和渦旋,更有助于超級并行計算機模擬由自由粒子組成的熾熱夸克膠子等離子體”湯”——對這種“完美”幾乎無粘滯液體的數值認識,華中師范大學和美國伯克利國家實驗室任職的王新年教授等人,在《物理評論快報》發表的文章講,對這種夸克膠子等離子體的數值模擬,在偏心原子核對撞中,顯示產生的膨脹流體具有豐富的局部渦流結構。這些甜甜圈形狀的渦流,類似于旋轉的煙圈。還有一種來自等離子體中熱點的橫向膨脹集體流,形狀像車輪向外發散的輻條。這種帶有渦流的流體像火球一樣爆裂,朝外噴射出粒子流。從存在三旋內稟空間動力學性質,看高能原子核碰撞實驗的數據顯示出的類似甜甜圈的渦流結構,并不出人意料。

    在夸克膠子等離子體的溫度,可以達到7萬億攝氏度下,質子和中子都被融化,釋放出通常禁閉在核子內部的夸克和膠子。膠子的主要作用,是將夸克粘合在一起組成原子核中的質子和中子等核子。 2005年美國布魯克海文國家實驗室的相對論重離子對撞機實驗,和2014年歐洲大型強子對撞機的實驗等,已確認夸克膠子等離子體表現出完美流體的現象。但要分析黑洞火墻的“殼層”,和原子核、質子、中子的夸克膠子等離子體的“殼層”等,是否有暗物質和暗能量這類弦粒子,還需要掌握“量子色動弦學”的情況,才能把暗物質的引力聯系龐加萊雙曲張量和夸克禁閉“龐加萊洞”,解答數學難題。

    3、結尾:驗證馬約拉納費米子和超導量子比特真糾纏

    1937年,意大利物理學家馬約拉納曾預測一種神奇的粒子:其反粒子就是它本身,人們便把這種神奇粒子稱為“馬約拉納費米子”。然而,不久后,他便離奇失蹤,再無蹤跡,但他的預測真假與否卻成了一樁“懸案”。由于馬約拉納費米子具有一種極優的特性——當它以準粒子的形式出現在固體材料表面時,就會變成馬約拉納任意子(一種量子狀態),這可以用來構造拓撲量子比特,應用于自容錯、高穩定性的拓撲量子計算機。

    不過馬約拉納費米子是否真的存在,直到2014年丁洪團隊與國外科學家合作發現了某些“蛛絲馬跡”。張首晟院士生前,2017年將馬約拉納費米子命名為“天使粒子”,進一步預測了出現馬約拉納束縛態可能合適的條件——尋找馬約拉納費米子是物理學界最前沿的熱點之一,美國、荷蘭、中國、丹麥等多個研究團隊都曾宣稱找到了馬約拉納任意子或者費米子的證據。結果高鴻鈞和丁洪聯合研究團隊的觀測,被稱為是一項里程碑式的發現,也成為人類攻克拓撲量子計算機難題中的重要一步。這是第一次在單一塊體超導材料中發現高純度的馬約拉納費米子,相比其他體系,該體系擁有更高溫、更純凈、結構更簡單的優點,同時為馬約拉納費米子的研究開辟了新方向。

    這一重要的發現,使鐵基超導材料有可能應用于構建對環境干擾免疫的拓撲量子計算機。2019年年初,這項成果被列為“2018年中國十大科技進展”之一。馬約拉納費米子的發現,只是萬里長征邁出的第一步,它的特性還需要探索研究??上驳氖?019年4月“12個超導量子比特的真糾纏首次制備并驗證”,在國際《物理評論快報》發表,這是中國科大潘建偉團隊在基于光和超導量子體系糾纏態制備方面的兩項實驗成果,她實現了綜合性能最優的量子點確定性糾纏光源和國際上最大規模超導量子比特糾纏態12比特“簇態”的制備。

    雙光子糾纏是可擴展光量子信息處理的核心資源,其性能的主要衡量指標有糾纏保真度、產生和提取效率以及光子全同性。中國科大潘建偉教授及其同事陸朝陽、霍永恒等與國家納米中心戴慶研究員合作,利用自組裝半導體銦鎵砷量子點實現了目前綜合性能最優的確定性糾纏光源。他們通過設計寬帶“靶眼”諧振腔,利用雙光子脈沖共振激發,首次實現了保真度90%、產生效率59%,提取效率62%,光子不可分辨性90%的糾纏光源。該實驗中發展的高品質糾纏光源技術,未來可應用于高效率多光子糾纏實驗和遠距離量子通信等方面。

    此外制備更大規模糾纏態的超導量子計算系統,潘建偉教授及其同事朱曉波、陸朝陽、彭承志等通過設計和加工高品質的12比特一維鏈超導比特芯片,采用并行邏輯門操作方式避免比特間的串擾,以及熱循環操作去除不需要的二能級系統對于比特性能的影響,首次制備并驗證了12個超導比特的真糾纏,保真度達到70%,打破了2017年由中國科大、浙江大學、物理所聯合研究組創造的10個超導量子比特糾纏的記錄,成為固態量子系統中規模最大的多體糾纏態,也為實現大規模隨機線路采樣和可擴展單向量子計算打下基礎。

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  • 文章太長了,看得真累,建議王德奎老師分段發上來。
    2019/4/30 16:22:28
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草根簡介


我叫王德奎,研究員,四川省綿陽日報編輯。2005年退休。曾公開出版著作7部:《三旋理論初探》(四川科學技術出版社2002年)、《解讀<時間簡史>》(天津古籍出版社2003年)、《求衡論---龐加萊猜想應用》(四川科學技術出版社2007年)、《嫘祖研究》(成都科技大學出版社1993年)、《中國氣功思維學》(延邊大學出版社1990年)、《嫘祖故里大揭秘》(伊犁人民出版社1998年)、《信息范型與觀控相對界》研究專集(與劉月生等合著,河池學院學報2008年增刊第一期出版)。公開發表論文《前夸克類圈體模型能改變前夸克粒子模型的手征性和對稱破缺》(華東工學院學報)、《從卡——丘空間到軌形拓撲》(涼山大學學報)、《物質族基本粒子質量譜計算公式》(大自然探索)、《模擬DNA雙螺旋結構的機械孤立波》(延邊大學學報)等百余篇。我住家地址是:四川省綿陽市青年路11號龍匯花園8-705號,電話:18981105919(手機),2263509(家)。
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