物理学家沈致远发表统一场论新版本

 据中国科技网-科技日报(记者 曹丙利)：爱因斯坦完成广义相对论后开始探索统一场论，终其后半生不幸以失败告终。20世纪70年代量子论标准模型建成后，统一场论成为物理学家下一个目标。以弦论及圈论为主的两大派分别从量子论及广义相对论出发，经过四十多年坚持不懈的努力，仍未能实现这一目标。
在总结前人经验教训的基础上，美籍华裔物理学家、科研出版社英文期刊《Journal of Modern Physics》(现代物理)杂志编委沈致远于2013年10月在《Journal of Modern Physics》上发表论文Stochastic Quantum Space Theory on Particle Physics and Cosmology-A New Version of Unified Field Theory，“随机量子空间理论关于粒子物理及宇宙学：统一场论新版本”，全文共168页，十万字。
沈致远历时八年创立“随机量子空间理论”，简称SQS理论。该理论从三项基本假设（高斯几率假设、质数假设、真空子假设）出发，以严格的逻辑推理建立起理论框架，推导得出数值结果，利用三个基本物理量（普朗克长度、普朗克时间、普朗克质量）将之翻译为物理量，得到许多与实验结果符合的结果。根据高斯几率假设定义S-方程，证明了“随机游走定理”。以“变换因子”解释了使物理学家困惑的若干“等级问题”（两个相差几千亿倍的物理量）。根据一维空间S-方程算出6个基本粒子的质量，其中3个已知粒子的质量与实验值符合，3个未知粒子作为SQS理论之预测，以待实验验证。
据沈致远介绍，他根据三维空间S-方程，建立起代表电子等基本粒子的几何模型及轨道。标准模型以几何点代表基本粒子，具有趋向无穷大的发散困难，需要以重整化抵消无穷大才能得出高阶计算结果。SQS理论以几何模型及轨道代表粒子，根本不存在无穷大，毋需重整化。SQS理论根据一维S-方程，算出基本粒子轨道上的特殊点位置，由此得到弱电相互作用的G-W-S 三角形，G、W、S 分别代表Glashow（格拉肖）、Weinberg（温堡格）、Salam（萨拉姆），三位均获得诺贝尔物理学奖。G-W-S 三角形的3条边和一个角（温堡格角）具有物理意义，SQS理论算出的结果与实验值符合。著名的“双缝实验”发现，即使每次只发射一个粒子也会形成干涉条纹，一个粒子竟能同时穿过两个隙缝，匪夷所思。“双光子纠缠实验”发现，测定一个光子的自旋，在远处的另一个光子立即相应改变自旋，爱因斯坦称之为“鬼怪的超距作用”。SQS理论以常理对这两个著名实验做出令人信服的解释，解除了物理学家长期以来的困惑。
SQS理论从高斯几率假设及真空子假设出发，根据“开普勒-海尔斯”定理得出结论：三维微观空间具有“面心晶体结构”。据此在半径为3倍普朗克长度球面内发现36种空间对称性，与标准模型U(1)、SU(2)、SU(3)群之各种表示具有对应关系。根据质数假设，沈致远发现最小的18个奇质数构成3×3=9个质数偶对（相邻两奇质数平均值等于偶数者为偶对）系列：[（1，3）（5，7）（11，13）]，[（17，19）（23，29）（31，37）]，[（41，43）（47，53）（59，61）]。根据量子论标准模型，夸克有3代共6种 “味”：上、下为第1代，奇、魅为第2代，底、顶为第3代。每种“味”各有红、绿、蓝3种“色”（“味”、“色”是借用之名称）。9个质数偶对共有9×2=18个质数, 正好与3代3×6=18种夸克一一对应。标准模型认为不同色并非不同夸克，夸克只有6种。SQS理论认为不同色是不同夸克，18种夸克各具有不同质量，已为实验证实。9个偶对后面一对质数（67，71）并非偶对，上述质数与夸克之对应关系终止，据此SQS理论断定夸克只有三代，也为实验所证实。SQS理论根据上述18个质数和另一组质数，建立以8个胶子为媒介的强作用理论，以简单数学规则解释了实验结果。沈致远在质数表中又找到四个质数偶对系列，发现前后共五个质数偶对系列与宇宙演化密切相关，由此推出的结果与宇宙学标准模型及天文观测符合。质数为媒，至大至小两极相通。
按照标准模型，夸克衰变参量由6个C-K-M三角形代表，C、K、M分别代表Cabibbo（卡比博）、Kobayash（小林诚）、Masakawa（益川敏英），后两人因此获得诺贝尔物理学奖。C-K-M三角形中最重要的是归一化三角形（unitarity triangle）。物理学家经过多年反复实验发现：归一化三角形一个内角γ之误差过大，三内角之和不等于180°。这就提出一个问题：归一化三角形是否真是三角形？如果不是，物理学家奉为圭臬的标准模型必须修改。主流物理学家对此至今未有答案。SQS理论根据上述质数偶对系列指出：归一化三角形不是一个三角形而是三个三角形，γ角之误差过大及其三内角之和不等于180°是物理学家将三个三角形当作一个三角形处理而被误导。根据SQS理论算出的结果与实验数据符合，为标准模型解了困。
基本方程是统一场论核心。弦论至今尚缺基本方程，圈论虽有宏观方程，并不适用于微观基本粒子，称不上基本。沈致远从广义相对论方程出发建立统一场论基本方程。广义相对论方程右边是动力学公式，左边是运动学公式；前者为因，后者是果。爱因斯坦对源出于基本原理的方程左边很满意，而对带有人为因素的方程右边不满意，他说：“方程的左边是大理石，右边是稻草。”爱因斯坦试图将稻草变为大理石以寻求统一场论基本方程，不幸以失败告终。客观原因是条件不成熟，未引入几率是主观失误。沈致远舍弃广义相对论方程右边的稻草，从方程左边的大理石出发建立基本方程。右边为零的广义相对论方程代表真空，真空是空间之基态，此乃宇宙万物之基础，从真空出发顺理成章。并重新定义了广义相对论方程之度规张量，将之乘以高斯几率分布。经过严格的数学推导，方程的右边之动力学公式自动出现，舍弃稻草换来了大理石。引入几率是关键，终于找到了指向基本方程的正确方向。
方向对了，一通百通，统一场论基本方程随之而来。包罗万象的原始基本方程非常简单，只有两个方程，可印在T恤衫上。对之求平均值，得到两种更简单的宏观基本方程。其一为引力方程，相当于左右两边均为大理石的爱因斯坦广义相对论方程，在小于四分之一普朗克长度时引力变为斥力，排除了引起无穷大的“奇点”，为广义相对论解了困。其二为相当于麦克斯韦方程的运动学/动力学方程。比较这两种方程，解释了静电力与引力之巨大差异，并明确指出所有四种用力统一于71倍普朗克长度。
原始基本方程右边之因包含几率，左边之果不包含几率。随机原因怎么会产生完全确定的结果？沈致远认为，虽然看似自相矛盾，其实不然，这揭示出原始基本方程深刻的内涵：基本粒子内部运动具有许多条彼此分开的轨道，各代表不同的量子态。粒子在一条轨道上的运动状态是完全确定的，粒子在何时跳到哪一条轨道是随机的，由方程右边的几率决定。这已为对光子和电子等的数值计算证实。量子论是从量子化到几率解释，SQS理论则是从几率化到量子解释，两者异曲同工。原始基本方程给出所有基本粒子之内部运动规律、特性参量及其相互作用。由于方程之精确解尚未求出，只能作一些定性和半定量分析。对光子及电子等所作的分析结果与实验符合，进一步研究有待求出原始基本方程之精确解。
窥其一斑，万物之理初见端倪。欲睹全豹，尚须继续努力。沈致远在论文中提出25项预测，以供实验检验。沈致远指出，SQS理论是发展中的理论，有许多课题可供继续研究。为了有志者参与此项研究共襄盛举，2013年第4期《现代物理》编发了此论文的中英文摘要及参考文献。


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