评带量子引力的大量子论
---纪念三旋理论萌生50周年(2)
刘月生（新疆医科大学教授）
【摘要】如果用彭罗斯《通往实在之路》一书对爱因斯坦广义相对论和德西特相对论的研究，对比郭汉英先生的《我们的宇宙与德西特相对论》，再以《通往实在之路》第30章“量子态收缩中的引力角色”，从“薛定谔猫”到“薛定谔团块”模型论证的引力量子态的客观收缩（OR），对应“大量子论”，而能理解“大量子论”的形象描述：把长江河流上下游，变成虚、实相对论绘景；长江三峡大坝闸门的运作，变成点内空间与点外空间的观控相对界，那么薛定谔团块可以对应进入闸门的轮船。
【关键词】德西特相对论 量子形式体系 大量子论
一、
郭汉英先生与牛津大学著名科学家彭罗斯有相似的观点，即发端于20世纪的爱因斯坦相对论和量子理论为基础的现代物理学体系，需要变革或发展。
2005年以来，郭汉英先生发表的一系列文章，但都是基于德西特/反德西特空时优于爱因斯坦相对论的论述。如2005年他发表在上海《科学》杂志第5期的《广义相对论和引力理论的变革——相对论百年札记之二》中说，暗宇宙的观测事实暗示，应该放弃狭义相对性原理中的“欧氏假定”。这样，除了闵氏时空中具有庞加莱不变性的狭义相对论之外，还可能存在德西特或反德西特时空中具有德西特或反德西特不变性的狭义相对论。还说，由于我们的宇宙很可能以加速膨胀的方式，渐近于宇宙常数为正的德西特时空，因此，应该建立以这个原理为基础的、具有局域德西特不变性的引力理论。郭汉英先生指出，从爱因斯坦-嘉当理论的几何量与物理量出发，把洛伦兹标架和洛伦兹联络构成一个取值在德西特代数SO(4,1)上的联络，称为德西特-洛伦兹联络。这个联络的德西特-洛伦兹曲率自然包括了洛伦兹曲率和洛伦兹挠率。早在1970年代初，我国学者就提出了这个模型，不妨称为德西特-洛伦兹模型。2006年郭汉英先生在《科学文化评论》第1期发表的《德西特不变的相对论及其宇宙学意义》一文指出，从相对性原理与不变普适常数(c,R)原理出发,在德西特/反德西特空时中,可以建立相对论。到2009年，郭汉英先生又在上海《科学》杂志第3期发表《我们的宇宙与德西特相对论》，他更明确地指出，“精确宇宙学已经揭示、并将进一步证实：德西特相对论更好地描述我们的宇宙”。“精确宇宙学揭示，宇宙尺度的物理学应以极小的正宇宙常数为标志。这应受到高度重视。我们认为，较之爱因斯坦相对论，德西特相对论，包括德西特狭义相对论和以其局域化为基础的德西特引力，才能更好地反映这一特征”。
在彭罗斯的《通往实在之路》一书的566页，彭罗斯说：我相信我们有理由期待变革。这种变革寓示着一场大革命，它不可能仅仅通过对现有量子力学的“修修补补”就能够实现。在书中，彭罗斯对“暴涨宇宙学”、人择原理和弦理论等当代前沿物理理论的质疑，都具有开拓性。彭罗斯资格之老，贡献之多，是众所周知的。例如他108万言的煌煌科学巨著《通向实在之路》，可以说将是最近二三十年之内由世界著名科学家所撰的非常重要、极富雄心大志的科学著作。《通向实在之路》极富挑战性，它为我们认识物理宇宙研究，提供了一个全面而无与伦比的详尽的各种可能解释的指南，并给出了其基本数学理论的要点。我们从这里能够了解物理学各个不同门类在科学上所起的作用；了解到微积分和现代几何学的众多神奇概念；知晓量子力学的基础和冲突；何谓弦论和M理论；何谓圈量子引力；看到各种科学新潮以及新的发展方向。
郭汉英先生是国内著名的主流物理学家，彭罗斯是国际著名的主流物理学家。而非主流，也非专业的科学爱好者王德奎先生，却要来解读郭汉英先生的《我们的宇宙与德西特相对论》，说它“是一篇挑战文章，背景涉及德西特相对论已出现的全息、全景式发展；国际上这种类似的万马奔腾不亚于我国民科挑战爱因斯坦的波澜壮阔。轻松跨越爱因斯坦，德西特还说不上。我们能轻松跨越爱因斯坦吗？”那么王德奎先生的《解读“我们的宇宙与德西特相对论”》说得对吗？
由于笔者也非主流非专业物理学家，对郭汉英先生的扬德西特相对论，抑爱因斯坦相对论无多大发言权，好在彭罗斯《通往实在之路》一书第28章“早期宇宙的推测性理论”535-539页，有对德西特/反德西特空时相对论的较详尽的解释和其基本数学理论要点的说明，可以用来比较郭汉英和王德奎先生的分析。有心者可以去看彭罗斯的具体推证。总的说来，彭罗斯对德西特相对论比较平静，没有郭汉英的那类偏爱。
上世纪七十年代美国布法罗大学的哲学家史密斯（Barry Smith）提出“形式本体论” （Formalontoloy）这一新概念，到2001年11月6日德国洪堡基金会在柏林举行的颁奖仪式，将高达200万美元的保罗奖授予提出形式本体论的史密斯，已突显了科学形式本体论新时代的来临。但史密斯的形式本体论主要还集中在哲学、计算机和信息论方面，自然科学的形式本体论还没有一本集大成梳理的总结。彭罗斯《通往实在之路》一书的出版，算是完成了这项工作。在书中，彭罗斯把自然科学形式本体论称为“量子形式体系”，并具体地拿出了“古代定理和现代问题；物理世界里数的种类、奇幻的复数；对数、幂和根的几何学；实数微积分；复数微积分；黎曼曲面和复映射；傅里叶分解和超函数；曲面；超复数；n维流形；对称群；流形上的微积分；纤维丛和规范联络；无限的阶梯；时空；闵可夫斯基几何；麦克斯韦和爱因斯坦的经典场；拉格朗日量和哈密顿量；量子粒子；量子代数、几何和自旋；纠缠的量子世界；狄拉克电子和反粒子；粒子物理学的标准模型；量子场论；大爆炸及其热力学；早期宇宙的推测性理论；测量疑难；量子态收缩中的引力角色；超对称、超维和弦；圈变量；扭量理论”等32个阶梯的形式本体论的内容，如从小学到博士后的学校教育一样，可以大致用来衡量一位科学志愿者的知识水准。
自然科学形式本体论的“形式”虽然含有“模式”、“版本”、“拷贝”等类似的意思，但它更注重“形式”的具体内容，也许才把她称为“量子形式体系”而更明确。所以不管彭罗斯的这种知识评价体系对不对，你接不接受，正如各国从小学到博士后的学校教育一样，它也是一种客观的形式体系。彭罗斯是“自私的”，他把“扭量理论”放在最高级，而他正是扭量理论的首创者，并且“圈变量、超维和弦”等理论，也是他曾经研究过而放弃了的东西，而今别人拾起来，比扭量理论研究得还火红。但彭罗斯还是属于客观辩证唯物的----即使他不赞成的东西，如果已成国际科学的主流，他还是如实介绍，也说出他不赞成的数学物理的理由，使人觉得基础科学就是一种“百衲衣”，给自己留有耕耘的土地。不像主观辩证唯物----自己不赞成的东西都要打倒重来，唯我独尊。我们今天已不是原始人，前人积累的知识内容虽然非常多，但从形式本体分类上说还是有限的---有限可分和无限可分，就成了今天客观辩证唯物和主观辩证唯物争论的一个焦点之一。
从这种有限的量子形式本体论出发，即使不全了解或学完彭罗斯例举的那32个阶梯的形式本体论的内容，也会有人开始能对前沿基础科学产生兴趣或好奇。笔者和王德奎先生正是这样。笔者专业是教哲学的，在医学院工作。医务工作者面对的病人，归根结底涉及的是各种各样的信息。从形式本体论的信息范型来说，数十来来的研究，笔者归纳为“结构信息”、“交换信息”、“信息增值”、“观控相对论”等四个概念的信息形式体系。陶康华先生很赞成“结构信息就是做实验；交换信息就是读书”的形象说法。这里结构信息和交换信息的价值，就在于信息增值与能否兑现观控。
笔者的信息形式本体论的自然科学形式本体论意义在于，结构信息和交换信息并不是平权的。结构信息和交换信息虽然各自具有传播、交流、信息增值、观控相对的意义，但它们这里存在一个观控相对界----实验的结构信息对理论的交换信息具有阶段的检验、证实、总结意义；类似今天的大型强子对撞机，由于不是人人、国国都会有的，它的“全世界无产者联合起来”的意义加具有阶段的检验、证实、总结意义，就具有地球村的指导性----这就是笔者的信息形式本体论的量子形式本体论。
王德奎先生的形式本体论走的是另一条道路。他虽生在旧社会，但长在红旗下----新中国成立，加快了现代科学技术知识在贫困山区和贫困人家的传播，使童年和少年时代的王德奎就得到了熏陶。1959年及其以前他遇到两件事。一是一堂代数课，老师布置了一道求解人数的方程应用题，一位同学得出了三十二又二分之一个人的答案，老师批评说：“怎么会有二分之一个人呢？”这时，王德奎的脑袋突然联想到，人有很多层次，可以分成很多数量和内容的集团，而当分到一个人的时候，不能把人分割了，还看成一个人。以此类推，粒子分到一定层次必然不是粒子形态。另一件是这之前，他在家乡河边一个人放牛，玩耍往身边垒沙子，他曾突然联想到：如果宇宙曾经有过类似空气是充满“沙子”的阶段，那么它要变到今天的宇宙是凝集的固体的星球和石头，必然有一个收缩的过程，而收缩是有可能产生“有界”的宇宙的。这种突发奇想使他很恐惧---因为当年社会主张的辩证唯物，是宇宙无限大，物质无限可分。由此，王德奎萌生了一种“类圈体”概念的大量子论---类圈体是相对于“类点体”而并存，且相互依，但圈比点更基本的客体。这为用类圈体之间的耦连，解决连续与间断并存且相互依、虚与实并存且相互依，提供了缠结图像。这是王德奎在直击量子形式本体论----当然量子形式本体论不是这样简单，它已有彭罗斯总结那32个阶梯；当然类圈体大量子论也不是那么简单，今天她是将圈的“三旋”---体旋、面旋、线旋，视为这个几何空间的自然属性，创立的自主知识产权的三旋理论公理化体系。
到今天王德奎也并不绝对排斥“宇宙无限大，物质无限可分”。他认为纯基础科学是一种“百衲衣”，不但体现了纯基础科学是一种千人糕、万人糕，而且也是全人类写就自己的历史的结果。人类不是猴子---不是像猴子拌包谷，拌一包撂一包。彭罗斯总结那32个阶梯的形式本体论，就是这种百衲衣。这种人类历史的写就，你可以不喜欢它，不学它，但是客观存在的；你要把你的“补丁”代替“百衲衣”，你就得亮出你的“底牌”来、亮出你的“历史”来。以当年的层子模型与夸克模型竞争为例，“物质无限可分”的层子，可以安排作为在非弹性散射实验中产生的“海夸克”思维的夸克模型“补丁”；包括很多人喜欢的“以太”思维也如此。而“宇宙无限大”也可用“虚零”和“实零”的宇宙始与终来“补丁”，但王德奎的大量子论没有允许“出生”的余地，直到科学春天的到来。
形式本体论和本体论、辩证唯物论的“形式”，说来都类似哲学。但如果自然科学形式本体论与一个国家的主流哲学相冲突，要想得到公开的发表，从结构信息和交换信息来说，必然要有信息增值意义上的发现才行。结构信息就是做实验，这对于没有条件的王德奎，想也不敢想；但交换信息就是读书，那以后的50年，王德奎基本上是做到了----即使在上世纪六十年代中期那个狂热、迷惘笼罩着中国大地的时期，基本粒子物理学及其涉及的高深的数学，对王德奎的个人前途毫无意义，但他也没有一天动摇过自学。这就王德奎先生要来解读郭汉英先生的《我们的宇宙与德西特相对论》的基础。
现在我们来猜想，彭罗斯为什么没有郭汉英的那样的激进?
(1)彭罗斯《通往实在之路》一书第28章“早期宇宙的推测性理论”一开头就说得很清楚，他是把暴涨宇宙学、人择原理等当代前沿的一些主流物理理论，看成是“推测性理论”的，说“它们与大爆炸的特殊性质所引发的问题有关”。德西特或反德西特时空相对论，彭罗斯也就没有把它作为例外。量子引力统一体是一件“百衲衣”，德西特或反德西特时空相对论再好，也只是一个“补丁”。即百衲衣再破，还是衣服；补丁再好还是补丁，不能拿补丁当衣服穿。
（2）在宇宙学文献中，我们宇宙的3种本性不同的可能性命运，取决于常空间曲率(k)，是正（k>0）、零(k=0)还是负（k<0）。德西特相对论作为推测宇宙演化的数学工具，是复杂而多变的。例如，它对于检验基于“暴胀期”的宇宙学模型之所以富于启发性，彭罗斯说它至少有3类：a、球面“稳态”型的德西特空间；b、不破坏因果律的“双曲“型反德西特空间；c、违反因果律的“双曲“型反德西特空间。在537页彭罗斯说，德西特相对论给出的空间均匀且各向同性度规的一个特例，是具有k=0的平直空间区域和指数型膨胀。而这正是郭汉英先生扬德西特、抑爱因斯坦等人的一条“钢鞭”。彭罗斯并不隐瞒自己的观点，他是偏重k<0。彭罗斯亮出了自己“底牌”之后，也亮出了“历史”。他说，作为“稳态”模型k=0涉及的这个度规，“在20世纪50-60年代特别受宠”，但“60年代后，它开始失宠”。在20世纪50-60年代这个特别受宠的宇宙模型，彭罗斯指的是霍伊尔等人的恒稳态宇宙模型，这也是我国主流“宇宙无限大，物质无限可分”模型特别受宠的年代。霍金在学生时代就与霍伊尔的恒稳态宇宙模型作过争辩，看来作为老师级别的彭罗斯是支持霍金的。但霍伊尔恒稳态模型真正受到冲击的，是微波背景的测量结果。而层子模型真正受到冲击的，也是非弹性散射实验的结果。60年代后，“宇宙无限大，物质无限可分”并没有失宠，而是在这类结果中失语了。郭汉英先生及其同事、老师们，能亮出自己的“底牌”和“历史”吗？
（3）德西特相对论没有回答彭罗斯在29章说的“测量难疑”。因为彭罗斯说，“这样的事情不是一眼就能看穿的”。笔者也认为，不管是爱因斯坦相对论，还是德西特相对论，它们作为交换信息，都要经过结构信息的实验的检验、证实。这里不存在资产阶级和无产阶级、东方和西方意识形态的不同。爱因斯坦相对论作为纯科学的一件“百衲衣”，是对前人历史贡献的总结和平衡的结果。他之后仍然是一件“百衲衣”，最有说服力的是社会主义“劳动英雄”---前苏联科学家弗里德曼，在爱因斯坦发表广义相对论后不久，认真负责地补习了有关广义相对论的数学，第一个找出了爱因斯坦广义相对论方程中的数学求解漏洞，独立求出了广义相对论方程中的一个不同的膨胀解，让爱因斯坦和其他西方科学家都能承认了这个成果。弗里德曼这个解是属于k>0；弗里德曼培养出的学生伽莫夫，他就是当今宇宙大爆炸理论的那个开创者。与伽莫夫一同离开东欧到西方去的科学家不少，恒稳态宇宙论的开创者之一的邦迪就是其中之一。大爆炸宇宙论与恒稳态宇宙论进行了长期的较量，从实验和数学客观标准上看，并不存在是资产阶级和无产阶级、东方和西方的意识形态的较量，而是对爱因斯坦相对论“百衲衣”进行的“补丁”工作。李淼先生介绍的近年来宇宙学面临非高斯性革命猜想，性质也如此。
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