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小朋友送我两本说“相对论”的书——《热与引力》《流出的时间》  

2011-09-02 22:10:27|  分类: 读书 |  标签: |举报 |字号 订阅

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小朋友送我两本书——《热与引力》《流出的时间》 - 嚯嚯嚯 - 俺是华夏知青论坛曾经的版主
 

  小朋友送我两本书,都是与相对论有关的,其父是作者——刘应平《流出的时间》和《热与引力》。

  俺与物理学很陌生,就是上中学时的那点儿知识,后来还真没觉得实际生活中跟物理能产生多少直接联系,虽然天天接触到电、光、热和物体的运动。俺上大学时学的是理科,物理学应该是俺的基础课,但那时学校没有为我们这个专业的人开设这门课,等到后来上物理时,直接就上磁学。俺在课堂上马上向老师提意见,俺们这个班没有学电学为什么就开始上磁学了?老师说,学校的教学计划就是这样安排的。那天也是凑巧,刚好教务长在我们的阶梯教室听课,教务长听到老师的话在后面说,谁能听下去接着听,听不懂的不做要求,也不勉强大家听,只能这样了。话一说完,我们班的同学绝大部分都走出教室,并且以后再也没有去上物理课。我是全班50个人中坚持听完这门课的三个人之一,另外两位,一位现在在我上的那个大学当二级学院的院长,另一位八几年先到澳大利亚读的研究生,后来到加拿大国家环境部工作,听说近年又回我读的那所学校带研究生,而俺那时学的那点儿物理学知识也早都还给老师了。

  本书作者刘应平先生,是我们上面一拨儿的老五届。老五届上网的,我碰到的不太多。刘先生又肯定是一位不屈不挠时刻与命运搏斗之人,所以在教了数学多年之后,又自己奋斗开了一家模具厂,生产、创业之时,仍执迷、痴迷于物理之相对论。俺把刘先生的书介绍给大家,希望刚好对相对论有研究的人能对此书及其书中提出的理论做出评价。


刘应平《热与引力》

刘应平:赵崢三角形——《热与引力》介绍之一
  赵崢提出了引力、热、时间三者之间存在某种关系。见《黒洞与弯曲的时空》-书。这种关系是宇宙最深层的关系之一。因为三角关系的初步內容目下尙不淸楚,赵将其称之为朦胧三角形。似乎意在出题目让人来作。刘应平在《热与引力》-书中论述了热的无所不在的普遍性和熵的时间指针性质,引力的极端普遍性及其微观机制。热与引力通过时间单向性直接连系。这些使得赵崢三角形从朦胧向清晰前进-歩。

刘应平:相对论的时间方向——《热与引力》介绍之二
  《热与引力》一书建议了引力的微观机制。这个机制表明,只要引力发生,就有热伴生。引力热在宇宙规模发生,在宇宙规模影响度规张量。因此,可以在含有宇宙常数的引力场方程中加进一项以体现引力热对宇宙膨胀的贡献。其数学形式与宇宙常数项类同。通过这一项有可能理解早期宇宙为什么会发生“引力以-定条件变成了斥力”。
  特别的,通过这一项有可能给引力场方程安上时间方向。我们大家都知道,相对论是没有时间方向的。确实,人们认为它应该有时间方向,现在这个方向很自然地有了。

刘应平:相对论与引力研究——《热与引力》介绍之三
  一条假定推导出的物理体系
  由两条原理推导出狭义相对论,又由另两条原理推导出广义相对论,其美妙只有一些数学体系例如几何或群论可以与之相比。前两条原理是光速恒定原理和相对性原理,后两条原理是等效原理和广义相对性原理。欧几里德几何提供了典范,我们这些普通人在初中平面几何中已-窥玄机。也许是大脑被训练出条件反射,或者是理论强大的说服力,总有人说,光是广义相对论的严密体系就会使人觉得它是对的。
  现在刘应平在《热与引力》一书中东施效颦,从一条假定推导出一个体系。这个体系的初步应用,作出了如下事情:
  给出真空严格而又清晰的定义;
  简单解释了宇宙常数;
  极其自然且简单地解释了暗能量。

刘应平:暗能量与引力——《热与引力》介绍之四
  我们的宇宙内容物形态十分丰富。就所占比例而言,其大约数值是,可见物质占4%,暗物质占23%。因为观测结果显示宇宙是空间平直的,因而有73%的物质不知下落。这最大的一部分被称为暗能量。暗能量不发光,不结团,大尺度高度均匀,不参加核反应。作为最广泛的分布,在宇宙中无所不在。
  人们把暗能量看成一种散开的力量。更有一种看法,认为暗能量会把星系、星球,黑洞甚至原子、分子、亚原子粒子等等一切分立的存在全部“撕碎”。宇宙将变成没有任何量子性的无限稀薄的均匀存在。就是说,整个宇宙因为暗能量的存在成了一个无比巨大的白洞,这当然是不可能的。
  《热与引力》一书指出了仅只满足以下几条的暗能量:不发光、不结团、大尺度高度均匀,小尺度也高度均匀,不参加核反应,在宇宙中大规模存在。这就是参与构成闵可夫斯基时空的纤细物质。书中还从物质分布角度指出,闵时空是高度空间平直的。这样的暗能量没有发散的倾向,相反,它因为引力会有集聚的倾向。《热与引力》一书指出,真正造成发散倾向引起当前加速膨胀的原因是宇宙常数所代表的物理真实,书中一并解释了宇宙常数和暗能量,书中给出的清晰的图景会澄清许多认识。

刘应平:相对论与宇宙常数——《热与引力》介绍之五
  近年观测证明宇宙在加速膨胀,因此,宇宙常数为正并且在引力场方程中再不能取掉了。这是20世纪最重大的发现之一。宇宙常数离奇地小却又偏不为零,使得本来就难于捉摸的宇宙常数问题更是难上加难。宇宙常数像个高明的魔术师,反复向物理学家的智力挑战。“一种怎样的物理机制能起到如此微妙的作用?”
  《热与引力》一书特地给出了这个物理机制:宇宙常数描写了本底时空的生成。宇宙的每一个角落都在生成本底时空元。能量稀薄的浩瀚时空之中,星球或者黑洞之中,一个原子或电子之中,都是如此。这种生成在任何角落都是起“撕开”的作用。只是因为这个力“离奇地小”,在物质密度高的地方无法表现出来。但这个力是宇宙中大尺度存在的,在物质密度小过某个临界值的广大宇宙中,也就是所谓的本底时空中,却是十分确切地表现出来了。星系、星系团在宇宙中是很小的粒子,只能顺从地随着本底时空加速膨胀。这个力太小了,它在宇宙中无处不在,可是宇宙太大了,因此即使是星系或星球的排山倒海之势,对这个力来说,小得无法提及。这个力属四种力的哪一种还须判断。
  这个解释是这样的简单,这样的自然,与宇宙常数的一切表现是如此完美的符合,使人觉得,这个方向确实太吸引人了!

刘应平:预言宇宙物质密度值——《热与引力》介绍之六
  宇宙物质平均密度当下值比临界值大这个结论可以与实验观测比较。但它与主流的说法恰好相反。宇宙是无限的或者至少是非常巨大的,人们通过研究宇宙物质的平均密度来把握宇宙的物质情况的总体性质。因为凡物质都对引力有贡献,平均密度太大,宇宙终有一天会调头收缩而且越集聚越快,最后砸成一个“奇点”。如果平均密度太小,相互远离的星系将一去不返,宇宙永远膨胀。宇宙物质平均密度应该有个临界值,把太大太小精确为数字。这个临界值与当下宇宙物质密度的实际平均值是两个东西,人们自然想到实际平均密度对临界平均密度的比是多少?
  观测证实,现在的宇宙是空间平直的。至少三维闵可夫斯空间是以极高的精度接近平直的。这就是说,上述比值与1非常接近。这是现在的比值。标准宇宙模型要求这个比值与1的偏离随时间向后推移严重放大。要有今日,必须当初。计算之下,当宇宙幼年 秒时,比值与1接近的程度应该为1± 。简直是奇妙过了头。这就是标准宇宙模型的微调疑难或称平直疑难。后来指数式暴涨理论解释了何以如此。这就好像“上帝”一开始就把这个比值调准,让它在137亿年几乎不变。因为调的太好了,偏离太小了,137亿年的放大也偏不出什么。
  这是个一次调准理论。
  《热与引力》一书提出了一个随时调整的说法。“上帝”在137年亿间一直在作“在线”调整。
  前一个上帝万万妙巧,后一个上帝一生勤劳。下边给出勤劳解释的具体说法。这个说法的好处是,很自然地了引出暗能量应该存在。
  本底时空元无处不在生成,逼迫宇宙膨胀。因此,同一份宇宙物质,既有引力作用,又有斥力作用,由于引力与斥力各自随密度的非线性单调变化快慢的不同。在某一个平均密度值附近,密度大一点,斥力占上风,密度小一点,引力占上风,该平均密度实际就是我们所说的临界密度。《热与引力》一书给出了这个非线性单调变化不同快慢的微观机制。这个机制不准实际密度(即使是局部)比临界密度小太多。当然,实际密度在某一局部太大了,例如星球星系的情形,就只有引力的绝对统治了,尽管斥力仍然微弱存在。
  目前宇宙在加速膨胀,此书預言,宇宙物质的平均密度应该比临界密度大出一个小量。这个可以与实验观测比较。只要有这个小量,就算是一个判决。
  这也是对宇宙三维空间为什么平直的一种解释。

刘应平:一条坏根据与十条好根据谁好?——《热与引力》介绍之七
  闵可夫斯基时空的物质状态如何?弦论为什么认为空间只有3个维度是自由伸展的,而其他维度是卷曲的?时空为什么是11维的?空间是能量的存在形式之一吗?引力有微观机制吗?它可能是什么样子的?引力能直接转化为热能的微观机制是什么?相对论和量子论为什么现在没有时间方向?可以给安上时间方向吗?宇宙常数的实质是什么?暗能量是什么?暗能量、暗物质、重子物质等等这些宇宙内容物有微观关系吗?宇宙3维空间平直还有新的解释吗?时间、空间、物质、序性如何统一起来,存在关于统一的微观机制吗?速度加速度为什么是空间对时间求导?时空真的完全平等吗?
  这十多个问题正在被逐一解决,而且往往为了具体问题,找出了针对性的根据。这些根据可以罗列成堆,但还是支离的。这些根据中的每一个往往都是较为直观的,较为习惯的,可以用已有的数学手段展开的等等,总之这些根据都是好的。正如相对论与量子力学各自都有好的根据-样。
  《热与引力》一书从一个根据出发,把这些问题统一处理了,但这个根据刁钻、奇怪、抽象得很不自然,更像是从物理学外部侵略而来的,等等。总之,是一个坏根据。
  综合评判一下,是一个坏根据好还是十个好根据好?《热与引力》觉得一个坏根据好。因为人们往往认为统一是美的,是真的。毕达哥拉斯还说数学是善的。理由仍然是大脑的统一性嗜好。上帝是这个嗜好的直接产物。
  但是抽象和不自然也会破坏人的美感,人会本能地怀疑抽象奇怪的东西的真实性。高度的抽象更是恶的。教师都会观察到不论大人小孩,男人女人,特别是学生,看小说或小人书的劲头往往比攻数学的兴趣大,当然要除过了强迫的情形。

刘应平:弦论与11维时空——《热与引力》介绍之八
  弦论为什么会认为空间有10维?图书《热与引力》给出了一个简单而自然的解释。这个解释是在流出的时间的框架下,用一套符号系统阐明空间是能量的一种存在形式。本底时空元形成三维宇宙空间。三维空间以宇宙常数力得以自由伸展。更浓密的能量理应在三维之上加进更高的维,这些维因能量条件受到限制,因而表现为卷曲的维。弦论研究的是粒子,就是说,弦论关注的是高密度能量结构,它关心的区段正好是10维的。当然,更高维的存在也是可能的,只要能量更集中。这在书中的系统是自然的。如果把开弦闭弦的弦段与书中所述的纤细物质层次或其他层次联系起来,则弦论依赖绝对时空的困难就自然解决了。

刘应平:黑洞与奇点——《热与引力》介绍之九
  引力不同于其它三种力,现在也说成不同于强力和弱电力。确实,不是一个层次。《热与引力》一书建议一种引力微观机制,引力是本底时空元的集聚作用造成的。时空元集聚的频度总量是平方反比定律中称之为质量的量的大小。如果本底时空中单位体积中频度定义为1,在星球中就会远远大于1。这个机制并没有说明质量与频度总量成正比。但也不排除存在成正比的一些情形。按流出的时间理论,频度有下限。频度也应该有上限,因为本底时空元也有斥力作用。过大的频度有可能造成斥力呈指数上升。以致引力反而会丧失在星体间,星体中,白矮星中,黑洞中那样的优势。因此,不存在广义相对论无限收缩的奇点。

刘应平:时间空间本性——《热与引力》介绍之十
  相对论、量子力学是可靠的基石,工程中牛顿力学到现在用得还是最多的。没有体系被推翻过。不是动不动就“推翻”,而是寻找:
  1.藏身真理中的谬误;
  2.突破性的新概念。
  而且以第2条为主。把这种努力称为物理拓荒。如果在拓荒中-味追求细节,又过早地追求数学描写的完美,智力将不堪重负。数学完美只能在拓荒之后发挥巨大作用。广义相对论从物理拓荒到数学精耕细作经历了近百年。量子力学的拓荒期大约有20年之久。现在物理理论更庞大了,已知的物理事实更复杂了,全面权衡有很大的难度,不全面权衡则难有突破。关键的难点是:极度深入的物理对象与直观习惯无关,几乎与常识作对。物理学的现在,没有新概念不可能有人们预期的进展。时势提出了新概念的要求。认真寻求纵横全局的新概念势在必行。一个可能的难堪局面是,纵使新概念找到了,人们左看右看总是不顺眼。随着嘲笑和轻视把它打发掉。历史值得借鉴,物理拓荒成功了,仔细的工作才更有生气。
  物理学发展过程表明。拓荒用的人力少,时间短。细致工作才用的人多,时间长。从表面上看,后者才是物理学的主流。这个主流有时还会给人以疾风暴雨式推进的感觉。“那时候三流的物理学家可以做一流的工作。”
  比较广义相对论与量子力学的数学结构,使人觉得,直接把这两个理论熔铸一炉的可能性是沒有的。勉强从事会越走越远。但是,他们都对时间、空间、能量等等之类最平凡的概念各有新的看法。把这两个不肯合作的巨人端详了多年之后,觉得正是在最基本最平凡的层次上,他们其实是可以密切合作的。只有通过取舍,才有望实现这种合作。
  牢牢抓住相对论和量子论这两根线索,选择在时间和空间概念新的突破点。或者说,以新的四元素(时间、空间、能量、序性)代替旧的四元素(时间、空间、物质、运动)。这个工作是相对论、量子论在这方面成功努力的继续。
  但是现在对时空本性的探索还是太少了,大量工作是在原有概念的田地中的数学劳作。这是极其有益的,但对全面突破则显得是无力的。不妨作得更有效一些。
  逻辑是大脑对客观的反映,逻辑必须有物理根据。逻辑也应隨新认识的物理亊实而改变。
  从牛顿力学的独立时间和绝对空间进步到时空因物质弯曲,这一点对物理思维的改造是最引人注目。更加重要的另一条是,物质与能量因相对论和量子论的成功失去了相互的界限,原子(物质)在时空中运动的单纯的美好的图景再也没有了。你无法知道一个粒子的质量中多少是运动,多少是“干物质”,因为粒子的转化变得迷雾重重。因此,面对物质世界,我们只能说,除了能量,什么客观存在也没有。能量是物质,物质也是能量。“没有物质的运动和没有运动的物质同样是荒谬的。”没有单独的物质,也没有单独的运动。只有物质和运动的统一体——能量才是真实的。
  到此让我们再强调一次物理学的两条告诫:
  1.世界上只有能量;
  2.能量使时空弯曲。
  从这两条,我们要用分析法或还原的办法找出一条说法。物理学曾将万物还原为原子,把原子还原为亚粒子(进一步还原不下去就不舒服)。
  时空是什么?它与能量是什么关系?仅仅是物质在时空中运动吗?谁证明过:空间与能量必然是本质不同的东西?它们之间的楚河汉界是真理,还是藏在真理中的特洛伊木马?
  能否学罗巴切夫斯基一回,第5公设证不下去了,干脆说,几千年的徒劳无益使我相信答案本来就不存在。
  能量与时空的界限并不存在。用什么机制表达这种不存在?
  刘应平在图书《流出的时间》和《热与引力》中建议了一种机制。关于这种机制的说法被称为流出的时间理论。这种机制除过抽象古怪之外,能够简单地自然地把许多物理事实自然地串连起来。而且这种机制与已知物理亊实沒有显示出冲突。关于这种机制的说法被称为流出的时间理论。这种机制还有另一个令人不快的特点,那就是能量在有序地创生并且创生序性。这似乎与能量守恒定律直接对抗。如果真的对抗,任何说法都应抛弃。
  能量守恒是说,能量在转化中守恒。守恒的真正意义是:能量不创生能量,能量不消灭能量,并以此为限。就好像会计的账,在这个账以内,钱不生钱,钱不灭钱。这一点,在两本书中都有详细论述。宇宙大爆炸以及动态的宇宙事实,应该对我们的大脑有所改造。对流出的时间理论来说,白洞概念也是与能量守恒相容的选择之一。总之,这个机制的两个令人不快都可以消除。
  在表白这个机制之前,我们还有一个问题:时间与空间是完全平等的吗?闵可夫斯基有一句学界视为经典的名言:不存在单独的空间,不存在单独的时间,只存在统一的时空。但他偏没说是否平等。这个统一的机制是什么?闵可夫斯基四维世界的数学式子,似乎让时间与三维空间的任一维都平等。但是,我们要想到人们十分熟悉的变号二次形。时与空的维的表达总是反号的。速度和加速度总是空间维对时间维求导。你可以向前向后,向上向下,向左向右。但你只可以向将来,不可以向过去。关于向过去有各种说法,但至今末实现过。流出的时间理论直接否定时间倒流。时间单向性是这个机制的核心。因此,认为时间与空间是不平等的,虽然他们是密切联系的。

  以下介绍流出的时间机制。
  这个机制把时间放在基本的位置:时间是物质最基本的运动。这个说法用过旧的词汇。这样把时间与能量联系起来。避免了幽灵式的“独立时间”。为了表达这种联系的具体机制,我们不得不假定存在某种客体,通过该种客体建立了时间与能量的物理联系。这种客体总得有个名字。我们把它叫浪浪,因为这个形声词的内涵是最贫乏的,不会引起任何别的联想。新赋予什么就是什么。浪浪生出时空碎片,这种碎片既是时间元,又是能量元。它是时空的真正统一体。这里能量和时间各自必须都有分立性,连续性是无法立足的。它最先的形态就是形成本底时空,因此也把时空碎片叫做本底时空元。本底时空是真正平直的,能量密度是最小的。没有能量的客体是不存在的。本底时空元的生成是大规模的宇宙行为。
  本底时空元相互集聚成能团,然后本底时空元消失,时空必须生生息息。本底时空元相互集聚成的能量叫纤细物质,它充斥宇宙,把填充纤细物质的本底时空定义为闵可夫斯基四维世界。本底时空元相互之间、本底时空元与能团都在发生集聚,并通过这种集聚,任何能量都从浪浪获得时间性。浪浪是挂在任何能量上的钟。
  在这里,我们已把空间看作是能量的特定的存在方式。《热与引力》为这个论点花费了大量笔墨。这个说法与关于时间的说法一样有用。该书中时间与空间的符号表达已有了明确的不平等。
  宇宙常数是新生的本底时空元对本底时空的内部压迫。宇宙常数力使三维空间得以自由伸展,时间维均匀流逝。我们的机制要求这个力又小又偏不为零。
  暗能量是纤细物质。它恰好不发光,不结团,不参加核反应。具有宇宙规模,但高度均匀。
  本底时空元集聚表现为万有引力。因此引力才极弱又有大尺度的穿透性且无物不具有引力性质。集聚的频度与能量密度是同向单调的。
  书中对各种空间的构造也可以用以理解弦论为什么有11维时空。
  引力过程使得纤细物质发生杂乱无章的随机运动,这就是引力热。
  热以其熵给万物标记时间方向。
  可以利用引力热给相对论和量子力学标记方向。该书给引力场方程中加进了关于热的一项。
  引力与热因为时间单向性建立了联系,这似乎就是赵峥的热、引力、时间朦胧三角形。
  关于真空,该书认为,任何粒子的前身都得先在闵时空中走一回。
  该书还预言了当下的宇宙物质平均密度应比临界密度稍大一点,可与实验比较。等等,等等。
  一个线索把这么多表面上相互无关的物理事实联系起来了。
  以上是力求简略通俗的介绍。


刘应平《热与引力》介绍
刘应平  《热与引力》 陕西科学技术出版社 2011年5月出版 80千字 32开本 8.00元
  CIP数据核字(2011)第036390号
  ISBN 978-7-5369-5008-5

  刘应平博客:http://liuyplb.blog.163.com
  刘应平邮箱:liuyplb@163.com


刘应平《流出的时间》介绍
刘应平 《流出的时间》 西北大学出版社 2007年2月出版 10千字 32开本 18.00元

  流出时间理论的核心部分只有几句话。时间是物质最深层构造造成的。时间的单向性是物质最基本的运动。大自然的形形色色正是空时几何结构多样性的表现。为了表达这些,正文中编造了一些新的名词。借助这些严格定义的概念,把上述想法展开成了一个理论。这个理论能定性地解释一连串的基本物理现象给了我一些必需的勇气。
  刘应平先生在书中是这样介绍自己的:“刘应平,陕西高陵人氏,男,日本投降的那一天及时来到尘世堂而皇之地分享胜利果实。1969年哈工大毕业,先后在陕西的两所大学教数学几十年。退休后在西安泾渭工业园区开工厂造模具。透过这个简介,你可能会感觉到我很努力地白混了一生,一无所成。天生我才,只合此用。”

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