拓扑斯理论的时空观

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1、拓扑斯理论的时空观拓扑斯理论的时空观生命宇宙奥秘那甜美的果实等待着你去探寻和品尝~~~哥德尔：人永远要对电子计算机说最后一句话，但问题在于，这说最后一句话的人究竟是聪明的善人呢，还是愚昧的恶人呢？物理定律来源于人们对简单性与和谐性的追求，而物理定律的应用却是对复杂性的追求。正像下围棋那样，只有黑白两色棋子和少数几条规则，却可以弈出千变万化的对局。大多数物理学家认为物理定律日臻完善，而人类却已进入复杂性研究的黄金时代。然而，反潮流的拓扑斯理论却出现在这样的时代，它的与观察者有关的逻辑，即“为工作着的宇宙学家而存在的逻辑”，引起了对现有时空

2、观的深刻质疑。量子论和相对论分别走对了一步　　由于牛顿的引力论和力学，促使拉普拉斯提出下述观点：“一种智慧存在，在任一给定时刻如能知道所有的自然力和构成宇宙的所有物质的瞬间位置，而且能分析所有的有关数据，则能用公式描述世上最大物体和最微小原子的运动。对其而言，没有东西是不可确定的，历史和未来在其眼前展现。”　　但是，在拉普拉斯时代仍然存在着许多令人不解的问题：为什么宇宙是由原子组成的？宇宙来自何方？宇宙为什么有这样的质量和形态？原子间作用力的本质是什么？为什么时空被简单地认为是存在的，而不是物理的？　　直到19世纪下半叶，当电磁理论补充

3、了牛顿的工作后，情况才发生变化。人们开始设想所有自然力只是引力或电磁力的一些具体表现。1900年，物理学家开尔文勋爵在一次演讲中说：“物理学中已没有新的待发现的东西了，剩下的只是越来越精确的测量。”然而不久，19世纪物理学的结构就被彻底改变了。由于放射性和电子的发现、普朗克量子假说的成功，以及爱因斯坦相对论的出现，牛顿的运动定律和他关于时空的常识性假设被抛弃了，甚至德谟克里特的原子假说也被更精确而复杂的微观世界图景所替代。原子不再被看成是不可分的、具有某个确定的位置和动量的粒子，而被描述成由满足相对论的量子力学的粒子（轻子和夸克）所构成

4、。　　到了20世纪，人们相信只存在强力、弱力、电磁力和引力这四种相互作用，描述这些力的数学理论也戴上了“规范”的桂冠。规范理论的结构来自于描述某种力的自然定律在对称性上保持不变的特性，而对称性是由该力所支配的粒子性质所产生的。　　20世纪物理学的主要成就来自于相对论和量子理论。这两种理论都极为有用，能解释许多事情，但每一种都不完备。量子理论解释了为何原子不会顷刻瓦解，解释了观测到的物质和辐射的许多性质。在分子以及更小的尺度上，它的效应与牛顿理论的预言有着根本的差别。广义相对论是关于空间、时间和宇宙学的理论，它的预言与牛顿预言的主要不同点

5、在于，在极大尺度上，证实广义相对论的绝大多数观测都来自天文学。然而，当面对原子以及更小尺度时，广义相对论看来是失败的。同样，量子理论似乎与构成广义相对论基础的时空描述相矛盾。因此，人们不能将这两种理论简单地并在一起构造一种单一的理论，用以展示从原子到太阳系甚至整个宇宙的全部世界。　　问题的关键在于：量子论在根本改变牛顿物理关于观测者与被观测者之间关系的假设时，顺从地接受了牛顿的背景时空观；在广义相对论中，时空的观念彻底变更了，但是牛顿关于观测者与被观测者之间关系的观点却保留了下来。　　看来，量子论与广义相对论各自保留了另一种理论与之冲突

6、的、来自牛顿物理的旧假设。因此，相对于旧的牛顿物理体系，相对论和量子论只是各自向前走对了一步。“革命尚未成功，同志仍需努力。”　　要完成对牛顿物理的彻底革命，必须追求一种新理论，以新的方式，将爱因斯坦引入的时空新观念与量子论关于观测者与被观测者之间关系的新观念融合起来。如果这种融合是不可能的，则必须将这两种理论都摈弃，另寻新的途径。走进21世纪，在基础研究上已没有别的问题比这个问题更富于挑战性了。与观察者有关的逻辑学　　何谓宇宙？简而言之，其外一无所有之谓也。许多宇宙学家将这一论断称为宇宙学第一原理。由此出发，可以推断：许多问题是无法回

7、答的。例如，无法回答宇宙中有多少掌握语言的生灵，因为没有一位处于宇宙中的观察者可以看见宇宙中的一切。虽然尚不知宇宙的确切年龄，人们已公认自大爆炸始宇宙已历经约140亿年，地球上的人确实不能收到来自距离地球超过140亿光年的任何生灵的光线。　　若有人宣称宇宙中的生灵比地球上的人类多43倍，谁也无法证明其是对是错。然而，10亿年后的观察者将能看到宇宙的更多部分，他们能看到的宇宙是150亿光年，而不是现在看到的140亿光年。他们能看见更多的掌握语言的生灵。可供他们判断正误的陈述清单，将比可供现在判断的清单长。　　许多宇宙学家认为：宇宙的尺度至

8、少有1000亿光年。因此，可以考虑一个观察者，也生活在大爆炸后的140亿年，但在距离地球500亿光年处。这个观察者看到的宇宙同地球上观察者看到的宇宙没有重叠，可供他作出正误判断的陈述清单也同地球上观察者的完