量子時空觀

量子時空觀

眾所周知,對稱產生和諧,而和諧則產生美;這既是經典美學中的一條最著名的基本原理,同時更是千百年來量子時空觀在其發展歷程中所遵循的一條最基本的發展原則。

基本介紹

觀點,結構,理論,

觀點

量子時空觀與量子化時空結構的觀點是由楊志勇教授(理學博士、物理學博士後)和侯洵教授(中國科學院院士)他們兩人於1998年9月-1998年12月期間提出的。其具體內容如下:
關於時空對稱性與時空對稱結構問題——量子時空觀與量子化時空結構的基本觀點
眾所周知,對稱產生和諧,而和諧則產生美;這既是經典美學中的一條最著名的基本原理,同時更是千百年來物理科學在其發展歷程中所遵循的一條最基本的發展原則。

結構

在物理科學中,對稱就意味著某種物理量的守恆,對稱性的產生就意味著物理科學中的某種守恆量的存在,至於對稱結構的揭示則意味著物理科學必將呈現出新的發展和超越。縱觀物理科學的發展,無不充滿對稱性的思想。諸如,波動性與粒子性,量子光場的波、粒二象性與實物粒子的波、粒二象性,正電子與負電子,基本粒子與它的反粒子,以及物質與反物質等等,甚至於暗物質的概念也被提了出來。儘管物理科學的基礎理論具有如此優美的對稱性,然而當人們一旦涉及到時空對稱性與時空對稱結構問題時便遇到了實質性障礙。諸如,量子體系的時間演化及其複雜性問題,時間是否可逆以及時空是否倒流的問題,時間的結構、空間的結構以及時空的結構問題,時空對稱性與時空對稱結構問題等等,這些既是物理科學領域同時又是整個自然科學乃至哲學領域的重大基礎性理論問題。
在物理科學領域中,只有為數較少的基本物理方程具有優美的時空對稱性和時空對稱結構。例如,量子力學中的克萊因—戈登方程,達蘭貝爾(D′Alembert)方程,自由電子的狄拉克方程以及麥克斯韋電磁理論中自由空間的電磁波動方程等等。特別是,人們對自由電子的狄拉克方程的解的性質所進行的深入研究,直接導致了正電子的發現。除此而外,絕大多數物理學基本定律或者基本物理方程則不具備上述的時空對稱性和時空對稱結構。例如牛頓的動力學定律,愛因斯坦的相對論,以及量子力學中的薛丁格方程和有心力場中的狄拉克方程等等。

理論

但是,上述所有這些理論只是關於對稱時間的可逆時間理論(即具有時間反演對稱性),它們只適用於宇宙局部的特定的一些區域,而不適用於整個宇宙。也就是說,將其套用於宇宙局部的某些特定的區域之中,所得結論是正確的,而將其套用於宇宙中的大尺度範圍或者套用於整個宇宙,所得結論可能是荒謬的(甚至是錯誤的)。這是因為,用對稱時間的可逆時間理論來描述具有非對稱時間和不可逆時間的宇宙,這種做法本身就是荒謬的。
在已往的科學理論中,往往包含有時間變數或者隱含著時間概念;但所有的科學理論在對時空的描述過程中往往對事物及其因果關係發展演變過程中的空間特性描述得較多(並且,相對而言揭示得比較徹底),而對其時間特性描述得較少(確切地講,人們關於“時間”及其本質問題的認識還是比較模糊的);這本身就是科學理論在其發展過程中所表現出的一種不對稱性。再則,由國際著名理論物理學家、量子宇宙論的創始者、英國劍橋大學盧卡遜數學教授Stephen W.Hawking所創立的量子宇宙學,在宇宙的大尺度範圍內已成功地將空間量子化問題基本解決,但是關於時間量子化問題雖然有人做過一些工作,但並無一人真正解決,這又是科學理論在其發展過程中所表現出的另一種不對稱性。
因此,科學的美學原則(即對稱性的思想)要求人們必須儘快建立與空間量子化相對應的時間量子化理論;而我們所建立的這套時域量子化理論正是為了彌補上述不足而做出的一種積極嘗試。
不僅如此,科學的發展還要求人們必須儘快建立非對稱時間的不可逆時間理論,而建立這套全新理論體系的核心和關鍵就在於必須首先創立既不同於相對論又不同於量子力學的全新的時空觀念,並在此基礎上進一步建立起一套全新的時空結構理論。這套全新的時空結構理論必須是因果決定論與或然性(即幾率性)的有機統一體;同時,在這套全新的理論體系中,必須對時間的確切指向、時間的不可逆性、以及時空的不可逆性等作出明確的科學規定。尤為重要的是,這套全新的時空結構理論,必須能夠將時間和空間擺在同等的地位上進行統一描述。

相關詞條

熱門詞條

聯絡我們