专栏名称: 量子学派
专注于自然科学领域(数理哲)的教育付费平台
目录
相关文章推荐
环球科学  ·  猫猫祖先的眼睛是什么颜色的? ·  23 小时前  
科普中国  ·  试验成功!新型弹射座椅研发取得进展 ·  2 天前  
51好读  ›  专栏  ›  量子学派

杨振宁:54张扑克大统一理论

量子学派  · 公众号  · 科学  · 2022-09-30 23:21

正文


1

上帝的牌局



上帝、牛顿、爱因斯坦、玻尔组成牌局。

牛顿说:我发现了 力学定律 万有引力 ,洞悉了宇宙之秘。

上帝笑而不语,看了看爱因斯坦一眼。


爱因斯坦心领神会:你的时间模型有问题, 相对论 才是。

上帝依然不语,只是将手中的牌再洗了一遍。


玻尔对爱因斯坦翻个白眼:宇宙的奥秘藏于 微观世界

上帝点了点头,但对玻尔这个牌友似乎不大满意。



爱因斯坦看玻尔不懂事,踢了一脚他的凳子: 你下,让杨振宁上

上帝、牛顿、爱因斯坦、杨振宁组成新牌局。




2

粒子模型与大统一理论


寻找“大统一理论”,无数大神梦想。

可惜大道难寻,云山雾罩,玄奥难测。


构建“大统一理论”着手点是统一四种自然力,必须从最基础的粒子作用开始研究。


由于微观粒子之间仅存在四种相互作用力,万有引力、电磁力、强相互作用力(强核力)、弱相互作用力(弱核力)。


理论上宇宙间所有现象,包括十维空间都可以用这四种作用力来解释。


杨振宁开创的标准模型提供了一种全新视角,模型包括61种基本粒子,4种基本性质,物理上帝隐藏其后,设计了一场宇宙牌局。




大部分粒子只有质量、电荷、自旋三者中的1个、2个,最多3个,唯有夸克还有第四种色荷。 每一种基本性质或性质的叠加对应一种基本相互作用 。于是,不同的粒子就有不同的相互作用,而夸克因为拥有四种基本性质,因此也具备四种相互作用。


这些粒子、性质、相互作用,其实与我们玩的扑克并没有本质区别,只是上帝的扑克更高级、更深邃,其数理奥秘更复杂。

尽管如此,人类的低阶扑克和上帝的高阶扑克之间,我们仍然可以找到相似之处。


万有引力与扑克牌的顺子


万有引力是长程作用力 ,它的强度按照距离二阶连续递减,而且与粒子的电荷、自旋、色荷无关。



而扑克牌的 一条龙 恰恰类似,是一种长程的连续的规则,与花色无关,差别是一条龙按照自然数一阶连续递增。



电磁相互作用与扑克牌的连对


电磁力也是长程作用力 ,不过比起万有引力要短很多。电磁力源于电荷,有电必有磁,有磁必有电,电磁往往成对出现。



扑克牌的 连对 的恰恰类似,而且也是长程作用力。



毫无疑问,描述电磁相互作用的麦克斯韦方程组远比扑克连对的数学原理复杂,但方程组仍然像扑克连对一样 对称、简洁,极其优美 。这是人类智慧的象征。


强相互作用与扑克的四炸


强核力是短程作用力 ,范围很短,它源于色荷,必须三种夸克颜色同时搭配,一个带有色荷的小胶子在三个夸克之间传递强相互作用,力量十分强。



扑克的 四炸 十分类似,扑克的炸必须同样的数字,4种花色齐全,才能变成一个炸。而且是短程作用,只能在单个数字中,但是力量十分强大,能够压过顺子和连对。




弱核力与扑克牌的三带一


弱核力是几种基本性质叠加产生的基本作用力, 它是短程的 ,而且强度比较弱,中子衰变成质子和电子的作用力。


中子衰变成质子,放射出电子


三种不同花色但数字相同的牌,可以带出一张杂牌。



除了以上较为贴近的类比,还有:


夸克禁闭与游戏的保密规则


夸克受色荷的强相互作用被禁闭在质子和中子中, 无法单独存在 。强行拉开被禁闭的夸克不可能成功,因为注入的自由能会被原有夸克吸收,导致生出新的夸克,结成新的质子或中子。



扑克牌的 保密规则 。牌没有打出来之前,玩家只能互相猜测对方的牌,只有当牌按照几种规则打出来时,才能确定一个组合里的牌是什么。偷看牌是违规的行为。




宇宙信息守恒


信息守恒定律包含了 熵增定律,质能守恒定律以及香农定律。 信息是不会被毁灭的,信息本身不会凭空产生,所以也不会凭空消失,但是信息的状态有可能发生改变。 信息守恒定律是量子力学的基本定律之一,更是物理学的一个铁律。



熵增与出牌无序化


宇宙的物质和能量总体上不可遏制地 趋向于无序和混乱状态 ,牌局从开始到结束,也是一个从有序逐渐走向无序的过程, 直到最后洗牌阶段,彻底无序化



生命是负熵


薛定谔在《生命是什么?》中对生命的下过一个物理学定义: 生命能够局部地逆熵 。牌局也如此,一场牌局开始,抓完牌之后, 玩家都要把混乱无序的牌按照基本规则组合起来 ,准备出手,但是整个牌局仍然会随时间走向无序状态,走到牌局结束。


黑洞爆炸与新一局


做一个简单的猜测, 黑洞辐射和爆炸 也许就是一个 整体上逆转熵增 的机制或规则,我们看不见黑洞里的任何东西,所有被黑洞吸进的物质都丢失了之前的信息。当它们从黑洞中再次爆炸出来,一切重新开始。



就像洗完牌之后把牌收拢、翻转过来用背面压住正面,开始下一轮牌局。





3

生命是不是上帝手里的扑克牌?


霍金在《大设计》中说:“众多的宇宙从无中创生。它们的创生不需要某种超自然的存在或上帝的干预。毋宁说,这些多重宇宙从物理定律自然地发生。它们是科学的预言。”


而“ 人类只是最初宇宙量子涨落的产物 ”,仅此而已。



霍金拒绝用上帝的大设计来解释任何宇宙的创生现象,所谓的神创世,也就是微观世界的重新组合而已,既不需要宗教叽叽呱呱,也不需要哲学无病呻吟。


霍金把他的 黑洞辐射公式 把热力学的温度变量T、量子力学的普朗克常量h、电动力学的常量光速c、广义相对论的万有引力常数G写进了一个等式里面。



这意味着什么?霍金辐射公式连接了物理学四个基础分支: 热力学与统计力学、电动力学、量子力学、广义相对论

这个公式硬邦邦地扒开了 宇宙大一统 的门缝,从这个门缝里漏出的微光激励着所有物理学家的信心: 宇宙确实是统一的


目前,标准模型的规范场论已经把电磁作用、强相互作用、弱相互作用三大基本作用力统一起来。



规范场的的核心方程,是 杨振宁 和他的学生 米尔斯 写出来的。








请到「今天看啥」查看全文