大统一理论研究的三条路线是啥?与爱因斯坦的自然神论有何区别?
爱因斯坦晚年相信“神”的存在,并且公开表示自己是“自然神论”者,这里有几个问题需要解释:
一、什么是自然神论?
二、自然神论跟物理学的“大统一理论”有什么关系?
三、现代物理学有哪3种“大统一理论”方向?
现在将回答这3个问题,告诉大家现代物理学的大统一理论和自然神论。
控制论的开山鼻祖——维纳说过,这个世界是由物质、能量、信息三部分组成的,物理学的“大统一理论”也正好有三条路线:物质路线、能量路线和信息路线。
第一部分:物质路线。
人类总共发现了61种基本粒子,包括夸克、电子、中微子等等,这些基本粒子都已经被“粒子物理的标准模型”统一在一起了,而每一种粒子又对应着一种场,比如说电磁场、夸克场、希格斯场等等。
所以,现代物理学认为这个世界上所有的东西都是由粒子和场组成的,粒子和场哪个更基础?
有两种不同的答案。
第1种“场比粒子更基础”,第2种则认为“场和粒子是同一种东西”,我个人更倾向于“场和粒子是同一种东西”。
因为场可以激发出粒子,粒子态反过来也可以构造场算符。总之一句话,从物质角度观察,这个世界是由粒子和场组成的。
第二部分:能量路线。
很多人听说过四种基本作用力:强力、弱力、电磁力和引力。你看这两个人交换了一下足球,导致他们俩自己向后倒退,就像他俩之间有排斥力一样。这种排斥力来源于交换足球,同样的道理,强力来源于粒子之间交换“胶子”;弱力来源于粒子之间交换“WZ玻色子”;电磁力来源于粒子之间交换“光子”;引力来源于粒子之间交换“引力子”(未被实验证实)。
而胶子、WZ玻色子、光子、引力子都是一个个带有不同属性的“能量球”。因此,四种基本作用力都来源于粒子之间能量交换!
举两个例子,原子弹就是把夸克之间的“强力”释放出来变成能量,煤炭燃烧就是把原子之间“电磁力”释放出来变成能量。因此,从能量角度观察,这个世界是由四种基本作用力驱动的。
第三部分:信息路线。
现代物理学最最最核心的概念是“对称”,我们讲过:所有的守恒定律都来源于对称,比如说“能量守恒定律”来源于“时间平移对称”、“动量守恒定律”来源于“空间平移对称”、“电荷守恒定律”来源于“相位旋转对称”等等。
另外四中基本作用力也来源于对称,比如说电磁力来源于“U1对称”、弱力来源于“SU2对称”、强力来源于“SU3对称”、引力来源于“微分同胚对称”。
因此,“对称”几乎把物理学全部统一了,。
但是有两个东西,人类一直没找到它们的对称性,那就是熵和时间。因为“对称”只能描述可逆的运动,由于时间不能倒流、熵不能自发的减少,所以“熵和时间”是不可逆的。因此“熵和时间”无法用“对称”来描述。
总之一句话,信息可以分为可逆的“对称”和不可逆的“熵和时间”。这句话很难理解,我们换一种说法,对称描述了能量动量(规范场)等“不变的信息”,熵和时间是“变化的信息”。
既然时间跟信息有关,那空间跟什么东西有关呢?空间和能量有关,比如说量子场量认为“真空是能量最低的状态”,“卡西米尔效应”也用实验证实了“真空里面有能量”。宇宙学认为“暗能量只跟空间的大小有关”。
因此,空间和能量高度关联,甚至还有一些物理学家认为,物质所有的能量都是从空间“借”出来的,真空里蕴藏了大量的能量(有争议)。
总结一下,“物质、能量、信息”三条路线。从物质角度观察,这个世界是有粒子和场组成的,从能量角度观察,这个世界是由四种基本作用力和空间组成的;从信息角度观察,这个世界是由“对称性,熵和时间”组成的,这就是现代物理学的整个底层框架!
为什么非要是“物质 能量 信息”呢?为什么不能是“自旋、电荷”之类的呢?举3个例子说明一下。
第一个例子,热力学第二定律告诉我们,一个物质和能量都不与外界交换的系统,它的熵永远增加,因为熵与信息有关,所以热力学第二定律正好与“物质 能量 信息”三方面有关。
第二个例子,宇宙大爆炸理论有三个基础假设,一周起源于1个密度极大、温度极高、对称性极强的点,密度对应着物质,温度对应着能量,对称性对应着信息,因此宇宙大爆炸的起始点,也正好与“物质 能量 信息”三方面有关。
第三例子,光速有三个限制,物质(质量)运动速度不能超光速,能量传递速度不能超光速,信息传播速度不能超光速,因此物理学正好在“物质 能量 信息”三方面对速度进行了限制。
像这样的例子还有很多很多,比如说CPT对称、耗散结构理论、薛定谔方程等等,也都恰好与“物质 能量 信息”有关。总之一句话,“物质 能量 信息”是这个世界的三个最基本要素,任何一个“大统一理论”都必须要把“物质-能量-信息”一起统一。
我们进一步思考一下,如果把这个“大统一理论”和将来各种“未知的东西”合并到一起,就会变成“自然法则”,这个世界就是在自然法则的驱动下运行的,自然法则创造了宇宙、演化出生命、主宰着人类文明前进,因此自然法则跟“上帝、佛、道”功能非常相似,都是主宰这个世界的“神”,哲学上把这种思想叫“自然神论”,像“爱因斯坦、伏尔泰、洛克”等人都是自然神论者。甚至还有一种观点认为,未来的人类只有两种信仰,无神论或自然神论。
自然神论跟宗教有什么区别呢?
第一点区别,自然神论认为不存在人格化的神,也就是说,凭什么上帝、老天爷、玉皇大帝要长得像人?在浩瀚的宇宙面前,人类什么也不是,所以神跟人没有任何相似的东西,人类不要自作多情!
第二点,自然神论认为,神创造了自然法则后就撒手不管了,宇宙在自然法则的驱动下自动运行,或者说这个“神”根本就不存在,是自然法则自己创造了自己!因此请求菩萨保佑或者向上帝祈祷都是没用的,因为神创造了这个世界后就撒手不管了,主宰这个世界的只有冰冷无情的“自然法则”。
第三点,自然法则必须用数学语言来表达,数学的好处是如果错了,没有办法抵赖,比如说“大统一理论”预测了某个天文现象,最后实验观测和理论计算不一致,这时候没法抵赖,错了就是错了,你什么时候见过佛祖、孔子、上帝出错过?“佛、仁、原罪”这些模糊词语后人想怎么解释就怎么解释,因此自然法则必须用严格的数学语言来表达。
作者:纵览