yonglie的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/yonglie

博文

埃舍尔的全息图 精选

已有 6600 次阅读 2015-7-7 08:50 |个人分类:物理|系统分类:科普集锦


 

 

很久以前,我们说过Escher的《夜与昼》很好刻画了量子场论的基本特征(特别是CPT对称)(http://blog.sciencenet.cn/blog-279992-895133.html),其实,把“场”画得更活泼有趣的是他的“爬行动物”(Reptiles,据说是美洲蜥蜴)。

画面的情节是小蜥蜴在2D3D间出没,这令人联想生命的诞生和消失。更一般说,它表现了“形态发生场”(morphogenetic field)的演化。有个西方艺术家说,从这儿看见了东方神秘主义的void-matrix。,matrix在这儿指万物之源,那么,void-matrix该是“无中生有之源”;虽不知它对应于佛家的哪个词儿,却真心代表了量子场的真空涨落。

M. C. EscherReptiles19433月初版

不过,我们更该留意的是平面蜥蜴们“相依为命”的镶嵌模式(tessellated pattern)。镶嵌图是埃舍尔常玩儿的游戏。他1936年游西班牙时对阿尔汉布拉宫(Alhambra)的镶嵌图发生了兴趣,从那儿发掘了“灵感之源”(the richestsource of inspiration that I have ever tapped)。他还跟大数学家彭罗斯(Roger Penrose)学过镶嵌图,他说数学家只关心镶嵌模式的理论,就像打开了花园的大门却不进去,而他的兴趣就是走进花园。无论小蜥蜴还是小鸟儿,在他只是一个符号,一个“生成元”,越是复杂的图形,越能体现画家的想象和技艺,当然更重要的还是用它来生成一个奇幻的图景。单个爬行的小蜥蜴本没有什么对称性,这儿是3只蜥蜴组成一个元,然后“爬满”整个面,以另一种方式重现了《夜与昼》的对称性。不同的是,黑白鸟儿相向飞行,飞向无限远,也许在无限远处重逢;而小蜥蜴们去更高维的空间溜达了一圈儿,然后回到平面的老家。

在《夜与昼》里,黑白的鸟儿化为田野,田野飞起鸟儿,是通过连续的形变实现的。可在小蜥蜴的家园,3D生命是从镶嵌的空隙里生出来的。这个景象可与大物理学家狄拉克(P. A. M. Dirac)的正电子图景类比:小蜥蜴从2D爬出来,会在原来的位置留下空缺,犹如电子从负能态跑出来留下空穴,那空穴便成为新的正能量的正电子。同样的情景也出现在“黑洞蒸发”中:从虚空生出一对粒子,负能量的粒子落进黑洞,正能量的粒子从视界跑出来。

二维的模式蕴涵了三维的生灭,犹如一幅“全息图”,而黑洞恰好是“全息”的,因为它的一切性质都藏在它的视界(“表面”)。物理学家也用全息的观点来看我们的宇宙,他们发现空间的(超)引力对应于边界的场论:假如两个初始能量相同的光子从不同的位置向边界靠近,离边界远的光子需要克服更多引力才能到达边界。于是,两个光子会在边界留下不同的“影象”——这是不是那些不同深浅的蜥蜴影子呢?

埃舍尔的图画为我们呈现或隐藏了无限的数学物理景观,刺激着我们无限的好奇和想象:看那循环的瀑布,想象永动机是不是能在高维空间实现;走进他的回环的画廊,不禁想知道如何趋近画中央的奇点……爱因斯坦说理论决定我们看见了什么,同样,数学的眼睛决定我们怎么看埃舍尔的图画。清人谭献(复堂)说“作者之用心未必然,读者之用心何必不然”(《复堂词录序》),读埃舍尔的画,须同时胸怀“理论之眼”和“读者之心”。脑子里概念多了,看他的画才会有味。今天我们从他的画里读的东西都是数学物理带来的,明天他的画或许真能给我们带来新的数学物理图景。

 

 




https://blog.sciencenet.cn/blog-279992-903433.html

上一篇:饿不死的希腊精神
下一篇:我喜欢的千年书家
收藏 IP: 210.75.233.*| 热度|

24 武夷山 魏焱明 李学宽 钟炳 陈小润 李轻舟 鲍海飞 杨正瓴 黄永义 曹聪 赵凤光 赵宇 赵美娣 王春艳 陈筝 应行仁 罗会仟 刘钢 罗帆 文克玲 梁进 xuexiyanjiu luxiaobing12 anran123

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (13 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2024-4-20 01:54

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部