我心如伊分享 http://blog.sciencenet.cn/u/张志东 在一个浮躁的社会和纷杂的年代,在心灵深处保持一片宁静的时空。

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巧合-6

已有 6810 次阅读 2007-9-3 09:05 |个人分类:巧合|系统分类:科研笔记

 大家知道,我国伟大的哲学家和思想家老子生活在公元前585 – 500年。做为周朝的图书资料管理员,在没有现代科学技术的研究积累和现代理论指导的前提下,老子面对茫茫苍穹,浩瀚繁星,全凭大脑的思维,对宇宙的演变和宇宙万物的起源进行深入的理解,并做出比较合理的解释。“道德经”首先是关于宇宙的哲学,然后是人生处世和政治的哲学。“道德经”成为我国古代思想宝库中的一朵奇芭,是人类智慧的最高结晶。目前,老子的思想已经被越来越多的西方人接受,甚至一些量子宇宙论、广义相对论等对宇宙起源的描述与老子的思想也不无相通之处。

从《巧合-5》列举的《道德经》中四章的今译意思以及古人的重点注译,我们可以大致上理清一些头绪,尝试着去理解老子的思想。他是如何理解天地万物的起源的。在天地形成以前就存在一个浑然一体的东西。听不见它的声音也看不着它的形体。它独立长存而永不衰竭,循环运行而生生不息,为天地万物的根源。甚至无法为它命名,老子姑且称它为“道”。是无极太极之大道。这两者具有同一来源而不同名称。无极与太极又并不是两件事物。无极即是太极。太极即是无极。两者共生,相互转化。有太极然后才有天地。有天地后才有万物。所以此物生于天地之先,是天地之根本,万物之枢纽。以无而生有,天下万物皆从无极所发。此无极之名为有名万物之母。所以天地从道而生,万物自道而成。道为天地万物之母。所以说,独一无偶的“道”禀负阴阳两气,阴阳两气相交而成一种适匀的状态。万物背阴而向阳,阴阳两气互相激荡而成新的和谐体。万物都在这种状态中产生的。

为了求解三维伊辛模型的精确解,我们引入两个猜想,引入高一维的旋转变换和权重因子。可以说我们的猜想起到一箭三雕的作用:解开三维伊辛模型拓扑学的结、获得(3+1) 维的维度单位以及相应的临界指数、与精确的高温级数展开系数在其高温展开极限完全一致。在两个猜想基础上推定的配分函数与高温级数展开完全吻合。我们在两个猜想的基础上获得的三维伊辛模型在不同温度的(3+1) 维绘景如下:1) 在无限大温度,k = tanh K = 0, 我们引入的权重因子为wx = 1wy = wz = ± sq(7/18)。这实际上是一个没有任何相互作用的状态,因为与无限大温度相比任何有限的相互作用均失去其作用。系统的自旋织构是完全随机和极端混沌的。我们无法从这个完全随机的相区别出任何织构。可以定义它为第一相,是一个完全随机的无形状的相,代表“无”(无相互作用)的特殊状态。2) 在无限小地偏离无限大温度,系统开始经历非常极端地微弱的相互作用。从而产生从完全随机的偏离,它可以用Kk = tanh K高温级数展开来系统地计及。这时k变得非零,但为无穷小,wx = 1, wy ® 0 wz ® 0。所有的高温级数展开的自旋织构从完全随机的相中自发地同时地浮现。这时系统仍是一个非常随机的,带有强的量子波动,但已经比无限大温度时的系统少了一些随机性。这个相可以定义它为第二相,它是一个随机的带有细节结构的有形状的相,代表“有”的特殊状态。3) 当温度进一步降低,在居里温度Tc 之上的有限温度(k变成有限值, k ¹ 0; 权重因子wx = 1, wy = wz = 0), 一个无序的相从随机中产生,它可以定义它为第三相,或无序相。4) 精确地在临界点,发生一个无限大关联长度的无序到有序的相变,并具有自由能、比热等的奇异性。这个相可以定义它为第四相,或临界相,它是发生在临界点及其附近所有的奇异性的根源。5) 在临界点以下,第五相(或有序相)从临界相中产生。6) 在绝对零度,系统变得完全有序,可以定义为第六相。注意:在任何情况下,尽管权重因子wx, wywz的数值不同(有些甚至为零),但根据我们的猜想,它们的作用随时可以互换,从而确保体系(3+1) 维绘景。

从上面描述的绘景可以看出,实际上在系统中从无限大温度到零度存在六个相间的五个详细的转变。有限温度下的状态大家都是已知的,我只不过细分了一下。推定的精确解揭示了无限大温度处和附近的状态的不同,揭示了在无序和/或随机状态下自然的本质!第二相的存在是我们三维世界的一个内禀特征,不存在于其它维度的任何模型中。例如,在二维系统第二相和第三相是从无限大温度降到临界温度Tc都相互重合的,因为这时高温级数展开的收敛半径是临界温度Tc。对我们来讲,精确地理解三维系统中第一相和第二相之间的精妙差别可能会有一点困难。第一相和第二相之间最基本的不同就是系统是否经历相互作用力。第一相没有任何可以清楚地分辨的织构,是完全随机和极端混沌的,但它包含了第二相和甚至其它低温相的所有。由于在三维高温级数展开的收敛半径是无限小,第二相具有了由无限多高温级数展开项描述的无限多个织构,具有强的量子波动,但比第一相少了一些随机/混沌。第二相是从第一相产生的有细节结构相。这两个相是一对奇异的孪生兄弟:第一相是空的,因为没有任何东西可以从中区分出来,而第二相是具有所有高温级数展开的织构的满相。第三相是从第二相的强量子波动中诞生的。但是,在第三相的孕育期,由于偏离无限大温度的无限小温度的波动,第一相和第二相可以相互转化而象一个整体,形成了一个如量子真空一样的状态,成了一个新的和谐体。实际上,无限大温度和无限大温度附近的状态分别为“无”和“有”。无和有的关系也对应于空和满的关系。可见在无限大温度及附近存在一个无与有、空与满的对称性(这与三维伊辛模型原本就存在的自旋正和负、上和下的对称操作从本质上有不同之处)。而有限大温度以下的任何有限温度的无序状态则不存在这种无与有的对称。在无限大温度下无限小温度波动下,和谐体中无和有的状态实际上是两个简并态。有限温度的无序状态与这两个简并态均不同。所以,在无限大温度附近发生的相变也存在对称性的破缺。一旦温度降低成有限温度,具有完全不同的织构第三相将自发地诞生,导致对称性破缺和所有高温级数展开织构的消失。当然,无限大温度附近相变的对称性破缺与临界点相变的对称性破缺有区别。无限大温度附近相变是两个简并态消失后产生一个新的无序相,而临界点相变是无序相消失后从两个有序简并态中二选一。在无限大温度附近发生的相变后,没有人能够回到无限大温度,因为没有人能够获得无限大的热能返回无限大温度(从这个意义上讲,任何想从高能物理实验中模拟宇宙起源的努力都是徒劳的)。根据李-杨相变理论,在无限大温度系统有相变的可能。当然,如上所述,这种相变与居里点的性质不尽相同。本项工作还表明,对于一个三维的相互作用多体系统,高温微扰级数展开的结果可能不能用来预测低温有限温度下的物理性质。在三维伊辛模型无限大温度和附近发生的事件实际上与我们的宇宙起源的大爆炸和后续的演化是类似的。只不过在我们的情况下不要求一个宇宙起源的奇点,仅仅需要热力学极限下无限大温度的相互作用的自旋。

老子最重要的思想就是“无中生有,有为万物之母”。也就是说,在偏离无限大温度无限小的温度下的第二相“有”从无限大温度下的第一相“无”中诞生,而其它所有的有限温度低温相(包括无序相和有序相)都是从第二相“有”中诞生。非常有意思的是,为了理解临界点处及附近临界性质的目的,在猜想基础上成功地推定三维伊辛模型的精确解意外地帮助我们给出无限大温度处及附近的三维物理世界的绘景一个清晰图像。这个绘景能够与老子的思想相通也可以说是一个“巧合”。 当然,有人可能会争辩,老子的思想是不是与三维伊辛模型根本不相关。我的答复是:在最高的层次,哲学、科学、艺术以及甚至宗教都是相通的,相互关联的,因为我们所有人面对的是同一个大自然。而古代在没有现在的高科技的技术和现代物理理论的条件下,哲学就是科学。可以说,哲学是科学的最高层次。我们应该尊重最伟大的哲学家和思想家老子的智慧。理解古代哲人的思想,理解“道”的道理,我们要从他的原著中去理解。不要被一些后人发展的观点和学说所误导。不要受后人一些披着宗教或世俗或迷信外衣的论调所迷惑。要透过表面现象看本质,深刻理解古代哲人的思想精华。老子说,独一无偶的“道”禀负阴阳两气。我理解,他就是在描述一个无限大的世界里具有阴阳(或上下)两种可能状态的万物(或自旋)是如何相互作用而导致世界的起源和演变的。我认为,实际上,他就是在理解一个无限大(热力学极限下)的三维伊辛模型的变化,只不过他没有用数学公式和符号来描述罢了。能够用现代物理理论的语言和符号表述了一个与老子的思想相通的物理世界仍人生一大幸事。能够将现代物理理论模型与我国古代哲人的思想相结合也算是本项工作的一个特色。得天地之大道,其乐融融。由于英国《哲学杂志》的审稿人一字未改地原文接受了我近六万字的《三维简单正交伊辛模型精确解的猜想》论文,其中关于(3+1) 维体系绘景和老子思想的两段文字将原封不动地向《哲学杂志》的读者隆重推出。这也表明西方的科学家(审稿人)也是能读懂和接受东方的哲学思想对现代物理模型的诠释的。能在西方的《哲学杂志》介绍东方老子的哲学思想也算是一大巧合吧。

(详细内容见Zhi-dong Zhang, Conjectures on exact solution of three - dimensional (3D) simple orthorhombic Ising lattices, http://arxiv.org/abs/0705.1045) 

发表在Philosophical Magazine, 87(34), 5309 – 5419 (2007)

http://dx.doi.org/10.1080/14786430701646325

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1 杨正瓴

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