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[提要] 本文在广义意义内,以哲学和数理角度论述“宇宙及其群体动态能场”的假说简要,从而为“能优论”提供了机理因由,提出群体动态能场的具有旋量膜层的流形拓扑结构M■(.),并指出它们的内禀“卡一丘”空间、“螺旋管弦”、“分形”和“作用”等特征。
关键词:流形;旋量;膜层;假说;弦
中图分类号:O33 文献标识码:A
收录日期:2014年4月29日
时空、物质、讯息熵、能场及其作用量等是共同构成宇宙及其万物的基石,这实质上是属于按宇宙各类各层次的相应非绝对的密度分布的“能场基元”,并通过该“基元”的能子交换,在其相应“场”的作用量的动态“粘合”作用下,就组合成旋量膜层M■(.)流形的相应分形的动态集群的综合,就我们所处的本重本层次宇宙域而言,从微观的基本粒子到宏观的星系集群,从无生命的各化学元素到有生命的各种生物群落,从按广义及分形的理念定义看:它们皆是客观存在的各类广义动态集群客体(以下简称群体),它们皆是遵循动态能场的最优演化规律;因而“群体”这一理念从广义意义上可概括应用于更高层次及更深层次的各重宇宙中的集群系统,其中也包括经典力学定义的极限点;从宏观、微观及介观等广义定义,宇宙及其万物皆是具有内禀混沌随机性、综合分形性、离散性、自组织性动态自适应性的复杂集群系统,并是皆具有广义演化进程“(τ)”及广义生命意义的群体M■(o)流形,但必须指出它们皆受能场概率密度上的既伴随着对称破缺结构性,又受具有不可逆性及耗散性的非线性结构特征的广义性及统一性的各内禀特征所约束。
进一步,通过对群体的内禀运动及其演变的分析,可知反映时空拓扑破缺的本质因素,是由于宇温梯度的下降及宇宙发生相变所形成的拓扑缺陷,其实质上是按“能优律”所导致的基布尔机制;它也展现着能场“储积及耗散”的时间“矢(τ)”特征;<即时间从能场储耗中去寻找,物质从群体演化中去发现>;宇宙及其万物是一个广义统一并相互约束的多层多重群体,“场”是由“其相应各能子(或能元)”的作用量的作用而呈现,也是“广义力”效应呈现;而广义“讯息熵”却是起着场作用量讯息传递平台的功能,它们是该层域的“能场基元”或“能子”交换的物质属性的重要特征体现。
虽然广义相对论指出,引力是时空弯曲的表现,但更应指出,宇宙是既有曲率又有挠率的扭曲动态旋量时空,其挠率张量Γ■■具有非零分量,两者才是导致引力的几何根源,但须指出:宇宙及其万物间的引力更是与“时空及物质”不可分割,因为它们是具有“0<M■(o)<∞”的极限流形M■(N)│■,而作为导致引力根源的“时空弯曲”的本质更是由于此极限流形M■(N)的内禀机理所决定,也即是说:宇宙及其万物的极限流形M■(N)│■的特征,使宇宙处处存在物质与时空的混沌集合,不存在绝对的真空;从而决定了时空处处扭曲,从而也导致了“万有引力及各种力的本质所在并产生;如电磁力、核力、分子力等皆是各层次所属的各物质群体在其相应各动态能场的各层次“广义力”的呈现,是宇宙间<M■(o)>动态能场的不同层次的不同效应的呈现。必须更进一步指出,将全宇宙视作“场”的观点出发;并从“螺旋”、“时变”、“多维”……物理机理去分析,可进一步阐释测不准“电子云”……物理基理,例如在太空中“真实(实际非真空)”中发生作用与反作用力的客体理念,实质上是宇宙动态能场各层次群体(客体)能场的作用力与反作用力的呈现。总而言之,宇宙间各层次群体在引力、热、时间三者之间的关系的内禀本质,则是:(1)由各层群体动态能场物质空间所导致的空间几何弯曲效应而致万有引力的呈现;(2)各层群体动态能场的增储及耗散过程是导致“时间”的呈现;(3)各层群体动态能场间的运动是导致“热”运动(即热)并即是导致斥力的呈现,三者的关系如图1所示。(图1)
引申可指出万有引力及各广义力的内禀本质却是受“动态能场优化律”所约束的,是暗能量与暗物质的能场动态作用的物理属性的基础;与其相对应的动态平衡的斥力,却是此相应群体内禀热运动所致,虽然宇宙在物质混沌态形成前后,皆处于非平衡态中,但吸引与排斥却是在其所形成的动态平衡的理念定义下,按“能优律”规律进行能场动态演变的同一实质的两个“面”的作用表达。就广义统计意义,各群体是以混沌性质的“广义孤子”形态拓扑旋量流形M■(.)的动态演化状态下存在着的;宇宙及其万物的层次、能级及群体本身都是以可无穷分割(但不为零),也可无限扩展延伸(但不达到无穷大)的且从原始的无序结构经各层次各阶段的不均匀的有序结构这一方式进行演化;它们皆具有诸自然内禀特征,也符合广义分形理念规律。因此,我们可按广义理念通过约化及约束等条件的前提下,根据事物阶段发展规律越简单越清晰的逻辑,对“群体动态能场”建立广义动态演化模型,以便更好地进一步剖析及阐明宇宙及其万物的内禀演化本质,因而现代有层次(0<N<∞)宇宙时空观应从“动态能场——能优律”理念出发去建立多维时空理念。
例如,在严格的广义定义下,用“动态能场优化律”中的自适应性来补充达尔文自然选择进化论中的其他进化因素。
又如,引入“群体动态能场M■(.)旋量拓扑流形理念及挠率不为零的旋量时空概念来补充或解释广义相对论中引力及宇宙常数”入“的客观存在性。
再如,在宇宙及万物可无限分割但不为零的辩证机理的约束下,可进一步探索更深层次的群体——具有M■(.)流形的能场基元——能子(单位能元F(.)μ=■)的广义物理理念及其广义群体流形的同伦群理念等(如F(.)S[U(N)])。
在此地,更应进一步明确指出各层“广义群体”皆具有“卡一丘”时空旋量膜层广义拓扑流形群体o<M■(o)<∞的极限域,是形成能场时空挠曲的机理因由,它们皆可按“哈密顿”能函的极值原理进行动态泛函分析,并可引入动态变换F(.)即F(.)M■(o)这一定义就可为统一能场(即本文称为广义动态能场)理念的建立打下物理理念基础。还应指出:动态能场几何是全新概念,它会引出新的旋量拓扑几何概念,尤其前面提出的极限基元M■(o)的极值效应是宇宙及其自然界导致的动态能场能优律效应的物理概念的基础因由。
在M■(o)能场空间中过任意一点P(τ)皆可作o<n<∞的极值n各相交或不相交的平行线,从而由此可发生并产生新的“极限几何”的概念及其新的几何分支,建立全新的“极限时空”及“极限物理新理论”数理基础。
一、群体动态能场机理的广义物理图景
对宇宙及其万物的构成,从19世纪到20世纪五十年代,学者们从原子、电子、夸克、中微子……各个微观层次及从行星、星系集团的各宏观层次等的广大领域进行探索;当现代物理学所依赖的两大支柱相对论及量子力学,发展到广义相对论、量子场论及引力量子论等领域时,它们相互间就产生了理论上无法统一的矛盾;在进一步研讨到更高层次的黑洞理论及更深层次的弦<M>理论时,也就引出了对新的理论应进一步探索的需要,需要有一种具有简明但能予估的广义理论去进行过渡性的分析研究,事实上,科学及其思维总是以螺旋式的发展观走向其真理。
表1、表2给出四种自然力及其相关粒子和质量(以质子质量为单位)。(弱力的粒子有两种可能的质量。理论研究证明引力子应该是没有质量的)。从表1和表2的三族基本粒子和自然力的概括,可提出一系列问题,是什么机理形成的宇宙的物质及其四种作用力?“弦”论的更深层次的组成缘由是什么?宇宙演化的动力源泉来自何处等?(表1、表2)
从相对论坚决抛弃了绝对普适的时空概念后,近几年发展起来的弦理论及更深层次的M理论向我们提出了崭新的时空几何模型,它们预先假定了时空的存在,“弦”在其中来往振动,其几何形态为“卡一丘”空间,在这具有许多卷缩维的时空中产生了“决定着各处基本粒子和电荷的各种可能共振模式,但“弦”及“M”理论仅是理论发展过程中的一个转折点,它绝不可能囊括一切力和物质的解释框架,也不可能存在所谓“终极理论”,更不可能有所谓“智慧设计论”作为宇宙主宰,而只能是在科学发展观的基础上螺旋式发展过程中的一个阶段性时代的假说或发现,随后,肯定又有更高更深层次的理论的创新表达,总之,建立现代时空应将全宇宙时空观作有层次的,且按内禀螺旋时变混沌多维理论进行分析阐述。
二、群体动态能场的数理广义理念
上文已论述了宇宙及其万物是具有内禀混沌随机性、非线性、组合分形性及适应性的广义复杂系统,各重各层次宇宙及其万物皆具有卡一丘时空旋量膜层ML(.)广义流形拓扑结构的特征;从按概率密度的孤子形态广义角度看,是存在广义“统一性”的内涵本质,因而按“群体能场动态流形ML(.)”的数理内涵,可给出其经约化及在广义微扰域δFsi(τ)约束条件下的广义数模方程组及其理念:
(一)动态旋量自然坐标系
1、宇宙内任意点“Pi(τ)”皆为该层次流形膜层δFsi(τ)曲面上一个n维变量Xμν(τ)矩阵元,且Xi(τ)本身又是更深层次ML(.)广义流形,“τ”为该动态能场基元的总能储耗演化进程,它满足Hermite对称空间<M.h>的具有齐性K■hler流形的约束定义,在此曲面上的微扰线元:δ(dSi)2=δ(H02dQ02+H12dQ12+…+Hn2dQn2)演变成螺旋线式演化轨道而所形成的曲面满足黎曼拓扑流形约束,Hi为拉密系数;Pi(τ)点在膜曲面上的运动轨迹任意微扰弧长δ(dSi)应满足短程方程式的极小条件:
F(.)■+■■■•■=0
2、动态能场广义坐标系用“度量矩阵”{G(.)}表达,并在矩阵群与群G(.)同构的约束下,给出广义旋量动态时空群集F(.){G(.)}来表达广义时空,在δFsi(τ)微扰域约束下,按广义矩阵元{Qn(τ)}的规则,并经动态变换F(.)变换后,可用Rn+1欧氏空间规则运算,且δFsi(τ)域曲面上的随机意义皆满足{Pi(.):∈Rn}的布朗曲面规则,如F(.)Pi(τ)矩阵基元可变换到Rn+1时空的量子力学常用矩阵元规则:
∫?覬■■■■'dτ=<Ψ■■Ψ'■
(二)动态能场坐标度规g■。上文已给出dS2=F(.)gμνidXμdXνdτ,在动态能场概念定义内演变进程“τ”是无静止瞬间,所以“Pi(τ)”点只有动态瞬间,按Rn+1曲面上的任意δFsi(τ)及δ(dSi)的积分就是该曲面的动态能场变量总值;并且满足下述定义:
1、Pi(τ)点动态轨线实际形成螺旋管弦拓朴流形,交集:
F│■■=■fk(D)
2、度规gμνi为n阶张量,动态变换度规F(.)gμνi,适合于各层及其i曲面上的广义度规,即:
F(.)g■=■
3、如按五维时空定义域经F(.)变换可得P(τi)点在螺旋管弦微曲面δFsi上的瞬时坐标;dx'■μ=■dX■■,(μ,ν=0,1,2);
且Pi(τ)点的张量为:■│P■(τ)
4、当按活动标架法,考虑欧式空间R3中的“δFsi”域,则基本形式之一为F(.)ds2=gabd■■d■■,此“δFsi”域的规范场——自对偶的场-Mills场(SDYM)及广义空间曲率,所符合的杨-M方程式为:η■■+(Ak,Fij)=0,Rn维数为4n。
5、度规gαβ(τ)也满足WeyL变换下的对称性,即gαβ(0)→f(σ)gαβ(σ),σ(σ1,σ2)为δFsi的曲面上所确定的每一任意点Pi(τ)的坐标基元,并可与时空中每一点Xμν=Xμν(σ1,σ2)相联系起来,即符合动态能场的内禀螺旋度规F(.)gμνi的约束条件。
6、度规gαβ(σ)是处处满足微分流形的黎曼结构,即:gαβ(σx)>0,?坌(σx)∈Tx(M)切空间,σx≠0,σx∈M,因此动态能场群体坐标度规:gGμνi=F(.)gμνi│f(z),f(Z)旋量时空界面坐标。
(三)群体动态能场的最小作用量。由质点Pi(τ)任意域膜曲面上的任意微扰弧长δ(dsi)所满足的极小条件,可证得存在:位置度量矩阵度规gαβi(σi),曲面上任意线元d■=■,演化函数x■■≡x■■(σi),gxβi(σi);所描述的最小作用量泛函,在n维曲面条件下得:I■[g■]=F(.)■■g■(σ■)×■•■d■σ■ 并且上式是对应无质量,自旋为2的能场基元,<暗能量物质>的能量密度,其所表征的拉格郎日函数Ls,存在极值:
Ls=■=F(.)[g■■■■■■■■]■
(四)群体动态能场的冲量。动量张量在F(.)动态变换算子变换下,且使X■→x■(τ),gμν,g■→gμνi,g■等变换可推得能场的冲动张量为:TGμν=F(.)T■{F(ε,gGμν,T■?覬μν)}f(z)|,从动力学观点看,一个作用量“I”对度规g■的泛函导数,可作为此描述动态能场群体的能动张量T■,并得表达式为:
δI=■∫d■x■■T■(xi)δg■(xi)
式中:gμνi,g■度规,d■x■■为不变体积元因子,δI是作用量无限小变分δg■■的某个线性泛函即g■(xi)→g■(xi)+δμνi(xi),δI称作用量泛函导数。
(五)群体动态能场的能量流。动量流密度,n维能动张量 f(•)Tμνi已内禀有能流及动量流等密度,宇宙现在的能量密度是:ρ■=■(■+Ho■),主要决定为非相对论性质,式中宇宙标度因子R(t)现在值Ro、哈勃常数Ho、临界密度ρ■=■等与实测的星系质量密度有差别。由量子电动力学(QED),对某一层次宇宙假定只包含电子及光子,由狄拉克-温格伯给出的能量密度,皆说明了真实的宇宙不存在真空,由非相对论能量关系ε=■+U,及薛定锷方程:
i ■■=(-■?塄■+U)ψ
和狭拉克能量一动量关系及其相对论性波动方程:
ir"■-■ψ=0
可证得“真空”是能量最低状态;但实质上,宇宙中到处存在着占其75%的暗物质及暗能量,它们与组成它们的能子(即能场基元),基本粒子、分子、星系团及宇宙中万物皆是属于不同层次,不同能阶的各类广义群体,它们通过动态能场的优化律(能优律)组合成和谐又相互协调的宇宙整体;而“能场膜层”流形结构ML(•)正是由各群体粘合集成的,从而形成多重多层宇宙的各类动态稳定“群体动态能场”。
(六)动态能场中动态熵及动态休息的演化规律。从非平衡统计物理的分析研究中可知Boltzmann动态演化方程S■(t)=-k■ρ(x,k,t)|n■dГdx+S■。其中,K为Boltzmann常数,ρ■-与S■各为平衡态的系综几率密度和熵,另Boltzmann动态信息演化方程式为,在6N维相空间状态向量演化“t”时,得:
■=-?塄■'(■IXx)-V■+D?塄■■I■+Q■-■[(?塄■lnp)I■-?塄■I■]■-■■lnpI■-■■
■=-?塄■(V■I■+J■)-V■+D?塄■■I■+Q■-■(?塄■l■f■)-?塄■I■■-■■l■f■I■-■■
以上两式说明了,在动态能场中的动态熵及动态信息的非线性,并与动态系统内部的状态变量空间和传递过程的坐标空间的漂移、扩散和耗损三者有关,从而可进一步证明“能优律”规律对它们的制约及调控。同理,由Shamnon动态信息演化方程•■I■(t)dadt也可证得该结论。
三、动态能场流形ML (.)分形结构猜想
各层各级Li的ML (.)流形皆具有分形结构的内禀旋量结构特征,如生物的双螺旋性基因,星系集团的螺旋性,基本粒子自旋以及弦的旋性拓扑等;现给出流形ML (.)所内禀的广义本质的假说:
(一)螺线管构态<The solenoid> 。在微域δFsi(τ)约化,并经F(.)变换到三维域Rn=3,存在一个曲面F(.)D,即当有一个单位圆盘B绕轴L旋转的半径r>1的圆C,则其环面D为{?覬.ω∈xB:0≤?覬≤2π,ω≤1},Φ旋转角,ω相对B的中心位置向量,因而可定义f:→D,存在交集F=■fk(D)螺线管。
(二)遵循动力系统吸引子及分形吸引子的特征。即存在一个测速μ(μ(D)=1)的豪斯道夫维数:dimHμ=inf{dimμ E:μ(E)=1}。与动力系统熵有联系的映射f1f:D→D的熵:V(x.∈,k)={y∈D:f■i(x)-f■i(y)〈∈,对o≤i≤k},其中熵为:hμ(f)=■■-■10gμ(V(x.∈.k))。
(三)具有按小因子理论Hamilton系统可满足稳定性。
(四)ML(.)流形的内禀卡—丘空间内蕴着其卷缩维及缠绕维dimH分形。其内蕴吸引子,以集:F=■fk(D),X∈D,fk(x)∈■fi(D)表征,且当K→∞时选代fk(x)趋于F的这样一广义分形吸引子内涵。
(五)动态能场群体的拓扑流形结构ML(.)。设群体算符GL (.),在经能场相互作用n次所产生的“n个”群体,则形成的群集<集群>,记为:GL(.)[nIn]≡∑■。又设任意层次LN的流形M(.)定义记为:M■(.)=f■|V■∈∑■,式中:fv为拓扑变换,VL为第L层n维空间域的开集,∑■为第L层所属的群集,再设任意群Ai,Ai∈GL(.),可定义M■(.)上面一点Pi皆满足:M■(.)={P∈Rn|fi(P)}。Rn—n维欧氏空间,上式定义为在该层次L=i上所有使fi(P)成立的Pi点的全体,且{x|P(x)}成立(即所有P(x)成立的x全体)。
(六)对ML(.)流形的几点补充
?誗在所约化的微扰域或各域为某域的有界连通域,n维Tn环面。辛流形(G×Tn、W2),辛矩阵I时,则考虑的域是按小因子理论的标准Hamilton系统,并符合KAM系统,在该Fsi(τ)的约束域内可认为具有测度意义的动力学有效稳定性,且可认为所分析的正定:Hamilton系统与正定的Lagrange系统等价。
?誗例如:拉氏方程■■-■=0,对此,可运用Arud'd机制找到的扩散轨道及变分框架,且通过此轨道可使Lagrange作用量取得局部极小的理念成立。
?誗在所分析的Fsi(S(τ))域内的哈密顿系统函数处处存在动力学的有效稳定时,则可在FsiS((τ))域内及其粘合接成各局部及全局的各层宇宙Fsi(S(τ))域内“能优律一极值规律”皆客观存在。
?誗在通过F(.)Fsi(s(τ))的广义变换定义下,ML(.) 流形满足广义Riemann流形和Hermite流形的一切定义,且满足K?覿hler流形的约束条件,及适用李代条件等。
?誗动态能场群体集群的混沌性。设〈x,d〉或〈Xi,Xi+1〉为第Li层上微扰曲面δFsi(τ)上的度量空间。f:Xi→Xi为映射,且Xi∈Rni,又设(Xi•‖•‖)为Banach空间,则可称:f:Xi→Xi在Xi上混沌,约束在Devaney离散动力系统意义下的混沌,即可使在微扰曲面δFsi(τ)上进行n维实空间Rn上离散动力系统的混沌。
?誗例按规范场对称行自发破缺,可重整化的戈德斯通坡色子标量场的拉氏能函LS(.)中的势V(Φ)=■μ■■Φ■+■λΦ■,在μ■■>时,V(Φ)有极小值。
?誗例星系群体表面密度及其螺旋波,因为F(.)LS=σ米(?覣.θ1t),并对微扰项,可推证得由Q'(?覣,Q,t)=Re{■(ω)exp[i(ωt-mθ)]},所表达的紧卷螺旋线,其中Q(?覣)=A(?覣)ei?覫ω。
更由式:〈σ1,ω,v〉={■'(?覣),■'(?覣),■'(?覣)×exp[i(ωt-mθ+?覬(?覣))]}得星系的螺旋结构。(附图)
?誗按SU(2)×U(1)群体,弱电统一的规范理论在一个定域变换下的封闭动力学体系的拉氏能密为:F(.)LS=-■F■F■+(?覬,Dμ,?覬),式中F■、F■为张量。
四、动态能场“优化算法”引介
现仅当在满足一定的约束条件及广义约化的定义下,提出关于“场优算法”中的一些概念引介,尚无法完整严密的提供严谨的数学推论。动态能场优算法的定义及方程组列如下:
(一)按约化概念,ML(.)流形微扰曲面FSi(S(τ))≡FSi(S)约束域内进行局部优化<寻优>,然后经各流形MLi(.)粘合并经F(.)变换到该重、该层次的宇宙的旋量膜曲面的有效时空。且定义FSi(S(τ))、FSi(S)、FSi(τ)、δFSi(τ)、δFSi(t(τ))等为某域内的微扰域,物理概念类同,仅F(.)变换有别。
(二)ML(.)流形在FSi(S)域内,可约化具有CrX紧支集Cr函数类性质,具有f∈Diffr(ML)的Cr同胚之全体,且{fn:n∈Z}属离散流性质,Xi可记实Banach空间,并在微扰函数fm(t(τ))约束下趋向于稳定流形WS(Xi,ξ)即是ML(.)的Cr浸入子流形。在此定义下动态能场按非线性动力学规律进行优化。
(三)ML(.)流形在FSi(.)域内某子集合V,且f:V→V为在V上是混沌,若它满足对初始条件的敏感依赖性,信息按ML(.)流形传递及周期点在V中稠密,其意义为混沌系统的长远不可预测性,系统的不变集不能被分解及混沌系统的内部规律可观测性,并设定可选择Logistic映射进行仿真运算。
(四)各类“群体”皆可约化为广义意义下的“孤子”或“群体”等理念,在微扰域FSi(S(τ))的约束范围内进行优化寻优,这就可按其目标函数及约束条件等综合所需的优化算法进行仿真运算,尽可能得到“各种猜想及假说”理念的科学证实。
(五)在微扰FSi(S(τ))的域内一般最优化规律是存在的,即等式约束gi(Xi)=0,Xi∈En,不等式约束hj(Xj)≥0或≤0,i=1,…m,j=1,z…r,目标函数f(Xi),最优值Xi=X米i处,minf(Xi)=-max(-f(Xi))等规则是存在的。
(六)在δFSi(t(τ))的域内,由前述量子态ψ(hij,ψo)出发在三信度规hij约化的量子系统内的状态空间模型及系统的状态控制模型仍成立。
(七)在ML(.)中的δFSi(t(τ))域内,非线性对偶理论成立: minf(Xi)=α,Xi∈D,α=β;minf(Yi)=α,Yi∈K,α=β。
(八)在此δFSi(t(τ))域内,旋量时空中的鞍点特征具有螺旋曲面性质,并服从Minimax定理,当σ<2M时,对一定的映射族Φ不变,即V?覬∈?覬,S∈σ,?覬S∈σ,则Cσ为临界值存在,且应用Lnsternik-schnirelman的拓扑方法可对“minimax原理”给出临界鞍点数值估计。
(九)在此δFSi(t(τ))域内,其内的ML(.)可定义为CrX流形,r≥1,并要求dimML(.)<α(Banach)流形,且给定f∈Diffr(ML(.))与ML(.)的Cr浸入子流形<即稳定流形>,从而可定义为具有内禀极值特征。
(十)当从广义F(.)n维动态时空变换定义着手分析,则由于群体,动态能场的旋量流形ML(.),可证得:F(.)/:,{p∈Rn/fi(p)}表征其内禀本质及特征,就微扰面δFSi(τ)的量子态是为:
ψ(hij,ψo)=■d(g■)d(ψ)exp[-I(g■,ψ)]
而δI=■■d■X■■(Xi)δgμνi(Xi)
(十一)在hij约化定义为三维度规,则按量子力学原理可推得相应薛定锷方程式为:■/ψ(hij,ψ0)>=H/ψ(hij,ψ0)>,其中■为普朗克常数,H为哈密顿函数。
(十二)通过么正算符变换/ψ(hij,ψ0)>=X(t)/ψ(0),可推证得约化条件下的量子力学系统的状态广义时空模型约束为:
F(.)/;,X(t(τ))=AkX(t(τ))+■BkX(t(τ))Uk(t(τ))
其中,定义矩阵为:Ak(1/ih)Ho,H=Ho+He(t(τ)),Bk=(1/ih)Hk;
Ho为群体内部哈密顿;He(t(v))为群体外部哈密顿;AkBk为系数矩阵。H可根据warshel和Levitt提出的生物群体系统哈密顿求得。
(十三)同理,也可推得,星系密度的状态模型为:
F(.)/;,X(t(τ))=Xo(X(t(τ)))+■fm(t)Xm(Xt(τ))
实际上“群体动态能场,尤其生物界层次的群体动态能场更是为随机非线性系统,因而各类型的系数矩阵Ak、Bk、Φk、Uk、Wk等皆是在广义意义下定义,从而由上述量子ψ(hij,ψ0)出发,可约化在三维度规hij约束的量子系综内的状态空间模型及系统控制的状态模型仍成立,宇宙生物界实际为混沌非线性系统。
(十四)当按随机离散系统考虑,则其系综离散状态方程式:F(.)/:;x(k+1)i=φ(k+1)iXki+BkiUki+Wki
由此可求得最优性能指标为:Jmin=E{v(Xki,K)},并可最终得广义意义下的系综期望值:J=E{V(Xo,0)}。
(十五)由于“群体动态能场”是随机非线性混沌系统,从优化律控制策略,其各种类型的系数矩阵,Ak、Bk、Φk、Wk等皆按各类群体广义统计意义下定义,因而从能控性,能观测性及随机性等理念是只能从“能场内禀”的极值优化律来论述;本文是无法也不可能作出其物理,数学等意义下的论证。
就其广义意义下的系综期值F(.):,τ=E{V(Xo,0)}也仅是在各种约束约化及广义统计意义下才能假设成立。
(十六)生物界领域内,前述模型的各处系数矩阵Ak、Bk、Φk、Uk、Wk皆是按生物生命群体本身的对“能优律”的自适应基因调控,通过“能优律”对生物群体的内禀优化预佑,并按自适应控制规律进行递推、修正等一系列的自适应优化算法进行;如按自适应能优控制律使期望误差∑=■→0,达到极值,另外在上文中已论述了生物生命系统的能场能流及物质流所导致的熵流ds等参数,其内禀本质受耗散结构理论所约束,而导致“耗散极值→最小值”,即是达到平衡时■=0,H达到极值,又其势函数V(r)为最小值,因而可按分子动力学及随机动力学模拟,经可证,可得出此结论的合理性。
(十七)其实无论从分子动力学或量子动力学QM模拟,通过其<QM>势V及经典力学<MM>势V的相结合,该体系总哈密顿H是满足动态能场极值得优化律结构,这在经典力学中,最小作用原理s=■Ldt,已是处处满足,并存在经典结构,在其演绎下,可推广到以哈函H及拉氏能密所表征的能场动态力学及动态热力学的“熵变”的能场优化演变规律,也要演证其优化指标“J”极值得存在。
(十八)由此可得列出上述算法思路的结构如下:在某些一定约束及约化条件下,可证得当任意变量Xi是f∈Diffr(ML(.))的不动点,且当集AL(.)为f的紧不变集,则可得f的每个Cr近似拓扑共轭于f,则f为Cr结构稳定,而当微领域δFSi(t(τ))?奂ML(.)→ML(.),在α∈δFSi(t(τ))处为局部Cr同胚,则可通过非线性混沌分析法,证得:f在a处局部Cr结构稳定,所以ML(.)的δFSi(t(τ))的动态能场局部稳定,则通过黏合系数fi及其方式算法可推广证得在广义意义下的“群体动态能场处处具有内禀极值优化律”的统计本质。
(十九)最终可证得广义能场的能优律的广义质能关系式为:F(.)E(N)=F(.)ML(N)C(N)2|0<N<∞,N为层次数。
其中,广义动态能场流形ML(.)(即ML(N))正是由各层各相应群体粘合集成为多重多层的各类动态稳定型群体动态能场,在各层次系综动态能场的规范相互作用下所产生的各基元群体密度涨落及场的几何性质产生了动态能场的旋量挠曲效应,且在各相应层次的动态能场就相应呈现的各相应的“四种自然力”效应,即各层次力皆是各层次动态能场的力的不同呈现,并导致了各层群体内禀能优律的自然规律及其法则;如造成各种生物界基因变异而产生了并发展了自适应自然选择的演化规律的推动力,进而形成宇宙及其自然界的千万物种和万千演化。
宇宙及其自然界进化动力是由于各“N”层级群体的动态能场的能优律的调控作用,各层相应群体的动态能场与其物质是相辅相成,互不分离的,且处处呈现,即F(.)ML(O)?圳F(.)ML(O),泛函?啄(.)的极值效应处处呈现,即引力场、电磁场、分子场等各物理场效应皆是各广义动态能场,在该层次的能场效应的呈现特别指出,不应将“弯曲时空”效应认为是“万有引力”的唯一因素,而必须同时指出“宇宙间动态能场”的机理作用及“场几何”的物质作用等也是造成引力、斥力、暗能量、暗物质及今后再发现,再发展的新群体的基本因素,总之“o<ML(o)<∞”的“极限论”是必需深刻研究探索分析的必要性及其重要的不可忽略轻视的方向!
五、各层级动态能场ML(N)的量值比
从1937年狭拉克提出“大数假说”及1917年爱因斯坦将广义相对论应用于宇宙学并建立物理的宇宙模型中引出“宇宙常数”疑难等问题,就导致了物理理论的各种探索及发展,现从各层动态能场ML(N)有关的相应比值为:
(一)狭拉克大数
■?芊2.3×10■;■?芊2.3×10■
物质粒子总数Np=■:=:■■?芊(2.6×10■)
其中,符号“:=:”表示粗糙相等,“?芊”表示近似相等。
(二)按原始最小引力黑洞<MGBH>和现今宇宙的超巨大黑洞<UBH>对应比值:
质量比值Rm =■
?芊8.75×10■
黑洞视界比值Rr=■
?芊8.65×10■
对应的时间比值Rt=■=■?芊8.64×10■
对应的温度比值RT =■=■?芊13.85×10■
对应的黑洞质子数比值=Rn=■=■
?芊8.72×10■
(三)按上述各相关对应比值及狭拉克大数可知:
?誗Mb∝Np∝Rb∝■∝tb
?誗各层群体动态能场ML(N)的相关量值比及相互作用相关常数比值为近似恒值。
?誗由此各层群体的动态能场ML(N)的各参数皆是由该能场的内禀内能所定,并符合能量守恒定律。
(四)这就是由以上各值更近一步阐述并证明了宇宙学常数(宇宙常数)是存在的(约在0.65~0.7间)且等效于宇宙内禀真空能量密度,并可见宇宙间物质组成,虽是按不同层次,但却是与宇宙物质密度及真空能量密在同一数量层次层级上。
(五)核能释放的机理本质是该原子核层次的群体受该更深层次群体<小于核子能级层次的群体>在等于及大于光速“C”对该层次核能粒子的辐射冲击动能并形成核能连锁反应所导致的动态能场能量的释放。并且从更深层次群体能级的深入发展,定会从原子能、氢核能、中子能等产生更深层次的核能效应。
(六)以上进一步阐述并证明了宇宙学常数(即宇宙常数)是存在于0.65~0.7之间,并且等效于宇宙内禀真空能量密度必须指出宇宙间物质组成虽是按不同层次,但确是宇宙物质密度与真空能量度具有同一数量级<1095g/cm3>。
(七)狭拉克大数2.3×1039也是可说明各群体间能场的相互作用常数之比也接近此值。
(八)而前述原始最小引力黑洞<MGBH>和现今宇宙的超巨大黑洞<UBH>对应项的比值也反映了群体各层次能场能量的比值具有内禀比值常数的含义。
(九)各层次群体的时间t、空间s、质量m、能量E及其他参数Zn的连乘也具有内禀常数的含义,其规律为■tsmezn=常数。
后记
本文是假说(猜想),是学术上的探索。从物理理念看,其论点是符合科学发展观的,但从严格的数学讲,仅是广义、统计概率意义上的;就其“动态能场的优化律”的普适性结论是客观存在的。总之,仅是向科学界抛砖引玉作用,今后“动态时空挠率”、“自适应基因调控进化因素”、“动态能场能优律”等的论述能被证实有可取取处一二,这就是我们所期望的了。
(作者单位:1.江南大学;2.无锡凯维高新技术研究所研究生)
主要参考文献:
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[2]查理经•费曼,S•温伯格著,李培廉译.从反粒子到最终定律[M].湖南科技出版社,2003.5.
[3]詹姆斯•宾尼等著。宋国玄译.星系动力学[M].上海:上海科学技术出版社(第1版),2005.4.
[4]林家翘.星系螺旋结构理论[M].北京:科学出版社,1977. |
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