圈量子时空和圈量子引力理论

人生总有几件发生在自身的引以为傲、引以为豪的事情，拿我说来，没想到我在西方科普作家、科学记者和科学家的构想之前提出了概念化的“三暗世界”，它不同于科幻作品的“三体世界”，三暗指的是“暗引力、暗引力波和暗电磁波”。2016年3月到4月，我在科学哲学的主题文章中率先指出了暗引力波和暗电磁波存在的可能，西方的科学作家和科学家随后使用了“暗引力”和“暗电磁波”的术语。从科学哲学的原理和科学思维的方法指出了“暗物理学”的几个概念，科学哲学是科学概念的艺术，科学则以一定的实验和观测、数学和逻辑为基础，科学和哲学的方法符合科学哲学艺术论的等效原理。我在“暗物理哲学”的思辨中首先指出了几个暗物理学的概念，不是我抄袭了西方科学家和科学作家的概念和术语，西方科学家和科学作家也不是受到我的原创概念和术语的启发，只是在彼此的科学思维中碰巧产生了交集。

哲学与科学的思维和方法在相互碰撞中可能擦出了“火花”。可见物质或普通物质和暗物质的组成不一定表现为“一一对应”的等效关系，几乎没有几位物理学家相信，暗物质由“暗分子”组成，暗分子由“暗原子”组成，暗原子由“喑原子核”和“暗电子”组成等，暗物质粒子有可能是某种人们未知的、不同于普通物质粒子的特殊粒子。普通物理学和暗物理学的某些属性符合科学哲学对应性的等效原理或等效性的对应原理，可以构想暗物理学的某些概念和术语，除了暗引力、暗引力波和喑电磁波的三暗概念，还可以设想“暗基本力”的词条，四种暗基本力包括了暗引力和暗电磁力、暗强力和暗弱力，物质与暗物质的对应性等效于自然基本力与自然暗基本力的对应性。

什么是科学哲学的等效原理？举例说来，量子理论既包括了量子时空理论，也包括了量子引力理论等，量子理论对量子时空和量子引力等的解释符合科学哲学释义论的等效原理，同样，圈量子理论既包括了圈量子时空理论，也包括了圈量子引力理论等，圈量子理论对圈量子时空和圈量子引力等的解释符合科学哲学释义论的等效原理。

按照圈量子理论的假设，空间由一块一块的“空间量子”组成，好像量子力学的创始人普朗克假设的能量传输方式，能量由一份一份的“能量量子”或能量子组成，时间也由一段一段的“时空量子”组成，圈量子理论实际上假设了时空由一点一点的“时空量子”组成，在量子物理尺度上，能量和时空的量子化符合科学哲学逻辑论的等效原理。好像量子理论定义了最小的能量单位——普朗克能量子，圈量子理论定义了最小的时空单位——普朗克时空。人们在经典和相对论的宏观时空看到的世界是连续和无限可分的，而在微观的量子时空“看见”的世界却是离鹊和不可再分的，普朗克时空点也就是最小的时空点。普朗克体积由普朗克面积围合而成，普朗克面积由普朗克长度围合而定，定义了一维的普朗克长度，也就定义了二维的普朗克面积和三维的普朗克体积。

普朗克长度被定义为最小的量子长度单位，普朗克的长度为10的负33次方厘米。有了普朗克长度和面积的定义，可以计算出最小的量子面积单位，普朗克面积或量子面积为普朗克长度的平方，相当于10的负66次方平方厘米。有了普朗克长度和体积的定义，可以计算出最小的体积单位，普朗克体积或量子体积为普朗克长度的立方，相当于10的负99次方立方厘米。1立方厘米的空间包含了10的99次方个“普朗克体积”或“量子体积”。可以将最小的宇宙或最小的时空定义为普朗克宇宙、普朗克时空或量子宇宙、量子时空。最大的宇宙或最大的时空随着宇宙的膨胀而扩大，按照目前宇宙大约930亿光年的直径计算，最大的宇宙或最大的时空为10的85次方立方厘米。

普朗克时间被定义为最小的时间单位或量子时间，普朗克时间为10的负43次方秒。根据科学哲学的相对性原理，在经典世界经历的1秒非常短暂，而在量子世界经历的1秒则十分漫长。可以把空间的量子效应理解为长度、面积和体积变小了，把时间的量子效应理解为时间变慢了，在相对论的世界也出现了“长度收缩”和“时间膨胀”的理论预期，现代物理的大量实验反复证实了“时膨空缩”的相对论效应。量子力学的量子效应和相对论力学的相对论效应符合科学哲学奇异论的等效原理。尽管物理学家没有从数学方程式上完成量子力学和相对论的统一，但量子论和相对论在物理效应上存在一致性和统一性。

世界各地的数千位理论物学家都在争先恐后地研究圈量子理论，它是从二十世纪三十年代兴起的量子引力理论之一，科学爱好者更为熟悉的弦理论和超弦理论、万物理论或M理论都以不同的途径推进了量子引力理论的创新与发展。量子引力理论的终极目标是实现爱因斯坦的“终极梦想”，将二十世纪的两大主流物理学——广义相对论和量子力学融合在单一而完整的理论体系中。约翰-惠勒是量子力学哥本哈根学派的创始人尼尔斯·玻尔的学生，1966年，惠勒和他的同事莱斯·德维特写下了被后来的物理学家称之为的“惠勒——德维特方程”，为圈量子引力理论奠定了数学的基础。20世纪80年代，印度物理学家阿贝·阿什写下了简洁的“惠勒——德维特方程”，美国的物理学家李·斯莫林和特德·雅各布森找到了一些方程的解，他们发现量子引力方程的解从几何上表示了空间的闭合曲线或“圈”，圈量子引力或圈量子几何理论由此产生。