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……我们并非生来就像野蛮人那样生活,而是为了追随美德与认知
(但丁,《地狱篇》)。

(我们并非生来像愚人那样生活,而是为了追随美德与知识的道路。但丁:《地狱篇》)。

引言。

……我们打算在宇宙学、天体物理学和理论物理学中提出一些新观念。
支撑这些工作的观念相对简单,并且可以用三种不同方式表达。

  • 用专家语言。

  • 以图解方式。

  • 以通俗化方式。

……通俗化可以采取不同做法。多数情况下,通俗化者只提供一些言语意象,用来激发读者的想象力。但走到尽头,读者并没有学到多少东西。

……通过充分利用图像,我指的是几何学,而几何学与物理学及各种科学紧密相连,可以设法让读者获得双重收益。类比使他能够理解一种进路的大致轮廓。但在此过程中,他会充实以非常真实的几何知识,尤其是二维几何知识。

第一个图解式观念:牛顿与反牛顿。

图解化,就是满足于呈现一个模型的某个方面。

……宇宙结构由一种基本力组织起来:引力。如果宇宙中的物体彼此不吸引,就几乎什么也不会发生。星系不会形成,恒星也不会形成,我们也不会在这里谈论这一切。例如,如果引力是排斥力,它就会使所有粒子彼此保持最大距离,宇宙将保持无定形,因而长期而言非常乏味。

万有引力定律就是牛顿定律:

……G 是引力常数。m 和 m' 是两个质量,d 是它们之间的距离。如下文所示,我们提出的模型在于让两类质量相互作用,这两类质量将被称为“普通质量”(经典意义上的物质,即构成星系、恒星、原子的那种物质)和“幽灵质量”,m 和 m*,之所以这样称呼,是因为它们在光学上从根本上不可观测。于是相互作用图式如下:

普通质量按照牛顿定律相互吸引。
“幽灵质量”也按照同一定律相互吸引。

相反,我们假设普通物质与幽灵物质相互排斥,按照“反牛顿”:

……那么在这个阶段,人们可以把“质点”放进计算机,看看这些吸引力和排斥力起作用时会发生什么。

……物理学家会立刻说:这等价于引入负质量 m* < 0。事实上,如果在牛顿定律中把其中一个质量的符号反过来:

力就会变号。

……如果把两个质量的符号都反过来,它就不会变号。因此人们会倾向于得出结论说,上述模型归结为认为宇宙中并存两类质量,一类为正,另一类为负,这将意味着存在能量 E = mc2 为负的粒子。这种负质量存在的可能性曾由数学家让-马里·苏里奥于 1970 年通过群论加以考虑。参见其著作《动力系统的结构》,Dunod 出版社,第 197 至 200 页。

……负能量物体的问题之一在于:当它与正能量物体相遇时会发生什么?

……提醒一下,反物质具有正质量和正能量。一个物质粒子与一个反物质粒子相遇会产生光子,其能量同样为正。但是,一个具有正质量 m > 0 和正能量 E > 0 的粒子与一个具有相反质量 -m 和相反能量 E* = -E 的粒子相遇,将……什么也不会产生。

此外,物理学家会反驳说,人们从未观察到具有负质量的粒子。

……图解式介绍到此为止。如下文所示,该系统实际上将“好像幽灵质量是负的”那样运作,按照牛顿和反牛顿,但模型并不如此简单化。要离开这种图解式视野,就必须熟悉若干几何概念。
……

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