愛因斯坦環三旋模型統一暗物質兩種解釋

愛因斯坦環三旋模型統一暗物質兩種解釋

申章厚

摘要：科學網個人博客專欄諸平教授發表的《對遙遠星係“愛因斯坦環”的新認識讓我們更接近於解決關於暗物質的爭論》一文，引起我們的關注，認為愛因斯坦環三旋模型，能統一暗物質的兩種解釋。

關鍵詞：暗物質、引力透鏡、軸子、愛因斯坦環、三旋理論

【0、引言】

2023年4月26日科學網個人博客專欄，諸平教授發表的《對遙遠星係“愛因斯坦環”的新認識讓我們更接近於解決關於暗物質的爭論》一文，引起我們的關注，認為愛因斯坦環三旋模型，能統一暗物質的兩種解釋。

【1、從愛因斯坦環到暗物質解釋之爭】

諸平教授文章介紹的是：如果暗物質是由眾多的弱相互作用大質量粒子（WIMPs）構成的，而不是由單個WIMP構成的，那麽WIMP模型看起來與真實的物體不太相似。如果暗物質是由軸子構成的，軸子模型則可準確地再現了該係統的所有特征；這一結果表明，軸子更有可能成為暗物質的候選者。

即到如今主流科學界科學家們，提出了兩種可能存在的暗物質：一種是相對較重的被稱為弱相互作用大質量粒子（WIMPs）；理論上，WIMPs的行為類似於離散粒子。另一種是被稱為軸子的極輕粒子；而軸子由於量子幹涉的作用更像波。這兩種可能性一直很難區分。

但現在遙遠星係的光線彎曲，提供的線索愛因斯坦環----當光穿過宇宙，經過像星係這樣的大質量物體時，光線的路徑會彎曲，這稱為“引力透鏡”。而大質量物體的引力，會扭曲其自身周圍的空間和時間，這種光的扭曲，就被稱為“引力透鏡效應”；與之相印，它所產生的圓，被稱為“愛因斯坦環”。

通過研究光環，或其他透鏡圖像是如何變形的，天文學家們可以了解到圍繞在附近星係的暗物質暈的特性。因為對遙遠星係周圍“愛因斯坦環”的新觀察，讓如今的主流科學界科學家們，離解決暗物質之爭又近了一步----暗物質，似乎占了宇宙質量的85%左右，天文學家們所能看到的大多數遙遠星係，似乎都被這種神秘物質的光環所包圍。“愛因斯坦環”光環，與基本粒子有什麽聯係？

如今的主流科學界科學家們也認為，這一定是與某種未知的基本粒子的聯係，但除此之外，他們就不確定了----迄今為止，所有在實驗室中探測暗物質粒子的嚐試，都失敗了，物理學家們幾十年來一直在爭論暗物質的本質。這裏的關鍵是：暗物質之所以被稱為暗物質，是因為它既不發光，也不吸收或反射光----類似倒地的自旋陀螺不動。如果是量子，自旋密碼子的編碼是“冗餘碼”，這使得它極難被發現。

【2、迄今物理學界為啥不知暗物質是冗餘碼】

自旋（Spin）在量子力學中，指由粒子內稟角動量引起的內稟運動----自旋是粒子所具有的內稟性質，其運算規則類似於經典力學的角動量，並因此產生一個磁場（類似線旋）。三旋如何進入基本粒子自旋曲線法叢結構的拆分呢？這是對自旋作語境分析，並用對稱概念對自旋、自轉、轉動作語義學的定義：

1. 自旋：在轉軸或轉點兩邊存在同時對稱的動點，且軌跡是重疊的圓圈並能同時組織起旋轉麵的旋轉。如地球的自轉和地球的磁場北極出南極進的磁力線轉動。
2. 自轉：在轉軸或轉點的兩邊可以有或沒有同時對稱的動點，但其軌跡都不是能同時重疊的圓圈組織起旋轉麵的旋轉。如轉軸偏離沿垂線的地陀螺或廻轉儀，一端或中點不動，另一端或兩端作圓圈運動的進動，以及吊著的物體一端不動，另一端連同整體作圓錐麵轉動。
3. 轉動：可以有或沒有轉軸或轉點，沒有同時存在對稱的動點和組織起的旋轉麵，但動點的軌跡是封閉曲線的旋轉。如地球公轉。

宏觀世界的物體，例如陀螺或汽車，不具有自旋的性質。雖然這些物體也可以環繞本征軸旋轉，但是這種旋轉不是它們的必不可少的性質。特別是，我們能夠加強它們的旋轉運動，也能停止它們的旋轉運動。而基本粒子的自旋，既不能加強，也不可以減弱----粒子自旋不能理解為它環繞某一本征軸的旋轉運動，隻能說自旋粒子的表現與陀螺相似。那麽如果提出基本粒子的結構，不是通常認為的是球量子而是環量子的圖像擬設，就此如果仍然站在球量子的觀點，把它設想成陀螺狀，它就隻有一類旋轉的兩種運動。

我們設為A、a。大寫A代表左旋，小寫a代表右旋。但站在環量子的觀點，類似圈態的客體我們定義為類圈體，我們把它設想成輪胎狀“自旋液體”，那麽類圈體應存在三類自旋，現給予定義：

1）麵旋：指類圈體繞垂直於圈麵中心的軸線作旋轉。如車輪繞軸的旋轉。

2）體旋：指類圈體繞圈麵內的軸線作旋轉。如撥浪鼓繞手柄的旋轉。

3）線旋：指類圈體繞圈體內中心圈線作旋轉。

線旋如地球磁場北極出南極進的磁力線轉動。由此線旋一般不常見，如固體的表麵肉眼不能看見分子、原子、電子等微輕粒子的運動。

其次，線旋還要分平凡線旋和不平凡線旋。不平凡線旋是指繞線旋軸圈至少存在一個環繞數的渦線旋轉，如莫比烏斯體或莫比烏斯帶形狀。同時不平凡線旋還要分左斜、右斜。因此不平凡線旋和平凡線旋又統稱不分明自旋。反之，麵旋和體旋稱為分明自旋。

如果作為一種圈態編碼練習，設麵旋、體旋、平凡線旋、不平凡線旋，它們分別為A、a，B、b和G、g、E、e、H、h。其中大寫代表左旋，小寫代表右旋。即三旋理論引進“莫比烏斯帶”式分辯的非拓幾何，分為：“不平凡線旋”圈“左斜”和“右斜”各兩種及其各自正反轉，共E、e，H、h四個字母符號。

“平凡線旋”圈是普通環麵，它的線旋隻有正反轉G、g兩個字母符號。但這6個G、g，E、e，H、h字母符號因同屬線旋，是不能單獨同時進行排列和組合的雙動態和三動態編碼的。球麵的自旋主要是麵旋、體旋兩類及其各自正反轉，共A、a，B、b四個字母符號分別對應。現在來看一個圈態自旋密碼具有多少不同結合狀態？

單動態----一個圈子隻作一種自旋的動作，是10種。

雙動態----一個圈子同時作兩種自旋動作，但要排除兩種動作左旋和右旋是同一類型的情況，是28種。

三動態（多動態）----一個圈子同時作三種自旋動作，但要排除其中兩種動作是同一類型的情況，是24種。一個圈子同時作四種自旋動作，其中必有兩種動作左旋和右旋是屬於同一類型，這是被作為“禁止”的情況。所以我們也把三種動態叫做多動態。環量子的自旋是共計62種，比球量子的自旋的8種多54種。

2002年起出版的《三旋理論初探》和《求衡論----龐加萊猜想應用》等書早就挑明，暗物質為宇宙量子冗餘碼。1986年第2期《華東工學院學報》發表的《前誇克類圈體模型能改變前誇克粒子模型的手征性和對稱破缺》，以及《交叉科學》雜誌1986年第1期發表的《從誇克到生物學》等論文，詳細公布的環量子三旋規範誇克立方周期全表，按廣義泡利不相容原理及誇克的味與聲的避錯選擇原則看待，這是屬於顯物質的“量子避錯編碼”。眾所周知粒子自旋編碼，難在要合符現代宇宙學測量獲總質量(100%)≌重子和輕子(4.4%)+熱暗物質(≤2%)+冷暗物質(≈20%)+暗能量(73%)的測量。即整個宇宙中物質占27%左右，暗能量占73%左右。而在這27%的物質中，暗物質占22%，重子和輕子物質占4.4%的結果。這能辦到。

【3、暗物質是冗餘碼的三旋密碼計算】

正因三旋理論的類圈體的麵旋、體旋，與之組合能編碼，三旋的麵旋、體旋、線旋編碼對應整個宇宙中物質占27%左右，暗能量占73%左右；在這27%的物質中，暗物質占22%，重子和輕子物質占4.4%的基本粒子編碼，還是比較複雜。

中學數學裏學過排列、組合的知識還不夠，因為對應暗物質、暗能量的“冗餘碼”，類似魔方、魔環是多種自旋組合，可以不遵守“不相容原理”。而占4.4%的基本粒子編碼屬於“避錯碼”。那麽現在球麵加圈麵的自旋密碼具有多少不同結合狀態呢？

單動態好辦，A、a，B、b和G、g，E、e，H、h無論排列、組合、冗餘碼、避錯碼都不計較，是10種。雙動態就麻煩了，排列、組合、冗餘碼、避錯碼，A、a，B、b和G、g，E、e，H、h等10個符號，總計的排列、組合，和具體的雙動態球麵和類圈體就又有不同。雙動態要分為7個單列計算再合並。即總計的排列=10×9=90；總計的組合=（10×9）÷（1×2）=45。而雙動態要分為的7個單列，第1個是球麵隻單獨存在有的麵旋、體旋A、a，B、b的4個編號，排列=4×3=12；組合=（4×3）÷（1×2）=6。

但這6個組合中同類麵旋、體旋各自正反轉組合是冗餘碼，即Aa和Bb兩個要去掉，實際組合=6--2=4。同理，麵旋A、a和平凡線旋G、g，以及不平凡線旋“左斜”E、e；不平凡線旋“右斜”H、h等還有三個組合。體旋B、b和平凡線旋G、g，以及不平凡線旋“左斜”E、e；不平凡線旋“右斜”H、h等，也還有三個組合。它們也是實際組合=6--2=4。以上共計是有7種分別，每種的避錯碼隻有4個，7×4=28種。那麽三動態也是這樣複雜嗎？是的。

三動態不同的隻能是類圈體，球麵要排除在外。總計的排列和組合A、a，B、b和G、g，E、e，H、h等不管，所以總計的排列=10×9×8=720；總計的組合=（10×9×8）÷（1×2×3）=120.。

三動態實際是要分為3個單列，第1個是圈麵的麵旋A、a和體旋B、b與平凡線旋G、g等6個的編碼，排列=6×5×4=120；組合=（6×5×4）÷（1×2×3）=20。但這6個組合中的A、a、B、b、G、g等6個編號，以其中的A、a、B、b作3重組合=（4×3×2）÷（1×2×3）=4，即AaB、Aab、BbA、Bbb都是冗餘碼，即有4個。

同理，其中的A、a、G、g以及B、b、G、g，分別作3重組合，各自也有4個是冗餘碼。所以第1個A、a、B、b、G、g等6個作三動態，避錯碼=20--（4×3）=8個才正確。

第2個和3個是圈麵的麵旋A、a和體旋B、b與不平凡線旋“左斜”E、e，以及與不平凡線旋“右斜”H、h等分別6個的編碼作三動態，同理，各自避錯碼也是8個。所以類圈體作三動態編碼，實際的組合避錯碼=8×3）=24個。即三動態是一個圈子同時作三種自旋動作，但要排除其中兩種動作是同一類型的情況，是24種。

一個圈子同時作四種自旋動作不存在，連冗餘碼都不是，這是被作為“禁止”的情況。所以統計環量子的三旋自旋，單動態、雙動態和三動態加起來，共計的組合避錯碼=10+28+24=62種，而能作標準模型62種基本粒子符號動力學編碼。再統計總共的排列編碼=10+90+720=820種；總共的組合編碼=10+45+120=160種。

實際總共的排列編碼=10+84+360=454種；總共的組合編碼=10+28+60=98種。所以從總質量(100%)≌重子和輕子(4.4%)+熱暗物質(≤2%)+冷暗物質(≈20%)+暗能量(73%)的測量看來，重子和輕子(4.4%)占36與單動態加雙動態組合編碼的避錯碼=10+28=38種，或者與單動態加三動態組合編碼的避錯碼=10+24=34種，是符合的。

在上世紀60年代到90年代，我們研究環量子三旋規範誇克立方周期全表時就發現，物質與暗物質的量子編碼，可定義物質為宇宙量子避錯碼；暗物質為宇宙量子冗餘碼。自旋作為量子色動語言學，被看成編碼，是一種量子符號動力學的“任意子”。而彭羅斯推證牛頓和愛因斯坦引力公式統一說：“在物理、力學中，如何針對具體問題構造引力張量效應泛函，在物理、力學問題有不同的數學信息學編輯技術”。更為奇特的是，量子比特指一個量子比特與經典計算機中一個比特有兩個基本態一樣，也具有兩個基本態，但它可以同時處於這兩個狀態。可能態數為2^n，n為量子比特的數量。

三個量子比特就有2^n=8個可能態。“三縫實驗”涉及“量子眾特”高維量子計算機的優勢，是能擺脫二進製代碼----比如一場足球賽，通常隻想到兩個結果：“贏”或者“輸”，這可以用兩個量子態來表示，因此在量子世界中使用一個量子比特就夠了。但是如果再加兩個結果，比如“棄權”和“平局”，那麽一個量子比特就不足以描述所有的結果，而需要兩個量子比特。但在四態係統中，一個量子就夠了----在量子計算機中被稱為“量子囚特”。

對於相同的數據量，高維量子比特又稱為“量子多特”----隻需要更小的係統就能滿足計算需求。理論證明這個優勢，給特定用途的量子計算機帶來性能提升。“量子眾特”、“量子囚特”、“量子多特”和“高維量子比特”，聯係基於超構透鏡陣列製備高維量子糾纏光源，製備超越傳統的電子計算機和量子計算機的“比特”和“量子比特”概念的“量子眾特”、“量子囚特”、“量子多特”和“高維量子比特”原理的等最新概念理論，人類還等待著研製出名副其實的可運行的高維量子比特計算機，這正是自旋曲線法叢結構拆分能再提供的思路。

【4、三旋解釋泡利不相容原理】

三旋理論+路徑積分，一個環圈“相對環-旋組學”講的是三旋，為啥進入不了主流量子力學中的自旋編碼？迄今為止，量子力學中的泡利不相容原理，對量子自旋的運動解釋具有決定性的地位----泡利不相容原理，指兩個全同的費米子不能處於相同的量子態。這個原理是由沃爾夫岡•泡利於1925年，通過分析實驗結果得到的結論。

泡利不相容原理至今無法從根本上解釋，泡利本人也承認此點。而處於同一原子軌道的兩個電子，擁有相反的自旋方向。正確。但全同粒子是不可區分的粒子，按照自旋分為費米子、玻色子兩種。

費米子的自旋為半整數，它的波函數對於粒子交換具有反對稱性，因此它遵守泡利不相容原理，必須用費米–狄拉克統計來描述它的統計行為。費米子包括像誇克、電子、中微子等等基本粒子。而三旋本身就是依據運動的對稱性定義的，更為精彩的是：體旋多點不相容性，能對每個電子軌道圈最多隻可以容納兩個自轉相反電子的泡利不相容原理，給出一種新的證明：

如果該軌道圓圈作三旋，雖然麵旋和線旋都能容納多個電子，但作體旋，如決定一根圓圈麵內的軸為轉軸，排列在圓圈軌道上的所有電子作體旋而垂直轉軸的直徑，會出現從小到大對稱的排列，中間最大的直徑隻有一條，隻能容納一對電子。如果保持該軌道上所有電子的體旋能量的一致性，其餘的電子必然要發生分離。

此道理說明多粒子三旋，要保持跟圓心最大的對稱原則。其次，泡利不相容原理也可用環圈的三旋得證：對每個電子軌道圈最多隻可以容納兩個自轉相反電子，是因如果該軌道圓圈作三旋，雖然麵旋和線旋都能容納多個電子，但作體旋，如決定一根圓圈麵內的軸為轉軸，排列在圓圈軌道上的所有電子作體旋而垂直轉軸的直徑，會出現從小到大對稱的排列，中間最大的直徑隻有一條，隻能容納一對電子。如果保持該軌道上所有電子的體旋能量的一致性，其餘的電子必然要發生分離。即說明多粒子三旋要保持跟圓心最大的對稱原則。

【5、三旋統一暗物質兩種解釋】

據2023年4月21日物理學家組織網（phys.org）報道，暗物質的本質是一個長期的謎，對遙遠星係周圍“愛因斯坦環”的新觀察，讓離解決暗物質之爭又近了一步。暗物質之所以提出來，是因為人們無法解釋星係旋轉曲線，認為隻有假設存在額外的巨大質量，才能解釋星係外圍繞轉速度並沒有快速下降的事實。這正確又不正確。

量子粒子的自旋，從來不是實數形象，也不是類似陀螺。因為1965年在大學讀書時，我們跟著蓋爾曼誇克編碼模仿開辟類圈體“三旋編碼”，寫作《基本粒子的結構不是類點體而是類圈體----向現代理論物理學中的類點體論挑戰》一文時，采用的自旋模型還是類似遊泳圈的平凡圈體，雖然也是“三旋”----麵旋、體旋、線旋，但平凡圈體的線旋也隻有正、反轉兩種----雖已有量子粒子的自旋是複數的思維。而且再看陀螺的自旋，是“避錯碼”嗎？是。

避錯碼指錯了，就不能動，類似遵循的泡利的不相容原理，能對應所有測量到的基本粒子。反之，看魔方的旋轉是“冗餘碼”嗎？是又不是----魔方不遵循泡利不相容原理，但能對應所有測試設想到的暗物質、暗能量基本粒子。而迄今為止理論上主流科學界提出了兩種可能存在的暗物質：一種是行為類似於離散粒子的相對較重的被稱為弱相互作用大質量粒子的WIMPs。另一種是被稱為軸子的量子幹涉作用更像波的極輕粒子。三旋能統一暗物質這兩種解釋的證明是：

宏觀量子現象的“愛因斯坦環”，不管是“引力透鏡”還是“引力透鏡效應”，作為類圈體式的“環”，存在三旋的內稟性，所以構成它的：無論是“大質量的WIMPs粒子”，還是“更像波的極輕的軸子粒子”；甚至無管“WIMPs粒子”和“軸子粒子”是類似實數，還是虛數或複數粒子，愛因斯坦環存在的三旋運動的轉座子都是它們；極難被發現不發光，也不吸收或反射光時，也都是它們。

【6、結束語】

據諸平教授的報道，參加對遙遠星係周圍“愛因斯坦環”新觀察的有中國、西班牙、美國、法國的科學家----中國香港大學、香港科技大學、中國台灣大學、中國台灣理論科學中心；西班牙巴斯克大學、西班牙多諾斯蒂亞國際物理中心、西班牙巴斯克科學基金會、西班牙坎塔布裏亞大學；日本千葉大學、日本東京大學、日本東京大學卡夫利宇宙物理與數學研究所；美國加州大學伯克利分校、美國約翰霍普金斯大學、美國哈佛-史密森尼天體物理中心以及法國巴黎大學的研究人員，希望他們關心中國的現代基礎科學全麵研究，一路走好。

參考文獻

[1]諸平，對遙遠星係“愛因斯坦環”的新認識讓我們更接近於解決關於暗物質的爭論，科學網個人博客專欄，2023年4月26日；

[2]王德奎，三旋理論初探，四川科學技術出版社，2002年5月；

[3]孔少峰、王德奎，求衡論----龐加萊猜想應用，四川科學技術出版社，2007年9月；

[4]王德奎、林藝彬、孫雙喜，中醫藥多體自然叩問，獨家出版社，2020年1月；

[5]王德奎，解讀《時間簡史》，天津古籍出版社，2003年9月；

[6]王德奎，中國層子模型六十年分析回顧,Academ Arena，April 25, 2023；金琅學術出版社，2022年11月；

[7]王德奎，物質族基本粒子質量譜計算公式，大自然探索，1996（3）；

[8]陳超，量子引力研究簡史，環球科學，2012年第7期。