「思想」張首晟:人類文明第一書!

物理 愛因斯坦 相對論 霍金 狄拉克 中國企業家思想 2018-12-10
「思想」張首晟:人類文明第一書!「思想」張首晟:人類文明第一書!

出版於1729年的第一英文版牛頓名著《自然哲學的數學原理》

瞭解我的朋友都知道我最不歡喜禮品,總覺得物質生活越簡單越好。所以每逢聖誕佳節,天倫之樂,卻面對一大堆禮品而深感困惑。但2015年的聖誕禮物,卻使我喜出望外,夢寐以求。期待到今天,這份厚禮終於送到了家。

1687年,牛頓發表了千年偉著《自然哲學的數學原理》(Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica,簡稱Principia),點燃了人類科學認識宇宙的曙光。Principia奠基了牛頓力學的運動方程,提出了萬有引力,發明了微積分。在牛頓的宇宙觀中,天地合一。 地上的蘋果,天上的行星,都滿足簡單而普世的科學原理。 對宇宙理性的認識,啟發了人們對人類社會理性的渴望。伏爾泰從法國被流放到英國期間,參加了牛頓的葬禮,他首次告訴了世人牛頓蘋果的故事。伏爾泰的靈感女神是Emilie du Châtelet 侯爵夫人,是啟蒙時期的一代才女, 天生麗質。她親筆翻譯了Principia的法文首版, 直用至今。伏爾泰深受牛頓Principia的啟發,從天地合一到天人合一,從自然定律到社會法律,點燃了啟蒙運動火種,燃燒著整個歐洲大陸。美國建國的理念,乃是啟蒙運動的產物。所以牛頓的Principia不愧是人類文明的第一書!

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靈感女神聖鏡印照牛頓在天之靈於伏爾泰,啟發他的啟蒙著作。

1687年出版的Principia是拉丁文首版,目前早已在古藏書市上難尋蹤跡了。Principia的英文首版於1729年出版,仍保持原版裝訂的,在古藏書市面上也唯見一本了,收藏在英國倫敦的著名古藏書店Peter Harrington。2015年的聖誕節,黃曉捷先生放棄了與家人的天倫之樂,千里迢迢,來到斯坦福大學贈予我這份厚禮,使我喜出望外。牛頓出生於聖誕節,加深了這份厚禮的歷史意義。一代企業家的科學情懷,使我深深感動!經過與Peter Harrington古藏書店的多次聯絡,Principia的英文原裝首版終於送到了我家。輕輕打開了287年前Principia的精裝版,字體猶新,精圖釋意,彷彿牛頓的親筆,正用靈魂在召喚著我,不知不覺地已經讀到了深夜。

Principia中牛頓發現的萬有引力,開創了人類科學啟蒙的起點。但它至今依然是深藏不測的大謎,引力本質的認識,也許是萬物理論(Theory of Everything)的終點。我們可以將基礎科學的三大發現,萬有引力、相對論與量子力學用三個宇宙基本常數(Fundamental Constant of Nature)來描寫,分別就是:G,牛頓萬有引力常數; ħ,量子力學的普朗克常數;與c,愛因斯坦相對論提出永恆不變的光速。

G出現在牛頓萬有引力公式中:

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ħ出現在粒子能量與波動頻率的普朗克公式中:

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而光速c出現在愛因斯坦質能等價公式中:

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把這三個基本常數 (G, ħ, c) 定為三個座標軸,我們可以得到一個神祕的魔方

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座標原點是用經典力學描寫的原子微觀世界。在原子的尺度,引力不重要, 可設G=0。電子的速度遠小於光速, 可設c=0。經典力學沒有量子效應可設ħ =0。 從原點出發沿G軸前進,我們來到牛頓萬有引力的宏觀世界。 沿ħ軸往上,我們步入量子物理描寫的微觀世界。沿c軸追近光速,我們進入了愛因斯坦相對論的時空。在這三個偉大發現之後,人類求知的焦點,就是把這三個宏觀宇宙,微觀世界與光速時空統一起來。愛因斯坦統一了萬有引力與狹義相對論(G, c),發現了廣義相對論並預言了引力波。 狄拉克統一了狹義相對論與量子力學(ħ, c),並預言的反粒子。

牛頓與萊布尼茲獨立發明了微積分。萊布尼茲在發明二進制時,深受中國古代文明易經八卦圖的啟發。由於23=8,我們可以把陰陽對應於無有,把三爻對應於(G, ħ, c),三爻陰陽交叉便得八卦,正好相對於神祕魔方的八個頂角。魔方原點對應於(無G,無ħ,無c)的坤象,狹義相對論對應於(無G,無ħ,有c)的震象,等等。這樣大統一萬物理論就對應於(有G,有ħ,有c)的乾象,包容了乾坤萬物。

牛頓是劍橋大學的講座教授,他的講座席位稱為Lucasian Chair。這著名的講座席位一脈相承於盛名千秋的理論物理學家麥克斯韋(James Clerk Maxwell),狄拉克(Paul Dirac)與霍金(Stephen Hawking)。我是狄拉克的忠實粉絲,他是尋美而求真的風格大師。別的理論物理學家從大量的實驗現象中總結出優美的數學方程。而狄拉克卻從至美的數學概念出發,大膽地預言新的實驗現象。他為了統一狹義相對論與量子力學(ħ, c),從優美的數學結構出發,引進了著名的狄拉克方程,預言自然界中任何粒子都有反粒子。不久後,正電子就被實驗發現。英國倫敦的著名教堂Westminster Abbey埋葬的不僅是列代的帝王將相,還有偉大的科學家牛頓與狄拉克,地碑上銘刻了著名的狄拉克方程。我於2012年榮獲了狄拉克獎,以我偶像而命名獎章,是我一生至高的榮譽。

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張首晟教授榮獲2012年狄拉克獎

回到 (G, ħ, c)組成的神祕魔方,我們可以看到基礎科學的空白與目標,正在神祕魔方的頂角。(G, ħ, c) 的大統一,將創造人類夢寐以求的萬物理論(Theory of Everything)。這萬物理論是什麼,我們尚不知道,但我們能估計在怎樣的長度和能量的量級上才能完成大統一。從以上定義(G, ħ, c)的三個公式出發,我們很容易得到它們的量綱。根據簡單的量綱分析,我們得到唯一可能的普朗克長度與能量,分別是:

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普朗克長度之短,比原子的尺度還小25個數量級!普朗克能量之高,比現代最高能的加速器還高了15個數量級!由此可見,要尋找大統一(G, ħ, c)的萬物理論是多麼的困難,用已知的實驗方法幾乎不可能!

我本科的畢業論文與博士論文都致力於量子引力,追尋大統一(G, ħ, c)的夢想。由於這領域沒有實驗,所以改方向進入了凝聚態物理的研究。深受牛頓、愛因斯坦、狄拉克的數學原理啟發,尋美而求真,從理論上首先預言了拓撲絕緣體這個神奇的材料,後被實驗證實。今夜親手翻開牛頓首版Principia的千年偉著,深感斯人已去,英魂長存,每句每辭,都在喚醒我少年時代的夢想。今夜手按Principia莊嚴而立志,為追求大統一(G, ħ, c)的萬物理論而貢獻。填補先賢們留下的空白,是我們這輩學子們的最神聖使命,也是全人類最崇高的夢想。為實現這個美麗的夢想,我們必須穿越時空,量子糾纏,潛入普朗克長度的萬丈深淵,高攀普朗克能量的奇險頂峰。路漫漫其求修遠兮,吾將上下而求索!

夜半鐘聲,皓月當空。百年孤獨的求知旅程,今有千年Principia的步步相伴。 黎明既啟,征途既始,此時此刻,按書立志,賦詩為證:

既然無法抵擋她萬有的吸引,

為何不遨遊星際而時時相伴?

既然為量子因果而糾纏綿綿,

為何不心心相印寄在水一方?

既然追不上她永恆不變的步伐,

為何不對鏡賞花以光傳因緣?

既今見英魂長存於行行字跡,

又何懼漫漫征途中淵深峰險?

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