該如何理解非線性波動的開放系統，這個概念

導讀：開放性是說種種跡象表明，宇宙不是一個封閉的系統。熱力學第二定律就很好的指明了這一方向。也就是說它有某種意義上的無限性。主要是時空上的無限拓展性。其實我不大願意，說宇宙在時間和空間上是無限的。因為時間和空間難以分割。

首先說說，為什麼贊同這個大統一理論的方向，原因很簡單，聯繫是普遍的，必然的。那麼對於宇宙而言，就應該存在一套可以描述整體宇宙運行的「語言」，該「語言」就是大統一理論。

而在整體宇宙上的觀點，我在書中寫的很明了，宇宙是一個開放的非線性波動系統。注意三個關鍵詞：開放性，非線性，波動性系統。

1、開放性是說種種跡象表明，宇宙不是一個封閉的系統。熱力學第二定律就很好的指明了這一方向。也就是說它有某種意義上的無限性。主要是時空上的無限拓展性。其實我不大願意，說宇宙在時間和空間上是無限的。因為時間和空間難以分割。

但人們的受思維習慣限制，可能更容易理解宇宙在時間和空間上是無限的。為了好理解，這樣說是可以的。

2、非線性，是相對於線性來說的。在自然規律中絕對線性的關係其實寥寥無幾。非線性關係才是描述大自然規律的重要工具。通常是這樣定義的：非線性即變數之間的數學關係，不是直線而是曲線、曲面、或不確定的屬性，叫非線性。

非線性是自然界複雜性的典型性質之一;與線性相比，非線性更接近客觀事物性質本身，是量化研究認識複雜知識的重要方法之一;凡是能用非線性描述的關係，通稱非線性關係。線性意味著系統的簡單性，但自然現象就其本質來說，都是複雜的，非線性的。

而大家在想到非線性理論的時候，應該想到它的給近義詞，叫混沌理論。混沌理論是一種兼具質性思考與量化分析的方法，用以探討動態系統中無法用單一的數據關係，而必須用整體，連續的數據關係才能加以解釋及預測之行為。關於混沌理論有這樣一句話："一切事物的原始狀態，都是一堆看似毫不關聯的碎片，但是這種混沌狀態結束後，這些無機的碎片會有機地彙集成一個整體"

混沌一詞原指宇宙未形成之前的混亂狀態，古希臘哲學家對於宇宙之源起即持混沌論，主張宇宙是由混沌之初逐漸形成現今有條不紊的世界。在井然有序的宇宙中，西方自然科學家經過長期的探討，逐一發現眾多自然界中的規律，如大家熟知的地心引力，槓桿原理，相對論等。這些自然規律都能用單一的數學公式加以描述，並可以依據此公式準確預測物體的行徑。

近半世紀以來，科學家發現許多自然現象即使可以化為單純的數學公式，但是其行徑卻無法加以預測。如氣象學家Edward Lorenz發現簡單的熱對流現象居然能引起令人無法想像的氣象變化，產生所謂的"蝴蝶效應"。 60年代，美國數學家Stephen Smale發現某些物體的行徑經過某種規則性變化之後，隨後的發展並無一定的軌跡可循，呈現失序的混沌狀態。

這說明什麼呢？這就說明自然現象用單一公式和數據描述，屬於近似線性關係。絕對的線性關係，多只是數學遊戲，不代表現實世界。就像π，引力常數，精細結構常數，自然數e等等，都是無窮小數，而計算又離不開這些符號，所以計算怎麼能得到絕對的結果呢？所以非線性關係才是更普遍的。

混沌理論又有點像老子描述的「道」，但這是一種從哲學上理解的途徑，和科學還是有區別的。

所以非線性就意味著，宇宙的大統一理論不會是一個單一的公式，或者單一的描述，它是複雜的，一套彼此連接的理論。就像目前標準模型所發展的模樣，它是一個大的規範群，是一個規範群為SU(3) ×SU(2)×U(1)的規範場論。而那個大統一理論，就是包含這個規範群的。現在的瓶頸就是這個規範群並沒有包含引力理論。後面給大家詳細說說這個發展過程。

3、所謂波動性系統，就是它是一個動態，變化的，運動的系統。宇宙處於時刻變化之中。

接下來就說說規範群為SU(3)×SU(2)×U(1)。最早包含規範對稱性的物理理論是詹姆斯·麥克斯韋的電動力學。麥克斯韋在他的論文里特別提出，這理論源自於開爾文男爵於1851年發現的關於磁矢勢的數學性質。但是，該對稱性的重要性在早期的表述中沒有被注意到。大衛·希爾伯特假設在坐標變換下作用量不變，由此推導出愛因斯坦場方程時，也沒有注意到對稱性的重要。

之後，赫爾曼·外爾試圖統一廣義相對論和電磁學，他猜想尺度（「規範」）變換下的「不變性」可能也是廣義相對論的局部對稱性。後來發現該猜想將導致某些非物理的結果。但是在量子力學發展以後，外爾、弗拉基米爾·福克（俄語：Vladimir Fock）和弗里茨·倫敦（英語：Fritz London）實現了該思想，但作了一些修改（把縮放因子用一個複數代替，並把尺度變化變成了相位變化—一個U(1)規範對稱性），這相應於帶電荷的量子粒子其波函數受到電磁場的影響，給定了一個漂亮的解釋。這是第一個規範場論。泡利在1940年推動了該理論的傳播。

1954年，為了解決一些基本粒子物理中的巨大混亂，楊振寧和羅伯特·米爾斯引入非交換規範場論，來建構將核子綁在原子核中的強相互作用的模型。（Ronald Shaw，在阿卜杜勒·薩拉姆指導下，在他的博士論文中獨立地引入了相同的概念。）通過推廣電磁學中的規範不變性，他們試圖構造基於（非交換的）SU(2)對稱群在同位旋質子和中子對上的作用的理論，類似於U(1)群在量子電動力學的旋量場上的作用。在粒子物理中，重點在於量子化規範場論。

該思想後來被發現能夠用於弱相互作用的量子場論，以及它和電磁學的電弱統一理論中。當人們意識到非交換規範場論能夠導出漸近自由的時候，規範場論變得更有吸引力，因為漸近自由被認為是強相互作用的一個重要特點，因而推動了尋找強相互作用的規範場論的研究。這個理論現在稱為量子色動力學，是一個SU(3)群作用在夸克的色荷上的規範場論。這樣標準模型用規範場論的語言統一了電磁力、弱相互作用和強相互作用的表述。

大統一理論簡稱GUT，又叫萬有理論，由於微觀粒子之間僅存在四種相互作用力，萬有引力、電磁力、強相互作用力、弱相互作用力。理論上宇宙間所有現象都可以用這四種作用力來解釋。通過進一步研究四種作用力之間聯繫與統一，尋找能統一說明四種相互作用力的理論或模型稱為大統一理論。愛因斯坦在晚年就致力於這一理論的誕生，但是當時對於量子力學的研究，遠遠沒有達到現在的程度，所以他註定完成不了這個任務。

早在20世紀20年代，著名物理學家愛因斯坦就致力於尋找一種統一的理論來解釋所有相互作用，也可以說是解釋一切物理現象，因為他認為自然科學中「統一」的概念或許是一個最基本的法則。甚至可說在愛因斯坦的哲學中，「統一」的概念根深蒂固，他深信「自然界應當滿足簡單性原則」。

摘自獨立學者，科普作家靈遁者科普書籍《變化》

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