自然科学

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中国同时在物理学领域和数学领域获得重大突破

一位67岁的科学工作者、教育工作者、退休大学教师荣幸地向大家宣布： “罗素悖论”、“双生子佯谬”和强、弱引力场普遍适用的“普适引力场理论”等三个世界难题都已经被中国人攻克。
三个难题中“双生子佯谬”最简单，10分钟可以使高中生彻底明白，但花费时间最长，断断续续将近半个世纪，主要是因为一直在“相对速度迷雾”里转圈圈，绕不出来，一旦消除“相对速度迷雾”，就会发现问题原来这么简单。
1901年英国哲学家、数学家提出的“罗素悖论”曾引起“第三次数学危机”。 100多年以来，数学家致力于把“悖论”从集合理论中排除出去，未取得成功。我们“反其道而行之”，将“悖论”纳入集合理论，建立起包含确定性集合、不确定性集合和悖论集合的“广义集合理论”，当前的集合理论只包含确定性集合，不包含不确定性集合和悖论集合，未来的“广义集合理论”还要包含量子集合。彻底解决了“罗素悖论”引起的数学危机，是数学领域重大突破。
“罗素悖论”问题思考很长时间，查看电脑记录，第一次动笔是2011年11月6日10:25分，只写了论文标题《包含“悖论元素”和“悖论集合”的集合理论》，就写不下去了；第二次动笔是2012年5月10日15:25分，写了一部分，思路比较混乱；2016年论文才初步完成，还有许多细节需要推敲，发表算是抛砖引玉吧。
众所周知，经典物理学的适用范围是宏观、低速、弱场，量子理论把物理学推进到微观领域，狭义相对论把物理学推进到高速运动领域，由于强场问题未得到解决，只实现两个领域的突破。我们建立的“普适引力场理论”把物理学推进到强场领域，虽相距100多年，最终实现了物理学三个领域的全面突破。
狭义相对论诞生以前解决强场问题的条件还不具备。1905年狭义相对论诞生以后，解决强场问题的线索已现端倪，有待我们发现。线索之一，在经典物理学里，物体只有一个质量，牛顿给出的质量定义是：“物质之量以体积密度联合度之”；在狭义相对论里，物体有两个质量——静止质量和运动质量，我们知道，运动质量大于或者等于静止质量，必须弄清楚引力场是与静止质量相关，还是与运动质量相关。线索之二，在引力场中，物体的静止质量是不是变化的，变化规律是什么，静止质量与引力势能之间是否存在关系。弄清楚这些问题就可以建立起强、弱场普遍适用的引力场理论，得到强、弱场普遍适用的引力场公式。
“普适引力场理论”是完整成熟的理论。从1973年产生想法，至今已经43年了。这个理论不仅解决了强场问题，还得到爱因斯坦重力场方程没有中心奇点的静态球对称解，得到度规的一些新性质和黑洞一些新性质。
概括一下，为什么前人无法解决三个难题，而我能够解决三个难题。“双生子佯谬”是因为我和所有人都曾在“相对速度迷雾”（简称“迷雾”）中徘徊，我跳出了“迷雾”，其他人没有跳出“迷雾”； “罗素悖论”是因为其他人都选择将“悖论”从集合理论中排除出去，而我选择了将“悖论”纳入集合理论，其他人的选择是错误的，我的选择是正确的；建立强引力场理论的线索出现以后，虽然线索在每一个人身边，大家都“视而不见”，只有我发现了这些线索，在这些线索基础上建立起“普适引力场理论”。 以下是解决三个难题取得的成果。
一、引力场理论
1、提出引力场三个新性质：引力场相关性原理、等价原理和广义质速关系，建立起强、弱引力场普遍适用的引力场理论，得到强、弱场普遍适用的引力场公式。
2、弱场条件下，从我们的公式可以自动导出经典引力场公式，并且给出经典引力场公式成立的条件，说明我们的理论包含经典引力场理论。
3、发现了静止能量与势能之间的关系，静止能量与势能总是等量同时变化。
4、得到没有中心奇点的爱因斯坦重力场方程（简称“方程”）静态球对称解（度规），解决了“方程”的中心奇点问题。
5、弱场条件下，从我们的度规可以直接得到Swarzschild度规，说明Swarzschild度规是弱引力时空度规。中心奇点是弱引力时空特征，不是本性奇点，是可以消除的。
6、发现引力时空是五维黎曼时空，包括三个空间维度，一个时间维度和一个静止质量维度。当r非常大时，引力场是弱场，可以忽略，五维黎曼时空退耦成四维闵可夫斯基时空；当r=0时，五维黎曼时空到达视界，在视界边界和内部退耦成四维类闵可夫斯基时空。象狭义相对论自动导出时间是空间维度一样，我们的理论自动导出静止质量也是空间维度。
7、发现速度v越小，空间与时间的关联度越小，形成相互独立的绝对空间与绝对时间；速度v越大，空间与时间的关联度越大，空间与时间共同构成四维时空。同样道理，r越大，引力场越弱，四维时空与静止质量的关联度越小，四维时空与静止质量相互独立；r越小，引力场越强，四维时空与静止质量的关联度越大，四维时空与静止质量构成五维时空，即五维黎曼时空。
8、发现度规的非正定性包含深刻物理内容，反映出时空维度的可逆性，即有的时空维度是可逆的，有的时空维度是不可逆的。可逆指变化可以沿原路径回到初始状态，不可逆指变化不能沿原路径回到初始状态。如果规定可逆维度的可逆性符号为“—”号，那么不可逆维度的可逆性符号为“+”号。例如，闵氏时空度规中可逆性符号为（+，—，—，—）第一项时间维度的可逆性符号为“+”，表明是不可逆维度；后三项空间维度的可逆性符号为“—”号，表明是可逆维度。
9、发现度规中包含“可逆性变号因子”，它的作用是在视界处改变时空维度的可逆性符号，将“+”号变成“—”号、“—”号变成“+”，使时空维度的可逆性发生变化。时空维度前面有“可逆性变号因子”，视界内外的可逆性质相反；时空维度前面没有“可逆性变号因子”，视界内外的可逆性质相同，这是非常重要的时空性质。
10、发现在视界表面和内部，径向维度消失，静止质量维度的可逆性符号由“—”变成“+”，时间维度的可逆性符号由“+”变成“—”，两个角向维度的可逆性符号不变，仍取“—”号。视界内部静止质量维度取“+”号，表明视界内部静止质量维度是不可逆的。这一现象很容易解释，视界内部静止质量维度的不可逆性使视界内部的质量只能增加，不能减少（未考虑量子效应），导致视界成为“单向膜”，成为黑洞的边界。视界内部径向维度的消失和时间维度成为可逆维度是值得深入研究的问题。
11、霍金的黑洞蒸发理论是量子效应，强引力场使真空极化产生正、反粒子，反粒子被黑洞吸收，正粒子留在视界外面，等效于粒子穿过视界逃逸出来。说明如果把视界看作是一个没有厚度的“薄壳”，在视界外部静止质量维度是可逆的，虽然视界内部静止质量维度是不可逆的，但量子效应使视界内部靠近视界处生成一个薄层，在薄层区域内静止质量维度是可逆的。
12、弦论认为空间可能是7维、11维、13维，我们发现静止质量维度的方法有助于发现空间的其它维度。发现空间的第六维度、第七维度不能只凭借想象，需要探索。物理量成为时空维度必须满足三个条件：①物理量是变量；②能够纳入时空间隔ds^2；③具有线元，其量纲为“米”。
二、集合理论
1、给出“悖论元素”、“悖论集合”、“确定性元素”（无悖论元素）、“不确定性元素”（悖论元素）、确定性集合、不确定性集合、相容性集合、不相容性集合等定义，建立起包含确定性集合、模糊集合和悖论集合的广义集合理论。
2、指出“0”是平庸悖论元素、“空集”是平庸悖论集合；“0”是唯一具有悖论特征的确定性元素，“空集”是唯一具有悖论集合特征的确定性集合。目前的集合理论是由“确定性元素”、“0”和“空集”构成的确定性集合理论。确定性集合属于相容性集合。
3、悖论集合又可以分成“相容性集合”和“不相容性集合”，“模糊集合”属于“相容性集合”，“罗素悖论”、“理发师悖论”属于“不相容性集合”。在一定条件下，“不相容性集合”可以转化成“相容性集合”，例如在经典物理范围内，“相对性原理”与“光速不变原理”是不相容的；在相对论物理范围内，两个原理是相容的。
4、发现将模糊集合、悖论集合纳入集合理论并不影响集合运算。
5、确定性集合的真值是“0”和“1”；模糊集合的真值大于等于“0”，小于等于“1”。
6、发现相容性集合的真值方阵与真值矩阵的子方阵是満秩的，不相容性集合的真值方阵是降秩的。
三、双生子佯谬
1、给出本征速度定义：物体本身具有的能量决定的速度。物体吸收能量，本征速度增大；物体放出能量，本征速度减小。
2、指出本征速度是不可观测物理量，本征速度的变化是可观测物理量。
3、指出相对论效应只与本征速度相关，与相对速度无关。
4、通过考察本征速度的变化可以彻底解决“双生子佯谬”。
我们可以骄傲地说，《普适引力场理论》和《广义集合理论》是二十一世纪前期物理学领域和数学领域最重大进展，理由是非常充分的。
《普适引力场理论》有三大重要意义，1、实现物理学从宏观、低速、弱场全部进入到微观、高速、强场；2、消除了困扰物理学家100多年的爱因斯坦重力场方程解的中心奇点问题；3、发现时空维度具有可逆和不可能逆性质，在时空度规里，如果时空维度前面有“可逆性变号因子”，该度规视界内外的可逆性相反；如果时空维度前面没有“可逆性变号因子”，该度规视界内外的可逆性相同。这些都大大加深了我们对物理世界的认识。
迄今为止的集合理论是“支离破碎”的，集合理论只包括由确定性元素（包括“0”和空集）构成的确定性集合；不包括不确定性元素——模糊元素构成的不确定性集合（模糊集合），模糊集合理论包含在模糊数学中；更是把悖论集合排除在外。《广义集合理论》现在包含确定性集合、不确定性集合和悖论集合，将来还要包含量子集合。
历史上曾经发生过三次数学危机，第一次数学危机与第三次数学危机性质非常相似，数学家犯下同样的错误。第一次数学危机是无理数引起的危机，当无理数出现的时候，起初数学家拒绝接受，“无理数”的含义就是“没有道理的数”，最后不得不接受它。复数也是如此，当复数出现的时候，起初数学家也是拒绝接受它，称之为“虚数”，即“虚幻的数”，最后也不得不接受它。“悖论集合”已经出现100多年了，数学家像当年对待无理数和复数那样，直到今天还在拒绝接受它。不包含“悖论集合”的集合理论是不完备的理论，完备的集合理论应该包括确定性集合、不确定性集合、悖论集合和量子集合。
科学技术可以划分成经验科学技术和理论科学技术，经验科学技术是古典科学技术，是低级科学技术；理论科学技术是现代科学技术，是高级科学技术。从春秋战国时代开始，中国雄踞经验科学技术顶端超过二千年；进入近、现代，西方国家站上理论科学技术顶峰，中国从顶峰上跌落下来。经历一百多年的抗争（1840——1949年）和一百年的复兴崛起（1949——2049年），中国必将重返世界科学技术顶峰。在所有发展中国家里，中国现代科学技术水平与西方国家差距最小，追赶速度最快，这种势头将长久持续下去，不会减弱。距离2049年还有33年时间，时不我待，必须只争朝夕。我坚信，我们国家科学技术的未来灿烂辉煌。
未来，我们必须把建立各领域科学技术理论放在首要位置，没有科学理论和技术理论，科学技术探索就处在黑暗中，我们就会像又瞎又聋人一样寸步难行，科学理论和技术理论是现代科学技术探索研究的指路明灯。
我的理论表明，中国人有能力建立不逊色牛顿、爱因斯坦的顶级科学理论。我的工作仅仅是开始，未来中国科学家会比我做得更好。在我童年的时候曾经读过俄罗斯科学之父——罗蒙诺索夫的一首诗，其中的几句写在这里与大家共勉，罗蒙诺索夫的说法同样适用中国。

放开胆量吧鼓起精神，
用你们的勤劳证明，
俄罗斯的大地，
能够产生，
自己的柏拉图和牛顿。

我将公布三篇论文，首先公布强、弱场普遍适用的引力场公式和爱因斯坦重力场方程没有中心奇点的静态球对称解，供大家审查。这个公式非常好，可以直接导出牛顿引力场公式，给出牛顿引力场公式成立的条件。一般情况下，公式正确是理论正确的基础，不存在错误理论推导出正确公式现象。公式通过电子邮箱以附件方式传递，欢迎与我联系，共同交流科研心得。
我希望能够与北京大学、清华大学、中国科技大学、香港大学的同行们交流合作，得到大家的指正。也希望向这些大学相关专业的博士生、硕士生、高年级学生讲授我的理论。
让我们携起手来共同开创中国科学技术美好的明天。


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李心知   电话：13102034485
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                                                    李心知

                                                 2016年4月27日

恒河沙UID: 3661108

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