来源：新沃基金微财富

作者：白格尔 冯诺

引

上帝的牌局

上帝、牛顿、爱因斯坦、玻尔组成牌局。

牛顿说：我发现了力学定律和万有引力，洞悉了宇宙之秘。

上帝笑而不语，看了看爱因斯坦一眼。

爱因斯坦心领神会：你的时间模型有问题，相对论才是。

上帝依然不语，只是将手中的牌再洗了一遍。

玻尔对爱因斯坦翻个白眼：宇宙的奥秘藏于微观世界。

上帝点了点头，但对玻尔这个牌友似乎不大满意。

爱因斯坦看玻尔不懂事，踢了一脚他的凳子：你下，让杨振宁上。

上帝、牛顿、爱因斯坦、杨振宁组成新牌局。

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牌局之秘：微观宇宙

上帝到底在打一副什么样的牌？

一个顶尖牌局设计者，一定有极简化数学模型。

牛顿、爱因斯坦看到了宏观真相，但仍然不是最终规则。

对宇宙的认知，仍然在于微观世界。

所以，人类很努力，用光学显微镜看见细胞，到发现化学分子，再到用扫描隧道显微镜（STM）看见原子，中间经历了一百多年。

量子围栏：48个铁原子围住电子形成驻波（1993年）

伟大的科学黄金一代创建了量子理论，白银一代又创立了规范场。

量子场论+规范场论，是当今人类对宇宙最深刻的认知（弦论和M理论还需要验证）。

从这里入手，我们去寻找上帝手里扑克的秘密。

按照量子场论和规范场论建立的标准模型（Standard Model，SM），宇宙有61种基本粒子：

物理学家还预测了其它基本粒子，暂没有纳入标准模型

这一群基本粒子有这样一群性质：空间大小、质量、寿命、电荷、磁性、自旋、同位旋、色荷、空间对称性、物理量守恒性、波动性、正反粒子湮灭。

其中，质量、电荷、自旋、色荷（颜色）是最基本的性质。

不同粒子占有的基本性质数量不同。光子只有自旋；电子有质量、电荷、自旋：

只有夸克同时拥有四种基本性质。

基本粒子，按照是否参与强相互作用分成重子和轻子，按照自旋分成玻色子和费米子，起传播作用的为胶子，等等。

2

夸克四种基本性质

人类探索的微观尽头：夸克。

哲学家总说 ：世界万物，无限可分。也就是说，一层一层分下去，没有尽头。

但科学家可不相信，他们要找到基本粒子。

现在，基本粒子找到了，那就是夸克。

因为夸克同时有四种基本性质：质量、电荷、自旋、色荷（颜色），它自然成为宇宙中最核心的基本粒子。

由于质量和电荷的不同（所有夸克都是自旋为1/2的费米子），夸克分成了三代六味（flaver）:

第一代：上夸克（up）、下夸克（down）

第二代：粲夸克（charm）、奇夸克（strange）

第三代：顶夸克（top）、低夸克（bottom）

第二、三代夸克不稳定，总是衰变成第一代夸克。因此，可以把第二、三代的夸克看成是高能态的夸克，第一代夸克是低能态或基态的夸克。高能态总是倾向于跃迁到基态。

粒子跃迁的空间模拟

第一代稳定的上夸克（u）、下夸克（d）自然就成了物质的基本构成。

每一味夸克都有三种色荷（颜色）：红色、绿色、蓝色。

夸克的三种颜色是一种量子数，或物理性质，并不是说它真的有颜色以及对应的波长和频率。之所以用颜色来命名夸克这种物理性质，是因为它刚好有三种，而且可以叠加。这就像颜色中的三原色一样，以三原色为基础可以叠加成其它颜色和白色。

 三原色是红、黄、蓝，夸克将黄改成了绿

3

夸克禁闭

就算人类不相信夸克是基本粒子，文学家会猜想夸克里面，可能是另一个无限世界。

但这种只能成为猜想，科学家只能用实验来说话。

不考虑反物质的情况下，色荷会产生强大的吸引力，三个夸克必须用三种不同色荷叠加成白色（无色）的质子、中子状态，不能独立存在。这就是所谓夸克禁闭。

夸克受色荷束缚被禁闭

禁闭过程非常奇特，夸克之间的距离越远，吸引或者束缚反而越强；距离越近，吸引或束缚反而越弱。这与我们的常识相反，叫做夸克的渐近自由。

也就是说，从理论上讲，夸克是不可再分的，因为分开它要无限的力量，从数学上讲，就可以把它视为一个基本粒子。

r是距离量，r越大，势能越大

叠加而成的质子、中子是白色（无色）的，不带色荷，因而最多有三种基本性质：质量、电荷、自旋。

质子（2u+1d）、中子（1u+2d）

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奇异巧合，四大作用力

虽然夸克受色荷禁闭，无法单独存在，但是构成世间万物的四种基本作用力，却与夸克的四种性质大致对应。

❶质量——万有引力，弯曲时空，使得物质聚集在一起。可用广义相对论描述。

❷电荷——电磁力，使得原子核吸引电子、原子结合成分子，分子结合成大分子构成生命，是摩擦力、粘性、支撑力的来源。可用麦克斯韦方程组描述。

❸色荷——强核力。强核力使得夸克结合成质子、中子、大原子核，并且禁闭在质子、中子内部。可用量子色动力学（QCD）描述。

❹电荷+自旋+质量——弱核力。弱核力使得中子内一个下夸克衰变成上夸克，释放出一个电子，使原来的中子变成质子、电子。这是放射性、裂变和聚变的来源。可用电弱理论描述。

世间万物及其运行法则，皆由四种基本性质与四种基本相互作用构成，而数十种基本粒子中，夸克最为重要。再复杂和宏观的各种力：摩擦、支撑、裂变、聚变、放射、应力、弹性、斥力等等，通通都可以还原成这四种性质和四种基本作用。

四个方程、四种作用力、四种性质

这四种性质和四种基本作用，是上帝创世的密码。

5

上帝在玩扑克

杨振宁开创的标准模型提供了61种基本粒子，4种基本性质，上帝用这些设计了一场宇宙的牌局。

大部分粒子只有质量、电荷、自旋三者中的1个、2个，最多3个，唯有夸克还有第四种色荷。每一种基本性质或性质的叠加对应一种基本相互作用。于是，不同的粒子就有不同的相互作用，而夸克因为拥有四种基本性质，因此也具备四种相互作用。

这些粒子、性质、相互作用，其实与我们玩的扑克并没有本质区别，只是上帝的扑克更高级、更深邃，其数理奥秘更复杂。

尽管如此，人类的低阶扑克和上帝的高阶扑克之间，我们仍然可以找到相似之处。

❶万有引力与扑克牌的顺子

万有引力是长程作用力，它的强度按照距离二阶连续递减，而且与粒子的电荷、自旋、色荷无关。

而扑克牌的一条龙恰恰类似，是一种长程的连续的规则，与花色无关，差别是一条龙按照自然数一阶连续递增。

❷电磁相互作用与扑克牌的连对

电磁力也是长程作用力，不过比起万有引力要短很多。电磁力源于电荷，有电必有磁，有磁必有电，电磁往往成对出现。

扑克牌的连对的恰恰类似，而且也是长程作用力。

毫无疑问，描述电磁相互作用的麦克斯韦方程组远比扑克连对的数学原理复杂，但方程组仍然像扑克连对一样对称、简洁，极其优美。这是人类智慧的象征。

❸强相互作用与扑克的四炸

强核力是短程作用力，范围很短，它源于色荷，必须三种夸克颜色同时搭配，一个带有色荷的小胶子在三个夸克之间传递强相互作用，力量十分强。

扑克的四炸十分类似，扑克的炸必须同样的数字，4种花色齐全，才能变成一个炸。而且是短程作用，只能在单个数字中，但是力量十分强大，能够压过顺子和连对。

❹弱核力与扑克牌的三带一

弱核力是几种基本性质叠加产生的基本作用力，它是短程的，而且强度比较弱，中子衰变成质子和电子的作用力。

中子衰变成质子，放射出电子

三种不同花色但数字相同的牌，可以带出一张杂牌。

除了以上较为贴近的类比，还有：

❺夸克禁闭与游戏的保密规则

夸克受色荷的强相互作用被禁闭在质子和中子中，无法单独存在。强行拉开被禁闭的夸克不可能成功，因为注入的自由能会被原有夸克吸收，导致生出新的夸克，结成新的质子或中子。

扑克牌的保密规则。牌没有打出来之前，玩家只能互相猜测对方的牌，只有当牌按照几种规则打出来时，才能确定一个组合里的牌是什么。偷看牌是违规的行为。

❻宇宙信息守恒

信息守恒定律包含了熵增定律,质能守恒定律以及香农定律。信息是不会被毁灭的，信息本身不会凭空产生，所以也不会凭空消失，但是信息的状态有可能发生改变。信息守恒定律是量子力学的基本定律之一，更是物理学的一个铁律。

❼熵增与出牌无序化

宇宙的物质和能量总体上不可遏制地趋向于无序和混乱状态，牌局从开始到结束，也是一个从有序逐渐走向无序的过程，直到最后洗牌阶段，彻底无序化。

❽生命是负熵

薛定谔在《生命是什么？》中对生命的下过一个物理学定义：生命能够局部地逆熵。牌局也如此，一场牌局开始，抓完牌之后，玩家都要把混乱无序的牌按照基本规则组合起来，准备出手，但是整个牌局仍然会随时间走向无序状态，走到牌局结束。

❾黑洞爆炸与新一局

做一个简单的猜测，黑洞辐射和爆炸也许就是一个整体上逆转熵增的机制或规则，我们看不见黑洞里的任何东西，所有被黑洞吸进的物质都丢失了之前的信息。当它们从黑洞中再次爆炸出来，一切重新开始。

就像洗完牌之后把牌收拢、翻转过来用背面压住正面，开始下一轮牌局。

6

生命是不是上帝手里的扑克牌？

霍金在《大设计》中说：“众多的宇宙从无中创生。它们的创生不需要某种超自然的存在或上帝的干预。毋宁说，这些多重宇宙从物理定律自然地发生。它们是科学的预言。”

而“人类只是最初宇宙量子涨落的产物”，仅此而已。

霍金拒绝用上帝的大设计来解释任何宇宙的创生现象，所谓的神创世，也就是微观世界的重新组合而已，既不需要宗教叽叽呱呱，也不需要哲学无病呻吟。

霍金把他的黑洞辐射公式把热力学的温度变量T、量子力学的普朗克常量h、电动力学的常量光速c、广义相对论的万有引力常数G写进了一个等式里面。

这意味着什么？霍金辐射公式连接了物理学四个基础分支：热力学与统计力学、电动力学、量子力学、广义相对论！

这个公式硬邦邦地扒开了宇宙大一统的门缝，从这个门缝里漏出的微光激励着所有物理学家的信心：宇宙确实是统一的。

目前，标准模型的规范场论已经把电磁作用、强相互作用、弱相互作用三大基本作用力统一起来。

规范场的的核心方程，是杨振宁和他的学生米尔斯写出来的。

而M理论已经从数学上将规范场和引力场基本统一起来。爱因斯坦曾经尝试又放弃的“统一场”理论，在后继者爱德华·威腾手中，实现成11维的超级复杂的数学。

如果将来有一天，M理论（弦论）被实验、观测证明，或仅仅部分证明，就足以终结物理学的进化。

但我们仍然可以追问，弦是从哪里来的？弦会不会仍然是上帝的一手扑克牌？上帝是否真的把宇宙当成他的一场又一场的牌局游戏？

我们这群扑克牌怎么可能知道呢？

“本文转自公众号 量子学派——专注于自然科学领域（数理哲）的教育平台”