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1、量子信息 与光速的平方邹晓辉（北京大学国内访问学者） 本讲稿第一页，共二十四页1、如何处理量纲量纲问题？物理学物理学公式0：质能公式（E=m c c）公式1：代数变换（E/m=c c）数学数学公式2：转换条件（c c=n n）信息学信息学公式3：数据公式（n n=D）公式4：知识公式（D=K+U）邹晓辉（北京大学国内访问学者） 本讲稿第二页，共二十四页1、1 焦点问题转换条件转换条件（c c=n nc c=n n）涉及的究竟是“等量量代换”还是“等价价转换”？图1是叠合叠合的常量常量（c c）与变量变量（n n）被分列（分列（相当于做了分体手术分体手术1）的示意图。图1由图1可知：常量常量（c
2、 c）与变量变量（n n）的一个特例特例（当c=n 的情形）之间是重叠的（这是两者的联系之一，联系之二在于双方虽然量纲量纲不同但却是一对对“孪生子”2）。1 这里的所谓“分体手术”实际上仅仅是针对常量常量（c c）与变量变量（n n）的极大值极大值而言。2 讨论极大值极大值可不考虑n c的情形。邹晓辉（北京大学国内访问学者） 本讲稿第三页，共二十四页1、2 光速的平方意味着什么？“光速的平方（c c）”这一推导结果（作为一个特殊的常量常量）长期没有一个合理的解长期没有一个合理的解释释。严格说，就是这个常量常量没在科学上定性。通俗说，是不知道：该常量存在究竟意味着什么？说它是物理概念物理概念却没
3、有相应的客体，说它是数学概念数学概念（33加10的10次方）虽然更为贴切但又难以解释其含义含义（物理学物理学和信信息学息学的量纲如何统一的问题）。邹晓辉（北京大学国内访问学者） 本讲稿第四页，共二十四页1、3 余下的问题就是要说明：如何把（量子）物理学物理学和（通信与计算乃至一般的）信息学信息学联系到一起？这就相当于给这对“孪生子”做“基因测序基因测序”。实际上就是从数学数学的角度考察这对“孪生子”在“基因图谱基因图谱”中占有序位序位的相同部分。邹晓辉（北京大学国内访问学者） 本讲稿第五页，共二十四页2 物理物理量与信息信息量和数学概念数学概念“光速的平方（c c）”作为数学概念数学概念（33
4、加10的10次方）既可与其叠合叠合的物理物理量光速（c）联系联系，又可与其叠合叠合的信息信息量比特（bit:0或1）联系联系（见：图1）。因此，物理物理量与信息信息量虽然在它们各自的领域均可用各自相应的术语术语和量纲量纲，但是，在共同的领域它们却必须符合数学数学的原理或法则。物理学物理学是研究物理现象、物理概念和物理原理原理的，数学数学是研究关系关系的，经典信息学乃至量子信息学信息学是研究信息现象、信息概念和信息原原理理的，由于其中的原理原理与关系关系或数学结构数学结构等术语在本质上属同一层面，因此，这三门学问必然在这个相同层面发生迭交迭交。邹晓辉（北京大学国内访问学者） 本讲稿第六页，共二十
5、四页2、1 对“迭交”的解析这就进入了进入了继“质能载体（物物）、思想概念（意意）和语言符号（文文）”三个基本范畴基本范畴之后作为第四基本基本范畴范畴的“序位关系关系（义义）”这个层面。值得注意的是以往的哲学哲学和科学科学虽都未从根本上凸现这个第四基本范畴基本范畴但却无一不把它放在重要的核心地位，例如：物理物理的理理，又如：文法文法得法法。唯一薄弱的是“意义意义的义义”在融智学融智学导论导论（字本位与中字本位与中文信息处理的基础文信息处理的基础）明确分析它之前，过去几乎一直被“意义意义”或“意意”所淹没或掩盖。邹晓辉（北京大学国内访问学者） 本讲稿第七页，共二十四页2、2 “义义”和“信息基本
6、定律信息基本定律”信息基本定律信息基本定律（科学假设）：“同义义并列，对应转换。”基于该假设，可断定：a、任何两个集合，只要“同义”即可“并列”。b、任何两个集合，只要“对应”即可“转换”。重点重点：“义义”，一旦得解，“信息是什么信息是什么？”的问题就会有一般科学一般科学的唯一答案唯一答案。难点难点：“义义”，虽有“含义、本义、真义、”等诸多解释，但分歧分歧却难以消解难以消解。盲点盲点：“义义”，究竟可有多少意思可有多少意思？此处它究竟是什么此处它究竟是什么意思意思？似乎仍然没有直接答案。邹晓辉（北京大学国内访问学者） 本讲稿第八页，共二十四页2、3 简单的等式简单的等式熟悉中文信息处理中文
7、信息处理的读者虽然能理解“意义意义=意意+义义”这样的“字符串”公式，但若要揭示“义义”的内涵和外延就会发现：以往的以往的科学知识科学知识中，不仅欠缺这项，而且，还常常在“意”、“意义”和“义义”这三个概念三个概念之间“张冠李戴”。其实这三个概念三个概念中“义义”（“关系关系”或“序位关系关系”这个词条）最重要且最根本。基于这种认识，笔者认为：在一般信息学一般信息学的理论体系理论体系中，数学信息学数学信息学就是研究这个最重要且最重要且最根本的范畴最根本的范畴的学问，而文法信息学文法信息学、意义信息学意义信息学、物理信息物理信息学学则分别在“文、意、物文、意、物”方面逐级为于其下层，因为，在“道
8、道、法、义、理法、义、理”方面它们几乎是平级平级的。邹晓辉（北京大学国内访问学者） 本讲稿第九页，共二十四页2、4 深刻的道理深刻的道理邹晓辉（北京大学国内访问学者） 本讲稿第十页，共二十四页3 从整合的角度来思考从整合的角度来思考如果仅仅从物理学物理学和信息学信息学分离分离的角度来思考，那么所谓“量纲量纲可否统一的问题”就的确是一道屏障。可是，如果从数学数学乃至物理物理学学和信息学信息学整合整合的角度来思考，那么，量纲量纲的问题的问题就会是另外一番境界。下面，读者可和笔者一道从量子信息学量子信息学和协同智能学协同智能学的角度来看这番境界这番境界。邹晓辉（北京大学国内访问学者） 本讲稿第十一页
9、，共二十四页3、1 量子信息学量子信息学的境界境界从量子信息学量子信息学的角度来看，量子信息（量子信息（量）的计量单位计量单位是量子比特量子比特（qubit）。它等于仙农信息（仙农信息（量）或经典信息（经典信息（量）的一个“比特1对对2”（a pair of classical bits）。1 仙农信息（量）的计量单位是比特（bit）。2 “比特对对”记录的就是两个两个“比特比特”之间的之间的“关系关系”。邹晓辉（北京大学国内访问学者） 本讲稿第十二页，共二十四页图4是通信过程中通信过程中经典信息（量）与量子信息（量）的区别和联系示意图示意图。邹晓辉（北京大学国内访问学者） 本讲稿第十三页，共
10、二十四页3、2 协同智能学协同智能学的境界境界从协同智能学协同智能学的角度来看，已有的物理学量物理学量纲纲（7个基本单位）和信息学量纲信息学量纲（3个基本单位）共有10个基本计量单位。邹晓辉（北京大学国内访问学者） 本讲稿第十四页，共二十四页表1.笔者标注的物理学物理学量纲邹晓辉（北京大学国内访问学者） 本讲稿第十五页，共二十四页表2.笔者建立的信息学信息学量纲 邹晓辉（北京大学国内访问学者） 本讲稿第十六页，共二十四页序位方法论序位方法论及其集合分类体系集合分类体系邹晓辉（北京大学国内访问学者） 本讲稿第十七页，共二十四页4、结论在物物的四个量（七个单位）四个量（七个单位）和信息信息的四范畴
11、（及其三个量）四范畴（及其三个量）中，物体与物理分属两个层面（“E/m=c c=n n=D=K+U=I”是在信息层信息层实现统一的）邹晓辉（北京大学国内访问学者） 本讲稿第十八页，共二十四页仙农信息（量）与量子信息量子信息（量）的区别和联系 1 Figure 1:The well-established theory of classical information and computation is actually a subset of a much larger topic,the emerging theory of quantum information and computat
12、ion.邹晓辉（北京大学国内访问学者） 本讲稿第十九页，共二十四页量子信息与协同智能量子信息与协同智能量子量子（载体）及其所承载的量子信息量子信息（本体）也类似于一对“孪生子”，这给了我们进一步的启示：载体物物与其信息信息本体之间这种对应，对应，绝不是一种偶然的巧合，最一般、最基础的信息信息蕴藏在这对还未做分体手术的“孪生子”的身上。看过经典信息或仙农信息（量）与量子信息量子信息（量）的区别和联系之后，在来看一看人脑智力人脑智力以及电脑智能电脑智能与（由这两方面整合的）协同智能协同智能的区别和联系。无独有偶，与量子信息及其计量单位（a qubit or a pair of classical
13、bits）成双成对的特性类似，（由人脑智力人脑智力与电脑智能电脑智能两方面整合的）协同智能协同智能也具有成双成对的特性。邹晓辉（北京大学国内访问学者） 本讲稿第二十页，共二十四页协同智能协同智能(Co-Intelligence)邹晓辉（北京大学国内访问学者） 本讲稿第二十一页，共二十四页宏观、中观、微观的划分对基本范畴基本范畴的宏观宏观把握:n=2(对2 n=n2=n n而言)；对体现概念概念的符号类型符号类型和关系属性关系属性的中观中观计算:2n8(对2 n而言)；对量子信息（本体）量子信息（本体）及其载体（量子）载体（量子）的微观微观猜想：n=c（对2 n而言）。注：“E/m=c c=n
14、n=D=K+U=I”仅在微观情形成立，而n n=D=K+U=I在中观乃至宏观的情形也都成立。邹晓辉（北京大学国内访问学者） 本讲稿第二十二页，共二十四页物理量物理量与物理信息量物理信息量判定某个“属性属性”通常就是在众多的“二元关系关系”中选定某个特定的“二元关系关系”，如果它是某个领域的界定依据，那么，它就是该领域所说的本质（属性）本质（属性）。关系的远近实际上揭示的是“二元关系关系”链的长短链的长短。换句话说，“二元关系”链的长短，关系的远近，是决定一系列判断之间的亲疏内外的推理与计算的依据。也正因为如此，理论融智学通论通论把“关系关系”（义）（义）作为第四个基本范畴第四个基本范畴独立地提
15、出来，从而，在1、载体载体（物物）、2、概念概念（意意）、3、符符号号（文文）的基础之上明确地提出了4、关系关系（义义）这个基本范畴。从这个角度，笔者断言：当c=n时，物理量（c c）与信息量（n n）所跨越或覆盖的序位关系序位关系的数量是一致的。也就是说，只有在“关系关系（义义）”这个基本范畴或“本真信息”的角度来看，自然物物（量子）与其承载的自然信息信息之间的瞬间等价公式瞬间等价公式（E/m=I）成立的特定条件（c c=n n）才可解释得通。仅就物理量（c c）与信息量（n n）的情形而论，前者（c c）所体现的是（该量子的）物理量，而后者（n n）所体现的则是（该量子所承载的）量子信息量
16、，两者虽然在数量上等值，但却在量纲上具有复杂性，即：除了前者的物理量前者的物理量之外，还有后者的三层信息量后者的三层信息量物理信息量物理信息量（n n）“迭交”的概念（一个）概念（一个）、量子信息成对的特性体现的“物理信息物理信息”的术语或符号（一格术语或符号（一格，用不同的语言符号所占的“比特”数量不全相同）、量子信息量量子信息量与本本真信息量（一对真信息量（一对这是一个常量，它仅是整个信息量（变量）整个信息量（变量）的一个特例一个特例的另一个“孪生子”，其“分体手术”也就这样的以实现了）。邹晓辉（北京大学国内访问学者） 本讲稿第二十三页，共二十四页质能公式变换后的新解释质能公式变换后的新解
17、释信息的理论探讨信息的理论探讨摘摘 要：要：本文旨在旨在通过代数变换代数变换和信息解释信息解释，解答一个长期未解决的问题，即：爱因斯坦提出的质能公式质能公式中“光速的平方（c c）”意味着什么？读者从笔者的解答中将发现对此问题的定性探讨定性探讨可在物理学物理学和信息学信息学之间架起一座数学数学的桥梁。这将有利于读者理解质能载体质能载体（物物）与信息本体信息本体的三要件（意意、文文、义义），从而进一步认识继“质能载体（物物）、思想概念（意意）和语言符号（文文）”三个基基本范畴本范畴之后作为第四基本范畴基本范畴的“序位关系（义义）”被明确提出的重要性。因为“义义”是我们深刻理解“同义义并列，对应转换”法则（信息基本定律信息基本定律）的内在根据。为了阐述自然物物与其承载的自然信息信息之间的瞬间等价公式瞬间等价公式（E/m=I）存存在在的合理性，具体论证过程分为结构变换结构变换、定性分析定性分析和定量分析定量分析三个步骤，涉及对信息信息的理论探讨，采用的序位方法论序位方法论涵盖：整体论整体论、还原论还原论、复杂系统论系统论等特例特例。关键词：关键词：质能公式、光速的平方、量子信息、四个基本范畴 邹晓辉（北京大学国内访问学者） 本讲稿第二十四页，共二十四页