严家祺：元宇宙的世界观——超验世界与变尺度时空观（上）

一个“幽灵”，“元宇宙”的幽灵，在人类社会中沉睡了 2 千多年后，在 21 世纪 20 年代初，被美国一个名叫马克·扎克伯格（Mark Elliot Zuckerberg）的青年，从一个狭小的洞穴中释放出来后，就在地球上空盘旋、游荡。

幽灵的存在，是人类社会中很多人产生共同意识的一种精神现象。

元宇宙幽灵，在 21 世纪的今天，人们通过互联网、通过视频进入虚拟世界漫游，看到、听到、感觉到它的存在。20 世纪，共产主义的幽灵在人类社会中存在也是一个事实，现在还在几个国家中以变相形式存在，并正在走向衰微。元宇宙的幽灵在 21 世纪的崛起，也是一个事实，元宇宙的前景和对人类社会的影响，正需要有更多的人、去关心、探索、分析、研究。

「元宇宙」和「元历史」

“元宇宙”主要有两种不同含义，一是作为互联网“虚拟世界”技术的“元宇宙”，二是作为一种“世界观”的“元宇宙”。元宇宙（Metaverse）是由 Meta 和 Verse 两个单词组成，Meta 表示超验，Verse 代表宇宙 (universe)，合起来即为“超验世界”的概念。“元宇宙”的本来意义，就是“超验世界”，这是“现实世界”外的另一个存在的世界。

互联网技术的“虚拟世界”，虽然是“虚拟”的，但可以为人所感知，所以作为互联网技术的“元宇宙”，今天存在在人的观念世界中，而人的观念世界，不是“现实世界”外的另一个世界。每一个人有一个自己的观念世界，观念世界成千上万，都存在与“现实世界”之中，而在 Meta 本来意义上的“元宇宙”——“超验世界”，则是“现实世界”外的另一个世界。Meta 世界，连接生命的是另一个 Meta，是 Metabolism，中文称为新陈代谢。连接人类的是 Metahistory，即元历史。

现实世界有物质世界和观念世界构成。人类有理性、有感觉，人的观念世界是客观的物质世界在人脑中的反映，这种反映，是通过人的感觉和理性进入观念世界的。“超验世界”是“现实世界”外的另一个世界，人类无法通过感觉知道它的存在，人类只能通过理智了解它的存在。

作为互联网技术的“元宇宙”，人类可以通过视频、通过感觉，了解到扎克伯格的“元宇宙”的存在。作为现实世界外的另一个“元宇宙”，人类无法通过感觉、只能通过理性的分析、通过理智了解到它的存在。

Meta 世界的存在状态

Meta 世界是永恒不变的世界，在 Meta 世界中，时间是永恒不变的完美程序，空间是不可穷尽的完美结构，这些存在，表现了一种永恒、完美、不可撼动、主宰一切的精神，Meta 世界没有时间，没有物质、没有能量、没有现象。Meta 世界中的存在，是至真至善至美的精神、是神的大爱精神。人的梦境、幻觉、想象和作为互联网技术的“元宇宙”，也存在在人的观念世界中，而超验世界中的存在，有些也被人类了解，进入了人的观念世界，成为人观念世界的一部分。但更多的超验世界的存在，我们知道它的存在，但不知道它是什么。

在我们生活的现实世界外，还存在着另一个世界，这另一个世界不是虚拟世界，不是幻想和梦境，而是 Meta 世界，称为元宇宙世界或超验世界。

21 世纪的今天，人类愈来愈认识到超验世纪中的存在，举例来说：

1. 正多面体 (regular polyhedron) 是每個面由正多邊形構成﹑而且各條棱邊都相等﹑頂角都相等的多面體。在 4000 年前，人类还没有形成正多面体的观念，也不知道有多少种正多面体，就是说，在物质世界和人的观念世界中，还不存在正多面体，但在另一个世界，即 Meta 世界中，存在着五种正多面体，即正四面體﹑正六面體﹑正八面體﹑正十二面體和正二十面體。直到古希腊的柏拉图时代，人类才形成五种正多面体的观念，并被后人命名为柏拉图立方体。有一种病毒——腺病毒 (Adenovirus) 颗粒呈正二十面体结构，不可能呈“二十一面体”结构，这说明在“超验世界”正立方体不存在“二十一面体”。

2. 圆周率的精确值也是“超验世界”中的“存在”。第一个用希腊字母π代表圆周率的人是英国威尔斯的数学家 琼斯（William Jones，1675-1749) ，他在 1706 年出版的书 A New Introduction to Mathematics 用π代表圆周率，瑞士数学家欧拉 (Leonhard Euler, 1707-1783 年) 在 1737 年继承了这个用法。早在公元前 20 世纪，巴比伦人就估算出π的值为 3.125。公元 5 世纪，中国数学家祖冲之计算出π介于 3.1415926 和 3.1415927 之间。现代通过高速计算机计算，可以算出π在小数点后一万亿位以上的数值。π在小数点后每一位数值都是确定的，不是依人的意志为转移的，小数点后某一位是什么数，不是人可以随意“创造”，而是要人去发现的。在今天，π小数点后 1 万亿亿位，即 10 的 20 次方 ( 10 20 ) 位是什么数字，没有人知道，这需要人去计算才能知道。π在小数点后是否存在 100 个连在一起的 7，现在也没有人知道。这个π的“小数点”后面的无限精确值，既不存在于物质世界中，也不存在于观念世界中，而存在于现实世界外的另一个世界——Meta 世界中。当然，现代数学已能用无穷连分数表达式、无穷级数、无穷乘积或积分公式来准确地表达π。人类是语言不能完全表达 Meta 世界——“元宇宙”或“超验世界“的一切，所以，π在小数点后如何展开，不存在可以用语言来表达的规则的，但π在小数点后的每一位数值都是确定的。

3. 19 世纪俄国科学家门捷列夫 (Mendeleyev，1834-1907) 所发现的化学周期律。门捷列夫曾预言周期表上的空缺，将由“未知元素”来填补。在门捷列夫预言后 20 年中，发现了三种新元素。这是在“现实世界”中的发现，不是创造。到上世纪四十年代，在自然界中发现了原子序号从 1 到 92 号的所有元素。后来发现 93 号和 94 号 (即镎和钚) 在自然界也有少量存在。按照门捷列夫周期律，在自然界中没有的元素，可以找出它的结构或形式，可以用人工方法把它创造出来。现在已用人工方法合成了从 95 号到 116 号的“人造元素”，其中 114 号元素是俄罗斯、美国科学家在 1998 年合成的，仅仅存在了 30 秒钟。这种过程，就不再是在“现实世界”中发现新元素，而是在“现实世界”中人工创造新元素。

发现自然界中不存在的新元素过程，是这种元素的“存在”进入人的观念世界的过程，用人工方法制造这种元素的过程，是从观念世界把这种元素“物化”，也就是进入“物质世界”的过程。

4. 在规范世界中存在各种各样的确定的形式或结构，拿碳元素来说吧，碳元素的各种可能结构都在规范世界中，炭黑、石墨 (graphite) 和金刚石 (diamond) 是碳在自然界中的三种存在形式。炭黑包括木炭、煤、焦炭等，具低度晶体结构，但基本上是无定形结构。石墨和金刚石都是晶体结构。石墨的分子呈层状，由六个碳原子形成的环，列在间距较宽的水平层中。金刚石分子中，每一个碳原子都与相邻的四个碳原子等距地键合在一起，形成一个正四面体，这种结构，使金刚石成为已知天然存在的最硬的物质。金刚石也就是通常的宝石。

碳分子除炭黑、石墨、金刚石三种不同的原子排列外，1985 年，又发现了由 60 个碳原子形成的一种笼状的碳分子 ( C 60 ) 结构。这种新发现的分子结构与加拿大早已存在的一个多面体穹隆建筑结构相同。1967 年世界博览会在加拿大蒙特利尔开幕，美国建筑家布克明斯特·富勒 (Buckminster Fuller，1895-1983) 为世界博览会的美国馆设计的建筑，就是这样的多面体穹隆建筑。在这以后的 18 年，英国天文学家克罗托 (Sir Harold W. Kroto)、美国物理学家斯莫利 (Richard E. Smalley)、柯尔 (Robert F. Curl, Jr.)，在探讨宇宙中长键碳分子的形成和光谱时，他们意外发现合成出来到 C 60 分子极其隐定，而且与富勒设计的球状建筑结构相同。这一结构称为“富勒结构”。克罗托等三人也因这个发现而获得了 1996 年诺贝尔化学奖。

除石墨、金刚石、C 60 外，碳元素还有许许多多可能的结构，C 70、C 76、C 78、C 84 等也被相继合成和发现。这些由碳原子以笼状方式形成的分子，称作富勒烯分子。C 60 等富勒烯分子的人工合成表明，在超验世界——元宇宙世界中各种各样可能的富勒结构，原则上都可以“物化”，用人工的方法制造出来。

碳在自然界中占有特殊地位，碳在地壳中仅占 0.2%，但碳的原子几乎能无限地互相连接而形成长键，使碳能生成比其他任何元素都要多的化合物。地球上各种生物的机体，近 1/5 是由碳跟氢、氧、氮等元素形成的。碳水化合物 (carbohydrate) 即醣类是由绿色植物籍光合作用由二氧化碳 CO 2 和水合成。碳水化合物种类繁多，其化学通式为：

Cm(H2 O)n

从纯理论上讲，m、n 可以为任何的自然数。葡萄糖的分子式为 C 6 H 12 O 6。一般来说，由 3 至 9 个碳原子连成的链状分子形成的碳水化合物称为单糖，葡萄糖属于单糖。多糖是各种生物机体起结构作用和贮藏能量的碳水化合物，可以由成千上万个单糖单位连接而成。因此，多糖的种类极其繁多。从“超验世界”的观点看，现在已发现并已鉴别出的数百种不同类型的多糖，属于“现实世界”的“存在物”，而碳水化合物的所有可能结构，属于“超验世界”——“元宇宙世界”。一切有机物都是含碳的化合物。除一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐等少数简单碳化合物外，其他含碳化合物、碳氢化合物及其衍生物都是有机物。氨基酸 (aminoacid) 中含有碳元素，蛋白质地基本结构由 20 种氨基酸组成，核酸中也包含碳元素。蛋白质与核酸同为生物体的最基本物质。与无机体相比，有机物的种类极其繁多，已发现的已达数以千万甚至更多。对有机物，也存在“两个世界”，一个是“现实世界”，一切生物有机体中的有机物，一切已由人工合成的有机物，如合成橡胶、塑料、人造纤维、合成树脂等等，都属于“现实世界”。

当代化学和生物学中的“文库技术”（Library Technology），可以说是承认一个不依赖于人、客观的“超验世界”存在的前提下发展起来的。若干单元通过排列、组合都可以形成巨大数量的个体，这些个体在高一级层次上又可以排列、组合，形成高一层次的新的、巨大数量的个体。不同元素的原子可以组成分子，小分子可以组成大分子。20 种氨基酸可以组成数量巨大的、形形色色的蛋白质分子。各种分子的可能组合，构成“分子文库”。各种组成蛋白质分子的可能组合，构成“蛋白质文库”。同样可以形成核酸文库、细菌文库、抗菌素文库、糖文库、酵母文库、微生物文库和疫苗文库。这些文库中的对象，有些早在自然界中存在，更多的在自然界中从未存在。用文库合成方法，就可以制造出这些在自然界中从未存在的物质、微生物、疫苗。Meta 世界中的“存在”，并不是任意的。只有在数学上可能的“空间构象”，它的“原型”才是 Meta 世界中的“存在”，才可能在“物质世界”中“物化”。这种方法今天已在制药工业中得到广泛的应用。这就是说，那些在自然界中没有的化合物、生物大分子、形形色色的微生物、抗菌素、疫苗，它们的结构都可以通过科学分析把它设计出来，即在“超验世界”中找到它们，然后用“文库技术”把它们一一合成出来，使它们一一“物化”，从“超验世界”进入“现实世界”中来。

5. 花朵的形状是多种“曲对称”组合，是植物输液管道在花苞处按“曲对称”组合的缓慢喷射、固化现象。大多数花朵的“曲对称”组合是极坐标下的简单数学公式。这些数学公式的原型，是“超验世界”中的“存在”，今天的数学家还没有写出这些数学公式，当人类发现了这些“存在”、数学家写出了这些数学公式后，就可以设计“百花”“万花“的人工制作程序，让春夏秋冬“百花齐放”、“万花开放”。这在 21 世纪就可以变为现实。

Meta 变尺度时空观

空间有不同尺度，如“分子尺度”、“细胞尺度”、“人类尺度”、“地球尺度”、“太阳系尺度”、“银河系尺度”等。时间也有不同尺度。人类在 21 世纪最高寿命约 120 年，120 年相当于 37.85 亿秒。可以说，我们能直接感知的时间在 1 秒到 30 多亿秒之间。地球形成已有 46 亿年，相当于一个人寿命的 5000 万倍。秒、小时、日、月、年、世纪、千纪、地质纪就是时间尺度。

我们今天能够形成“世纪精神”的感觉，20 世纪是共产主义资本主义对峙和世界大战的世纪，21 世纪是信息革命和元宇宙的世纪，但还很难形成千纪、地质纪时间变化的直接感觉，靠我们的感官也很难直接感知各种全球性的现象，如“洋流”、“金融风暴”、“太阳磁爆对地球的影响”。我们能看到天空中的闪电、能直接感觉到树木的生长，但不能感觉到长江、尼罗河、亚马逊河三角洲的形成。从数学上看，天空中的闪电、树木的生长、三角洲的形成都是同一类现象，它们是在不同“时间尺度”下的、具有“分支点”的系统。松树、垂柳、白杨、山毛榉的基本形状由它们的遗传基因决定，但每一棵树的树枝如何伸展，每一树枝上何处发芽，是由种种偶然因素造成的。闪电、三角洲的形状也是由种种偶然因素造成的。如果把时间尺度放慢一万亿倍，一个闪电就会象一棵树那样缓慢生长。如果把时间尺度放慢一万亿倍的一万倍（或更长），那么，一个闪电过程就会象一条大河形成一个三角洲那样地缓慢。

闪电的形成、树木和三角洲的生长都是演化过程

闪电的形成、树木和三角洲的生长都是演化过程。在不同的空间尺度和不同的时间尺度内，存在着各种各样的演化过程，有进化、有退化、也有循环变化。如果变换时空尺度，我们观察到的演化过程就会不同，这就是“Meta 变尺度时空观”。我们以平常的时间尺度观察周围世界，可以看到一个国家的经济发展和政治变化，看到技术的进步，但不易看到一条大河的三角洲的形成和演化，看不到印度板块向欧亚板块的“俯冲式”移动，看不到喜马拉雅山和青藏高原如何崛起。全球性的气温变化，要以千年为“时间尺度”才能比较明显察觉出来。最近一万年以来，每隔一、二千年，地球上的气候有冷热的小幅度波动。4000 年前至 2000 年前，气候转冷，接着升高。从公元第 2 千纪中期到 19 世纪末，由于出现小规模冰川推进，全球气候变冷，比现在气温约低摄氏 2 度。20 世纪，全球气候变化的趋势日益明显。燃烧煤、石油、天然气，使大气中二氧化碳急剧增加，这是 20 世纪全球暖化的原因之一。以千年作为时间尺度，还能观察到全球气候的小变化。地球表面气候的中等幅度和大幅度波动，一般要以数万年、数亿年作为时间尺度才能察觉出来。

“地质纪”就是考察地质变动的一种时间尺度。每一个“世纪”都是 100 年，每一个“千纪”都是 1000 年。“地质纪”长短不一。距今 5 亿 7000 万年的“寒武纪”长 7000 万年。

距今 1 亿 9000 万年的“侏罗纪”长 5400 万年。离现在最近的一个“地质纪”成为“第 4 纪”。“第 4 纪”开始于 250 万年前，现在仍属地质学上的“第 4 纪”。在地质学上，地球表面覆盖着大量冰川的时期，称为“冰期”；两次“冰期”的间隔，气温上升，成为“间冰期”。在“第 4 纪”中，出现过多次“冰期”、“间冰期”的循环。每隔 8 至 10 万年，全球气候会有一次中等幅度的变化，这时，海平面发生明显升降，海陆分布发生变化。北欧一次“间冰期”时，由于海面上升，波罗的海从芬南湾向东南扩展了 200 公里。气候变化还会引起动植物的迁移，生物带分布的变化，甚至生物的大规模绝灭。恐龙就是在 6500 万年前由于气候巨变而消失的。

空间中的每一个层次都在发生演化，只有在一定的时间尺度下，才能观察到一定空间层次的演化。达尔文在 150 年前提出“自然选择”的进化论，之所以争论不断，其中一个原因是我们没有象“望远镜”、“显微镜”这样的“时间空间压缩镜”，而只能用平常习惯的“时间尺度”去想像地球史上数十亿年的变化。空间可以放大、缩小。

时间和空间一样，也可以放慢、“放”快。当我们有了适当的“时间工具”后，我们就可以象运用“望远镜”、“显微镜”那样，很容易看到空间中更多层次的演化，包括进化、退化和循环变化，看到新冠病毒如何在近 3 年中在全球传播、看到两次世界大战的进程、看到 20 世纪共产主义在地球表面的蔓延和衰微。

从外星俯视人类社会

在地球上，在我们生存的城镇、乡村看人类创造能力，看到高楼大厦、公路桥梁、万吨巨轮和航天飞船，看到互联网和元宇宙技术的发展，我们都要为人类有如此巨大的创造预定环境的能力而自豪。

人类的全部文明史，是一部人类改造自然能力不断提高的历史。人类文明的中心，从地中海时代，经过大西洋时代，现在进入太平洋时代，并将进入大航天时代。但在可见宇宙中，地球是沧海一粟。看一看人类控制能量的能力，就知道，人类的能力是微不足道的。

在工程技术上，马力、瓦特、千瓦，都是计量功率的常用单位。1 马力约等于 735 瓦特。电灯灯泡有 60 瓦、100 瓦之分，就是指灯泡的功率大小。功率愈大，用的时间愈长，费电就愈多。用的电量与时间有关。所以，能量要用功率和时间的乘积来表示，耗电量一般用千瓦小时作为单位。根据 2016 年数据，全世界一年的耗电量是 23×10 12 千瓦小时（即 23 万亿数量级）。

现在电能的来源主要依靠化石燃料、水力、核燃料发电，也直接利用太阳能发电，生物生长、风力、水力、人与动物的体力也来源于太阳能。化石燃料中存储的是地球史上生物体内的太阳能。除了核能、地热能以及地球与月球引力而形成的潮汐能外，我们人类全部能量来源中 95 %以上，都直接或间接来源于太阳辐射能。

太阳每一时刻都在向外部辐射能量，太阳每年释放的能量是 1.22×1034 焦耳。在国际单位制中，能量的单位是焦耳。但太阳的能量只有 22 亿分子一，辐射到我们地球上。所以，太阳每年释放到地球上的能量是 5.48 ×10 24 焦耳。

用千瓦小时表示，因为 1 焦耳 = 1 瓦特 ×1 秒，所以，1 千瓦小时 =1000 瓦特×60×60 秒 = 3600000 焦耳=3.6×10 6 焦耳。

太阳一年释放到地球的能量 5.48 ×10 24 焦耳，相当于 5.48 ×10 24 焦耳除于 3.6×10 6 得到的千瓦小时数，即 1.5×10 18 千瓦小时。这一数量是 2016 年全球耗电量 23×10 12 千瓦小时的 65000 倍。

太阳以辐射能的形式释放到地球的能量，大约 30%，以短波形式反射回宇宙空间，23% 被大气吸收，47% 到达地球表面。投向地球表面的太阳能仅 0.02-0.03%，通过植物的光合作用，成为生物中存储的能量。其余绝大部分能量，转化成低温热能，形成地球形形色色气象现象的能量，也就是风能、水力能、海流能、波浪能、雷电能。

面对太阳的巨大威力，面对大自然，面对浩瀚的星空和宇宙，人类认识到自己能够利用的能量，只是太阳能的极其微小的一部分。

月球远离地球 38 万公里，在月球上看地球，可以看到比月球大 15 倍的巨大的地球。这是一个蔚蓝的、悬空不动的地球，但地球仍然在自转。从月球上看地球，可以看到蓝色的大气层和白云、看到海洋和陆地板块，还可以看到地球自转引起的地球景色的变化。

1990 年 2 月 14 日，「旅行者 1 号」在飞出太阳系之前回望地球，拍下了一张照片，我们的地球只是一个小点。全人类五千年的文明史，高楼大厦、创造发明、帝王将相、丰功伟绩，只是这一尘埃上的些微的振动。

在浩瀚的宇宙中，有两种非常不同的存在物，一是有生命的物体，或称为生物；二是没有生命的实体，包括粒子、场、物体、暗物质。在 21 世纪的今天，我们知道，只有地球上有生物，在其他天体上至今还没有发现生物。

细胞是生物基本的结构和功能单位，所有生物均由细胞所组成。细胞能进行复制、进行代谢活动、进行运动，并维持一定形态。一般细胞长度是氢原子的 10 万至 20 万倍，是蛋白质分子的 1000 至 10000 倍，是病毒的 10 倍至 1000 倍。最小的原核细胞支原体（mycoplasma）体积为 0.2-0.3μm 3 (立方微米) 。人体有 40 万亿至 60 万亿个细胞。人的每一个细胞平均含有 30 亿“碱基对”的 DNA（脱氧核糖核酸）。一个“碱基对”长度是 0.34×10 -9 m (米)，一个人所有“碱基对”首尾相连为 0.34×10 -9 米×30 亿×50 万亿 = 51 万亿米 = 510 亿公里，是地球到太阳往返 170 次的长度。

细胞作为生物体最小的功能单位，就有如此复杂的结构，如果把细胞放大 10 亿倍，也就是把 1 纳米（nm）放大到 1 米（m）,一个细胞的直径达 20 公里，这样，一个细胞就像一个直径为 20 公里的城市，生活在一个细胞中，就像生活在一个城市中。这时，我们就会看到，一个细胞内有百万个通往其他城市的公路出口和空中航道出口，有许多制造厂、能量转换厂，无数管道运输着各种物质，巨大的飞车在空中飞翔。它们的工作，就是为了维持生命而不停歇地进行新陈代谢（Metabolism）活动。

Meta 向 21 世纪的全人类宣告：生命的代谢活动（Metabolism），与元宇宙一样，属于 Meta 世界。

病毒和亚病毒因子，虽然能够在细胞中复制，但不进行代谢（Metabolism）,

病毒与亚病毒因子就像可以复制的雪花晶体一样，不是生物体。病毒比雪花、其他晶体有复杂得多的形状，不是生物体。

生物体有细菌、原生生物、真菌、植物、动物和人类多种形式。非生物体在空间中的位置可以相对静止，也可以作出相对运动，但不能作出自主行为。生物体在空间中的位置，也可以相对静止、相对运动，也可以作出自主行为。

动物并不都有神经系统、有脑，但有些没有脑的动物也能作自主行为。大多数动物能作自主行为，人类可以按自己的想法作自主行为。人类的自主行为，创造了宇宙中一种特有的现象，就是改变地球上的自然环境，所谓文化，是行为主体，包括动物、人类、外星生命体，按照自己的设想或设计，创造预定环境的能力。文明是文化在物质和精神两方面成果的综合，人类社会的有不同文明，是不同文化的产物。