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地震力学信息论初探

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发表于 2016-5-13 10:18:40 | 显示全部楼层 |阅读模式
地震力学信息论初探
---从四川大地震看地震力学初探(1
习强  金鑫  刘文传
(四川省绵阳市)
摘要:一个处于纯粹大地震地质结构激活块态的系统,是以一种单纯的地质板块的方式通过一系列纯粹地质结构激活块态而演化。但是,如果通过地震的出现和消失而引起地震信息的发射和丧失,则说明不存在是单纯的地质板块的方式。相反看,发射和丧失的地震信息意味着,在地震消失之后,终态的地质结构激活块变成了所谓的混合地质结构块态,这可确认为是不同纯粹大地震地质结构激活块态的一个系综。
关键词:地震力学 信息论 不确定性
1、  地震信息悖论
有位科学哲学家说:专家与常人的不同,在于已知的知识:专家比常人知道得多;但对于未知的知识,专家与常人则并没有什么不同。
2008·12四川大地震发生以来,考察省级以上地震机构的地震专家在电视台和出版物中公开发表的言论和著述,证明这位科学哲学家说得不错。因为5·12四川大地震中包含很多已知的地震知识,也包含很多未知的地震知识。对于这类未知的地震知识,地震专家公开发表的言论,是以地震信息悖论的形式出现的。现举几例。
1)、据初步调查统计,此次地震最大烈度达十一度,受灾最严重的地区是四川省北川、什邡、绵竹、汶川、彭州等地,破坏特别严重的地区超过10万平方公里,灾区涉及四川、甘肃、陕西、重庆、云南等地。汶川地震属于“逆冲型”,发生在我国中部南北向地震带上的龙门山段,是中国东西部两个地震区的分界线,本身又发生在环太平洋地震带和地中海地震带这两大超级地震带在中国的交汇处,因此波及范围广。但525日发生宁强县5.7级和青川县5.4级余震后,有地震专家就已经表示不理解。因为已知知识,两处不同震源的地震,相隔时间一般在一月或一天或一小时以上,但宁强和青川余震相隔只在几分钟之内。
2)、已知知识,地震是大地的振动,它发源于地下某一点。该点称为震源。振动从震源传出,震源在地面上的垂直投影,叫作震中。这称为震源点论。但5·12四川大地震后,地震专家的言论又隐含有震源线论的悖论。例如电视台播送地震专家访谈,有专家解答北川的地震烈度比汶川的烈度大时,说都江堰--汶川--北川同处于龙门山脉地质板块冲撞拼接带,震源从汶川分别传到都江堰和北川,由于地质结构等不同的原因,北川方向地质板块的断裂运动强度比汶川和都江堰都大,所以北川的地震烈度也大。这里隐含了有汶川的震源和北川的地质板块断裂运动,而是两种不同的地震起因。作为北川地质板块断裂时的运动,当然应产生地震效应,因此也构成了一个或一种新的震源,即使它是次生的。同理,都江堰--汶川--北川大地震构成了震源线论悖论。
3)、对此,有地质学家赞成一些成都人的说法:是一种“跷跷板”效应。其实也类似杠杆效应---汶川的震源类似杠杆的支点,都江堰和北川类似处于杠杆的两头,都江堰比北川离汶川的震源支点近,如果汶川震源的支点“慢慢”有一点升高效应,那么类似杠杆的北川一头,“跷跷板”跷得就高,都江堰一头就跷得矮,但两头上下来回震动都会比汶川的烈度大。这里我们不管这种跷跷板和杠杆结合的效应比喻恰不恰当,只说如果这种效应成立,反过来看,地震机构的地震监测仪器会不会也出现悖论?
这是属于地震信息的悖论,例如它涉及管地震监测仪器专家的知识,例如地震监测仪器能不能把所谓的震源线论的地震信息监测到?具体到某个此时此地的地震专家能不能把监测仪器监测到的这类信息分析得出来?有没有这类信息分析的现存数学公式可供参考?
2、  地震预报与地震预测
地震预报和地震预测不同。地震预报是国家行为,程序是:由各个省市收集来的有关地震预报,先反映到专家委员会,由他们对预报意见进行研究,再由地震部门提出有根据性的预报,报告给政府,政府根据情况发布预报信息。地震预测一般是个人行为;在一次大地震的临震前,都可以看到地震预测现象。这是一种非高斯性,它等价于一种对称性。但作为地震力学,同一个人的地震预测理论不应是非高斯性的,即一个人拥有很多不同的地震预测理论,也会构成地震信息悖论。当然一个人可以通过优化组合、选择,完善一系列地震预测理论而通向高斯性。
大地震能预报,当然属于高斯性,但主震后的余震预报,也可能是非高斯性的。高斯性等价于奇性。我们的地震力学初探愿望是追求奇性,但正如一位专家读《从四川大地震看地震力学定律初探》后指出的那样:这种初探也还不够深入。他说,采用罗伦兹奇异子或者类似的黑洞的表象方法甚至都没有接触到流体力学的本质。就是在实实在在的流体力学研究中也不被人看重。最简单的流体力学判断失去稳定的办法是找到一种剪切、运动、耗散之间的无量纲常数(流体力学里面就是雷诺数),这个常数决定了相变、运动状态根本改变。复杂一些的,稍精确的办法是剪涡形成和失稳在简化情况下求解,就像拧绳子成麻花一样,在剪力面上形成破坏性的变化,注意到你用旋、圈的概念进行解释,旋和圈那里来得?你可以参看一下Dimitrief的用拧曲这样的模型,甚至进入量子力学深处,其简化kirchhoff方程求解也有解析方法。所以浅以为您的这篇文章还不够深入,地震最强烈的震型是连起伏带旋转的,国内已经有人建立模型。要从数学上和流体力学上介入,最好借鉴前人有效成果。
还有王守义先生说:“我从来没有研究地震问题。我是搞连续介质力学的,以前听说李四光的地质力学是用《弹性力学》建立的,我觉得有些道理。我的看法是,地球板块之间是靠裂缝连接的,犬牙交错,好像摩擦面的接触,真正的摩擦机理是拔牙,牙齿并不是被水平切断,而是连根拔掉。我想地震的原理与摩擦有些相似,在外力的作用下,两板块接触面之间会有相对滑动趋势,可能是横向滑动的趋势,也可能是上下滑动的趋势,或者两者都有,如果有某些又长又粗的牙齿顶不住了,发生崩裂,其他的牙就会跟着受损,这样,板块间产生相对剧烈滑动,进而产生强烈震动,这就是地震。拔牙的问题可以用《弹性力学》解决,关键是板块所受的外力是从哪里来的,也就是各个板块的漂移受哪些因素影响,合力有多大。如果合力引起的应力超过了这些牙齿的强度,那就合崩裂。影响飘逸的因素很多,可以通过历史统计的办法解决,例如某地区的雨量统计,包括多雨时间的统计等,这就和气象预报类似了”。
以上专家谈的东西,对于想搞地震预报与地震预测的人来说类似地震入信息。大地震还有出信息。例如有些人寄希望于神秘现象的类似靠动物异常来预测的地震信息。但这也很难说到底有多种因素可能导致动物的异常现象?或到底和地震有没有关系?当然他们说也可以用仪器探测次声波、超声波,还有诸如地磁、地温等类似的有可能影响动物的地震出信息。有人还说,地震预测之难,难就难在观测手段还不行。如果观测手段行,无须理论指导也能预测地震。比如生命有感知觉,如能看到不远处汽车开来了,就能本能地预测到这汽车将会压过来,就能躲过汽车。非生物无感知觉,看不到远处汽车开来,也就无法预测。如果假定人类之上有超感知的存在,这种超感知,能看到地底下的活动情况,因而能象生命看到气车压过来一样,看到地震将要发生。
那么很玄超感知会用什么方式,告诉人类地震将会发生呢?他的意思是:预见也可以感性地预见,并不一定要理性预见。他说因为人或动物能看到不远处的汽车会压着自已,这个预见不需要什么理论,因而不是理性的预见,而是感性的。人的实验观察能力,是因实验手段延伸了的人类感性知觉,但它依然还是属于感知觉的范畴。实验观察加数学描述是人的科学理性层次上一种认知形式,与之对立的认知形式,就是哲学洞察加辩证理解。这两种认知能力其发展不是无止境的,而且其适用范围也不能越过科学理性层次。如果科学理性层次之上,是人的理性知觉(即理性的灵感),而理性知觉的形成则会地导致人的认知能力在更高层次上循环,即形成更高层次的感知觉(即遥感,透视,预感这样的人体功能)。更高层次的感知觉不妨称为超感性知觉。他认为地震现象很可能超越了科学层次的认知能力,但没超过人的超感性知觉。超感性知觉看即将来临的地震现象,就如人的感知觉看的不远处的汽车一样容易。
他还说出信息的人类认知,开始就在于类比。人类认知的逻辑与其科学的认知能力,是看到一个现象关系,则会相当本能将与这个现象关系最相似的经验或理论调出来与之比较。这种比较,其实就是类比。当我们认为某个经验或某个理论可以与一个现象关系相类比,那么我们就用这个经验或理论作模板,推演待认知的现象关系,得到这个现象关系包含的我们需要知道的现象。那么地震这个事物所包含的现象关系是如何的呢?空洞的规律对现象关系的预测是正确的,但却是空洞的正确;空洞的正确,泛泛而谈的正确,是没有实际用处的。一个现象关系的一种形式或个体特点相近的几种形式,当被用来指导人们的认识这个现象关系的待认知形式时,它就是经验规律,经验规律具体,但很不可靠。一个现象关系显得多种多样,是由于我们只能看到其外在形式,而没看到其内在形式,外在形式要比内在形式更多样,如果我们能直接看到地内的地质构造的活动,我们就会发现地内的与地震有关的活动情形不会是多种多样,以致没有具体共性,没有具体规律的。
3、入信息和出信息
1)、地震入信息---是过去本地区及之外地震给予的信息。
2)、地震出信息---是在本次大地震本地区临震前震源及其之外地区给出的信息。
3)、当信息在地震发生后,一部分出信息会消失。这是地震力学理论奇性上的丧失。如汶川地震波及大半个中国,地震对中国的大地基准和板块稳定造成了较大影响。国家测绘局已紧急组织开展汶川地震对中国大地基准和板块稳定性影响的科学测量和分析工作。国家测绘局大地测量数据处理中心已紧急组织专门人员,收集中华人民共和国大地原点、西安市周边6个GPS连续运行站和国内外28个连续运行站在汶川大地震前后总共9天的观测数据,目前正在进行数据处理和分析,以便评价此次地震对中华人民共和国大地原点稳定性的影响。但这只是其中出信息的处理之一。
还有其它一些地震监测仪器的测量数据,如考虑一处地质结构激活聚集成地震,随之地震因能量辐射而发生地面信息散射。这里的出信息发射,还要分明信息和暗信息。明信息类似地震入信息;暗信息指受时代的局限,人类还未认识的信息。明信息如构造地震的多数天然岩石,都有或强或弱的压电现象。大震前的弱震或岩石挤压断裂错位,会使岩石产生强大的压电电势,继而在地壳中产生放电现象,放出电脉冲。板块运动如果挤压力在某个范围内,物质通过自我缓慢形变来适应这个挤压力,此时不会发生地震。如果挤压力(压强)超过某个范围,物质难以通过自我缓慢形变,适应这个挤压力(压强),此时物质就会被挤压破裂,这个过程很迅速,放出很多能量,会通过地震波把放出的能量传递出去。
暗信息如有专家说发现的大脉冲波,是磁电的“影子”---2001年11月6日昆仑山地震前,中国地震局的9个超宽频带数字地震仪(JCZ仪器)同时监测并记录到一个大脉冲波,推断磁电参与了地层的运动---地球不同分层控制着不同的地震震级事件,同时与地震在垂直方向非常局限相对应的是,强烈地震在水平方向的扩展极为广阔并在不厚的薄壳中发生。而这种薄壳结构受力后很容易屈曲变形,其屈曲变形波控制着地震分布地点与地震震级。
因为地震入信息和出信息、明信息和暗信息现象复杂,每个地震并不十分相同,需要在更加广阔的视野中探求它们发生的规律,研究人员要有足够耐心,才能等待它的重复发生。这也许它比一个人的生命还长,而且在这一聚集和爆发的图景中,有不少信息会丧失。
4)、大地震的奇性涉及地面并在震源有上下起伏的外尔张量和收缩的里奇张量运动,地震信息散射而发放,指地震发生之前和之后的各种仪器的观测值和人类社会中的观察报告。地震信息发散时刻,从地震奇性残余的一块逃出一点信息是可能的。考虑地震信息消失的任何合理图景,由于这类地震残余的奇性处于未来的地面临震观察者的过去,其能分辨的外尔张量和里奇张量信息很小,甚至为零。但这种获取微小的明信息,比在地震发生后丧失的信息仍有放大的效应。
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 楼主| 发表于 2016-5-13 10:21:57 | 显示全部楼层
4、地震力学信息系综
1)、地震热量波函数是一种复值函数f(Z),其Z包含有涉及位置变量和所有动量变量。把某一次地震的地质区域,用扭量图中的黎曼球代表,从这一区域发射到地面的信息和地震力学方程就构成了地震扭量波函数。这里黎曼球可以是旋转的,而地面信息也类似复平面。这就能把地震力学的复数幅度和时空结构相联系。这也称扭量地震学。
2)地震热力学决非低能下的近似,地震力学熵也绝不会消失,必须进入地震力学的更基本理论。地震热辐射:
温度T= K/ 2 π                   (1)
熵S= K/  4                      (2)
一般地震发生时会发生一次辐射暴,之后粒子不再产生,但有的仍然维持着粒子产生和发射的稳恒的速率。这种辐射具有温度K/ 2 π,是准确的热性的。
3)、大地震地质结构也能带电荷,并且它们也可以成对地产生。因为大地震地质结构的质荷比大得太多,所以产生率和电子正电子对相比就显得非常微小。这表明在产生地震对的概率达到可观的数值之前,电子正电子对产生率已把任何电场中和了;然而还有一些带磁荷的地震解,因为不存在带基本磁荷的粒子,所以这类地震不能由地震力学聚集产生,因此磁场可以强到足以使带磁荷的地震对产生的概率相当可观。
4)、大地震具有和它的地质结构激活块事件视界面积成比例的熵的观念,协调所急需的东西,这反映了可能制造地震地质结构激活块的极其巨大数目的不同方式。
通常人们假定,一个处于纯粹大地震地质结构激活块态的系统,是以一种单纯的地质板块的方式通过一系列纯粹地质结构激活块态而演化。但是,如果通过地震的出现和消失而引起地震信息的发射和丧失,则说明不存在是单纯的地质板块的方式。相反看,发射和丧失的地震信息意味着,在地震消失之后,终态的地质结构激活块变成了所谓的混合地质结构块态,这可确认为是不同纯粹大地震地质结构激活块态的一个系综。
每一个纯态各具有自己的概率,但因任何一种状态都不确定,不能利用和任何地震地质结构激活块态干涉的办法把这种终态的概率减小到零,这表明地震力学在物理中引进了一种新水平的不确定性。我们或许已经观测到这种额外的不确定性,或者这种额外的不确定性并没有超越量子力学的不确定性之上,而是它们中的一种互补的不确定性。这表示科学决定性论的终结,如果我们不能确定地预言未来一些大地震,是大自然仍然藏着一些令人无法捉摸的不确定性。
参考文献
[1]叶眺新,中国气功思维学,延边大学出版社,19005月;
[2]王德奎,三旋理论初探, 四川科学技术出版社, 20025月;
[3]孔少峰、王德奎,求衡论---庞加莱猜想应用, 四川科学技术出版社, 20079月;
[4]王德奎,解读《时间简史》,天津古籍出版社 20039月;
[5]王德奎等,嫘祖研究,成都科技大学出版社,1993
[6]岳定海、王德奎等,嫘祖故里大揭谜,伊犁人民出版社,19983月。
[7][美斯蒂芬·韦伯,看不见的世界,湖南科学技术出版社,胡俊伟译,200712月;
[8][英史蒂芬·霍金、罗杰·彭罗斯,时空本性,湖南科学技术出版社,杜欣欣等译,20076月。
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