科学探索全宇宙的最优方法:一个超大系统仿真的宇宙物质反设计工程

摘要：针对人类实现最终科学研究目标，本文提出了科学探索全宇宙系统的最优方法：基于超大规模系统-云-并行数字仿真的宇宙物质反设计工程。首先，本文建立了全宇宙物质系统反设计方法，包括：数学模型是全宇宙物质的统一基理与统一数值仿真算法，以及相应大系统反设计数字仿真的方法及系统仿真计算步骤与流程图。即未来科学研究可通过超大系统数字仿真，寻找到宇宙物质的最根基要素，最后进行物理实验对该系统仿真结果作检测验证。这是人类代价最小并速度最快地实现最终科学研究目标的研究技术方法。然后，分析了该超大系统反设计的数字仿真方案的优点与可能存在的问题，认为超大系统数字仿真是目前科学探索全宇宙系统的第一优方法，因为该物质反设计可以回避开历时上亿年来人类及其祖先传统科学研究中存在的根本缺陷。因此，基于超大规模系统-云-并行数字仿真的全宇宙物质系统反设计的方法，在探索速度、探索效率、探索所需付出的代价等因素上，明显优越于人类传统自然科学探索方法，可以实现科学探索是有止境的，科技创新有止境的，是科学探索全宇宙的最优方法。

关键词：全宇宙，最优探索方法，物质系统反设计，并行-云-系统仿真工程，有止境的科学探索

中图分类号：N3文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）01（a）-0000-00

1. 引言

人类自然科学探索研究的最终目标是占领控制全部宇宙多维空间，并完全自由地应用全部宇宙物质[1-4]。为此，人类祖先与人类一直在探索宇宙物质中的无穷无尽的未知现象、无数的未解之谜，等等。所谓科学研究，是基于当时的物质环境、生存与发展条件与科学技术基础，研究者采用全部可能的各种科技手段，来探索宇宙物质世界的全部未知的各种客观现象及规律，希望探索出新发现，并且该新发现能够经过各个学科在不同环境条件下的长期实践检验，以及广泛实际工程应用等，以确认新发现的正确性[2-3]。从人类科学技术研究发展史可以看到[5-14]，人类祖先对未知物质及特性的探索从零开始，不断发展，自近代以来，人类的科学技术研究有了突飞猛进的、爆炸式的发展，但新的“未来科学问题”不断呈现[10]。值得指出：人类的祖先（如原始人、猴子、.....、微生物、.....）一直在进行科学探索研究，否则，人类不可能可以不断地生存、发展壮大而进化成今天的人类。科学探索研究并非（但包括）只是在实验室中由科技工作者进行......。

值得注意：对全宇宙系统，人类最优的科学探索方法是什么？人类通过什么科学探索研究的技术方法，可以付出最小的代价并最尽快地实现人类自然探索的最终目标？

基于宇宙物质原始自然运行的统一数值算法与数值仿真过程[1]，考虑到在人类的潜意识中对宇宙物质的科学探索研究的最终目标，本文提出人类科学探索研究的最优科学探索技术方法是基于系统数值仿真而对全宇宙物质系统的反设计；同时文中分析了该全宇宙物质的系统反设计方法，结论是该系统反设计可以尽快实现人类科学探索研究的最终目标：占领、控制与自由地使用全部的多维宇宙空间与全部的各种物质；而人类传统的自然探索研究方法需要人类付出无比巨大的代价、付出太长太长的时间才有可能（但不一定可以）实现人类科学探索研究的最终目标。因此，本文提出的科学探索全宇宙的最优的方法，可以回避掉人类传统自然探索科学的严重缺陷。

2. 科学探索全宇宙系统的最优化方法问题的描述

在人类生存的多维空间与现有科技储备条件下，现代人类对全宇宙系统的科学探索，需要寻找最优的探索方法 ，使得科学探索研究的成果与代价比 达到最大：

（1）

式中， --- 科学探索研究的成果； ---科学探索研究的代价比，包括付出的探索研究时间，人类生存的多位空间的损失； --- 科学探索研究的方法； 依次是时间、3维几何空间，NS是指空间的维数（NS>4）。

同时，需要满足以下约束条件：即人类的多维生存空间

（2）

即人类必须有足够大的NS维生存空间，使人类不仅保持生存状态，而且可以不断进行相关的科学探索研究而发展壮大自己。

， 如果 （3）

式中， 是宇宙物质系统的根基底（即全宇宙物质构成及其运行过程与特性，该多维宇宙空间与物质的内部参数， ），是人类科学探索的最终目标； 是人类寻找宇宙物质系统的根基底过程中系统仿真（第k次迭代）产生的物质现象； 是（数字化的）人类积累的知识库； 是可以接受的系统仿真误差。

3. 全宇宙物质构成及运行过程与特性的数学模型

人类科学探索研究的对象是：完全彻底系统地、准确可靠地、高精度地掌握充满在全宇宙多维空间中的物质构成及其运行过程与特性，该多维宇宙空间与物质的内部参数， 。因此，需要可以对全宇宙物质进行系统数值仿真，关于系统数值仿真的数学模型，即宇宙物质的构成、物质运行的统一基理及其运行过程的普适性数值算法[1]，现介绍如下：

3.1 宇宙物质的构成与运行过程

宇宙空间S是一个NS维的空间，其大小为： ，其中， Ai（i=1，2， ， NS）是第i维空间的大小（A1为时间，A2， A3， A4为三维几何物理空间，…）。宇宙由一系列（共NMax种）物质基素（物质最底层的基本元素）及其转变成的物质组合体构成，这些各物质基素单元与（各层次级别的各类）物质组合体之间，以及各层次级别的各类物质组合体之间，是在NS维空间中作不停的运动，并且相互不停地（分解与组合）转变，该相互转变如图1所示，各层次级别的各类物质组合体的NS维运动过程如图2所示，多维运动过程中物质体的逻辑关系如图3所示，前面的众多种类的大量现象是后面一个现象的条件，后面的一个现象是前面众多个种类的大量现象共同协同对抗产生的结果。

宇宙物质的NS维对抗运行过程与形成的构成，遵循宇宙物质运行的统一基理，详细运行过程的结果可由宇宙物质运行过程的普适性数值算法作数值仿真获得。

3.2 宇宙物质运行过程的普适性数值算法

基于宇宙物质运行统一基理体系[2][3]，在一个NS维空间区域 中，宇宙物质运行统一的普适性数值算法 Universal为：

（4）

式中，宇宙物质普适性算法 Universal具有以下功能：输入宇宙空间维数与大小以及充满在其中的物质的基底参数，以及指定的一个宇宙子空间，等；经过 Universal的运行（即：全部宇宙物质的NS维对抗运行）。全部宇宙物质基素单元的NS维运动之后，输出在NS维全宇宙空间中，表现为无穷无尽（巨大数量）的、奥妙无穷的、无奇不有的、……现象。

宇宙物质运行统一的普适性数值算法 Universal的具体详细的数学描述，数值仿真的数学表达，全程计算步骤，数值仿真计算流程图，等等，参见文献[1]。

具体的输入如下：

（1） 宇宙空间的维数为NS维。

（2） 各维宇宙空间大小：A1为时间，A2， A3， A4为三维几何空间，…，第NS维空间，构成NS维空间S。

（3） 宇宙物质基素信息：①在NS维空间全区域中，存在NMax种类（系列）的宇宙物质基素单元，各类具有不同的特征功能与数量，如第k类物质基素存在Nk，Max个单元（k=1，2， …， NMax）；②在宇宙空间全区域中总共存在 种类基素，全部种类基素单元总数 ；③内部参数： 是物质基素单元 的内部参数；④约束条件：各种类物质基素单元的内部参数约束函数 ；⑤各种类物质基素单元的功能运动方程 ，第k类物质基素，k=1，2， …， BMax，第i个物质基素单元；⑥物质基素控制量 ；⑦基素单元的性能指标 为追求掌控最大的NS维空间（及充满在其中的全部物质）。

（4） 指定一个NS维子空间区域 。

具体的输出如下（在全宇宙 维空间中）：

（1） 全部物质体的总体信息：①全部物质组合体级别的总数 。②全部物质组合体级别各种类的总数 。③全部各级别种类物质组合体的总数 。

（2） 各种物质体（基素单元与物质组合体）的详细信息：①全部各种类物质基素单元的状态 ，全部各级别种类物质组合体的状态 [在NS维空间中的参数，如时间、三维空间、…，（包括相互之间的导数，即速度，等等）]。② 物质组合体运动方程。③（所导出的）该物质体的一序列的概念及概念性参数【如：约束条件（物质基素单元或组合体的状态变量约束函数 、控制对策约束函数 、性能指标约束函数 ），运动方程，子性能指标，…】。④各种物质基素的不同单元、与各层次各种类的不同物质组合体的性能指标P= ，如物质体所占据的NS维空间，如（人类在不同条件下可以观测到的）物质体形状随着NS维空间的变化，以及这形状在不同条件下观测到的结果不一样，等等。⑤各种物质基素单元与物质组合体的控制量 。⑥ 是物质相互作用特性方程， 是（在该物质系统所在的 维宇宙空间 区域内）各级别各种类物质组合体对周围物质（如对物质基素单元 ）的作用特性现象，如物质体的各种特性：各种作用力，如“万有”引力、磁场力、电作用力、等等；物质体的形状；…。⑦各物质体所在更高级别的一些物质组合体，以及该物质体的组成（由较低级别物质体，…，物质基素单元）。⑧各物质体在 维运动过程中的分解与重新组合。⑨不同级别层次、不同种类的众多物质组合体分别采用各自的对策 追求各自的性能指标 达最优。

（3） 针对一个指定的 维子空间区域 ，存在的物质体，可观察的现象信息：①总共存在 种类（系列）宇宙物质基素，各种基素分别存在 个单元；②在该子空间 中，所存在的物质组合体级别的总数 ，物质组合体级别各种类的总数 ，各级别种类物质组合体的总数 ，各种类物质基素单元的状态 ，各级别种类物质组合体的状态 ，等等。

4. 人类科学探索全宇宙物质系统的最优方法是：基于超大系统-云-并行数字仿真的系统反设计

科学探索研究的方法 起源于人类祖先发源的地球及其附近的多维空间，“优化计算”到现在， 的选取是非常规的、“非科学的无稽之谈”，主要技术方法是超大系统数值仿真，最后获得宇宙物质最底层的基素时，再进行实物物理实验作验证，宇宙物质反设计的流程如图4所示。

人类探索到宇宙物质的最底层的基素及其各种特性，可以直接接近基素单元法：宇宙物质基底的系统反设计数值仿真方案，宇宙物质的系统反设计数值仿真优化计算方法与步骤是：

第0步：整理人类长期探索宇宙物质所积累的巨大的、全部各种类学科领域中所知的全部现象、概念、原理等知识库 ，将该巨大知识库 全面系统地整理成数字化表达；

第1步：猜想而设立宇宙物质基素单元及其内部特性参数、运动方程等的初始方案 ，（k=0）；

第2步：采用 与宇宙物质的数学模型，进行超大系统-云-并行数值仿真，生成不同层次、不同种类、数量巨大的物质及其运动现象，该仿真结果 以数字化形式表达；

第3步：将仿真结果 与巨大知识库 进行比较，并计算比较误差，如果比较误差很大（不可接受），则进入以下第4步，否则（即仿真计算误差可以接受）进入以下第5步，这里指出，采用系统数值仿真方法进行宇宙物质系统的反设计仿真，如图3中从宇宙物质基底人类可以理解的现象的过程中，反设计仿真不考虑中间仿真结果（即物质结构及其运行的现象等）是否正确，而只考虑人类已经积累的膨大的知识库（即与该知识库作与比较，如图4所示）；

第4步：基于系统仿真结果误差，迭代修改物质基素单元及其运动方程的方案 ，再转入第2步；

第5步：已经获得最优的宇宙物质的系统反设计数值仿真结果 ，进行物理实验，作最终的验证。

基于本文提出的宇宙物质基素、宇宙物质运行的统一基理与物质自然运行的普适性数值算法，以及人类长期探索宇宙物质所积累的巨大的学科原理等知识库（这些即是宇宙物质的系统数值仿真反设计的条件），采用图4所示的宇宙物质反设计方法，经过超大规模系统并行-云-仿真计算，直接探索发现宇宙物质的最底层的基素及其内部特性参数、运动方程等。最后进行物理实验，验证在反设计过程中生成的且人类无法想象猜测的物质现象：物质的组成结构、在宇宙的分布、各种物质形式、层次种类、各种类物质运动现象及其规律，等等，进行最终的验证。

5. 超大系统数字仿真进行全宇宙物质系统反设计的优点

宇宙物质的反设计的系统并行-云仿真研究方案与人类传统的传统自然探索科学方法相比，人类传统的自然探索科学方法不是探索全宇宙系统基底的最优科学探索方法[1-4]，而采用超大系统数字仿真避免了历时上亿年的人类传统自然探索科学方法的缺陷，是现在最优的方案，体现在：

5.1 全局大范围进行宇宙物质的寻根探索，所付出的成本代价很小，探索研究的速度很快

宇宙物质系统基底探索所需付出的代价很小，主要需要数以千计万计的计算机进行超大系统-云-并行数字仿真，以及各个专业的研发人员等将人类积累的知识库数值化；如果采用传统科学探索方法，只是从人类自身生存环境出发，“摸着石头过河”，想尽一切办法“获得一个历史性惊人重大突破的新发现，再更深入探索多步”地靠近宇宙物质系统基底，所付出的成本代价太大太大……太大。

显然，“一步一批物理实验室”将付出巨大巨大的代价，付出太长太长的时间，即 太大；而采用全宇宙物质系统的全局最高精度数值仿真反设计，需要成千上万台计算机与各个专业的研发者，这些成本代价是很微小，系统数值仿真几年就可能出一些结果，探索研究的速度是“快的离谱”，即 。避免了“人类沿着传统科学研究路径进行下去，人类可能不能满足约束条件（2）式”。

另外，由宇宙物质系统仿真产生的因果关系逻辑图（如文献[1]中图3）可知，采用物质反设计系统数值仿真方法可以“胡思乱想地”、“答非所问地”、……“不符合逻辑地”、“偷换概念地”假设宇宙物质的最底层根基 ，存在一定的可能性探索到全宇宙物质基底。

5.2 全局大范围进行宇宙物质的寻根探索，效率极高，探索不是无止境的，可行性很强：人类已经到了结束宇宙无穷无尽探索的冲刺阶段

传统自然探索科学寻找宇宙物质基底过程中，付出无比巨大的多维代价，经过“无穷无尽的”探索，取得了大量的“历史性、惊人的重大新发现”等时，才探索向前走了一小步，并且大量的“一小步”在全局中都可能是无效的。与人类传统自然探索科学方法相比，宇宙物质的反设计系统仿真过程中将出现“无穷无尽的”、“无奇不有的”、“不符合科学原理的”、“不合逻辑的”、“不可思议不可想象的”、……、“可以想象的”、“符合科学原理的”现象，因此，这个超大规模系统-云-并行数字仿真是效率极高的，探索不是无止境的；同时实现该宇宙物质的反设计，所需的人力、物力等并不多，是可行性很强的，因此，全局大范围进行宇宙物质的寻根探索，宇宙物质的反设计系统仿真研究方案是一个可行的方案。

因此，基于超大规模系统-云-并行数字仿真的宇宙物质反设计系统仿真研究方法，是全局大范围进行宇宙物质的寻根探索的全局最优的方法 ，将获得最优效果 ，并能够容易满足约束条件（2）与（3）式。

总之，基于现代人类计算机技术，人类积累的知识库以及宇宙物质的反设计方法，人类现在已经到了寻找到宇宙物质基底的时候了，即人类已经到了结束宇宙无穷无尽探索的冲刺阶段。

6. 采用超大系统数字仿真进行科学探索全宇宙系统时存在的问题

6.1 可能还需要更多的宇宙物质的反设计的标本，有可能得出的一些结果，现代科学不能解释

在宇宙物质的反设计系统仿真过程中将出现“无穷无尽的”、“无奇不有的”、……、“符合科学原理的”现象 ，在这些无数的多维现象中，如果可以寻找到一群现象与人类积累的知识库 完全重合，这就可能是反设计的系统仿真成功（即满足约束条件（3）式）；如果可以寻找到一群现象 与人类积累的知识库 基本重合，即一些是完全重合，另一些是现代科学不能解释，这可能是反设计的系统仿真成功吗？是否一定要等待现代科学探索到这些不能解释现象与规律，才能说明反设计的系统仿真成功了，而现代科学探索到这些现象与规律，是要付出太长的时间与太大的代价 等。

6.2 宇宙物质的反设计是超大系统-云-并行数字仿真，数字仿真量太大-太大-…-太大

宇宙物质的反设计是超大系统-云-并行数字仿真，一个系统仿真反设计组就需要成千上万台计算机来进行，即使是很多系统仿真反设计组同时来进行宇宙物质系统的反设计，也不一定会很快反设计成功，数字仿真量太大-太大-…-太大，但在这个宇宙物质的反设计的超大系统-云-并行数字仿真过程中，探索是有止境的，有待我们去尝试。

7. 结论

基于人类科学研究的历史与现状，以及宇宙物质结构组成及其运行的统一基理，基于超大规模系统-云-并行数字仿真，本文给出了全宇宙物质系统反设计的数值仿真算法（包括仿真步骤以及流程图），通过与人类自然探索科学发展历史与现状的比较分析，认为该基于并行-云-数字系统仿真的全宇宙物质系统反设计数值仿真算法是科学探索全宇宙物质系统基底的最优方法，是全宇宙中第一优工程。

该基于超大规模系统-云-并行数字仿真而进行全宇宙物质系统基底反设计，其优越性主要体现在：①探索速度很快，超大规模系统-云-并行数字仿真几年内就可以获得一些不太正确的（临时迭代）宇宙物质系统基底仿真结果，以供系统仿真反设计迭代；②宇宙物质系统基底的探索效率很高，科学探索不是无止境的，虽然反设计迭代过程中的临时迭代结果不对，但人类无法想象与猜测的、现代最先进设备无法观测的物质也可能被仿真出来，避免了人类上亿年形成的人类特色自然探索方法的缺陷；③宇宙物质系统基底探索所需付出的代价很小，主要需要数以千计万计的计算机，以及各个专业的研发人员等，明显优越于人类传统自然科学探索方法，即可以想象到的就可不择手段地探索，并且“一步一批实验室”，因而，全宇宙物质反设计是探索全宇宙系统基底的最优科学探索方法。

因此，未来人类科学探索研究的发展方向，是进行宇宙物质基底系统反设计的云-并行数字仿真。建议人类未来的科学探索研究的技术与方法是：基于我们人类长期科学研究取得并积累的巨大而临时有效的因果关系知识库，以及宇宙物质构造组成及其原始物质运行的普适性数值算法，进行宇宙物质基底的系统反设计，寻找到宇宙物质的最根基要素，即实现人类科学探索研究的最终目标：占领、控制与自由地使用全部的多维宇宙空间与全部各种物质；不需要任何科学探索，不需要任何科技创新。

人类已经到了结束在宇宙中进行无穷无尽探索的冲刺阶段，该宇宙探索的冲刺阶段是全宇宙物质系统反设计，这是人类针对全宇宙的第一优工程。

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