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方寸果壳之中,无限空间之王
萝卜123 2020-03-14

宁静的日子给我带来太多思考时间,我不知道这是不是一件好事。当我走在夜空下的时候,只感受到无边无际的黑,那种永恒的孤独就像人在宇宙中流浪。尤其是哈勃观测的结果显示,几乎所有的星系都运动离去,它们距我们越远,则离开运动越快(V=H*R)。就像正在膨胀的气球上的一个质点一样,地球也在与其他星系渐行渐远,作为智慧生物的人类也在宇宙中越来越孤独。我不由得想到,其实人类创世以来所有伟大的思考,无外乎可以用理性和非理性两种维度进行刻画:一类是理性的宇宙万物,一类是非理性的人性。正如康德说的头顶星空与内心道德一样,从理性的角度思考,一个个文明的毁灭在偌大的宇宙中实在微不足道;从非理性的角度去思考,宇宙因为有人类的存在而熠熠生辉,因为人性的存在人类不再渺小。然而,现实往往是理性和精英主义之间存在正向反馈,而孤独和孤寂是集体主义乃至极权主义的源头,当然这些离题太远了。

一、上帝不掷骰子

既然宇宙发展到今天这样,就让我们从现代物理学的开端开始。设想这样一个跨越时空的场景:曹天元先生说:“上帝掷骰子吗?”,爱因斯坦先生立刻回答:“上帝从来不掷骰子!”,霍金先生却坚持:“上帝本身就是一个赌徒。”既然宇宙一直在膨胀,就说明宇宙并不是静态的。一个静态的宇宙可以存在无限长的时间,然而存在大爆炸就意味着宇宙有一个开端。广义相对论在大爆炸失效的原因就在于其与量子理论的不协调,虽然广义相对论中预言了宇宙从大爆炸起始,时间存在一个开端,但是宇宙开端的奇点处只有微观的量子力学生效,广义相对论在这一点失效了。量子力学的海森堡测不准原理告诉我们:粒子位置不确定性和动量的不确定性不小于普朗克常量(x*p>=h/4pi)。但是爱因斯坦本人拒绝接受微观粒子的不确定性,就像他拒绝接受动态宇宙而引入宇宙常数一样。古往今来人们对于未知的奥义总是存在一种完美的遐想,从最开始亚里士多德的地心说,到哥白尼日心说中行星轨道还是标准圆形,到牛顿对于绝对时空的执着追求,再到爱因斯坦对静态宇宙的坚持,甚至是数学中希尔伯特的三个问题以及哥德尔图灵的证明,究其本质都是对无限完美无限和谐真理的追求。

二、上帝本身就是一个赌徒

 (一)弦理论

宇宙中的所有已知粒子可以分成两组,费米子或者玻色子。费米子的自旋为半整数(例如自旋为1/2)的粒子,它们构成通常的物体,它们的基态能量是负的。玻色子的自旋为整数(例如自旋为0,1,2)的粒子,它们在费米子之间引起力,诸如引力和光,它们的基态能量是正的。超引力理论中认为存在同样数目的费米子和波色子互为伴侣,基态能量相互抵消。弦理论认为,如果我们将基本对象视为一维的弦而不是0维的粒子,那么基本粒子完全可以由弦的不同振动来解释。弦的不同振动导致基本粒子的不同质量和电荷,并且弦振动的波长越短,粒子的质量越大。如果弦除了它们通常数的维外,还有格拉斯曼维,涟漪就对应于玻色子和费米子。在这种情形下,正的和负的基态能就会准确对消到甚至连较小种类的无限大都不存在。如果我们继续往下深想,从粒子到弦本身就是从0维换到一维来观测世界,那么为什么不可以站在更高的维度上?换句话说,我们定义p膜为在p维延展的物体,弦理论就是p=1时的特殊情况,膜理论就是p=2时的特殊情况。在十维或者十一维的超引力理论的方程中可以找到所有p膜的解,但是其余的六维或七维被弯卷成这么小,小到我们觉察不到;我们只知悉剩下的四个宏观的几乎平坦的维。

(二)虚时间

在现实生活中时间不具备形状的原因在于时间是一维的,如果量子理论需要赋予时间以形状,可以在坐标系中加入虚数轴。正如同直角坐标系一样,在实时间中确定的历史可以确定在虚时间中的历史,反之亦然。如果需要探寻时间的开端,就必须明确经典的广义相对论为什么会在大爆炸奇点出失效。可以用概率论中的经典硬币模型加以类比:当宇宙尺度很大时,硬币被投掷的次数极为巨大,其平均结果就会得出正反各占1/2的宏观结论,这就是为何对于大系统经典定律有效。但是当宇宙尺度非常微小时,正如它在邻近大爆炸的时刻,投掷硬币的次数很少,而不确定性原理则非常重要。在这样一种混沌态中,初始条件的微小变化就会导致系统的巨变,宇宙应该拥有多重历史,在每重历史中都有其概率。

宇宙的边际条件(初始条件)存在三种不同的可能性:第一,宇宙的前沿在时空的正常电商;第二,宇宙的前沿由于时空挤压导致密度无限大,难以定义有意义的边界条件;第三,加入虚时间维度后,宇宙不必存在边界条件,或者说其边界条件是宇宙没有边界。对应于每一种可能的闭曲面在虚时间中都存在一个历史,而在虚时间中的每一个历史都确定其在实时间中的历史,这样我们对于宇宙就存在多种可能,多种可能构成宇宙的多重历史。是什么从多重宇宙中挑选出我们现在的世界呢?人存原理给出的答案是:宇宙如果不是现在的样子,那么就不会有这样一群智慧生物问出这样的问题了。最简单的一个例子是,为什么我们是三维空间的生物?因为二维空间中我们无法生存,四位以上的空间中万有引力会导致行星的沦陷和逃逸,都不适合智慧生物的生存。这一回答在我看来很有一些强词夺理的味道,存在用结果来解释原因的问题并且不具备任何预测性,就和问上帝在大爆炸之前在干什么的回答一样(上帝正在为问这些问题的人准备地狱)。

不行我实在是太困了,晚上也太冷了,就让这一篇读书笔记终止在这一秒吧。用霍金先生的一句话结尾:这个在虚时间中的历史是个细小的略微平坦的球面,然而在实时间中发生的一切都作为密码被储存在这个球面上面。从理性和非理性的角度再想想,我们也许是被束缚在果壳之中,而仍然自以为无限空间之王。本书中大部分的材料来源于《果壳中的宇宙》,作者非物理学科班出身,希望大佬发表任何想法或者批评指正。


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