量子世界到宇宙泡泡

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量子世界到宇宙泡泡

---一個建築師的理論物理筆記

/平行宇宙和時空旅行，看起來像個救贖的通道，可是毀滅才是常態/

神與實在

我們所見世界是人尺度的世界

我們用自己建立的理論或邏輯模型觀察和解釋世界，建立起"人之所能＂的可識別邊界。

我們在觀察和解釋宇宙的時候用了人類知識體系，然後宇宙就體現為這樣那樣我們可理解的認知範圍內的分類和描述，所以，我們把時空分出四維或11維，我們定義了光速和光的顏色，諸如此類。我們以觀察者的立場感知觀察對象，然後描述現象。

在觀察者，對象，現象三者過程中，我們常說世界的本體實在是什麼，那個不管你見與不見，都存在那裡的實在，是物質的還是意志的，一元還是二元的，這常常是個哲學或理論的初始問題。

我這麼看：世界的實在是我們建立的用於觀察世界的模型，什麼樣的模型就呈現什麼樣的世界，胡塞爾把世界向我們呈現的現象作為實在，也是同理，都是越過了觀察者和觀察對象，而把"連接＂作為實在。

我們沒有獨立於理論的方法來確定什麼是實在的，甚至在我們四周，被認為顯然是實在的物體，從實證主義的觀點看，也不過是在我們頭腦中建立的一個模型，用來解釋我們視覺和感覺神經的。

對個體而言，宗教或哲學理論都是種模型，用以解釋現象安定內心明晰未來。

神論最大的好處是，對於未知我們不用惶恐，一切未知都可以在這個閉合的體系里找到答案，一切我們不可解釋的都是神的神秘安排，一切談論到最後都是我們太渺小所以我們不可知也不能知神的用意，我們安心於有個後台，這樣不用是最後一道防線，即便在崩潰的最後一刻也帶著希望，這個令人惶恐的世界太需要這樣的慰籍了。

不談神在不在的問題，但我更喜歡理論物理，是因為他永遠不閉合，每個人都可以是理論破壞者和建立者，他的想像空間超越一切，並且最終也許讓人類成為自己真正的救贖者。

量子世界的不確定性

相對論認為世界是有機械的規律支配，所有結果都有可被追溯和推理計算的，在量子力學看來宏觀現象的＂可被推導＂只是個高概率，這個概率導致在人可感知的尺度上是高概率精準，一旦追溯到量子範疇，不確定性佔主導地位，比如我們永遠無法摸透電子的活動路徑和狀態，只能用電子云表示它的出現概率。

費曼利用函數積分證明：一列火車在鐵軌上駛向終點站，牛頓路徑只是最可能的路徑，但不是唯一的路徑，在小概率情況下火車突然可以出現在火星上，這種描述雖然看上去令人吃驚，但它是精確地等價於普通的量子力學的 。

量子微粒活動沒有軌道，能同時出現在不同地點，一個電子能既在上海外灘，又同時出現在木衛2的峽谷里，量子活動呈現跳躍性而非連續的平滑線性，這就是量子世界的特性，這是件不大好理解的事情。

準確描述量子狀態，就是眾多狀態可能性的疊加，這可能性不論多小，但都會出現，只是概率大小，這個概率表現為一個波，我們用波函數來描述。

在量子領域，邏輯和經典物理法則都失效，物體可以同時以各種可能的狀態存在。要確定物體處在什麼狀態，必須進行觀察，它使波函數「消失」，物體進入確定狀態。觀察的作用是使波函數消失，使物體呈現確定的狀態。波函數所起的作用是：給我們在特定狀態下發現物體的精確概率--在我們生活的世界裡，波函數是那麼有效，而我們也只需要這個高概率就能生活的很好。

在量子理論中，每個粒子都與一個波相連。這個波又反過來告訴我們在何一點找到粒子的概率。

如果量子微粒可以存在於平行的狀態，盤旋於存在和消失之間，那麼為什麼宇宙就不能呢?畢竟宇宙曾經比一個電子還小。一旦我們引進將量子原理應用到宇宙中的可能性，我們就不得不考慮平行宇宙。

平行宇宙和時空旅行

世界沒有因果，所有結局本質都是隨機和不確定的。

有人描述平行宇宙時用了這樣的比喻，它們可能處於同一空間體系，但時間體系不同，就好像同在一條鐵路線上疾馳的先後兩列火車；它們有可能處於同一時間體系，但空間體系不同，就好像同時行駛在立交橋上下兩層通道中的小汽車。

著名的薛定諤的貓要說的是，貓在未被觀測到之前出於死和活各50%的量子狀態疊加，即死既活的狀態，你打開箱子，發現貓活著，實際就是選擇了一個歷史，然後世界就會按你參與的這種狀態往下發展，那麼貓死了這個當時的疊加狀態呢？它因為我的打開箱子發現貓活著就被證明不存在了嗎？不是，貓死了這個狀態，在另外一個平行宇宙里發生了，你那一刻的行為選擇了你現在的宇宙，遲一秒打開箱子，你就會選擇到其它平行宇宙，貓死了，但是你永遠不會知道，你覺得你的宇宙就應該是這樣的。因為你存在四維時空里，時間是線性的，一維的。

如果時間是二維平面的，這個時間平面加三維空間就是五維時空，也可以理解無數個四維空間根據某一軸線（此軸線形狀不定，不是直線）集合而成的。我們可以想像，一個五維空間的物體，應該是跨越不同時間軸線的，但在任意一個時間軸線上我們只能觀察到它的一部分。五維空間會有另外一番景象。

為了更好理解，我們看看比我們低一維度的時空是什麼狀態，有本小說叫＂平面國遊記＂，講述在二維空間和時間組成的世界的狀況，這個世界比我們的四維世界少了一維空間，所有平面生物只能前後左右移動和觀察，他們不具有任何在＂Z軸＂方向的行為，他們的世界沒有天空地面，只有前後左右，所以他們的房間就是一個圈，就是我們Cad的房型圖，所以他們這裡的所有建造行為就是畫線，如果意外的，有個平面國科學家發現並能跳入四維時空（第四維一直就在他們頭頂），那麼他就象神一樣，能自如的穿過牆（就是跨過那根沒有厚度的線），憑空消失或出現，在總目睽睽下透走銀行的金子（就是往上提了下），所有這一切，只是因為導入了一個高維度，那麼，問題來了，五維時空里的生物怎麼看我們？

五維時空里，時間不是線性，是面，在每個點上都可以選擇進入不同的平行宇宙。前面這個貓死了和活著的狀態在不同宇宙里都發生著。

在六維時空里，時間是立體的，可以自由穿梭在各個平行宇宙，你可以和無數個其它宇宙的你聚會。你也可能進入到一個你還在幼年期的平行世界裡，但是，你在這個世界裡乾的事情，不會影響你自己世界的軌跡，時間穿越的祖父悖論不存在。

這裡我們是利用增加時間維度來實現時空穿越，實際上加維後四維生物跨越到五維空間生物，這本身就是個天大的屏障。

我們再看看四維空間里怎麼實現穿越。

首先說說平行宇宙的模型，廣義相對論在大爆炸或黑洞處失效的原因是沒有考慮到物質的小尺度行為。在正常情況下，時空的彎曲是非常微小的，並也是在相對場的尺度上，所以它沒有受到短距離起伏的影響。但是在時間的開端和總結，時空就被壓縮成單獨的一點。為了處理這個，我們想要把非常大尺度的理論即廣義相對論和小尺度的理論即量子力學相結合。這就統一場理論，它可用來描述從開端直到終結的整個宇宙。

弦論是統一場論的首選理論，它的基礎是微小的、振動著的弦，它們的每種振動方式就對應於一種亞原子粒子。這是目前唯一能把引力與量子理論結合在一起的理論，它只有在10個維度中才能從數學上自圓其說。它的最新版是M理論，是以11個維度定義的，十維空間加一維時間，其中只有4個可以在實驗室中觀察到。我們不能看到其他那些維度的原因，要麼是因為它們捲縮起來了，要麼是因為我們的振動被局限在了一張膜的表面。

M理論認為每個宇宙都是以膜的狀態存在，真空中的起伏會使膜世界作為泡泡從無中出現。膜形成泡泡的表面，而內部是高維空間，非常小的泡泡將重新塌縮成無。但是一個由量子起伏成長的泡泡超出一定的臨界尺度，很可能繼續膨脹。在膜上，也就是在泡泡的表面上的人們（例如我們）會以為宇宙正在膨脹。這就像在氣球的表面上畫上星系，然而把它吹漲，星系就相互離開，但是沒有任何星系被當作膨脹的中心。讓我們希望，沒有人持宇宙之針將泡泡放氣。隨著膜膨脹，內部高維空間的體積會增大。最終存在一個極其巨大的泡泡，它被我們生活其中的膜環繞著。膜也就是泡表面上的物質將確定泡泡內部的引力場。

其中一類膜宇宙里，時間空間和物質，光一類的都附在膜表面，內部是高維度空間，這構成了我們現在的宇宙，當然會有無數平行的膜宇宙，也就是平行宇宙論，這些膜宇宙的定律和維度都不同，就是說也可能存在沒有時空維度的宇宙。

引力並不被限制在膜上，它可以穿透多維度，這個我們在電影星際穿越中已經看到了，我們宇宙中很多星系或系統的顯性物質，並不足以提供足夠引力形成星系系統，所以必然存在暗物質，暗物質有可能是由平行宇宙的存在而造成，它也許來自兩層膜之間區域，他存在於膜宇宙之外的其它維度，我們看不到，但強大的引力穿透讓我們這個膜宇宙維持能量平衡。

膜宇宙是對平行宇宙的一種很好的描述方式。

然後，我們再來說說時空旅行。

我們常說的那種時空彎曲，就是一張紙摺疊然後在結合點處穿透形成蟲洞，通過穿越蟲洞來實現時空旅行。

還有另外一種對於穿越的表述方式是這樣的：

我們知道，空間本身擴展的速度比光速還要快(比如宇宙大爆炸產生的空間擴張)，與此同理，通過使空間收縮的方法以比光速更快的速度旅行應該是有可能的。從效果上來看，當我們向鄰近的恆星旅行的時候，我們可能基本不用離開地球；我們只須使我們面前的空間收縮，並使我們身後的空間擴大就行了。要去離我們最近的恆星半人馬阿爾法星，我們不是旅行到那裡，而是使它來到我們面前。

這是愛因斯坦方程的一個可行的解，也就是說，它在物理定律允許的範圍內。但這不是無償的。我們必須能夠運用大量的負能量和正能量來驅動恆星際飛船。(可以用正能量來壓縮你面前的空間，用負能量來延長你身後的空間)，這通過一般手段是無法達到的。要建造這樣一艘恆星際飛船，需要建造一個大的球體，把乘員放在裡面。在這個大泡泡的邊壁上，沿著它的中緯線可以安排一圈負能源。大泡泡中的乘員實際上始終沒有動地方，但泡泡麵前的空間會以超光速收縮，所以，當乘員從泡泡中出來的時候，他們已經到達了鄰近的恆星。

創生和終結

單宇宙的創生，一種理論是平行膜宇宙的碰撞發生的大爆炸，重構宇宙或產生新膜宇宙。

還有種理論是微宇宙在真空中突然顯現，比如有種虛擬粒子，是種在真空中瞬間閃現又旋即消失的粒子。它們不符合已知的守恆定律，由於不確定原理的作用，只持續很短一段時間。過後，守恆定律又作為真空中的一種平均狀態繼續起作用。如果真空中加入了足夠的能量，虛擬粒子有時會變成真的粒子。從微觀角度上來看，這些虛擬粒子可能包括蟲洞和嬰宇宙，和前面講的膜泡泡類似，那些暴漲的泡泡就會形成最後的一個宇宙。

不管哪種創生方式，這個新宇宙都有個稱之為奇點的初始狀態，我們生活著的這個宇宙也是從奇點開始，在各種不確定狀態下演化成現在的樣子。

奇點狀態下，沒有時間和空間，以不可名狀的方式存在，當爆炸不知什麼原因引發，能量開始在很短時間內向四處發散，膨脹開始，時空開始被拉升出來，能量在膨脹過程中逐漸冷卻（能量和物質之間的轉化是宇宙中很重要的形式），形成了物質和反物質這樣一些次原子微粒，兩者碰撞後相互泯滅，同時釋放能量，巧合的是，大部分泯滅完成後，有十億分子一（就是很少地意思）的物質留了下來，這些物質構成了我們今天的物質宇宙（其它部分以暗物質暗能量的方式留在宇宙里，不可被觀測到），開始時候次原子物質形成了最簡單的氫元素，宇宙中充滿著氫氣雲團，這時萬有引力開始登場，由於氣體分布的不均衡，使得萬有引力可以不斷壓縮不斷聚攏雲團，滿布空間的氣體開始聚合形成一個個氣體恆星，越來越多的集聚和壓縮，使得恆星內部達到一千萬度，這是個氫元素會發生核聚變的溫度，於是內部的核聚變使得氫轉化成氦元素，並同時釋放巨大能量，氦又聚變形成碳，依次各種元素開始產生，這樣，恆星內部開始分層，越到核心中央的元素質量越重，當鐵元素占居核心時候，他的核聚變不產生能量，問題來了，由於鐵元素占居了核心高溫區，但又不產生能量，恆星內部的燃燒停止了，其他元素核聚變開始耗盡，但萬有引力讓中央溫度和密度更高，對外層氣體的引力越大，當達到太陽核溫度100倍時，引力拉垮恆星開始急劇坍塌，內核坍塌為中子星或黑洞，同時釋放大量能量和物質，從而引起超新星的爆發，這個過程又促使金等重元素的產生，這樣，構成現在宇宙和生命的所有元素都出現了，超新星爆發的結果是，向宇宙空間輸送了所有的元素，這些元素又在萬有引力作用下形成新的行星和宇宙物質，同時超新星的緻密內核脫離形成黑洞，一些巨大的黑洞存在又形成了星系。

宇宙初期演化基本完成。然後N多時間後出現了人類，開始思考前面所述那些種種。這些思考與研究也許最後能救贖人類自己。

平行宇宙和時空旅行，看起來像個救贖的通道。

可是毀滅才是常態，不管人類，微粒，物體，宇宙….

宇宙的終結有多個版本，熱寂，冷寂，大收縮，時間終結等。

還是讓我們看看＂宇宙最後三分鐘＂裡面對於世界末日的描繪，比起其它的各種毀滅理論，這是個最接近人類的,並且已經讓生物世界毀滅過一次。

絕望的人們在整個星球上四處尋覓藏身之處，數以十億計的人已走投無路。一些人絕望地在尋找廢棄的礦井、洞穴，甚至潛水艇，恐慌之中想在地下深處找到逃生之地，但另一些人卻毫不在意，他們橫衝直撞，殺氣騰騰。然而，大多數人只是痴呆而靜悄悄地坐著，等待死神的降臨。世界末日來臨了。

高空中，一道巨大的閃電印在天幕上。初時，一條輕絮般細管形輻射狀星雲逐日膨脹，形成一股氣旋，翻滾著向空寂的天宇涌去。長條形氣旋的頂部是一個外形猙獰、令人恐懼的黑團，這是一顆彗星，雖然頭部不大，卻攜帶著與其很不相稱的、具有毀滅性的巨大能量。它夾帶著 1 萬億噸冰塊和岩石，以每小時 6.4 萬公里，即每秒近 18 公里的驚人速度逼近地球。

人類唯一能做的就是坐以待斃。面對著已註定了的命運，科學家們早就拋棄了他們的望遠鏡，悄然地關上計算機。對災難無休止的模擬，結果仍然模稜兩可，而他們的結論又使人驚恐萬分，無法公諸於世。一些科學家利用普通老百姓所沒有的尖端技術優勢，精心準備好了逃生計劃。另一些科學家則打算盡他們所能來仔細觀察這世界的末日，並把觀察數據傳至深埋於地球內部的時代信息密封器。他們在最後一刻，仍然起到一個真正的科學家應起的作用。

撞擊時刻臨近了。全世界成千上萬的人都在緊張不安地看著手錶.......

作者是一個建築師，理論物理和哲學愛好者，文章源於近十年筆記的整理歸納，僅供愛好者參考。