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第348章 希爾伯特空間

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月上中天,所有人都在有條不紊的忙碌著,為生存或是為生活。

花果山。

在張曉辰的印象裡,一旦有人提到人擇這一“a打頭的詞”,關於微調的討論就常常變得激烈起來。所謂的人擇原理定義五花八門,解釋各種各樣,它所引發的混亂已經蓋過了它所帶來的啟迪。但下面所說的ap一般沒有爭論,即最小化人擇原理iniaisticante):<ap:用觀測資料檢驗基礎理論時,忽略選擇效應會得出不正確的結論。

從張曉辰想到的前面的例子來看,這是很顯然的:如果我們忽略選擇效應,圍繞一個太陽這麼重的恆星旋轉是非常令人驚奇的,因為更輕更暗的恆星也大量存在。<ap說明,混沌爆炸模型並沒有由於我們正好生活在暴脹停止的極小的分形空間而被排除,因為暴脹的部分不適合我們居住。幸運的是,正如玻爾茲曼一百年前就指出的那樣,選擇定則並不能拯救所有的模型。

如果宇宙處於經典的熱平衡熱寂),熱波動仍然能夠使原子隨機結合在一起,從而千載難逢地形成了擁有自我意識的一個你,所以你正好存在這一事實並不能排除熱寂宇宙模型。

但是,你在統計上應該看到,世界的其他部分都應該處於高熵的混亂狀態中,而不是看到的有序的低熵狀態,從而排除了這個模型。

粒子物理的標準模型中有28個獨立參量,而宇宙學中可能還有更多。如果我們真的住在第二層多元宇宙中的一個,那麼對於那些在平行宇宙之間的數值不同的物理量,我們永遠不能根據第一性原理預言出它們的觀測值。將選擇效應考慮在內,我們也只能計算出這些數值的機率分佈。

我們也會發現,這些可能有不同取值的物理量在我們宇宙中的觀測值,應該普遍的和我們的存在一致。從下面的具體討論中將會看到,如何定義“普遍”,具體地說也就是,如何用物理理論計算機率,變成了令人困窘的棘手問題。

第三層:量子力學中的多世界解釋。

即量子波函式的其他分支,沒有增加任何實質的新東西

前兩層平行宇宙如此遙遠,但這一層平行宇宙卻可能就在我們身邊。如果物理基本方程一直都是被數學家稱為“么正的”,那麼宇宙就會像漫畫上那樣,不斷分叉處平行宇宙:只要一個量子事件可以有隨機結果,那麼所有結果實際上都會發生,每一個形成一個分支。

這就是第三層平行宇宙。雖然與第一層、第二層平行宇宙相比,第三層平行宇宙備受爭議。我們仍會看到,這一層次並沒有增加新型的宇宙。

第三層平行宇宙存在的證據。

在20世紀早期,透過解釋原子領域出現的新現象,量子力學理論革新了整個物理學。量子力學的應用包括化學、核反應、鐳射,以及半導體等。在量子理論取得矚目成功的同時,它的理論解釋卻引發了激烈的爭論。

直到至今,爭論仍在繼續。在量子理論中,宇宙的狀態,不再用所有粒子的位置和速度那樣經典詞彙來描述,而是用一種叫波函式的數學客體來描述。根據薛定諤方程,宇宙的態按照名為“么正的”方式隨時間確定地演化,這對應著希爾伯特空間波函式所在的無窮維抽象空間)中的一個旋轉。

比較彆扭的地方在於,對於經典上違反直覺的情形,例如你同時出現在兩個地方,描述它們的波函式卻完全是合理的。更糟的是薛定諤方程能讓無辜的經典狀態演變成令人崩潰的狀態。一個怪異的例子就是,薛定諤描述的那個著名的理想實驗,如果放射線原子發生衰敗,那個一個令人不快的裝置就會殺死一隻貓。因為放射線原子最終進入衰敗和不衰變的疊加態,一隻既死又活的貓就產生了。

在20世紀20年代,為了擺脫這一不可思議的現象,物理學家們假設,一旦做出觀察,波函式立即“塌縮”成某種確定的經典結果,其機率由波函式給出。愛因斯坦對破壞了么正性的這種自然內在隨機性很不高興,他堅持認為“上帝不擲骰子”。其他人也抱怨沒有具體指導塌縮何時發生的方程。

1957年,普林斯頓的學生休·埃弗雷特hugheverett)在他的物理學博士論文裡提出,這個有爭議的塌縮假設完全是多餘的。量子理論預言,一個經典實在會逐漸分裂成許多型的疊加。他指出,觀察者主觀上只會將這個分裂體驗成一種隨機性,隨機機率恰好等於原理的預言。這種經典世界的疊加就是第三層多元宇宙。

埃弗雷特的工作仍然留下了兩個問題沒有回答:首先,如果這個世界真包含了荒謬的宏觀疊加,為什麼我們沒有感覺到。直到1970年才有人回答這個問題,迪特爾·澤dieterzeh)指出,薛定諤方程自己引發了一種審查效應。這個效應叫“退相干”,在接下來的幾十年中沃伊切赫·祖雷克ojciechzurek)和澤等人對其進行了仔細研究。研究發現,相干的量子疊加只要不被世界中的其他部分知道,就會保持下去。

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和一個愛打聽的質子或空氣分子的一次碰撞,就足以讓我們在其中的人永遠無法意識到,平行的故事線中還有自己的一個複製。埃弗雷特影象中第二個沒有回答的問題更為微妙,但同樣重要:什麼物理機制選出近似經典的狀態例如一個物體一次只能在一個地方)。

它在極端巨大的希爾伯特空間中是相當特殊。退相干同樣回答了這個問題,它認為,經典狀態就是最堅決抵制退相干的那些態。總的來說,退相干既確定了希爾伯特空間中的第三層平行宇宙,又給它們劃清了界限。

退相干已經無可爭議,在各種情況下都被實驗測量到。既然退相干實際上能起到波函式塌縮的效果,那麼人們就失去了研究非么正量子力學的動機,埃弗雷特的多世界詮釋日益流行。要了解這些量子文獻的詳細內容,可以在泰格馬克和惠勒的文章中找到流行觀點,朱利尼等人的著作中有技術性的回顧。

如果波函式的時間演化是么正的,那麼就存在第三層平行宇宙,物理學家都在竭力地檢驗這個關鍵假設。目前還沒有發現對么正行性的偏離。最近幾十年,巧妙的實驗證明了更大體系的么正性,包括極重的碳60巴基球原子,以及千米尺度的光纖系統。

在理論方面,一個反對么正性的重要爭論涉及黑洞蒸發時可能的資訊丟失,這意味著量子引力效應是非么正的,從而使波函式塌縮。但弦理論上的一個突破,叫做adscft對應的理論指出,量子引力也是么正的,在數學上它和一個低緯的無引力量子場論是等價的。

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