光不走直线,在空中乱飞,世界有无数镜像,在波的干涉中存在
人可以自己给自己发身份证吗?当然不能。如果人能够自己定位自己的价值,这个世界就乱套了。
高考的考生自己做题,自己打分,会如何?每一个政府官员都自己认命自己,会如何?
这可以帮助我们理解量子力学是如何从逻辑底层描述我们这个世界的。
》量子力学认为,这个世界在不被我们观察之前,处于一种模糊的不确定状态,而这种不确定状态的分布概率是由波函数决定的。
一个高考的考生的具体的考分,是由考生水平的发挥概率,和阅卷老师对试卷的观察,双重决定的。
物理学家费曼给出了这个世界的另外一种解释,他认为组成我们这个世界的无数的基本粒子实际上是在空中乱飞。
换句话说,太阳光发射出来的光子并不是走直线的,运行的道路是包含在整个宇宙空间的任何一条道路。但是最终确定的只有一条道路,而这一条道路是由最小作用量原理决定的,在数学上表现为在整个路径积分上的能量损失最小,或者是最大(也可能是时间的最小或极大值)。
》最小作用量原理,有的时候又被称为平稳作用量原理,是古希腊哲学家最先提到的一条哲学法则。
这个原理经过费马和欧拉等人的反复阐述,最终成为了数学领域求泛函极值的变分法的指导原则。
在18世纪初的时候,欧拉和牛顿对于光的传播有相反的观点。牛顿认为光既然是一种波,必然在介质中传播的速度快。欧拉通过观察光线在介质中的折射现象认为,光的传播路径是按时间最短的路径,在介质中的折射说明光在介质中的传播速度要慢。
很显然最终欧拉胜出。
费曼对于世界的这个解释,可以回答我们这样一个问题,为什么世界要按代数法则进行运作?
作为数学的三大结构之一,代数最重要的核心的课题就是求函数的极值。所有函数的极值都在切线等于零的拐点出现。
如果最小作用量原理不存在,代数存在的意义就要大打折扣。
》既然微观粒子的运行线路是随机的和不确定的,这个世界的确定性是怎么被体现出来的?
我们可以这样认为:被观察的物体在不被观测之前是随机的和波动的,观察这个物体的系统也可以认为是随机波动的。
在观察者和被观察者相互作用之前,是没有办法彼此确定自己的“身份”的。只有他们相互作用,才可以确定自己的“身份”,当彼此的身份一旦被确定,随机性就退化为确定性。
世界需要相互印证,一对情侣,只有双方同时承认对方的身份,情侣关系才有效。
在电子双缝干涉实验中,观测并没有改变电子的任何运动规律,也没有引起波函数溃缩。观测只确定了观测系统和电子相遇的位置!
可以认为世界是同时存在于空间的各个可能性上的。这就像在一个房间中,四面八方都是镜子。我们在任何一个方向上都可以看到在房间中的物体,这个物体最后存在于房间中的位置,是由我们最后寻找到它的位置决定的。
这就是量子力学中的无限镜像宇宙,也可以认为是平行宇宙的一个版本。
按照大科学家玻尔的看法,我们只能看到这个世界的现象,也只能验证这个世界的现象。
》在宇宙学中,也有一个平行宇宙。
平行宇宙理论的产生,是由于广义相对论有一个缺陷:广义相对论描述的宇宙大爆炸,描述的物质分布在大尺度上是不均匀的,这和天文观测的数据不符合,相差达到10的6次方倍。
广义相对论描述的是正常意义上的爆炸:在离爆炸点越远的地方,爆炸的碎片会越少,物质分布越稀疏;离爆炸点中心越近的地方,爆炸的碎片会越多,物质分布越密。
实际上,宇宙在大尺度上,在任何一个地方物质的分布都是均匀的。
这说明,我们的宇宙爆炸最初的那一瞬间,肯定发生了什么超乎寻常的事件,使得物质在整个宇宙空间的密度分布,表现出均匀的状态。
》科学家们发展出一种被称为爆涨理论的大爆炸学说:宇宙最初的那一瞬间,空间的膨胀速度远远超过光速,达到了光速的三十几次方。
我们知道宇宙之间存在着四大基本作用力,电磁力,强互作用力,弱互作用力和万有引力。
根据规范场理论,这些力的传播都是由媒介子引起的,所有的媒介子的传播速度都不能超过光速。
虽然还没有发现所谓的引力子,但是对引力波测量的结果和广义相对论的预言都认为引力的传播速度是光速。
宇宙大爆炸之初超光速膨胀的结果,让物质之间的联系被割裂,这些被割裂的物质分布在无数个独立的空间中。每一个独立的空间演化为一个独立的宇宙。
》平行宇宙的概念:有无数个极端相似的宇宙,必然有很多宇宙与我们这个宇宙完全相同。
按照量子力学的观点,两个完全相同的宇宙是不可以分别彼此。当两个宇宙完全相同的时候,一个人可以同时存在于两个宇宙。
两个类似的宇宙可以在状态完全相同的时候重合,又可以在状态稍有不同的时候分离。如果这种事情发生,我们会发现以下的现象:和别人一起经历过的一件事,我们自己印象深刻,而别人对此毫无印象。
正是因为有了平行宇宙和无限镜像宇宙的存在,我们这个世界才变成了既有确定性又有随机性,甚至有相互穿越的意外。