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1700879397 时间重生:从物理学危机到宇宙的未来 [:1700877006]
1700879398 空间可以是假象,但时间一定是真实的
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1700879400 在解决反问题的过程中,我们学到了两个关于时间的重要经验。
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1700879402 第一个经验是,空间很有可能从一类量子宇宙模型中演生出来,这类量子宇宙模型假设全局时间确实存在。
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1700879404 动态三角刨分就是这类模型的示例。如前文所述,三角刨分指的是将一堆三角形相互连接,从而构造诸如球形穹顶之类的平面(见图15-6)。我们也可以通过类似的方法构造三维弯曲空间。需要连接的不是三角形,而是其三维对应——四面体,动态三角刨分将这些四面体视作基本的空间原子。量子几何不再由图来描述,而由四面体之间面对面的黏合方式来描述。[21]上述空间位形可根据一套规则随时间演化。从中,我们可以构建出一个由离散四面体组成的四维时空(见图15-8)。
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1700879406 我们有两类动态三角刨分方法:在一类方法中,整个时空都是演生出来的,由时空原子构建,这和块状宇宙图景很像。在另一类方法中,我们假设存在统一的时间,只有空间是演生出来的。除此之外,两类方法非常类似。从结果上看,那些假设了时间真实性的模型演生出了连续的时空。而那些没有全局时间的模型,都受到了反问题的迫害:它们演生出来的,都是些稀奇古怪的几何构造,看上去一点都不像真实空间(见图15-7)。
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1700879411 图15-8 三角刨分过的表面的演化规则
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1700879413 解决了反问题的模型被称作“因果动态三角刨分”,由杨·安别恩和蕾娜特·罗尔创立。这些模型中演生出来的空间拥有部分的真实性,它们具有三维空间和一维时间,图15-9展示了其中的一些例子。因果动态三角刨分中的量子宇宙,在大尺度上,像是爱因斯坦广义相对论的解。它们甚至还能依照爱因斯坦方程,让空间的体积随着时间增大。
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1700879415 当然,还有些问题悬而未决。比如,演生出来的时空是否在细节上也像是广义相对论的解?它是否能够重现黑洞、引力波之类的现象?另一个挑战是,如何理解模型所需的全局时间概念。一个老问题是,全局时间是否违背了广义相对论中时间的多指性(见第6章)?这个问题的新版本是,广义相对论或经过修正的广义相对论,可否由形状动力学重现?我们在第14章中讨论过形状动力学,这个理论和广义相对论等价,却包含全局时间。
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1700879417 第二个经验是,如果空间是演生的,那么更深层次的理论就不可能具备同时的相对性。因为在这个理论中,万事万物都相互连接。在任意两个节点间传送信号,你可能只需区区几步,所以,同步所有时钟就不成问题。于是,在这个更深的层次上,时间必须是全局的。
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1700879422 图15-9 因果动态三角刨分演生出来的典型时空几何[22]
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1700879424 量子关系图阐明了这个经验。在量子关系图中,图拥有数目庞大的节点,任意两个节点间要么相连,要么不相连。任何连接所有节点的图都是量子几何结构中的一员。动力学定律可将连接打开或关闭。人们研究了许多种不同模型,在不同模型中,开闭连接的规则不同。这类模型似乎包含两个相态,和水的气液二相很类似。在高温相中,所有连接都开着,每个节点都和其他节点连接,相隔区区几步。由于信息可以快速且轻易地在任意两个节点间跳跃传播,定域性此时并不存在。在高温相中,不存在类似空间的东西。但如果你降低温度,模型会经历一次相变,进入几乎所有连接都关闭了的冷冻相中。这时的网络和低维空间很像,每个节点都只有很少几个邻居。从一个节点到另一个节点,要经历很多次跳跃。
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1700879426 你可以在量子关系图中加入物质。粒子存在于节点之上。仅当两个节点间的边线处于打开状态时,粒子才可以从一个节点跳到另一个节点。我们还能在这个模型中加入一种动力学,使它体现出作用的双向性,这一广义相对论的精髓——几何告诉物质如何运动,物质告诉几何如何演变。这些模型展示出一些演生空间的特征,同时还会有类似量子黑洞的引力现象。粒子经过这些量子黑洞时,会被捕获很长时间。然而,这些黑洞不是永久的,它会缓慢蒸发,其方式让我们回想起史蒂芬·霍金的黑洞蒸发过程。
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1700879428 在我们判断这类模型是否真实之前,虽然还有许多工作有待完成,但这些玩具模型已经给了我们大量启发。它们显示出,万事万物若要相互连接,全局时间就必须存在。狭义相对论中的同时的相对性是定域性的一个推论。我们无法判断相互间隔的两个时间是否同时发生,因为光速为信号的传播设了上限。在狭义相对论中,仅当两个事件在同一地方发生时,我们才能判定它们是否同时。而在量子宇宙中,每个粒子和其他粒子之间可能都只有一步之遥。从根本上说,一切事物都在“同一位置”,在这样的模型中,同步所有时钟完全不成问题,因此,一个统一的时间可以存在。
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1700879430 空间可以从这样的模型中演生出来,定域性也能从中演生出来,同样,信号传播的速度上限也能从中演生出来。(一些量子关系图模型已经展示了这一演生过程的细节。[23])如果你只关注演生时空中的现象,不细究时空的原子结构,那么狭义相对论就是近似正确的。这再次强调了本章的模型和理论告诉我们的主要教训:空间可以是个假象,但时间一定是真实的。
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1700879432 我们对量子引力的理解还在不断深化。本章讨论的所有理论都具有重要意义。每种理论都告诉了我们一些潜在量子引力现象的要点,这些现象或许能被我们从自然界中发现。每种理论还告诉我们各自的假设的后果、所面临的挑战、可能的应对策略。其中一些较为成功的理论,要么回到牛顿范式,告诉我们如何在盒子中研究量子时空;要么直面宇宙学挑战,直指时间的真实性。
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1700879443 让我们回到那个最为重要、也最为难解的宇宙之谜:为何宇宙适宜生命生存?我们将会发现,回答这一问题的重点在于时间的真实性。如果时间确实是真实的,那么宇宙的某些特征只有在承认时间基本性的前提下才能得到解释。而当我们假设时间是演生的,这些特征就会变得匪夷所思,好似机缘巧合。这样的特征确实存在。观测发现,我们的宇宙有着由简入繁的演化历史。这意味着时间具有很强的方向性——换个说法,我们的宇宙存在时间箭头。如果时间是演生出来的、非本质的,时间的方向性就不大可能存在。
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1700879445 时间重生:从物理学危机到宇宙的未来 [:1700877008]
1700879446 翻越不可能的山
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