时间箭头存在吗?量子涨落模型细谈

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时间箭头存在吗?量子涨落模型细谈


最近小编读了由英国科普作家约翰·格里宾所著的《寻找多重宇宙:平行宇宙的疯狂世界》,对宇宙学和量子力学中的一些观点也颇有感触。而小编今天想向大家介绍最让人觉得不可思议的量子涨落。

时间箭头存在吗?量子涨落模型细谈

量子涨落

首先我们要接受量子涨落这一符合相对论的模型,我们要抛弃一些旧观念——“时间之箭”。霍金将时间比作有方向的箭头,而他将时间箭头分为热力学时间箭头,宇宙学时间箭头以及心理学时间箭头。这三个时间箭头分别对应:熵增原理(又称热力学第二定律,大概指整个宇宙趋于无序状态),大爆炸模型

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宇宙大爆炸

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宇宙大爆炸

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(我们的宇宙以大爆炸为开端),人体对时间的感觉。

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熵增原理

可时间箭头真的存在吗?甚至时间存在吗?

这也是热力学之父玻尔兹曼所想的问题。他之所以会思考这个问题,是因为微观世界不存在我们在宏观世界所观察和体会到的时间箭头。试想我们在一个密闭盒子中均匀的充入某种气体粒子,我们对粒子的活动进行观察并用微观摄像机进行记录。我们将录像前进和后退相同时间,会发现后退和前进时粒子活动状态会几乎相似!这就粗略地说明在微观世界不存在时间箭头。如果我们用摄像机录下爆破一座大厦的过程,后退时的画面就好似时间倒流了一样。这样对比看好似微观世界并不存在时间箭头。让我们再试想一下,我们在密闭盒子中加入隔板,一边充入气体粒子,一边抽真空,全程用微观摄像机记录。当我们把隔板抽开时,气体粒子会向真空移动直至均匀分布。我们此时将画面倒放,我们会看见违背时间箭头的画面——气体由均匀到集中于于一半的盒子。这好像违背了熵增原理。微观世界好像确实存在时间之箭。我们再扩大至我们的宇宙,让我们试想宇宙中的熵一直增加,熵增伴随着能量的流动从高能到低能,最终一定会有个时候宇宙中的热量会处于一个均值,这时我们称之为热寂。这时不会有能量流动,就不存在熵增原理即违反了热力学第二定律。这样一个假设就否定了时间之箭的存在,因为有时间之箭,宇宙就会趋于热寂,而热寂不符合我们一切假设的基石——熵增原理。

这时科学家们找到了一种解释,这就是量子涨落。

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量子涨落

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量子涨落

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量子涨落

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回到盒子的那个模型,我们可以换一个角度进行思考,在密闭盒子中均匀分布了气体粒子,总会有一个概率使得所有粒子集中与盒子一半的区域,而科学家粗略计算只有十的五百次方分之一的概率会观察到这一现象。而此时科学家建立了量子涨落的模型。他们大胆推测宇宙就在这个涨落中。首先我们来理解涨落。我们计算1,0,-1三个数字的平均为零,我们将1看做正能量,将-1看做相等的负能量,那么这个系统总的平均能量为零,这个现象就为涨落。有人会问:有负的能量吗?还真有。引力就是个例子。上世纪60年代末,有人想到一种可能性:物质或能量的万有引力本身具有负的能量(因为引力是吸力,假设无限远的势能是0,那么当物体靠近后因为引力做功使得其势能为负值)。当涨落产生的能量产生的瞬间,它又产生了一个引力场,引力的负能量与物质(或能量本身)对应的正能量互相抵消,使整个系统看起来并没有多出能量,所以没有违反能量守恒定律。我们可以想象置身于一个大尺度的宇宙中,总体的能量均匀分布,而存在两个甚至多个每时每刻具有等量相反能量一一对应的宇宙。我们人类就置身于正能量的宇宙,并且在距我们永远无法抵达的距离之外(目前我们可最远观测的事物是距我们137亿光年外的天体,这些天体发出的光以光速走了137亿年来到地球)有一个和我们向对的宇宙,这个宇宙中的一切和我们宇宙中的一切一致,只是我们看这个宇宙在时间倒流,

它的“时间箭头”和我们相反!这是一个动态平衡。我们甚至可以给时间一个新的定义——在一个大尺度宇宙下短暂的量子波动状态(熵增状态)所给予我们的感受,而时间之箭只是量子涨落所呈现的结果罢了。而这一理论为时间旅行,甚至多元宇宙带来了希望。

小结:宇宙带给我们无限的想象,而我们人类也即将逼近物理学带来的万物之理——大统一理论。我相信我们人类终会破解宇宙的密码!


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