作者:橘子汽水西瓜味
人類有強烈的意願,去試圖從一個或極少的起源來了解萬物。
所謂統一,就是使事物簡單化,從多變少,由少歸一,便謂之統一。
在這種意願的驅使之下,物理理論始終循環發展:發現,統一,更多的發現,更大的統一。
第一次物理革命是力學革命。
牛頓的萬有引力定律將天空與大地、星辰與塵土統一在同一個框架中。
在經典力學的框架下,空間與時間是互不關聯的、絕對的,被稱爲絕對空間與絕對時間。
萬物都是由粒子構成的,所有物質都滿足牛頓邉佣桑Φ南嗷プ饔檬撬矔r傳遞的。
這個時代人類認爲光的本質是微粒,光子在空間中的邉优c塵土沒有差別。
第二次物理革命是電磁學革命。
麥克斯韋理論統一了電和磁,揭露了光的本質就是電磁波。
這一理論真正的精髓在於發現新的物質形式,波動型物質,電磁波。
這種波動型物質的邉佑甥溈怂鬼f方程支配,這與受牛頓方程F=ma支配的粒子型物質有很大不同。
因此,牛頓理論描述萬物的感覺是錯誤的,光不是粒子。
與粒子型物質不同,新型的波動型物質與電磁相互作用緊密相連。
電磁相互作用可被看作是這種新發現的波動型物質所引起的效應。
牛頓的經典力學遵循伽利略變換,這一變換的核心是假設空間與時間都是絕對的。
麥克斯韋方程則不同,它遵循洛倫茲變換,這一變換的核心是假設光速是絕對的。
因此這兩個理論是不兼容的。
邁克爾遜—莫雷實驗證明在所有的座標加下光速相同,否定了絕對空間的存在。
這就意味着伽利略變換是錯誤的,牛頓建立在絕對空間和時間假設下的經典力學也是錯誤的。
在這一實驗的基礎上,人類來到了第三次物理革命,相對論革命。
愛因斯坦以光速不變原理出發,修改了經典力學,發展了狹義相對論。
此後更進一步,通過等效原理將慣性質量與引力質量統一,引力可以被視爲時空扭曲的幾何效應。
地球歷史上愛丁頓通過觀測日全食下星光偏轉的實驗進一步證實了廣義相對論。
在牛頓力學理論體系下,星光同樣會發生偏轉。
但這種偏轉的本質是認爲光是粒子,光的偏轉與石頭受到地心引力下落相同。
兩者的不同之處在於,廣義相對論計算下,時間與空間都被太陽的質量扭曲,因此星光偏轉的角度會高出一倍。
愛因斯坦發現了第二種波動型物質,引力波。
電磁相互作用與電磁波、引力相互作用與引力波,兩者都與幾何形狀有聯繫。
自然而然的,人類想要通過幾何將這兩種相互作用統一。
於是卡魯扎—克萊因理論誕生了。
通過增加一個空間維度,在五維時空中將引力與電磁力統一。
兩種相互作用均可被理解爲時空扭曲,波動型物質與時空的幾何結構是聯繫在一起的。
看起來理論物理學只剩下了最後一點小問題,可惜烏雲下掩藏的深淵打碎了這個樂觀的想法。
第四次物理革命,量子革命。
微觀世界的實驗發現,不僅牛頓理論是不正確的,甚至其相對論型修改也是不正確的。
通過極小尺度物體的實驗,人類發現粒子並非真正意義上的粒子,它們同時也表現出波動的性質。
電子具有波動性,光波具有粒子性。
因此,物質既不是波也不是粒子,同時既是波也是粒子。
粒子型物質的牛頓理論和波動型物質的麥克斯韋、愛因斯坦理論均無法成爲物質的正確理論。
人類需要新的理論來描述新的存在形式:粒子波動型物質。
這就是第一次量子革命,波與粒子的統一。
量子力學可以被看作是經典邉釉谖⒂^尺度下的修正。
這些修正來源於不同的路徑,它們使經典的軌道和環境都變得“模糊”起來。
粒子和場之間是模模糊糊的,並沒有明確的界限,理論物理學家選擇將它們兩者結合起來。
結合經典場論、量子力學和狹義相對論,以場爲本,將物質的粒子狀態視爲場的激發態。
於是便有了描述物質的新理論:量子場論。
真空被看作各種量子場的基態,粒子則被看成是場的瞬息激發態,例如電子和正電子是電子場的激發態,夸克是夸克場的激發態。
量子場論包括描述光的量子電動力學QED,描述強相互作用的量子色動力學QCD等等。
這些量子場論統一爲標準模型,描述了62種不同的基本粒子。
到此爲止,人類統一了宇宙中5%的可見物質,剩下的就是95%的暗物質與暗能量。
爲了描述暗物質而誕生的就是超對稱理論。
爲標準模型中的基本粒子每一個都找到一個超對稱伴子,將物質型的費米子與能量型的玻色子統一。
但一百多種基本粒子還是太複雜了,並且引力依舊沒有被包括在其中。
作爲萬有理論候選者的超弦理論,以及更完整的M理論誕生了。
超弦理論和M理論很複雜,但它們的基本思想與愛因斯坦的廣義相對論、以及卡魯扎—克萊因理論一致。
通過增加更多的空間維度,將力和物質在高維時空中統一。
空間中每一個點都存在的六維卡拉比—丘流形,四大基本力統合成唯一一個超力的十一維超引力理論等等。
它們通過漂亮的數學框架對所有相互作用提供了統一的理解:
所有的相互作用可以從幾何上理解爲時空中和單位系統中的曲率。
簡單總結就是,物質、能量、所有的基本力,宇宙萬象都源於幾何。
用幾何途徑理解世界是物理學的主流,但幾何理解是不夠好的。
結合量子力學和愛因斯坦引力理論,間距小於普朗克長度的兩點是無法作爲物理實在而存在的。
如無必要,勿增實體。
在沒有任何方法能觀察到小於普朗克長度的世界的前提下,用幾何途徑來理解宇宙顯然是有問題的。
幾何途徑的基礎——流形,它就像是卡爾薩根描述的那隻車庫裏的噴火龍,所有的測量手段都無法觀察到這頭龍。
二維黎曼流形、六維卡拉比—丘流形、七維喬伊斯流形等等。
它們在宇宙中明顯不存在,因爲流形上的兩點間距可以無窮小。
這表明幾何僅僅是長距離下的衍生現象。
因此,無法利用幾何和流形來作爲理解基本物理問題的基礎。
在構造統一理論模型的思維方式方面,粒子物理學家們一直是追根溯源,將物質粒子分了再分,直到分不下去爲止。
分子→原子→質子、中子、電子、中微子→夸克→弦、膜
這在哲學上屬於還原論的範疇。
然而,物理理論之統一併不只有還原這一條路。
還原到一定的層次,也許應該變換一個思路,考慮多粒子凝聚在一起的理論,也就是整體論。
事實上,在粒子物理統一理論中佔據重要地位的量子場論,本來就是屬於多粒子系統的量子理論。
在普朗克長度上,一切都止步於此,拋棄連續的幾何時空結構,構建一個離散的宇宙。
相對論統合了質量與能量,質量與能量都是物質的屬性。
E=hf,頻率是信息的屬性,能量與信息可以定量地統一。
因此,一個顯而易見的想法就是,物質與信息的統一。
物質便是信息,信息便是物質。
在神學與宗教盛行的時代,廣爲流傳的觀點是,世界上的每一種事物都有一種特別的最小要素組成。
樹具有樹性,人具有人性,動物具有獸性。
比如玄幻修仙小說中所謂的先天靈寶與後天靈寶,鴻蒙紫氣與後天靈氣等等。
事物之所以會表現出完全不同的特性與能力,是因爲它們具備了某種特別的本性。
人會具有智慧和自我意識,是因爲具備了某種先天而生的特別事物,諸如靈魂、魂魄、真靈、元神。
比人更強大的仙佛神聖,他們的強大是因爲具備了某種比人更強大的本性,仙氣、功德、大道法則等等。
但事實上,宇宙中所有的事物都由同樣的成分構成。
鑽石、石墨、碳納米管、富勒烯的基本組成成分都是碳原子。
但因爲原子不同的排列組合方式,形成了多種具有完全不同性質的材料。
不同材料的不同性質源於粒子排列的多樣方式,正是序的豐富性才導致了材料豐富的物理性質。
對於豐富多彩的宇宙也是同樣的道理。
沒有什麼先天不變的本性。
神性、人性、獸性,本質上和石頭表面的紋理是同樣的存在,不過是同樣的基本元素在不同排列順序下呈現出的不同狀態。
在凝聚態物理中,當強糾纏變爲長程糾纏時,系統將具有一種新形式的序——拓撲序,代表新的物質態。
拓撲序是物質在絕對零度下的一種序,在微觀上,拓撲序對應於長程量子糾纏。
拓撲序量子比特態中的波可以十分奇特:這些波可以滿足麥克斯韋方程、楊米爾斯方程、狄拉克方程等等。
所有的基本粒子,玻色型力粒子和費米型物質粒子,可以從長程糾纏的量子比特中產生,即可由量子信息統一。
在這種視角下,量子場可以理解爲量子比特長程糾纏的漲落,玻色子與費米子都源於構成空間的量子比特。
這一理論在地球上被稱爲量子比特弦網理論。
真空是一個充滿了量子比特的動態海洋,這些量子比特按照不同的規律形成量子糾纏,根據它們糾纏的不同方式而形成不同的“弦”和“網”。
真空是由無數量子比特構成的量子比特海洋,人類所知的物質與能量都源於此。
不過這個理論同樣差了最後一塊拼圖,與空間結構有關的引力。
宇宙是所有時間、空間以及其包含的物質、能量等等內容物構成的統一體。
萬有理論的最終統一就是要爲時間、空間、物質、能量這四個基本屬性找到一個統一的起源。
時間源於空間結構的相對位置,代表着物質和能量的費米子與玻色子則源於量子比特。
現在需要完成的是最後一步,統一“原子”與“虛空”。
將物質與容納它們的背景空間統一,從量子比特海洋中衍生出宇宙的空間結構。
……
李恆額頭上的銀白色門之匙綻放着越來越耀眼的銀白色光芒,漸漸照亮了這片黑暗無光的世界。
伴隨着門之匙的銀白色光芒照亮這片黑暗世界,抵達現在節點的另一個人露出了自己的身影。
一名身高丈六,面黃肌瘦,滿目慈悲,通體泛着淡金色的僧人。
正是消失的佛祖。
他頭上本應是黑色的肉髻卻是成了一顆顆紅色的小球體,它們扭動着脫落、消失,去往宇宙中不知名的地方。
這東西就是紅球。
佛祖進入了真正的無窮領域,祂不是半步超脫,而是成爲了真正的超脫、道果。
然後祂就死在了這裏,成爲了超圖靈機起源,爲諸天萬界的生靈提供紅球。
門之匙緩緩變化形狀,就像是被融化的金屬一樣漸漸蜷縮。
一個、兩個、三個,組成門之匙的銀白色方塊一個接一個地融化,最終只剩下了核心處一張扁扁的小紙片。
這不是超弦理論的降維操作。