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能量和熵的分离,一个全息的宇宙

已有 1026 次阅读 2023-12-8 22:04 |个人分类:我思故我在|系统分类:观点评述

    对于黑洞的思考,使得我陆陆续续写出了五篇博文,这是最后一篇。这里边有很多是已经有的观点,少数是我自己的想法。当然这些自己的想法,也可能早已经出现在了他人的想法中,只是可能还无法明确的出现在文章之中。等以后我再进一步思考黑洞的时候,我会进一步的说明这些有趣的观念。

    有一点要强调,黑洞不是我们的日常所经验到的物体,在我们的世界中想要发现这个奇物,只能是非常偶然的遭遇才可能。(如果真的有一个黑洞从宇宙的深处来到了太阳系,对于我们来说也可能是一场灾难)我们会更进一步的探索更加微观的世界,但是这和发现一个黑洞还非常遥远。如果不是天体物理上的实验观测,可能不会有人会相信存在黑洞这样奇怪的物体。

    1900年普朗克发现了量子,开启了量子时代(物理学的第二代),到今天我们已经开始利用量子技术。从普朗克发现量子,到量子力学的诞生经过了25年,这是非常迅速的,因为有大量的实验支持这种智力上不可思议的转化。五十年前,贝肯斯坦和霍金,通过对黑洞的思考,发现了黑洞有熵和温度,特别是黑洞的熵与它的表面成正比,这开启了物理学的新时代,相当于普朗克发现了量子。(基础物理学实际上已经进入了第三代)但是,由于我们无法在实验上给出更多的线索,导致新物理学无法精确的建立起来。但是五十年过去了,各种理论探讨依然把我们带到了不可思议之地。贝肯斯坦和霍金都没有获得诺贝尔物理学奖,是一个让人感觉非常糟糕的事情。

    即使在经典物理学,我们也已经意识到,最重要的物理量可能是能量和熵。能量是可以彼此转化,并且守恒的。这是一个微妙的结论,关键是它第一次指出了我们的宇宙在最微小的层面上存在某种一致性。古希腊哲学家巴门尼德就指出来,我们所看到的一切的变化,实际上都是不变的。那么为什么有变化呢?德谟克利特说,这是因为世间的一切最终都会分为不可再分的微小原子,当他们不断组合变化时,变化就发生了。

    物理学的发展,似乎不断地证实巴门尼德和德谟克利特的想法,变化中有不变,不变中有变化。如果这个世界只有能量,那么什么都不会变,是粘稠的不可区分的一团,甚至是一个点。宏观物体由大量的原子构成,毫无疑问是最重要的观念之一。玻尔兹曼的深刻洞见,使得人类对于世界的理解不断加深,也许我们会不断的提升玻尔兹曼在物理学史中的地位。

    我们的世界为什么会不断地可分,为什么会有各种不同的存在方式?我们现在还没有明确的答案。在黑洞这样的奇物之中,我们不仅看到强大的引力让能量聚在了一起(我更倾向于能量本身就喜欢聚在一起,或者能量本身就是一体的,就是那个1),而且黑洞的熵正比于它的视界面积,使得我们意识到普朗克之网的存在,这世间一切的不同和信息,原来都刻画在了这张网上。

    如果黑洞有内部,这意味着内部的结构可以完全由表面的信息所刻画,这第一次给出了全息的图景。这极其不可思议。这意味着我们的宇宙,实际上是虚幻的,或者是一个表现的全景,而在这个全景的另一部分,其实刻画在普朗克之网上。黑洞的内部是没有熵的,所以内部有着完全明确的结构。这非常奇特。

    在这里,我认为,能量和熵分开了。这是一个奇景,但是并不奇怪,因为实际上量子力学中就已经指出了这个。在量子力学中,一个奇怪的核心,就是构造量子系统的哈密顿量,如果没有时间的时候,就求解它的本证方程。在这里,能量的本征值和本征函数是关键。在量子力学诞生的年代,所有人都在奇怪波函数究竟是什么。我们实际上是不能直接测量波函数的,但是(我是这么认为的)波函数是存在的。我也一直很奇怪这个奇妙的幽灵究竟是什么。

    在这个本征方程中,第一次揭示了能量和熵的分离。能量的本征值代表着这个量子系统能出现的能量,而后边的本征函数代表着这个量子系统所可能包含的信息。波函数没有能量,所以不能被我们直接探测到。虽然奇妙,但是我们需要承认这一点。如果我们的世界就是一个全息呈现,那么波函数似乎就不那么难以理解了。

    在广义相对论中,是能量决定了时空的弯曲,也是一边是能量,一边是信息。过去十几年,一些研究者也发现,引力看起来好像是规范作用的平方,这应该也不是巧合。我们的世界,在本质上,能量和熵是分离的,能量是不能区分的。但是普朗克尺度的量子比特(我们还不知道这是何等奇物)把能量塑造成了各种奇特的样子,组合成了我们不可思议的世界。

    这就是普朗克尺度的造化之力,如果我们人类能达到普朗克尺度,找到普朗克之网,也许就可以自己创造新的世界。(当前有理论说,引力和时空是量子纠缠的结果,如果改变这些纠缠,自然就会创造新的时空)当然这些普朗克之网,虽然在普朗克尺度的时候才会明显的观测到,但是在小尺度的时候,它们也是存在的,只是我们还不知道如何发现它们。(也许在原子核中就可能存在!!!)

    当前的物理学的发展,已经开始非常玄妙,不但看起来像科幻,实际上更像是玄幻,但是这些猜测都不见得是不可能的,实际上已经几乎是现实了。

   



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