今天在Scientific American 看了一篇文章，我觉得还满有意思的， 不知道能不能在这里分享？这篇文章非常有趣， 原文标题是 "The Self-Organizing Quantum Universe"，在讲述如何把因果关 系加入量子力学理论的时空模型来模拟宇宙发展。在过去以电脑模 拟计算的量子时空模型中，宇宙不是扭成一团就是极端扁长，而且 维度也极不稳定，与现实不相符。这三个科学家决定重建一个简单 模型，但不同的是这次把古典理论中的因果关系加入模型中，在没 有加入任何对称性或预设的结构形状下，他们在巨观层次中成功的 模拟出符合现实宇宙的四维时空模型，但在微观层次中量子的时空 波动效应又远超过古典物理而符合量子理论。 我做了简单的摘要，我不是学物理的人，如果哪里有错误还请指正。 Using Causality to Solve the Puzzle of Quantum Spacetime [Scientific American Magazine] 原文网址：http://0rz.tw/0c4pe Key Concepts * Quantum theory and Einstein's general theory of relativity are famously at loggerheads. Physicists have long tried to reconcile them in a theory of quantum gravity—with only limited success. * A new approach introduces no exotic components but rather provides a novel way to apply existing laws to individual motes of spacetime. The motes fall into place of their own accord, like molecules in a crystal. * This approach shows how four-dimensional spacetime as we know it can emerge dynamically from more basic ingredients. It also suggests that spacetime shades from a smooth arena to a funky fractal on small scales. 以下为重点摘要： 1. 过去用电脑模拟的量子模型皆无法达到霍金等物理学家的预期，无 法印证现实宇宙。 2. 在欧基里德量子力学 (Euclidean quantum gravity)中，霍金及大 部分量子力学家认为时间只是想像的，时间与空间是被同等看待的， 量子模型中以四个空间方向取代传统一时间、三空间维度的模型。 3. 本文三位科学家认为问题出在缺乏因果律的建立。因此他们决定重 新建立一个简单模型，但是决定在这模型的最初期中就为每个单元 (simplex) 加入一个表示过去到未来时间方向的箭头。接着，每个 单元在建立时必须接合在一起，使时间箭头保持同方向性。单元按 照这样的规则渐次展开，空间随着时间进行而发展，而时间不能静 止，也不能倒退。 4. 在决定采用因果律的策略以後，他们以非常简化的模型来模拟巨观 的空间层级，在2004年第一次模拟出符合当前宇宙形状的四度空间 模型。这是他们一系列模拟实验的第一步，接下来他们还会加入爱 因斯坦的宇宙常数(cosmological constant) 以更符合现实，他们 认为这是好事，目前已有宇宙常数被观测到的证据。 5. 对科幻迷来说可能遗憾的是，到目前为止他们的模型中时空依旧是 不断延续的，并没有出现虫洞，也没有出现像John Wheeler等物理 学家想像的泡沫状时空。 6. 在极小的微观层次中维度从四减为二度，虽然模型遵守量子效应， 但是距离的观念依旧存在。在他们的模型中，微观的结构是不断自 我重复自身结构到更小的尺度，直到无限小(还满单调无聊的)。 7. 这个实验本身只是利用电脑模拟的技术来处理量子力学宇宙的老问 题，但是电脑模拟的角色是非常重要的，其巨量的模拟结果是物理 学家在纸和笔上很难想像出来的。 8. 另外一个很重要的观念是，本模型实验的建立是从极小且极简化的 单元规则开始展开计算，而呈现出巨观上的突现(Emergence) 结果。 作者还特别以生物的Emergence 现象举例来比喻量子微观效应与古 典物理学巨观宇宙之间的关系。作者的原始标题 (新标题是编辑加 的) 是"The Self-Organizing Quantum Universe"，便用上了突现 现象中常谈到的词汇「自我组织」。 ※ 编辑: djarum 来自: 210.64.176.100 (06/27 03:44)