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宇宙暴涨超光速之谜:什么是宇宙?光速为什么恒定?

时间:2020-12-08 16:51:10

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宇宙暴涨超光速之谜:什么是宇宙?光速为什么恒定?

前几年写的文章,现在再整理一下,我直到现在都非常相信宇宙暴涨或许就是量子纠缠网络的“扩张”:宇宙大爆炸形成了纠缠时空网,宇宙并不是像气球那样膨胀,已有气球的膨胀,而是有点像北方冬天窗户上的冰花的生长,不断吞并原本虚无中就存在的量子比特(也就是常说的时空原子)。宇宙暴涨速度就是量子纠缠速度,所以宇宙大爆炸速度超光速。当然宇宙膨胀速度也是量子纠缠速度,与光速不同,量子纠缠速度并不是一个固定的值。

1927年,比利时天文学家和宇宙学家勒梅特首次提出了宇宙大爆炸假说。1929年,美国天文学家哈勃根据假说提出星系的红移量与星系间的距离成正比的哈勃定律,并推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说。1946年美国物理学家伽莫夫正式提出大爆炸理论,认为宇宙由大约140亿年前发生的一次大爆炸形成。上世纪末,对Ia超新星的观测显示,宇宙正在加速膨胀,因为宇宙可能大部分由暗能量组成。

宇宙大爆炸假说是现代宇宙学中最有影响的一种学说。它的主要观点是宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前一次大爆炸后膨胀形成的,宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里,宇宙体系在不断地膨胀,使物质密度从密到稀地演化,如同一次规模巨大的爆炸。

但是宇宙大爆炸理论对宇宙形成早期的判断可能有误,于是又有人提出了宇宙暴胀理论。麻省理工学院阿伦·固斯提出了“暴涨宇宙模型”。他认为,早期的宇宙不是象现在这样以递增的速率膨胀,而是存在着一个快速膨胀的时期,宇宙的加速度膨胀使其半径在远远小于1秒钟的时间里增大了100万亿亿亿(1的后面跟30个0)倍。

暴涨模型还能解释为什么宇宙中存在着这么多物质。在量子理论里,粒子可以从“粒子——反粒子对”的形式从能量中创生出来。这些粒子和反粒子具有正能量,而这些粒子的质量产生的引力场具有负能量,宇宙的总能量为零,这保证了能量守恒不被破坏。在暴涨时期宇宙体积急剧加倍的过程中,可以制造粒子的总能量变得非常之大。

也就是说大爆炸中的基本粒子和高温起源于一次爆发力更强、时间更短暂的加速膨胀过程——暴胀(inflation)。暴胀发生在大爆炸之前,确切地说,暴胀发生在宇宙诞生后的10^(-35)秒至10^(-33)秒之间,在这么短暂的时间里,整个宇宙的尺寸膨胀了10^26倍。比如,某一块宇宙的区域在暴胀前的尺寸是一个原子核的大小,即10^(-15)米。暴胀之后,这个区域的大小就变成了10^11米,也就是1亿千米,接近地球到太阳的距离了。宇宙暴胀时,确实是超光速的,但并不违反相对论,因为量子纠缠的速度与光速完全是两个不同的概念。宇宙刚诞生时,空间比光能够跑出的范围更大,这叫做视界疑难。

1965年,两个美国工程师彭齐亚斯和威尔逊在给天线除噪声的时候,发现了一种无处不在的噪声,跟大爆炸理论预言的微波的特征非常吻合。科学家认为他们发现的正是大爆炸的遗迹——宇宙的微波背景辐射。于是,他们在1978年分享了诺贝尔物理学奖。

现在已经有很多科学家认为,时空本身就是量子纠缠的结果。已经有人成功推导出了爱因斯坦方程即等效原理,这为时空动力学以及时空几何可以从纠缠量子比特中生成提供了证据。如图:独立粒子(点状)与其他粒子相互纠缠。这些纠缠对又与其他纠缠对相互之间纠缠。随着更多粒子之间纠缠,时空的三维结构也就生成了。

麻省理工学院教授的塞思•劳埃德(Seth Lloyd),发现当粒子相互纠缠程度增加时,原本用来描述它们的信息会逐渐转变成对所有纠缠粒子的整体描述。最终,关联会包含所有信息,单个粒子的信息则归于消灭。

这种时空猜想的科学家们给时空的基本单元起了一个名称“时空原子”,我认为可能就是原本虚无真空中的“量子比特”。现在有理论认为,构成宇宙的基本单元是量子比特,多个量子比特组合构成了弦,弦又是我们通常说的微观粒子的基础。也就是说,宇宙的基本单元是信息,信息是物质的基础。

原本虚无中并不存在时间和空间,但存在着量子比特,量子比特之间相互纠缠形成弦,即微观粒子,实际上虚无的真空中不停的产生各种成对的物质粒子,但很快又湮灭了,也就是说量子比特之间的纠缠是一个很正常的现象。新生粒子的量子比特继续与虚无中的其他量子比特纠缠,不断扩张,这个过程就是时空诞生的过程。

随着更多量子比特之间纠缠,时空的三维结构也就生成了,并且形成了纠缠的时空网,宇宙诞生了。可以说宇宙大爆炸之前的那段宇宙暴涨以及后来的宇宙膨胀并不像吹一个气球那样,而是纠缠时空的快速生成,已经存在的纠缠时空又不断吞并新的量子比特,这是纠缠时空网络扩张的过程。由此也可以推断出:宇宙暴涨以及宇宙膨胀速度其实就是量子纠缠速度,而且量子纠缠的速度也不是恒定的。

狭义相对论中尺缩效应的本质是什么?狭义相对论推论中有个关于空间的尺缩效应,还有关于时间的钟慢效应。有几个说法,如测量造成的、观测造成的,甚至还有微观粒子压缩了之类的说法。

这里面测量造成的、观测造成的比较可信,我想有可能是信息传递造成的,信息是以光速传递的,两个具有相对速度的参照系之间,信息的传递会有多普乐效应。多普乐效应,就是波在传递信息时会有频率变化,比如一列火车呼啸而来,声音越来越尖锐,频率越来越大。

不过有的人说因为是多普乐效应,所以否定相对论那肯定是认知有问题。一个理论的正确,并不是追根问底,而是对已知信息的意识工具化加工,相对论就是这样一个标准范式创建的理论。一个自然现象,可以创建完全不同的理论去解释,并且还能推导出新的推断,并且得到观测上的检验。

多普乐效应来解释相对论效应,换了一种思路,当然也有可能更加深刻认识“时空”的本质。我感觉信息是时空的基础,认识了信息,也就认识了时空,认识了时间和空间。

如果给宇宙下一个定义,宇宙就是一个扩张的量子比特纠缠网络,它不断纠缠吞并新的虚无真空中的量子比特,形成宇宙膨胀。

从认识论上考虑,当我们看到苹果从树上掉下来,发生过了以后,不会再“回放”,苹果下落的过程本身也是一种“存在”,这种存在应该是信息。而苹果当然是物质,我们能看到它们应该也是信息的感应。或许下落的过程这种存在和苹果本质上都是一回事,但下落的过程在宏观角度看,时间的箭头是单向的,而苹果这种物质“信息”似乎“摆脱”了时间箭头。这块或许是值得深思的。现在还有一个问题,光速为什么恒定?

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