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多重宇宙，时间箭头，宇宙起源,0610182 安琳,热力学第二定律 一个封闭系统的熵永远不会减小，熵——度量一个系统混乱程度的物理量 熵：联系同一种宏观状态和它所有的微观状态数目即公式： 宇宙初熵极低！ 随机系统选中低熵状态的可能性很小 为何宇宙之初呈现一种概率很小的低熵状态？ 初始低熵决定了宇宙的时间箭头——即所谓时间开端！ 除热力学第二定律公式之外，任何其它物理公式都没有表现出时间上的不对称性，人为假定时间箭头是否合理？ 即使粒子衰变过程在某一时间方向上比另一时间方向上要频繁，但是其衰变过程为可逆过程，与时间箭头无关熵之谜,引力作用忽略时： 此时均匀分布的粒子系统——平衡态——拥有高熵在多粒子系统，各种粒子相互之间均匀分布意味着宇宙没有现在的星系等有序系统！ 引力不可忽略时(有限空间)： 此时粒子均匀分布反而熵较低，引力会使粒子聚集成恒星和星系，与热力学第二定律相符最终此时熵较大对应的状态是一个黑洞(霍金证明黑洞完全符合热力学第二定律，且会辐射并蒸发) 黑洞辐射蒸发，说明它还不是最大熵值，蒸发殆尽所形成的平衡态是熵极大值，此时该区域”空无一物”！(但存在暗能量),宇宙的平衡态——虚空,暴涨理论： 超致密暗能量导致宇宙在短时间内以超乎想象的速度膨胀(速度超过光速！)，之后暗能量衰变为我们可观测的能量和物质。

残留的暗能量在宇宙中均匀分布着 可以据此得出猜想I(见后) 成功之处： 解决了相距较远的独立区域中物质密度高度一致的现象 暴涨发生后所留下的一个炽热、致密、“均匀”的宇宙微波背景辐射 观测上发现的宇宙物质密度的微小涨落现象 问题： 超致密暗能量的熵比由它衰变来的炽热、致密气体低得多！单一种类粒子系统均匀分布的熵要比多种粒子均匀分布的熵要低前提是粒子数相同 暴涨将低熵状态推进一步，没有解决时间箭头问题！,暴涨之无力(I),宇宙的起源： 假设宇宙最初处于高熵状态，即最概然状态！就是我们之前所说的“空无一物”的特殊状态 由于存在暗能量，量子场的涨落不会使宇宙温度为零，会有单个粒子甚至一团粒子突然出现，但会很快消散在真空之中(假如没有暗能量，则只能涨落出虚粒子！) 如果一小团致密暗能量涨落出现时的条件恰到好处，其所占据的空间将发生暴涨，形成我们今天所看到的宇宙注意并不是一般暴涨模型所说的随机涨落 多重宇宙： 涨落产生婴儿宇宙之后最终膨胀为一片虚空，回到刚开始的高熵状态，再通过涨落形成另一个宇宙 超宏大尺度，这些宇宙对时间来说是对称的——无论时间向前流逝还是向后流逝都会涨落出许多宇宙！，但是半数宇宙中的时间箭头与另一半的相反。

无时间箭头的宇宙,问题： 量子场涨落出的一团致密暗能量熵值极低，但是涨落理论与此并没有矛盾，而且开放系统中熵值可以通过消耗系统能量得以降低！也许在超宏大尺度上看，系统不存在一个界限，一个的宇宙就近似处于一个开放的系统中，实际上这个系统是一个无穷大的系统，宇宙的生成在其中是一个可逆过程！ 猜想： 猜想I：该无穷大系统中，总暗能量守恒！总熵守恒！！！ 猜想II：假设时间箭头为一种量化属性，类似于奇宇称和偶宇称，则其也为守恒量 猜想III:各种宇宙，相当于近独立子系，相互之间没有影响进一步猜想，这些宇宙就是埃弗里特平行宇宙，称时间箭头相反的一系列平行宇宙为反平行宇宙则反平行宇宙与平行宇宙数量相等问题与猜想,“我们观测到的世界才是‘真实’的世界”！ 玻尔回复EPR佯谬时如是说，测量问题是量子力学的一大难题！ 对于实验工作者来说，每一个物理系统都是一个黑箱，为了探索物理系统的特性，实验方法是，给系统一个微扰，再看它如何响应我们常常看到的响应与微扰成正比，称之为线性响应如果物理世界中可以测量的只有线性响应，那么这个线性响应就代表着真实，物理理论就将是线性响应的理论，况且，我们可以测量的其实只是关联函数，这样看来，物理理论中的很多概念并不代表真实！ 以上的测量过程，观察，给定的微扰，和待测系统同处于一个物理系统之中，对结果的解释需要统一的理论考虑。

物理学的“真实”,哥本哈根诠释： 态的叠加理论说明一团粒子可以处于某种波函数的叠加态中，多种不同的状态相互叠加在一起，例如粒子可以同时处在不同的位置、拥有不同的速度和自旋方向，当观察者进行精确测量时，总会得到一个明确的结果——仅仅是叠加态中的某一种状态，即不存在薛定谔的猫那种状态最终出现那种状态，是由概率幅的平方决定的 哥本哈根诠释假定，量子世界中的动力学过程可以简化为经典的可观测现象，并且只有可观测现象才有意义它赋予了外部观测者置身于经典世界中的特权，与被观察系统所处的量子世界不同宏观世界不存在叠加态 在测量瞬间，多种态叠加而成的波函数坍缩为其中的某一种状态，波函数产生了不连续间断观测前与观测后没有任何逻辑关系同样薛定谔方程也没有暗示测量过程会引入坍缩,测量问题,埃弗里特的理论： 基于观测的基本要求，薛定谔方程总是适用，包括观测物体和观测者本身，方程连续，没有坍缩项引入到观测过程中 当观测者与处在叠加态中的物体发生相互作用时，观测者的波函数就会分岔，所有分支都被包括在普适波函数中每一个分支对应一个叠加态，由线性和量子态形成的正交性，保证随着时间的推移，普适波函数中的这些分支形成之后无法再相互影响。

以上性质，有量子退相干理论作为保证，在数学上完全自洽其中每一个分支所对应的一个量子态，对其分支上的观测者来讲都是真实的 “叠加态中的所有状态都是‘真实’的，没有哪个状态比其他状态更加‘真实’”——埃弗里特语,多重宇宙,平行宇宙： 普适波函数的分支假设为某个观测者的宇宙，由退相干理论保证了这些宇宙为近独立子系，而且普适波函数没有时间上的不对称性，由于没有因为“观测”上引起的叠加态坍缩，时间正向和逆向，波函数均成立 需要一种新的时空理论来容纳猜想III，考虑到由于EPR佯谬所揭示的物理非定域性严重影响了狭义相对论时空观的理论基础，新时空观的建立迫在眉睫 位形空间： 非定域性与粒子之间的纠缠态有关，这个过程涉及操纵和分析波函数正是波函数引发了粒子纠缠，由纠缠引起的非定域性要求一种信息传递的绝对同时性，这与相对论的相对性形成了鲜明的矛盾狭义相对论与量子力学,位形空间： 一个波函数在无穷维的位形空间中展开，其中的一些维度投影到一个宇宙中，形成我们所观测到的分支态，即我们看到的真实 在无穷维的位形空间中，波函数具有定域性，但是映射到有限维度上时，由于信息的不完整，定域性被打破，形成我们所观测到的非定域性。

时空理论——下一次的物理革命？ 现有暗能量理论假设暗能量密度不变，与相对论前的以太假设相似，暗示着新的时空观即将到来 埃弗里特普适波函数的各个分支叠加态需要新的时空观来拓展到无时间箭头的宇宙空间中 无时间箭头宇宙理论中的总暗能量与总熵的性质由新时空观来决定时空理论,物理理论： 400多年前，牛顿经典理论中的物体位置和速度在笛卡尔坐标系中的表示，表明了物体的状态，或者在欧几里德空间中由其哈密顿量表示出来，我们曾一度称之为真实现在，物体的状态由线性希尔伯特空间中的波函数的叠加态来描述，我们也称之为真实况且对波函数的本质，我们也没有认识清楚 400多年前，坐标系之间的伽利略变换是基本的时空理论，现在则是狭义相对论的洛仑兹变换为根本现在量子理论与狭义广义相对论的矛盾已经凸现，物理理论的革命就快到来！,展望,文小刚，《量子多体理论》，高等教育出版社，19-20页 Sean M. Carroll, Spontaneous inflation and the Origin of the Arrow of time. www.arxiv.org/abs/hep-th/0410270 Sean M. Carroll, Dark Energy and the Preposterous Universe. Bryce S. DeWitt and David Deutsch , The Many-Worlds interpretation of Quantum Mechanics, Princeton University Press. 1973. Page 6-10 John D. Barrow Science and Ultimate Reality: Quantum Theory, Cosmology, and Complexity, Cambridge University Press. Page 10-12, 105-106. John Archibald Wheeler, Quantum Theory and Measurement, Princeton University Press, 1983,参考资料,埃弗里特超越了他的时代。

他是拒绝抛弃客观解释的代表人物为了寻求进展和突破，不论是物理学还是哲学，都逐渐抛弃了它们最初目的——解释这个世界，这带来了极大的损害我们无可挽回地陷入了形式主义的泥沼，事物被视为无可解释的科学进步，真空则充斥着神秘主义，宗教信仰和各式各样的胡言乱语埃弗里特之所以重要，是因为他挺身而出反对这种‘进步’ ——David Deutsch,The End,,。