[中配]古老神話與現代科學：宇宙的創造之謎

古羅馬人相信我們的宇宙 是從混沌中突然開始的 充滿了混合元素的巨大物質 早期基督教和猶太教相信 世界是在全能的神的幫助下 從混沌中出現的 有趣的是 最近的一項科學實驗證明瞭 宇宙的創造確實是以這種方式發生的 那麼古老的神話和最早的宗教 是否比我們現代對世界的理解 更接近真相呢 一般來說答案是肯定的 但他們對細節的理解是錯的 研究人員確定 在我們宇宙創造之前 存在的混沌狀態 是大量處於疊加態的量子粒子 塑造這一混沌 成為我們現實的全能之神 是一個黑洞 那麼究竟我們的世界 是如何被創造的呢 我們能否同時存在於兩個不同的地方 如果連時間這樣一個基本的事物 也被證明是不穩定和不可預測的 那該怎麼辦 乍一看 量子世界的規則 與我們的日常生活毫無關聯 幾秒鐘前 你還忙著尋找一部 可以邊吃雞塊邊看的節目 在這裡 你不必擔心 如果你轉過身 離開盤子裡的脆皮雞 它可能會變成你鄰居的貓 或者放射性油 與此同時 量子粒子表現為波動 一組概率直到觀察者的到來 只有在那之後 粒子才會變成一個 可以被測量的具體事物 但在我們的世界中 現實是存在的 無論是否有人觀察它 還是我錯 實際上 量子世界並不僅僅是物理學家 用來進行實驗的一個虛構模型 這就是我們的現實 整個宇宙由微小的量子粒子構成 看起來在出現觀察者之前 它曾以一組波的疊加狀態存在 而我們的現實 也因此變成了現在的樣子 但這個觀察者是誰呢? 一組來自芝加哥大學 和普林斯頓大學的科學家 試圖找到線索 團隊包括羅伯特·沃克·戈塔姆 薩蒂什·錢德蘭 和戴姆·丹尼爾森 他們開始思考 如果假設的觀察者 被置於黑洞事件世界之外 會發生什麼? 問題是 任何進入這個區域的東西 都無法返回 包括信息 因此 信息可以從量子粒子 傳遞到黑洞內部的觀察者 但反過來卻不行 對嗎? 在這個時刻 黑洞信息悖論 為科學家們提供了幫助 問題是 這些空間巨獸逐漸蒸發 它們釋放出一串稱為 霍金輻射的基本粒子 逐漸縮小並消失 如果信息無法逃離事件世界 而黑洞逐漸蒸發 那麼被封閉在其中的信息 也意味著會消失 問題是 它不能憑空消失 或憑空出現 否則 這與量子力學的基本原理相矛盾 2016年 由斯蒂芬·霍金領導的科學團隊 發現了那裡究竟發生了什麼 當一個粒子墜入黑洞時 它的信息不會在事件世界之外消失 它以非常微弱的輻射形式 停留在黑洞周圍 研究人員將這種信息豐富的光環 在2023年 視頻開頭提到的研究人員 沃爾德·薩提時 錢德蘭和丹尼爾森假設 這個發在事件世界之外的粒子關係中 充當觀察者的角色 他們認為 粒子越過事件世界時 不僅會留下信息的痕跡 軟化也將它更深層的運動 記錄到黑洞內部 這就是為什麼在這種輻射的影響下 事件世界外的所有疊加態 將會從量子世界的模糊性 轉變為我們的現實 似乎黑洞就是那個全能的神 迫使宇宙中的量子粒子 以某種特定的物理形態存在 但是如果是這樣的話 我們的宇宙難道不會看起來 像是一群在量子粒子超位置中 遊蕩的黑洞周圍的走廊嗎 事實上不是的 因為距離的概念 僅存在於我們的現實中 與量子世界無關 觀察者和粒子 可以在任何距離瞬間交換信息 實驗一次又一次地證實了這個事實 例如在2017年 中國衛星莫子號 從軌道向三個地面站 傳輸了糾纏光子 這些地面站之間的距離 不低於1200公里 當某個站點的專家充當觀察者 並測量其中一個光子時 其他地點的粒子 也失去了它們的量子特性 順便說一句 這個距離遠不是極限 宇宙中的任何角落 都可能與塑造我們現實的 某個黑洞的髮絲相連 然而問題十分緊迫 正如我之前告訴過你的 黑洞會逐漸蒸發 這是一個非常慢的過程 例如位於我們銀河系中心的 一個超大質量黑洞 叫做人馬座A星 將在一年的時間裡 完全消失 至少科學家們是這麼認為的 但事實上 最近這些神祕的太空物體 給我們帶來了許多驚喜 僅在2022年 天文學家便發現了歷史上 首個在銀河系中遊蕩的黑洞 他們還目睹了其中一個太空巨頭 意外發生的磁場翻轉 誰知道呢 也許在不久的將來 科學家會意識到 這些物體的蒸發速度 如果黑洞消失 我們的宇宙沒有觀察者會發生什麼 當觀察者與粒子之間的聯繫被破壞時 量子物體會回到超位置狀態 在這種情況下 一旦黑洞消失 宇宙和人類將一同消亡 也許不是 實際上 一個量子粒子可以被列入 另一個粒子觀察 問題是 如果隨機粒子充當觀察者 我們周圍的世界 會呈現出什麼樣的物理形狀 事實證明 如果這個情景成真 我們的世界將會陷入混亂 儘管有科學家認為 這種情況不會發生 不僅如此 來自牛津大學的物理學家羅傑.彭羅斯 確信我們根本不需要任何觀察者 在20世紀末 他得出了與匈牙利大學研究員 萊奧斯.迪奧西相似的結論 他們都認為量子粒子的形狀 是由於引力造成的 簡而言之 當量子物體處於疊加態時 它所有可能的狀態 在引力的幫助下 以某種方式相互交流 因此 粒子開始觀察自身 並假定其中一種可能的形態 儘管這一理論 與科學實驗的結果相悖 關鍵是 在實驗室中保持量子疊加態 並不是一件容易的事情 要使粒子保持在這種狀態 它需要與環境的影響完全隔離 加州理工學院應用物理學教授 奧斯卡.佩因特開玩笑說 最好不要去看你測試疊加態的實驗 或者在它上面呼吸 但通常情況下 物理學家能夠成功創造出 合適的條件來使粒子存在 例如 如果你把它丟在真空中 就能避免氣體分子的衝擊 然而 即使是真空 也無法消除重力的影響 彭羅斯和迪奧赫認為 在這種情況下 疊加態是不可能的 重力將使粒子 攤縮到我們的現實中 但這並沒有發生 至少不是立即發生 這意味著我們終究需要一個觀察者 而黑洞的缺失 將影響我們所知的整個宇宙 或者不會嗎? 在他們的研究中 Walt Sattish Chandran和Danielson 提到另一個可能的候選者 來嘗試擔任觀察者的角色 事實證明 這個世界可能由它自身 或者更確切地說 是它的邊緣來監督 關鍵在於 量子粒子可以受到任何允許 信息單向傳播的邊界的影響 比如 黑洞的事件世界 那是無法逃脫的 或者是Rinder世界 想像一下 你以恆定的加速度在空間中移動 在某個時刻 你變得如此迅速 以至於甚至以光速傳播的光子也追不上你 此刻 你身後會出現一條虛構的邊界 世界上沒有什麼能跨越它 因為沒有什麼能比光速移動得更快 現在 你註定要孤獨 而將你與宇宙分開的界限 被稱為Rinder世界 儘管如此 外太空的主要前沿是宇宙學世界 或者是可觀測宇宙的邊緣 它距離地球超過450億光年 光子從我們星球 到達宇宙邊緣所需的時間 等於宇宙本身的年齡 因此 隱藏在其邊緣之外的信息 永遠無法到達我們 這就像一個顛倒過來的黑洞 儘管科學家們並不完全理解其原理 但我們可以鬆一口氣 因為即使所有黑洞消失 我們的宇宙 也不會崩潰為無限量子波的疊加狀態 總會有一些東西在觀察我們 當然 這是假設我們從一開始就沒有犯錯 坦白說 物理學家們仍然不確定是什麼機制 導致量子粒子坍縮 或呈現其真實形態 處於疊加態的量子粒子是一堆可能性 當觀察者出現時 任何一個觀察者都可以決定一切 這些粒子究竟是如何形成我們現實的 一直以來是科學家們爭論不休的一個話題 已有近百年之久 1926年 厄爾溫·薛定諤提出了一種數學方程 用於預測量子粒子的未來行為 聽起來很合乎邏輯 但是它沒有用 實際上可以清楚地看到 這個方程可以揭示一個粒子轉變為 比如說火星的概率 相比之下它變成地球的機會值 但在特定測試中 它到底會變成什麼是完全無法預測的 為了描述這種隨機性 阿爾伯特·愛因斯坦提出了一個比喻 稱上帝在制骰子 1986年 意大利物理學家基拉爾迪·黎米尼和韋伯 組成的團隊 為量子粒學的數學帶來了更大的混亂 他們提出粒子會自發地轉變 無需觀察者的介入 它們崩潰成真實事物的速度 取決於系統的大小 換句話說 如果我們在宇宙的荒蕪人煙中 捕捉到一個處於超位置的獨立原子 它可能會在這種狀態中持續很長時間 例如 如果我們拿到土星環的原子 它們會瞬間從量子世界轉變為我們的現實 並形成土星的環島 但仍然有些事情說的不太通 稍後物理學家菲利普·珀爾 進一步完善了這一理論 他認為崩塌不是從量子世界突然跳入現實 而是一個持續的過程 因此 一個粒子並不是隻一次性變成一個特定的物體 而是不斷地崩潰並實時經歷變化 這可能解釋了為什麼 每次嘗試測量處於疊加態的粒子 都會給觀察者帶來不同的結果 這個模型在1990年得到了進一步發展 儘管實際上 它的框架早在15世紀就已經出現 玫瑰十字架的教義 這個祕密社團的成員認為 與《聖經》的教導相反 世界不可能在短短六天內創造出來 相反 玫瑰十字會的人相信創造是一個永無止境的過程 而不僅僅是遙遠過去的一個單一事件 他們認為 這個過程還沒有結束 實際上每一秒都在繼續 與此同時 玫瑰十字教義和持續自發定位模型 都無法解釋我們的現實是如何形成的 以及為什麼它看起來是這樣的 但是如果量子粒子根本不塌縮 而是始終保持在一個超巨大疊加態 會怎麼樣呢 1957年 物理學家休·埃弗雷特斷言 這一塌縮只是幻覺 相反 當觀察者與量子波相互作用時 宇宙會分裂成多個分支 在每個分支中 測量結果都會不同 簡單來說 埃弗雷特認為存在無數平行世界 在這些世界中 量子粒子獲得了現實的某種可能形式 這意味著 如果科學家是對的 你和我生活在這些宇宙中的一個 那麼其他的世界都是什麼樣子的呢 如果負責創造我們現實的觀察者 不小心眨了眨眼 那麼我們的現實會發生什麼呢 事實上 人類在研究自己的宇宙方面 並沒有取得太大的進展 我們仍未確定 它是平坦還是不對稱 真正有多大 以及它的大部分元素是如何運作的 但聽起來可能很奇怪 科學家們傾向於認為 這其實很簡單 讓我來解釋 想像一下 您現在正站在一個房間裡 您冷還是熱 如果你測量了溫度 然後在這個房間裡 隨便交換兩個氫原子和氦原子 這會讓你感覺更熱嗎 可能不會 因為這不會以任何方式影響周圍的溫度 即使你把所有空氣分子重新排列 也不會有什麼改變 此外 排列的選項越多 傷就越高 你應該知道 在我們的宇宙中 傷是很高的 這就是它在其他世界出現的概率也很高的原因 來自愛丁堡大學的物理學家尼爾·圖羅克 和來自理論物理學邊界研究所的拉薩姆·伯伊爾得出結論 我們宇宙的樣子與空氣均勻填充房間 而不是隻待在一個角落的原因相同 宇宙設計中更奇怪的變體是可能的 但不太可能 這聽起來很有道理 因為很難支持一個這樣世界的存在 在那個世界裡 一隻蝴蝶的翅膀 煽動或一個氦原子的運動 都能引發超新星爆炸或大規模滅絕 這就是為什麼如果我們創造100個隨機世界 其中大約98個將幾乎是我們世界的複製品 長話短說 如果創造我們世界的觀察者突然眨眼 換了一個不同的現實 我們甚至不會注意到 因為一個替代的世界 會和我們習慣的世界非常相似 只有一些細微的差別 例如新地球上將沒有蚊子 或者土星會失去其中一個環 最糟糕的情況是 澳大利亞大陸永遠不會形成 不過如果這次彩票真的讓我們失望 那麼我們可能會不幸地陷入一種令人恐懼的現實 這種現實會在科學家的噩夢中引繞不去 舉個例子 我們可能會發現自己身處一個 完全由暗能量組成的理想宇宙中 到目前為止 這個宇宙只能存在於研究者的想像中 他們用它進行思想實驗 儘管如此 它成為現實的機會雖然很低 但並非為零 那麼一個理想宇宙是怎樣的呢 如果你來這個地方 首先吸引你注意的將是四面八方的黑暗 我們所知的任何結構 在只由暗能量構成的現實中都無法存在 因此不會有恆星、星雲或黑洞 在這個宇宙中唯一可能的過程就是無限擴張 但實際上我們的現實可能更奇怪 因為不僅其物理參數可能不同 甚至時空的構造也可能以不同的方式運作 一個多世紀前 愛因斯坦的廣義相對論顯示 空間和時間是不可分割的東西 共同編織現實的結構 在極端條件下 時空會彎曲並形成黑洞 幾十年來 這一過程一直是加里·吉本斯和斯蒂芬·霍金研究的主要重點 宇宙學家得出了令人震驚的結論 還記得我跟你說過量子世界沒有空間的概念嗎 那麼時間的概念也是如此 甚至還有一種特殊的方法叫做溫度旋轉 它讓科學家們可以使用所謂的虛時間 簡單來說 如果我們想像常規時間是一條從過去延伸到未來的線 那麼虛擬時間將與之垂直交叉 你可能不相信 但對科學家來說 這種虛構的時間是數學簡化的一種手段 這聽起來或許很荒謬 但這種方法使吉本斯和霍金成為歷史上第一批計算黑洞溫度和商的物理學家 並動搖了關於時空的既定信念 科學家們得出結論 時空本身並不是一個單一的實體 而是由微小的粒子構成的 在這種情況下 在某些平行現實中 它們的屬性也可能根據觀察者進行修改 現在想像一下如果觀察者眨眼會發生什麼 嘭 一切都是不同的 物質可以突然同時存在於空間的多個點上 在離這裡遙遠的某顆行星上 可能有一個與你完全相同的個體 正在觀看這段視頻 而那顆行星早已爆炸成超新星 並成為一顆黃矮星 壞消息是你們兩人都很可能無法陪我到最後 因為在這個現實中 時間由量子粒子構成 處於疊加狀態 時間無論向前還是向後 都取決於觀察者 但不用擔心 你們最終還是會在 三二的瞬間化為原子 五十六 這很混亂 因為同時存在於兩個地方的物質是極其不穩定的 不過我也有好消息 你無需擔心會被黑洞吸走 在這個世界裡 它們並不是吸收觸手可及的一切 相反它們會將事物推開並散發光芒 而且宇宙現在是收縮而不是擴張 然而時空在這裡異常得無法實現起點 宇宙的這些無妄常事 可能讓你想起小獅子激起的水波 但正好相反 幸運的是宇宙的邊緣是一個可靠的觀察者 它不太可能消失或開始眨眼 這意味著我們至少處在安全的掌控中 直到科學家們發現一些 關於我們世界的新不可思議的真相 然而我還有一個問題想問 正如我之前提到的 可觀測宇宙的邊緣 讓我想起了事件時間 看起來我們生活在一個反向的黑洞裡 遠遠地觀察著我們 不過其他有趣的世界又有什麼好窺視的呢 如果在宇宙學世界之外 存在一個未知的宇宙 那會怎樣 它會是什麼樣子呢 我建議你看看我關於波爾茲漫腦的視頻 以瞭解為什麼這個宇宙可能被證明是一個 巨大的神經網絡或一個龐大的意識存在 留下評論並分享你對平行宇宙的看法