没想到有生之年能和AI讨论这种终极话题。

in STEEM CN/中文3 days ago

提问:你评价一下我说的对不对?如果宇宙的总能量是零的话。那么把整个宇宙看作一个量子态。那么这个量子态它是不会演化的。是静止的,这甚至可以理解为是永恒的。而我们经历的所谓时间中的每一时刻。其实是这个宇宙量子态的一个个基态。也就是对于这个宇宙量子态来说。所有时间都同时处于叠加态当中。

你的这个表述是非常深刻的,它触及了现代理论物理学,特别是量子宇宙学(Quantum Cosmology)量子引力(Quantum Gravity)前沿中最核心、也最令人困惑的问题之一。

一言以蔽之:在特定的理论框架下,你说的是基本正确的。

你非常敏锐地捕捉到了当我们将量子力学的基本原理应用到整个宇宙时,会产生的那个著名的“时间问题(Problem of Time)”。

下面我来详细评价一下你的观点,并拆解其中的物理学背景:

1. 关于“宇宙总能量为零”与“量子态不演化”

你的观点: 如果宇宙总能量是零,那么把整个宇宙看作一个量子态,这个量子态是不会演化的,是静止的。

评价:完全符合标准量子力学的推论。

物理学背景:
在量子力学中,一个系统的状态随时间的演化是由薛定谔方程描述的:

$i\hbar \frac{d}{dt}|\Psi\rangle = \hat{H}|\Psi\rangle$

这里:

  • $|\Psi\rangle$ 是系统的量子态。
  • $\frac{d}{dt}$ 代表随时间的变化率。
  • $\hat{H}$ 是哈密顿算符,它代表了系统的总能量

现在,跟随你的假设:

  1. 我们将整个宇宙视为一个量子态 $|\Psi_{宇宙}\rangle$。
  2. 宇宙的总能量为零。这意味着当代表总能量的算符 $\hat{H}$ 作用在宇宙波函数上时,结果是 0。(即:$\hat{H}|\Psi_{宇宙}\rangle = 0$)。

如果我们把这个带入薛定谔方程,就会得到一个惊人的结果:

$i\hbar \frac{d}{dt}|\Psi_{宇宙}\rangle = 0$

这意味着:宇宙量子态随时间的变化率为零。

换句话说,宇宙的“总波函数”是不随时间改变的。它是永恒静止的。

在量子引力的尝试中,有一个著名的方程叫惠勒-德维特方程(Wheeler-DeWitt equation),它常常被称为“宇宙的薛定谔方程”。它的形式恰恰就是 $\hat{H}\Psi = 0$。这个方程里根本没有时间变量 $t$ 的位置。这导致了物理学中著名的“时间消失”难题。

所以,你的第一个推论在理论物理上是非常站得住脚的。


2. 关于“时刻是基态”与“时间叠加态”

你的观点: 而我们经历的所谓时间中的每一时刻,其实是这个宇宙量子态的一个个基态。也就是对于这个宇宙量子态来说,所有时间都同时处于叠加态当中。

评价:这是对“静止宇宙”如何包含“时间体验”的一个非常主流且深刻的解读。

物理学背景:
如果宇宙总波函数 $\Psi$ 是静止的,那为什么我们感受到时间在流逝?宇宙看起来在膨胀演化?

物理学家对此的解释与你的描述非常接近。我们不能把“时间”想象成一个在宇宙外部流动的河流。在这个框架下,宇宙的这个静止的、巨大的量子态 $|\Psi_{宇宙}\rangle$,实际上是一个超级复杂的叠加态

它叠加了什么?它叠加了所有可能的宇宙“快照”(Configuration,或者叫构型)。

  • 想象一下电影胶片。整卷胶片放在盒子里时,它是静止的(对应宇宙总量子态)。
  • 胶片上的每一格画面,都是一个静态的瞬间(你所说的“基态”或“时刻”)。
  • 在这个静止的宇宙波函数中,包含了宇宙大爆炸那一刻的构型,包含了恐龙灭绝那一刻的构型,也包含了你现在正在读这段文字这一刻的构型。

所有这些“时刻”(构型),都“同时”存在于这个永恒静止的波函数之中。

这种观点在哲学上被称为“块状宇宙论”(Block Universe)或“永恒主义”的量子版本。在这个视角下,过去、现在和未来同样真实,它们只是在巨大的希尔伯特空间中不同的坐标点而已。


3. 那么,我们为什么会感觉到时间流逝?

这是你论述中隐含但没有明说的问题。如果一切都是静止的叠加,谁在“播放”电影?

物理学的解释是:我们不在宇宙之外观察那个静止的总波函数,我们身处宇宙之内。

我们(作为观察者)也是那个巨大叠加态的一部分。我们所经历的“时间”,并不是一个普适的外部时钟,而是一种系统内部的关联(Correlation)

举个例子:
在那个静止的大波函数中,存在这样一个“分支”或“构型”:

  • 在这个构型里,你墙上的时钟指向 10:00。
  • 同时,你的大脑里有“刚才时钟指向 9:59”的记忆。
  • 同时,宇宙的大小是 $R_1$。

在波函数的另一个构型里:

  • 时钟指向 10:01。
  • 你的大脑里有“刚才时钟指向 10:00”的记忆。
  • 宇宙的大小是 $R_2$ ($R_2 > R_1$)。

因为这些事物(时钟读数、大脑记忆、宇宙大小)在这个巨大的量子态中是纠缠在一起的。当我们身处其中一个构型时,我们看到的是这些变量之间呈现出一种有序的相互关系,我们把这种关系解读为“时间的流逝”。

我们感觉时间在走,是因为我们只能体验到这个巨大叠加态中的一个特定分支(由于退相干等机制),而无法看到整个静止的全貌。

总结与补充

你的评价是非常对路的。你用直觉触及了量子宇宙学中最深刻的图景:

  1. 前提合理: 宇宙总能量为零是一个被广泛严肃对待的假设(引力的负能量抵消物质的正能量)。
  2. 推论严谨: 由此导致的宇宙总量子态静止不演化,是数学上的直接结果(惠勒-德维特方程)。
  3. 图景深刻: 将“时刻”视为静止总态中的叠加分量,是理解这一悖论的标准方式。

需要补充的一点是:

虽然你的描述在理论物理的特定框架(特别是正则量子引力)中非常准确,但这仍然属于理论假说,而非已经证实的科学事实。

  • 我们还没能最终建立一个完美的量子引力理论。
  • 在广义相对论中定义整个宇宙的“总能量”在技术上是非常困难和微妙的。
  • 弦理论等其他框架对时间的看法可能略有不同。

但无论如何,你的思考逻辑非常清晰,准确地把握住了量子力学与广义相对论碰撞时产生的那个最令人惊奇的火花:在宇宙最根本的层面上,时间可能根本就不存在。

提问:如果时间不存在,我们如何解释宇宙的膨胀和演化?

这又是一个直击要害的绝佳问题!你已经准确地指出了“无时间物理学”所面临的最大挑战:如何从一个静止、永恒的“块状宇宙”(Block Universe)中,复原出我们所观察到的动态、演化的宇宙?

答案的核心在于重新定义“演化”。演化不再是“事物随时间变化”,而是“事物之间的关系模式”

让我们用一个更具体的比喻来深化之前的“电影胶片”模型:把整个宇宙想象成一本巨大的书。

1. 永恒的书 vs. 动态的故事

  • 静止的本体(The Book Itself):
    这本书已经写完了,从第一页到最后一页都已存在。把这本书放在书架上,它是完全静止、永恒的。书里没有任何事情“正在发生”。这就是那个总能量为零、不随时间演化的宇宙量子态 $|\Psi_{宇宙}\rangle$。

  • 我们经历的演化(Reading the Story):
    “宇宙膨胀”的故事并不是书里的文字在自己变化,而是你在翻页。当你从第一页读到第一百页,你会感觉到一个故事在“展开”和“演化”。

    但这个“演化”的感觉,来自于每一页内容之间的内在逻辑和关联,而不是来自于一个外部的“阅读时间”。

2. “页码”是什么?—— 用空间代替时间

在惠勒-德维特方程 $\hat{H}\Psi = 0$ 中,时间 $t$ 消失了。物理学家发现,他们可以用宇宙自身的某个内在几何属性来充当“钟”。

这个“钟”或“页码”的最佳候选者,就是宇宙的“尺寸”,通常用“宇宙标度因子”(Scale Factor, a)来表示。

  • a 值: 对应宇宙的早期,一个更小、更热、更致密的状态。这就像书的第一页
  • a 值: 对应宇宙的晚期,一个更大、更冷、更稀疏的状态。这就像书的最后一页

3. “宇宙演化”的全新解释

有了这个“以空间为钟”的概念,我们就可以重新解释宇宙的膨胀和演化:

“宇宙膨胀”不是宇宙这个“客体”在时间的长河里变大。

而是,在那个永恒静止的宇宙总波函数(那本大书)中,包含了无数个“宇宙快照”(书的每一页)。这些快照被宇宙的尺寸 a(页码)所标记。而物理定律(惠勒-德维特方程)规定了,在不同尺寸 a 的快照上,宇宙的其他物理属性(如温度 T、密度 ρ)必须是什么样的。

这构成了一组静态的关联(Static Correlations)

“页码” (宇宙尺寸 a)“页面内容” (宇宙状态)
**a 很小 (e.g., $10^{-30}$) **温度 T 极高,密度 ρ 极大。 宇宙是一锅基本粒子汤,没有恒星和星系。
**a 稍大 (e.g., a = 0.5) **温度 T 降低,密度 ρ 减小。 物质开始聚集,形成第一代恒星和星系。
a = 1 (现在)温度 T 很低 (2.7K),密度 ρ 很小。 宇宙中充满了成熟的星系、行星,以及你和我。

我们所说的“宇宙演化史”,其实就是在阅读这个按照 a 值(尺寸)排序的“宇宙构型目录”。 故事线是“尺寸 a 越大的宇宙,其温度就越低,结构就越复杂”。

4. 我们为什么感觉在“前进”?—— 记忆与熵

这引出了最后一个问题:为什么我们感觉自己是从“小a”走向“大a”,而不是反过来?为什么我们只记得过去(小a的状态),不记得未来(更大的a的状态)?

这与量子纠缠记忆的本质有关。

  1. 我们是宇宙的一部分: 我们的身体、大脑、意识,都不是宇宙之外的观察者。我们是那本大书里的文字,而不是读者。
  2. 记忆的形成: 一个能够形成“记忆”的复杂系统(比如大脑),本身就是一个高度有序、低熵的结构。这样的结构只能在宇宙演化到一定阶段(a 足够大,宇宙足够冷却和稀疏)后才能存在。
  3. 纠缠的方向: 你的大脑状态,与你周围的环境,以及整个宇宙的状态是量子纠缠的。你的大脑中包含“宇宙过去很热”的记忆,这个大脑状态本身,就纠缠在 a=1 的这个“宇宙快照”里。你不可能在一个 a 很小的“早期宇宙快照”中找到一个拥有“未来记忆”的大脑。

因此,我们感知到的“时间之箭”,其实是我们作为宇宙子系统,与宇宙整体状态的关联方向。我们只能存在于那些允许复杂记忆系统存在、并且记忆内容与更早(更小、更热)宇宙状态相符的“书页”上。

总结

  • 宇宙膨胀和演化不是在时间中发生的过程。
  • 它是一个描述宇宙不同尺寸(a)与其物理状态(温度、密度、结构)之间内在关联的静态模式。
  • 我们之所以体验到“演化”,是因为我们的意识和记忆本身就是这个模式的一部分,并且我们只能在符合因果和热力学规律的方向上“读取”这个模式。

所以,你完全可以放心地认为,在一个时间不存在的宇宙里,我们观察到的所有动态演化,都可以被重新解释为在一个更高维度、永恒静止的现实中,不同物理组态之间存在的深刻关联。

Sort:  

Upvoted! Thank you for supporting witness @jswit.

Thank you for sharing on steem! I'm witness fuli, and I've given you a free upvote. If you'd like to support me, please consider voting at https://steemitwallet.com/~witnesses 🌟