相对扭曲的量子时空论-报告摘录
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相对扭曲的量子时空论

A Quantum Theory of Spacetime with Relative Distortion

研究报告摘录

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相信大家都已经知道不久前的那次事故的原因了,作为总部的代表,我在此深表遗憾。但是啊,也请各位不要过分自责,在座的同志们都已经尽力了,不然的话我们那时还可能会有更大的损失。

因此,这也是我今天出现在这里的原因,我们最新的研究成果给各位带来了一个好消息,一个在扭曲时空理论上的巨大突破!

为了照顾不是专门研究这方面的同事们能够听懂我在说什么,我会首先普及等下会用到的一部分时空知识。

相对论,作为整体的时空


Relativity Theory, Space-time As A Unit


根据爱因斯坦的狭义相对论,空间与时间是一致的,也就是说,只有时空这唯一的一个“东西”支配着我们这个宇宙。更为细致和统一的弦论阐述在此就不细致说明了,各位需要明白的是空间与时间是紧密相连的一个统一整体,影响了空间结构就必须要影响到我们的时间流动。

由于现在我们主流的相对论以及量子力学分别描述着宏观尺度与微观尺度,以至于待会我可能说出“世界是连续的,时空是整体的”之后,你们会听到“世界是分立的、事物是量子的”这种言论。这些分歧是我们目前优秀的科学家们正在努力修补的东西,而目前有希望的“正规军”就是我上次提到的“弦论”,我们之后有机会再谈论这个复杂的问题。
所以呢,我们先从大尺度来逐渐深入谈论这场灾难吧。

从我们爱因斯坦老爷子的观点来看,我们得把时空当作一个整体来看,为了各位更方便地理解,我把四维时空比喻成一张膜,对,就和上次差不多一样,但这次它没有弹性,当然了,你也可以理解为这是一张格子纸,这些格子就是咱们的惯性参考系。我们的世界,我就用这个三角形和小人来指代;而这个箭头,则代表世界的规律。

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由于我们所处的宇宙处于无时无刻的膨胀当中,这种宇宙膨胀也就是我们现在的时空膨胀,引起了我们所感觉到的“时间”,以光速飞驰,上面那根箭头也包含着时间这个“规律”。

接下来,我们给这个世界来一点扭曲。

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就像这样,虽然我们看到的这个图像非常扭曲,但是和我手上正在揉的这张画着同一张图的纸一样,请各位看,现在我手上拿着的东西代表着什么?

“是一个纸团,和我办公室里面正在堆着的一模一样。”

哈哈,这么说也没问题,但是在我们今天这个情景下,它代表着我们所处的时空。虽然从外部看着扭曲不堪,但是当我把它展开时——我们的小人、三角形、箭头还是和原来的一样。哦,额,请忽略因为这张纸材料导致的褶皱,这一点和咱们的时空有些不同,请稍微注意一下。

所以,如果光是扭曲拧巴咱们这个时空框架——也就是这张网格纸,它的表面积并没有因为我的操作改变,因此,只有这个时空只要还是连续的,那么在处于相应坐标系下的观察者是依然可以感受到正常的时间与空间的,也就是和惯性坐标系下的洛伦兹变换【Lorentz Transformation】的思想一致。

然后,上面仅仅是作为一种比较简单的宏观时空扭曲的例子。


微观时空的向度求和


Direction Sum of Microcosmic Spacetime


下面我们进入今天的重头戏,这就是我们在研究过程中引入了现在还不成熟的量子时空【Quantum Spacetime】的理论。

这个理论需要我们深入小于普朗克尺度【Planck Scale】的时空之中,并且这个尺度下的时空不再像以前一样连续,这种类似于一个个极小粒子一样的时空,在今天有类似于格点规范理论【Lattice Gauge Theory】圈量子引力理论【Loop Quantum Gravity,LQG】一类的理论描述,具体过程非常复杂,今天恐怕是不能如大家的愿了,所以我们用量子时空来指代,如果我要单独拿出时间来说的话,我会用普朗克时间【Planck Time】,或者量子时间【Quantum Time】指代。

虽然是一段一段分立的量子时间,但是在我们宏观角度来看,时间流逝是一个连续的过程。然而当我们的时空在普朗克尺度上也一样被扭曲呢?

为了方便各位更好地理解我们的理论,现在我们将已有的体系进行一些简化——即便可能会有些纰漏,也请谅解一下。我们假定这是一个时空量子【Spacetime Quantum】,这个箭头的指代的方向代表着此处量子时间的流动的方向,在此,我们规定向右的方向为我们目前这个宇宙时间流逝的方向,也就是正方向;而这个圈就是我们的量子空间,基于圈量子理论的空间是依靠一个个的“圈”互相连接形成的三维宏观时间。

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如果将这套理论投射到我拿的这张纸上,那么这一个个量子时间就和组成这个网格纸的原子一样,而且箭头依然是指向经过相同变换的同一方向。

我目前展示给各位的与之前提到的理论有些许不同,因为他们的量子时空理论中,每一个时空量子的连接才是最重要的东西,但是,他们在构筑理论体系的时候仍然有意无意的抛去了“时间”这个物理量,或者说在数学上,“时间”这个量消失了。

要解决这个问题相当的麻烦,因此我们就引入了上面展示给大家的这张“纸”。

噢,对了,从信息论研究者的角度而言,每一个时空量子都包含它所在位置的一些信息,量子信息,如果我们掌握了全部的这些信息,以现有的一些技术,就可以完完全全地复制出来这一片空间。

从我们目前掌握的资料来看,如果一块空间被完完全全地扭曲了,那么每一个时空量子也将变得无比混乱,其内部包括时空熵的各种熵将直接拉满,丢失所有的可能的信息。而且,每一个量子时间将会完全地无序化,以至于从整体角度而言——

额,忘了说了,根据量子理论中费曼路径求和【Feynman Path Summation】,或者说路径积分【Path Integration】的思路,我们对每一个量子时间也进行相应的向度求和【Direction Summation】,即时间积分【Time Integration】。那么在引入光锥修正方程【Light Cone Correction Equation】后宏观尺度下正常的空间,其时间流逝将始终朝向我们这个宇宙时间流逝的方向,也就是正时间方向。

因此,当每一个时空量子被完全的无序化后,扭曲空间的时间积分在宏观层面上将无限的趋近于零。

也就是说,这片扭曲空间内的时间将会静止。

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规范玻色子特例


Special Cases of The Gauge Boson


从之前的内容里,各位已经知道了,近乎完全扭曲的空间将会对有物体产生类似于时间停止的效果,在此,我们统一将其称为时空凝滞【Space-time Stagnation】

然而,这一切的理论均建立在这个物体它具有质量这一前提上。

这个问题很好解释,是从弦论推导过来的,首先,因为我们所处维度的一张膜以及其上的开弦都……

噢,对不起,这不是重点,各位只需要知道有静质量的物体在这个扭曲的空间里会时停就行了。但是,我们所处的这个时间里还有不具备质量的物质,那就是作为规范玻色子的光子和引力子。

介于引力子的特性在现在的主流科学界还没得到一致的认可,我就单从光子讲一下吧,但最后的结论还是会包括着有引力子的。

光子,没有静质量,或者说静质量为0,速度为光速。虽然没有质量,但是依旧会被扭曲的空间所影响,类似的,就和我手里拿着的这张纸画的这根箭头一致,依旧按照变换后的扭曲空间以原本的方向进行着传播。

即便在普朗克尺度下的空间被完全扭曲,但是根据时空的一致性,这种扭曲依旧是藕断丝连的,也就是说,这些空间依旧是首尾相连的连续状态,而且扭曲空间边界处也不是特别的明显,呈现一种平滑的过渡趋势。如果我们将纵坐标设为计量空间扭曲程度的时空曲率【Space-time Curvature】,那么大致图景会是这样的:

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但是重点远超于此。因为我们先前的理论在普朗克尺度下的时间依旧存在,只不过是时间量子变得杂乱无章了而已,所以,具有量子特性的光子可以从扭曲空间的一头射入进扭曲空间内部,然后经过复杂的光路,从另外一头完完整整地射出来。

而且如果我们把入射点和出射点连接起来,再与通过没有扭曲过的空间进行比较,就会发现这几乎是同一条光路。但是由于在扭曲过程中,维度膜也或多或少会增加一些张量,也就是说,经过扭曲空间的光子会比没走过扭曲空间的光子多走一段距离。如果用相对论的观点解释的话,这也可能是粒子穿过边界时导致相对时空的迟滞,这个问题仍然有待商榷。且由于扭曲空间的边界限制问题,走这条扭曲的空间的光路依旧是光子可能的最短路径。

也就是说,整个扭曲空间会是一个透明的球体,但是在边界会显得变形,且光子会迟一些抵达扭曲空间的另一端,具体样子,想必大家也都见过了,和我们计算机模拟出来的一致,可能有点看不清,我放大一些……

大概就是这样子了:

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另外的,由于希格斯机制与对称破缺导致的其它几种玻色子具有质量,因此可能会在扭曲空间中所屏蔽掉,或者说和费米子一样被凝滞了。而且由于这几种玻色子所传导力的力程属于非常短的短程,基本上超不出原子核及以下的亚普朗克尺度,因此在我们的研究中亦不属于重点内容。

空间跌落与锚点


Falling Space with Its Anchor


最后还有一个小问题,那就是这个这个时间已经静止了的扭曲空间,它与当前这个宇宙的位置关系。

由现在的观测我们可以得知,这种扭曲空间的三维位置受制于周围时空的相对状态以及位置。目前我们已知的是这些扭曲空间的时空曲率大到无法计算,其中的熵也是如此,那么这些扭曲空间会尽力降低自己的熵与曲率,这也就导致了其周围时空也在向扭曲空间跌落,这个过程无法从外部阻止。

但是,这种跌落貌似有一定的阈值,也就是说即便总体的时空熵与时空曲率无法自然降低,然而每一个量子时空的曲率与熵降低到一定程度,这整个跌落过程就会自发性的停止。而且经过我们测算,维持这种静止状态的时空恰好也保持时间相对静止,每一个量子时空的曲率与熵恰好统一在某个“适当”的值,即便这仍然很高。

这也就解释了为什么现有的扭曲空间会维持在半径八十千米这个样子了。

在停止了跌落过程后,扭曲空间就会建立一种我们上面提到的平稳过渡机制,从而确保这一块时空不会被孤立。而正是这种过渡机制,也促使了扭曲空间与周围空间位置上的相对稳定,换句话来说,周围的空间“固定住”了这一块扭曲的时空,基本上不会发生生相对位移。

在对球体空间的模拟中,周围空间的固定作用如果加和到一起,那么会指向球心处,我们便将这个位置称为扭曲空间的稳定锚点。

好了,我的报告演说在这里也差不多结束了,相信各位也对我们面对的是什么“东西”也已经有了一个基本的认知。
而我带来的好消息就是我们已经有了可以从量子尺度上修复扭曲空间的一种技术,但是嘛……

这种技术的代价也不小,小规模实验中单台机器的修复速率也不尽人意,我们也坚决反对在现有的已经十分紊乱的时空结构中再进行这种,额,非常影响时空稳定性的大规模实验。

抱歉,我不能给各位透露太多消息,但只要各位对我们、对自己还有信心,相信最后还是会有希望的。

况且,一万年太久,只争朝夕。

再次谢谢各位。







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