星期一, 11月 22, 2010
[心得] 心是什麼?
星期一, 10月 25, 2010
[心得]宇宙的起源與歸宿 - 聽霍金講萬物之理
星期一, 10月 18, 2010
[新聞] 物理定律若成立,時間有可能在37億年後終結
The universe might have to end in 3.7 billion years so that the laws of physics make sense
今日的物理定律僅適用在一個有限的宇宙,但我們很有可能是活在一個無限的多重宇宙中。為了解決這兩者的差距,有50-50的機率,時間將會在37億年後終結。很怪吧!
問題起因在永久膨脹宇宙的理論。這個理論以膨脹宇宙的模型用來解釋大爆炸。在原始的膨脹模型當中,早期宇宙的體積非常迅速地膨脹,宇宙的各區塊外推而造成了不相連的補丁 (patches)。因為他們之間被膨脹中的宇宙推得太遠太快了,以致於你即使用光速也無法從一個補丁飛到另一個。
在這個模型當中,我們可觀測的宇宙只是許許多多(或許是無限多)不相連的補丁當中的一個,而那些不相連的補丁我們永遠也觀測不到。我們需要膨脹宇宙的理論,因為它解釋為什麼我們今日宇宙的樣貌是(時空)平坦且均勻的,但而大爆炸的宇宙卻應該是彎曲且不均勻的。透過膨脹宇宙,可以說整個『大』的宇宙是彎曲且不均勻,而我們平坦且均勻的宇宙只是其中的一小部份而已。
信不信?這只是最簡單的部分。接下來的將稍微困難(可能待會就抓狂了)。永恆膨脹宇宙理論只是眾多理論之一,它主要的論述,是宇宙 -- 不僅僅是我們觀察到的這個宇宙 -- 而是整個膨脹中的宇宙 -- 是一個多重宇宙,其中有無限多由真空相隔的宇宙泡泡。多重宇宙的不同部分可以在任何瞬間突然發生暴漲,而將它們分離成為獨立的宇宙。這樣的過程發生被認為會發生無限多次,且將一直發生下去,因此產生一個無限膨脹中的多重宇宙。. (更多關於永恆膨脹的介紹,可閱讀 this paper by Alan H. Guth.)
這些看起來似乎非常學術性,但要將有限的機率套入無限的多重宇宙便有問題了。在我們有限的宇宙中,我們將某些機率視為平常,比方說,從機率的觀點,你非常不可能贏得樂透頭獎。但在無限的多重宇宙,所有的可能性都會發生,且將發生無限多次,這也就是說將會有無限多人贏得某一次的樂透頭獎,也將有無限多人輸掉它。在有限的層次我們可以理解輸贏的差異,但如果都是無限,那我們如何知道某個發生無限次的事件會比另一個發生無限次的事件的發生機率更高?
很明顯地,物理學家一般不會拿中樂透的機率來計算多重宇宙的問題,但同樣的機率問題卻影響在宇宙中所做任何機率的計算。我們確實了解了我們這個有限宇宙運行的定律,但作者指出,如果宇宙永恆地膨脹,我們將不知道宇宙是如何運行的。
這對一些宇宙觀測實驗是很重要的,因為我們必須知道當觀察到一個現象時,它發生在我們這個宇宙的機率相較於發生在其它無限永恆時空的差異。更廣泛的說,這雖然是一個我們日常生活可以忽略的問題,但不爭的是,我們所熟知支配宇宙的定律在無限多重宇宙是無法立足的。簡言之,這是個『量測(measure)問題』。
為了解決這個量測問題,物理學家試圖切出一部份有限的時空樣本來計算機率,這方面的物理學都用到這個方法,但我們需要知道,基於我們所觀測的宇宙,要維持有限合理機率的計算,最多可容納多少時空樣本?
這是我們得知時間終結的地方。根據 UC Berkley 物理學家 Raphael Bousso 與他的團隊的研究,物理學家為了計算機率所導入統計上的截止點(最大樣本數),有可能是多重宇宙的真實結構。這是什麼意思?宇宙必須在所有物理定律失去意義前終結,既然統計上時空樣本大小的截止點是可以推知的,那麼這個點可能就是真實宇宙的界限,而在此之外的擴展是不可能的。
現在,如果這個理論是正確的,我們對於這個理論在『空間』部份的計算式應該沒有問題,但『時間』部份則有疑慮。根據Bousso 與他同伴的預估,有50-50的機率宇宙將在未來37億年後終結,因為我們屆時將跨越時空截止點的『時間』的部分。
37億年聽起來像是永恆,從人類的尺度來說。但有許多東西比37億年更老,比方說地球就超過37億歲,而太陽還有50億年才會燃燒殆盡。因為這個理論,我們可能會需要重新解釋至少四集 Doctor Who 的劇情 (新影集)。
所以,宇宙的終結代表什麼?無論是什麼,它會是一種形式的物理災難,但我們不大可能看到它的到臨。我們不可能看到災難在其他地方發生,因為那代表會超前因果 (casually ahead),但物理學家說這不大可能。最有可能的是這些事都會以光速展開 (或是以某種奇怪的方式整個宇宙同時發生), 也就是我們的後裔將永遠不會看到宇宙燒盡。
Bousso 博士解釋這對物理學而言的意義,並澄清這不是對啟示錄的預言:
"非常重要的是,請了解我們並不是說我們確定時間將會終結的結論 (雖然我們不能排除它可能是真的)。在科學上,這樣的推理通常是有價值的:你了解到你看似合理的理論預測聽來是瘋狂的,因此你必須抓牢它,然後選擇放棄這個理論,或了解為什麼這乍聽瘋狂的事其實並不那麼瘋狂。"
所以,你應該相信它嗎?除非你願意 (或許更重要的是,你是否能夠-我知道我不能) 研究他們的數學推導。這個主要問題是其中比較哲學性的題目。他們的理論的關鍵在於相信宇宙必須是可以解釋的。僅知道物理定律的存在是不夠的,我們還要能夠解釋它們為何存在。 當然,也有另一種感覺比較舒服的哲學觀點,認為物理定律就是這樣,沒有必要多做解釋。
Australian National University 的 Charles Lineweaver 博士質疑這個理論只是將統計學上的把戲換成宇宙的終結:
因為這個問題無法從他們計算當中獲得解決,因此他們做出宇宙必須終止的結論。Bousso 的宇宙平均壽命是一個定數,只因為那是你要取得合理機率的截止點,這種統計學技巧被看得太嚴重了。
但 Bousso 想要澄清他不僅是要爭論宇宙是否會終結 (或是50-50機率會終結),他與他的研究團隊試圖指出一個物理學上的破洞需要被正視,無論這是否是時間的終止或有其他意義:
"這些截止點已經被頂尖的物理學家使用多年,我們只是要指出我們不能繼續忽視下去。時間的終結在物理學上是無可避免的,因此它需要一個物理(學)上的評斷,而不只是認為它是一個數學的把戲而已。"