量子和宇观世界的“广义测不准原理”
  《新科学家》杂志在今年的3月1日发表了科学作家斯图亚特·克拉克撰写的两篇文章，一篇文章的题目是“诡异的量行为甚至比我们想象得更为诡异”，另一篇文章的题目是“仅仅存在一个三维的时空世界吗？”，克拉克撰写的文章收录在《新科学家》杂志发表的专栏文章中，系列的文章讨论了宇宙的不确定性问题，诸如：在时间的概念中存在宇宙的不确定性，我们只能观测和体验时间的向前流动，“一往无前”的时间从过去转换到现在，“时间之箭”总是从现在指向未来，那么，存不存在一个从将来转换到现在，从现在转变到过去的时间流动？存在所谓的“对称性粒”，比如：正电和反电，那么，为什么不能存在一种“对称性时间”？我们在这里假定了时间的“正向流动”和时间的“反向流动”组成“对称性时间”。有很多的物理学家相信在宇宙大爆炸的瞬间既产生了一个时间“向前移动”的宇宙，也产生了一个时间“向后移动”的宇宙，但是，很少有物理学家相信在量宇宙中存在两种时间体系。

  时间的方向性是物理学和哲学中最令人“伤脑筋”的问题之一，有的物理学家曾经尝试用中微和希格斯粒的特性来解释物质和反物质的“对称性破却”，还没有一位物理学家着手用中微和希格斯粒的特性来解释时间和“反时间”的“平衡性破裂”，本作者根据“时间简史”的研究成果，在“时间物理学”和“时间哲学”中引入时间“对称性破却”的词语描述，仅仅为了明“广义测不准原理”的含义和表现，我们最容易理解、最熟悉的时间也是我们最难理解、最不熟悉的概念。在量和最遥远星系的尺度上，“广义测不准原理”表现得尤为明显，尽管存在时间概念的模糊性和神秘性，但是，这并不妨碍我们设定了最精确的原钟，测量最微的时间变化，在原钟的尺度上测量诸如一个生命细胞的生长和变异，也不妨碍我们设定一个脉冲星的“钟表”，测量引力波的频率和振幅。所谓的“普朗克时间”究竟是人类的理性思维能够分析的最单位，还是自然时间的“最间隔”？或者“普朗克时间”究竟是科学的定义，还是客观存在的时间单位？如何证明“普朗克时间”构成了时间的最单位？自然时间的流动是按照“普朗克时间”一份一份地进行的吗？时间的开始和结束仅是人为的定义？物质形态变化的最性对应了时间的最单位，而物质形态变化的最大性对应了时间的最大单位，离开了物质运动和形态变化，我们对时间的理解失去了“根基”，但是，时间和物质运动、形态变化的关联似乎不是我们理解的完全、强的“等效原理”，或者不是“一一对应”的关联。存在反物质，却没有发现“反时间”，存在可逆的物质作用，可逆的物理化学反应，却没有发现可逆的时间流动，反向的“时间箭头”。

  宇宙的不确定性表现在反物质缺失方面，我们不能用开“空头支票”的方式从物理思维中构造一个“反转时间”，可观测的宇宙由物质和“暗物质”组成，由能量和“暗能量”构成，物质和能量的运动和变化遵循时间的“正向移动”，“暗物质”和“暗能量”还在我们的观测和理解之外，但是，物理学家已经形成了一种“集体意识”，即：如果存在暗物质和暗能量，那么，暗物质和暗能量的运动和变化同样遵循时间的“正向移动”，或者在物质、能量和暗物质、暗能量的时间流动之间存在完全、强的“等效原理”，它们在同一的时空框架内“生存和毁灭”。本作者发现，如果物质、能量和暗物质、暗能量处于同样的时空背景，那么，这意味着我们不能用暗物质和暗能量所在的“暗时空”了解释量的诡异行为，在相互纠缠的量之间发生的“超时空”信息传递就不可能通过“暗时空”实现，那么，量纠缠的信息传递通过什么“时空隧道”实现？由于我们对“暗时空”的性质了解得很少，不能完全排除“暗时空”对在量纠缠中信息传递的影响，目前，最令物理学家“头昏脑涨”的问题是纠缠的粒如何传递它们的信息，在纠缠粒的“量通讯”中产生了“迷失的时空”，“瞬时传递”的通讯方式违背了我们理解的逻辑因果性，造成了科学和哲学思想的混乱，给哲学神秘主义和“唯意志论”留下“可乘之机”。广义相对论告诉我们，需要在时空弯曲的属性中去发现引力的本质，现在，量物理学家通过量纠缠的实验告诉我们，需要在“时空随道”中去寻找量信息传递的原因，由此可以得出一个结论：我们在广义相对论和量力学的尺度上对时空属性的理解远未达到“认识的彼岸”，就像我们对黑洞理论的认识受到了双重“广义测不准原理”的约束一样，我们对科学和哲学时空理论的认识同样遇到双重“广义测不准原理”的限定。

  如果我们认为科学家已经从广义相对论上彻底底认识了时空的属性，那么，现在的物理学家不会求索“修正引力理论”，同样，如果我们认为科学家已经从量力学上完全理解了时空的特性，那么，现在的物理学家不会探究量纠缠的信息传递路径。时间的“正向流动”无论在牛顿力学，还是在爱因斯坦相对论中都构成了一个潜在的“公理”，经典物理学以“时间的箭头”为前提，如果量物理和量宇宙学家发现了时间的可逆性，或者时间的“翻转”，那么牛顿、爱因斯坦、修正的引力理论将会遇到难以预计的挑战，我们对物理学真理的认识将会发生颠覆性的改变。本作者只是从宇宙哲学的层面提出一个“似是而非”的问题：什么物理机制能够解释时间和“反时间”的“对称性破却”？物质和反物质的“对称性破却”为什么没有和时间和“反时间”的产生完全、强的“等效原理”？为什么在可观测宇宙中存在一些反物质，却根本不存在“反时间”？如果物质和反物质的“对称性破却”进行得不够彻底，而时间和“反时间”的“对称性破却”完成得“干干净净”？有的物理学家声称发现了“反时间”的粒运动，有的物理学家则相信存在一个时间“反向流动”的“对称宇宙”，在物理学家的设想得到证实之前，我们应当抱有怀疑和包容的态度。也许牛顿、爱因斯坦和修正引力理依托的“时间公理”不能涵盖时间的所有属性，即使像霍金一样的科学家写出了《时间简史》，但是，目前的科学家对时间的深度认知受到了“广义测不准原理”的束缚。

  除了时间向两个相反方向运动的奇异性，宇宙的不确定性表现在量和宇宙时空维度的性质和数量上，虽然爱因斯坦的时空维度和牛顿的截然不同，但是，两者的差别在于前者把时间看成是四维整体时空中的一个，后者把时间看成独立的四维时空中的一个，或者时间在牛顿力学中是独立的一个维度，而时间在爱因斯坦的相对论中则是时空融合的一个维度，牛顿力学适合用微积分和欧几里得几何的描述，而爱因斯坦相对论适合用微积分和非欧几里得几何描述。但是，物理学家想象了一个超越了牛顿和爱因斯坦时空维度的宇宙，我们无法证明，也无法排除一个更高维度的宇宙，不用，一个更高维度的宇宙不能用牛顿、爱因斯坦和修正引力理论来描述，也许我们可观测的“低维”宇宙“包裹”在一个更高维度的宇宙之中，使得我们的宇宙看起来就像一个“果壳中的宇宙”，如此的宇宙只能想象，不能观测和理解，就像一些相信“全息理论”的物理学家断言，我们的可观测宇宙只有一个“二维时空”，相当于黑洞用“全息摄影”方式发射的立体投影一样。宇宙和量宇宙的诡异性完全不在一个量级，但是，本作者还是用“等效原理”来解释它们之间相似的诡异性，比如：修正引力理论告诉我们，在星系和星系团的更大尺度上，引力的性质发生了变化，不能用广义相对论来解释，爱因斯坦可以在太阳系“骑自行车”，但是在超大星系团“骑行”时，也许有“力不从心”和“晃晃悠悠”的表现。不用，在原核和原的更尺度上，牛顿和爱因斯坦定义的引力不再适用，需要引入量引力的理论，现在，量理论能够解释粒的许多怪异行为，却不能给出引力量化的解释。

  宇宙的不确定性还表现在我们对光速不变性的观测和理解上。光速不变性形成了狭义相对论依托的一个公理，但是，遥远星系所在空间的膨胀速度超过了光速，明了空间的膨胀速度不受光速不变性的限制，纠缠量的信息传递超过了光速，同样不受光速和光速不变性的限定，如果修正引力只是从理论上试图超越爱因斯坦的相对论和宇宙学，那么量纠缠现象从实验和观测上发现了相对论的漏洞和不足，有很多的科学家和科学爱好人士对量纠缠的作用机制进行了很好的解释，但是，没有一种量解释的理论达到了爱因斯坦广义相对论对引力解释的效果和高度。我们可以把量纠缠各种版本的理论暂时放在一边，把主要的研究方向落实在量纠缠现象在工程物理中的应用，中国科学家虽然没有在量纠缠的解释上有所建言，但是，他们在量技术的应用上走在了世界前列，在世界上第一个成功地发射了量通讯卫星“墨号”，构建了卫星和地面通讯系统的“量络”，成为量通讯领域的“带头大哥”，中国科学家研制的“量雷达”用于发现空中的隐形飞行器。尽管我们对量行为的奇异性不能充分地认识和掌握，但是，量世界的不确定并不妨碍我们在工程和国民经济领域广泛地使用各种量技术。《新科学家》杂志发表“宇宙不确定性”的系列文章没有作为本作者的“素材”，本作者却将宇宙的不确定性理解为“广义测不准原理”的显示，在本文中“一气呵成”地表达了自己的所思所想。

  （邓如山2017-3-6邮箱：deepmind_123@163.）

  （“Generaluaintyprinciple”Intheworldofquantumandos）

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