多重宇宙,时间箭头,宇宙起源.ppt

0610182 安琳 热力学第二定律 一个封闭系统的熵永远不会减小，熵——度量一个系统混乱程度的物理量。 熵：联系同一种宏观状态和它所有的微观状态数目。即公式： 宇宙初熵极低！ 随机系统选中低熵状态的可能性很小。 为何宇宙之初呈现一种概率很小的低熵状态？ 初始低熵决定了宇宙的时间箭头——即所谓时间开端！ 除热力学第二定律公式之外，任何其它物理公式都没有表现出时间上的不对称性，人为假定时间箭头是否合理？ 即使粒子衰变过程在某一时间方向上比另一时间方向上要频繁，但是其衰变过程为可逆过程，与时间箭头无关。 引力作用忽略时： 此时均匀分布的粒子系统——平衡态——拥有高熵。在多粒子系统，各种粒子相互之间均匀分布意味着宇宙没有现在的星系等有序系统！ 引力不可忽略时(有限空间)： 此时粒子均匀分布反而熵较低，引力会使粒子聚集成恒星和星系，与热力学第二定律相符。最终此时熵较大对应的状态是一个黑洞(霍金证明黑洞完全符合热力学第二定律，且会辐射并蒸发)。 黑洞辐射蒸发，说明它还不是最大熵值，蒸发殆尽所形成的平衡态是熵极大值，此时该区域”空无一物”！(但存在暗能量) 暴涨理论： 超致密暗能量导致宇宙在短时间内以超乎想象的速度膨胀(速度超过光速！)，之后暗能量衰变为我们可观测的能量和物质。 残留的暗能量在宇宙中均匀分布着。 可以据此得出猜想I(见后)。 成功之处： 解决了相距较远的独立区域中物质密度高度一致的现象。 暴涨发生后所留下的一个炽热、致密、“均匀”的宇宙微波背景辐射。 观测上发现的宇宙物质密度的微小涨落现象。 问题： 超致密暗能量的熵比由它衰变来的炽热、致密气体低得多！单一种类粒子系统均匀分布的熵要比多种粒子均匀分布的熵要低。前提是粒子数相同。 暴涨将低熵状态推进一步，没有解决时间箭头问题！ 宇宙的起源： 假设宇宙最初处于高熵状态，即最概然状态！就是我们之前所说的“空无一物”的特殊状态。 由于存在暗能量，量子场的涨落不会使宇宙温度为零，会有单个粒子甚至一团粒子突然出现，但会很快消散在真空之中(假如没有暗能量，则只能涨落出虚粒子！) 如果一小团致密暗能量涨落出现时的条件恰到好处，其所占据的空间将发生暴涨，形成我们今天所看到的宇宙。注意并不是一般暴涨模型所说的随机涨落。 多重宇宙： 涨落产生婴儿宇宙之后最终膨胀为一片虚空，回到刚开始的高熵状态，再通过涨落形成另一个宇宙。 超宏大尺度，这些宇宙对时间来说是对称的——无论时间向前流逝还是向后流逝都会涨落出许多宇宙！，但是半数宇宙中的时间箭头与另一半的相反。 问题： 量子场涨落出的一团致密暗能量熵值极低，但是涨落理论与此并没有矛盾，而且开放系统中熵值可以通过消耗系统能量得以降低！也许在超宏大尺度上看，系统不存在一个界限，一个的宇宙就近似处于一个开放的系统中，实际上这个系统是一个无穷大的系统，宇宙的生成在其中是一个可逆过程！ 猜想： 猜想I：该无穷大系统中，总暗能量守恒！总熵守恒！！！ 猜想II：假设时间箭头为一种量化属性，类似于奇宇称和偶宇称，则其也为守恒量。 猜想III:各种宇宙，相当于近独立子系，相互之间没有影响。进一步猜想，这些宇宙就是埃弗里特平行宇宙，称时间箭头相反的一系列平行宇宙为反平行宇宙。则反平行宇宙与平行宇宙数量相等。 “我们观测到的世界才是‘真实’的世界”！ 玻尔回复EPR佯谬时如是说，测量问题是量子力学的一大难题！ 对于实验工作者来说，每一个物理系统都是一个黑箱，为了探索物理系统的特性，实验方法是，给系统一个微扰，再看它如何响应。我们常常看到的响应与微扰成正比，称之为线性响应。如果物理世界中可以测量的只有线性响应，那么这个线性响应就代表着真实，物理理论就将是线性响应的理论，况且，我们可以测量的其实只是关联函数，这样看来，物理理论中的很多概念并不代表真实！ 以上的测量过程，观察，给定的微扰，和待测系统同处于一个物理系统之中，对结果的解释需要统一的理论考虑。 哥本哈根诠释： 态的叠加理论说明一团粒子可以处于某种波函数的叠加态中，多种不同的状态相互叠加在一起，例如粒子可以同时处在不同的位置、拥有不同的速度和自旋方向，当观察者进行精确测量时，总会得到一个明确的结果——仅仅是叠加态中的某一种状态，即不存在薛定谔的猫那种状态。最终出现那种状态，是由概率幅的平方决定的。 哥本哈根诠释假定，量子世界中的动力学过程可以简化为经典的可观测现象，并且只有可观测现象才有意义。它赋予了外部观测者置身于经典世界中的特权，与被观察系统所处的量子世界不同。宏观世界不存在叠加态。 在测量瞬间，多种态叠加而成的波函数坍缩为其中的某一种状态，波函数产生了不连续间断。观测前与观测后没有任何逻辑关系。同样薛定谔方程也没有暗示测量过程会引入坍缩 埃弗里特的理论： 基于观测的基本要求，薛定谔方程总是适用，包括观测物体