讓時間和空間分家吧！

jameswu

	http://sa.ylib.com/MagCont.aspx?Unit=newscan&id=1511 一些關於量子重力的新理論指出，愛因斯坦的時空理論即將被推翻。 撰文／梅拉里（Zeeya Merali） 翻譯／宋宜真 牛頓對了、愛因斯坦錯了嗎？如果剖開時空的結構、回頭聆聽19世紀對於時間的看法，我們得到的是量子重力論。 過去數十年來，物理學家一直在為量子力學跟重力理論的結合而奮鬥，畢竟自然界中其他作用力的身世早已釐清且各就各位，例如電磁力就可以用光子的量子力學運動來描述。但是，若想以量子重力來描述兩個物體間的重力，馬上就會遇到困難：最後計算出來的解都是無限大。現在，美國加州大學柏克萊分校的物理學家侯拉瓦（Petr Hoava）認為他發現問題所在了：這一切都跟時間有關。 更確切來說，問題在於愛因斯坦的重力理論中（也就是廣義相對論），空間和時間是如何連結的。眾所皆知，愛因斯坦推翻了牛頓系統中絕對的時間觀（牛頓系統中，時間是穩定地在背景中滴答前進），並提出時間事實上是另一個維度，和空間緊密結合在一起，所形成的時空結構是會受到物質影響而彎曲變形的。問題在於，量子力學中，時間仍舊維持著牛頓力學系統中那種超然獨立的角色，是物質演出的舞台，而不會受到物質出現與否的影響。這兩種時間的概念是不相容的。 侯拉瓦表示，解決方式就是在非常高能量的狀態下，把時間跟空間斷開，一如受量子重力主導的早期宇宙。侯拉瓦說：「我回到牛頓的想法，將時間和空間視為不對等之物。」而在低能量狀態，廣義相對論便會從背景架構中浮現，將時間和空間重新縫合。 侯拉瓦以某些奇特物質改變相態的方式，來解釋廣義相對論的浮現，舉例來說，這就像低溫液態氦的性質會發生劇烈改變，形成一種不具摩擦力的「超流體」。他以各種詭異相態轉變的數學來建構他的重力理論，而且目前為止都還可行：其他理論在無限大之處都會遇到困難，但這個理論則否，而且能建構出運作得當的重力表現，也能符合電腦模擬出的量子重力。 侯拉瓦的理論在2009年1月發表之後，等於為物理界打了一針強心劑。同年11月，物理學家在加拿大安大略省的滑鐵盧圓周理論物理研究所會面，主要是確認這個模型能否正確描述我們現今所看到的宇宙。當初就是愛因斯坦預測水星運動的準確度高於牛頓的重力理論，廣義相對論才大獲全勝。侯拉瓦的重力理論也能獲得一樣的成功嗎？目前的答案似乎是肯定的。葡萄牙里斯本大學的羅勃（Francisco Lobo）等人已經運用該理論，正確描述出行星的運動。 還有人對於侯拉瓦的重力理論做出更大膽的聲明，尤其是用來解釋大霹靂理論中的奇異點等宇宙學重大難題，因為物理定律在奇異點無法成立。加拿大馬吉爾大學的宇宙學家布蘭登柏格（Robert Brandenberger）於2009年8月《物理通訊評論D》的文章中表示，如果侯拉瓦的重力理論是正確的，那麼宇宙並非如大霹靂般炸開，而是反彈開來的。他說：「充滿物質的宇宙將會收縮到一個很小（但有限的）體積，然後再反彈開來。」根據布蘭登柏格的計算，宇宙反彈所生成的漣漪，跟衛星已偵測到的宇宙微波背景輻射是相符的，而他目前正在尋找其中的特徵訊號，以區隔出反彈理論跟大霹靂理論。 日本東京大學宇宙學家向山信治則表示：侯拉瓦的重力理論還創造出一個「暗物質的幻影」。他在2009年9月的《物理通訊評論D》的文章中解釋，在特定情形中，侯拉瓦的重力會與一般物質交互作用而有所漲落，因此重力會比廣義相對論所預測的稍高。基於這個影響，星系實際包含的物質比能觀測到的要多。此外，韓國國立全北大學的宇宙學家朴武仁（Mu-In Park）認為，能讓宇宙加速膨脹的動力，或許是侯拉瓦的重力，而不是現今所認定的神秘暗能量。朴武仁表示，對宇宙起源最重要的一項解釋，就是空無一物的空間其實有內在的能量去把宇宙往外推。這種內在能量並非來自於廣義相對論，而是從侯拉瓦重力方程式自然推導而來。 【欲閱讀更豐富內容，請參閱科學人2010年第95期1月號】 極有創意的想法，提供大家另一個思考角度！

jameswu

	另一個我曾經在舊站提過的，書評節錄自網路：http://www.everdark.info/2010/12/blog-post.html 作者喬奧．馬古悠是劍橋大學理論物理學博士，現為英國倫敦帝國學院教授。 一本特別的科普書。 它除了講述「光速改變理論（Varying Speed of Light, VSL）」這一支挑戰愛因斯坦狹義相對論的現代理論物理學，同時也講述了科學界本身的一些故事。因為作者本身就是鑽研VSL的理論物理學家，這本書不光只是他試圖以科普的語言來介紹這一支尚未能夠論成敗的新理論，同時也記述了他作為一個學者，關於挑戰學術體制的一些心路歷程。 事實上，書中充斥著作者對於英國學術界的冷嘲熱諷。念過研究所、也寫過論文、與學術界的教授們有過一些互動的讀者（如我）對其中一些事物觀點想必能或多或少產生共鳴吧！任何領域都有它比較晦暗的一面，學術界不會是例外。不過這本《比光速還快》的主軸當然不是對於現今（尤其是英國）學術界體制的抨擊，本質上它還是一本科普書：介紹的是宇宙學的謎題與一個可能的解答。 現代物理的兩大基本支柱為相對論（Special and General Theory of Relativity）與量子力學（Quantum Mechanics），前者（狹義相對論）表明光速為恆常，不論觀測者的運動狀態。早在愛因斯坦之前，古典牛頓世界觀告訴我們「時間」是隔離於三度空間而絕對的存在，但愛因斯坦卻說不是如此。他的相對論呈現出來的是時間不可分割的四度空間，時與空交錯並存、彼此無法絕對切割，而「重力」更可說只是時空扭曲的幾何描述。在狹義相對論中，愛因斯坦提出「光速恆常」的看法，輔以實驗的證實，撼動了當時的學界。 相對運動的概念告訴我們，當A與B同時向前奔跑，A的時速是100而B是50，則在移動中的B眼中A的速度只有50，這是A真正的速度減去了B的速度的結果。但如果A是一道光呢？當光以每秒三十萬公里狂奔，後頭則是一個每秒二十萬光里狂奔的超科技移動裝置，在這亞光速移動裝置的測量下，光速仍然以每秒三十萬公里狂奔。光速的恆常成為現代物理學的重要基礎，出現在許許多多試圖描述我們這個世界的數學公式與模型中。 VSL試圖挑戰光速恆常、且光速為運動速度極限的概念。 作者最初的動機在於回答宇宙學的難題。 宇宙學，就是研究諸如「宇宙如何誕生」、「宇宙何時誕生」、「宇宙何時可能死亡」等深奧議題的物理學。其中最為大家所耳熟能詳的就是大霹靂了。大霹靂是目前最普遍被接受為宇宙起源的臆測，一種假說。然而大霹靂本身還存在許多難解的議題，成為過去到現在鑽研宇宙學的物理學家挑戰的領域。 這本書很大一部份就是在描述這些難題，全書主要有兩個部分，第一個部分描述大霹靂與VSL出現前最熱門的對應理論，同時作者也花了不少篇幅描述愛因斯坦（還有若干其他物理學者）這位稀世天才本人的故事；第二部分則開始著重於VSL的內容，除了理論本身的科普概念之外，書中文字內容有相當分量是在描述作者鑽研這套理論時的心路歷程，包括他投稿期刊的挫折、對現今學術期刊機構運作的一些弊病的嘲諷、對於科學研究的自我詮釋與心得……等，內容堪稱豐富，比起一般科普書，多了一點「故事性」的味道在其中。 這本書不算新，０４年有中譯版本，VSL當時到現在這幾年間又有了怎麼樣的發展，我是沒有特別去關注，不過如果他確實如作者所期待，那麼未來我一定還會在某一本科普書裡面看到它的蹤影的

桂子

	候拉瓦的重力理论，看上去蛮好的。虽然没有看到更具体的资料，但是这个解释很简明。 总觉得，真正“正确”的物理理论，应该是简洁优雅的；只要用合适的语言来描述，就能被广大的普通人了解其精髓，而不是只有少数专家才能明白。 另外，今天看了这里引用的第一篇文章，冒出个非常奇怪的念头，就是——时空，会不会跟“意识的本质”是有关的？会不会真的有某种“宇宙意识”存在？呵呵，似乎是我想“过头”了吧。

jameswu

	桂子 發表於 2012-11-13 20:30 候拉瓦的重力理论，看上去蛮好的。虽然没有看到更具体的资料，但是这个解释很简明。 总觉得，真正“正确” ... 桂子也跟多數物理學家一樣，認為定理都應有簡潔的美感！ 這個想法，我在舊站有提過一本書：第五種力場。 作者是這麼認為，但缺乏方程式、模型！

桂子

	jameswu 發表於 2012-11-13 20:39 桂子也跟多數物理學家一樣，認為定理都應有簡潔的美感！ 這個想法，我在舊站有提過一本書：第五種力場。 ... 呵呵，我不光是认为定理要有简洁的美感，还觉得定理所表达的东西，需要能被右脑以直观的方式所理解。这样，才会让大多数觉得那是“对”的。 唉，说说我的胡思乱想吧——我对相对论中那个“每个人带有自己的时钟”，特别有兴趣。就是说，每个物体都有一个它自己的“时钟”，它的时间的快慢，跟它的运动速度有关。如果是一个含有物质、物体的参照系，那这个参照系其实也有它自己的“时钟”咯，也是跟它的运动速度有关？ 我出生在这个世界上，如果我相对于地球没有非常高速的运动，那我的时钟、时间，就和这个“地球的时间”是同步的。那么“地球”的时间呢，跟谁同步，或者以谁为基础显得较快或较慢呢？这样推想下去，会觉得，整个宇宙是有一个基础的“时间”的，但是既然时间以运动和物质为基础，宇宙的“时间”是怎样的呢？于是，会觉得时间、空间、物质其实是“合”在一起，无法分离的。 然后，又想到唯一能“改变时间”的，似乎只有“意识”。在催眠中如果产生“时间扭曲”，会对时间产生错觉。我自己也在无意中经历过，就是我自己快速运动时，体验到的不是自己动作变快，而是主观感觉时间变慢了。前不久看书，发现一个催眠的例子，催眠大师理查班德勒为一个妇女催眠，让她产生时间扭曲，结果之后没有经过训练的她就制服了一个柔道高手；同样的，意识的“时间扭曲”，也改变了她的身体动作。所以，一个人无法控制自己的身体细胞等随着自己所在的“物质”的参照系的时间变老；但却可以在意念中体验不同的时间，或许甚至真的让意识经历了不同的时间。 当使用“时间扭曲”的催眠技术时，肉体的运动既受到肉体条件和运动的限制，同时也受到意识中时间的影响。 所以~~~我才有前面的想法。 呵呵，见笑了。觉得自己可能很愚蠢，才有这样的想法和联想。

jameswu

	桂子 發表於 2012-11-13 21:40 呵呵，我不光是认为定理要有简洁的美感，还觉得定理所表达的东西，需要能被右脑以直观的方式所理解。这样 ... 有些東西~~現代科技還無法實驗， 等以後~~~我是指~~嗝屁之後，說不定有機會證實~~

jameswu

	有關於時間、空間的大問題，人類所知幾近於無， 理論物理有些弊病似不自覺： 運用比喻，卻又往往自陷於比喻本身而犯了過度推演的謬誤。 建構的模型，常常是為了符合現今所觀察到的現象， 卻愈搞愈複雜，且誤認為所有方程式解必定在現實宇宙存在，卻又無法驗證。