全球週刊封面:宇宙不確定 五大物理狂想(20170305 新科學人)

邱慕天 2017/03/05 19:32 點閱 1149 次
《新科學人》 New Scientist  宇宙不確定:五大物理狂想
《新科學人》 New Scientist 宇宙不確定:五大物理狂想

《新科學人》 New Scientist
宇宙不確定:五大物理狂想

科學的突破,往往是許多小型的事實確立之後,久久來一次。但很久沒有突破的時候,讓我們偶爾跳脫事實來點狂想,也不壞吧?本期《新科學人》列舉五點:

一、 如果光速沒有極限?

已知真空中的光速,是物理移動速度的極限(這粉碎了我們星際殖民的夢想──星系之間的距離動輒以10萬光年計)。接近這個速度時,許多相對論的時空異常就會出現:時間變慢、距離變長、動靜關係改變。

然而,宇宙中有個怪象,是需要我們假定「超光速」的存在來解決的,那就是宇宙各地的「均溫」現象。照理來說,大爆炸之後的時間不足以將熱能導得這麼均勻。所以傳統認為,大爆炸初期,宇宙曾以超光速膨脹開來,儘管這讓我們的膨脹理論看起來像是為著物理實證的現象所量身訂做的。

所以,如果我們假定,宇宙創初時,光速是極快、近無限快的,並隨著時間推移才猛烈減速下來;而到現今它還在減速,只是降幅小到我們無法在人類短短的科技文明史中測量出來──這會不會比假定光速衡定還更合理呢?

二、 量子怪象可更怪一點?

在我們世界的因果推定中,我的x行為導致y發生,通常與z無關。但亞原子粒子建構的量子宇宙中並非如此。愛因斯坦在1935年提到這種類似「粒子心電感應」的蝴蝶效應。當這個稱為「粒子纏結」的現象發生時,測量一處的粒子會同時讓另一個遙遠的粒子性質被鎖定。

這個作為量子物理的基礎理論,是我們的半導體業,甚至生命的理論的必要模塊:唯有一個怪到恰好能容許這類纏結/蝴蝶效應發生的世界,才能產生如此豐富編織紋路般的現實,以及生命體。

三、如果時間能前進也能倒退?

這更像是個哲學問題。如果絕對的時間存在,它一定是在不受相對論影響的宇宙之外。時間的單向流動,僅僅在物理學上繫於熱力學第二定律:熵的增加,代表訊息的流失。例如溫度散發於空氣中的熱咖啡、掉在地上碎掉的蛋,我們缺少讓他們歸回原狀的方法(訊息)。

但假使我們有一個方法,能夠保存有關於一個蛋落下碎掉時的一切軌跡、速度等訊息,或保存熱咖啡與週遭空氣粒子一切互動的資訊呢?

量子的互動,包括纏結現象是概率性的。這類的情況使得世界一直充滿不確定性,帶來了預知的資訊鴻溝。因此可以說,如果存在一種打破這個訊息鴻溝的「全知者」視角,那麼時間或可被證實是能夠倒退的(因為未來可以被確知)。

四、如果我們生存的世界不只三維?

弦論物理學家認為,宇宙的空間維度至少有10維。它們也會必然導出多重宇宙彼此相連的結論。反過來說,如果我們不願接受多重宇宙,那麼空間只有三維是無法說得通的。

例如愛因斯坦當初為了用廣義相對論解釋質量如何扭曲時空,就假設了重力作為空間中的第四維(體驗起來像是加速度)。後來不走多重宇宙路線的科學家,也有提出五維、六維的模型。

五、反物質存在嗎?

1920年代英國物理學家狄拉克想讓狹義相對論和量子理論適用於解釋電子的運作,從而第一次在意料之外推導出了「反物質」的存在:對應於每一個電子的存在,應要有另一個相同但電荷相反的「正電子」存在。狄拉克原先為了理論的漂亮而不敢發表這個東西,沒想到「正電子」的存在卻在3年後被測到。

狄拉克聲名大噪。但我們現在卻必須面對一個理論上有一半是「反物質」的宇宙,這對觀測不到它們的我們十分困擾。由於物質和反物質遇到時會互相「摧毀」並發出x光的閃光,所以它們一般不在彼此附近。

https://www.newscientist.com/issue/3115%20/