本文目录
- 如果一个电子可以出现在不止一个地方，那么宇宙中有可能只有一个电子吗
- 宇宙有多复杂人脑有多复杂完全相同的“基础粒子”是否存在
- 如何理解费曼的“单电子宇宙”假说
- 宇宙有边际吗
如果一个电子可以出现在不止一个地方，那么宇宙中有可能只有一个电子吗
电子只能在一个以上的地方。海森堡测不准原理揭示的是，电子具有一种云状结构。这就好像一根质量弦在一个康普顿波长的平方范围内展开。为了想象这个过程，拿一支铅笔，或者任何细长的物体，在你的眼前快速地来回移动它。它看起来就像物质线在一个区域上分散开来，并且它变得像云一样。这种云状的外观是电子在科学测量中看起来的样子。
即使电子是云状的，整个云仍然占据一个确定的区域;实际上，它是一个弯曲的区域，就像环面一样。此外，类似云的性质特别指电子的质量。电子的电荷存在于整个电子表面，这就是为什么引力比静电和磁力弱得多。电子的电荷不受海森堡测不准原理的约束。
如果我们质疑我们的时间观察电子在一个地方(如在手指上一个C原子)和假设一个极小期的检测,它完全有可能观察到另一个地方(如Ca原子在股骨)在一个很小的时间间隔之后,又一次在一个完全不同的地方(如H原子在一个雨水滴在云)后一段时间。我的意思是只有普朗克常数，一个基本的，微小的时间单位，可以限制我们的观测频率。除此之外，我看不出为什么在这些地方不需要复制的情况下就不能观察到电子。
一个电子永远不会超过一个位置。如果你测量位置，在A处找到它，你永远不会在b如果一个电子可以出现在不止一个地方处找到它。这意味着它永远不会在一个以上的地方。在测量之前，它的位置只有一个不确定度。如果你不知道火车是准点还是晚点，这并不意味着它会两次到达。是准时还是迟到，只是你不知道。
在双缝实验中，你永远不会在两个缝都检测到它。顺便说一下，电子双缝实验只不过是一个gedanken实验。电子的波动特性不是由双裂纹确定的，而是由晶体栅格散射确定的。为了做一个双缝实验，你需要大约一个波长间隔的缝。电子的波长是按原子大小的顺序排列的。你不能制造仅相隔一个原子的裂缝。前段时间，有人提到最近已经完成了。我不知道细节，但对我来说，这甚至不能令人信服。在这样的小缝中，缝的边界的影响是重要的。晶体网格的散射是令人信服的。
宇宙有多复杂人脑有多复杂完全相同的“基础粒子”是否存在
我知道你的思考，小时候我也想过类似的问题，不过站在科学的角度去研究这个问题，人类永远都搞不清楚宇宙的奥秘，因为现今人类发展的这个实证科学是受限制的，它本身其实一点都不科学。原子的结构和太阳系的结构没有什么本质的区别，宇宙存在不同的空间，同时同地就存在着另外的空间，越是微观的粒子组成的天体宇宙就越是洪大，因为这样的粒子它是遍布宇宙空间任何角落的。人能看到的最大粒子是星球，往上还有更大的粒子，再往上还有，人能看到的最小的粒子是分子，在往下有原子，再往下还有，对人来说，往上、往下追查都是无穷尽的。能够将宇宙的结构圆满说清的其实只有佛法，释迦牟尼早就说过一粒沙中有三千大千世界，一粒砂中就有三千个和我们人类社会一样的大千世界，那么那个沙子里面的世界里是不是还有江河湖海，那个江河湖海里是不是还有沙子？它那个世界里的沙子里是不是还有三千大千世界？这样看下去无穷无尽，这个宇宙有多复杂啊，释迦牟尼都讲“其大无外、其小无内”，意思就是说，站在他如来的层次上，他看不到那个最大的粒子的尽头，也看不到最小粒子的尽头，那物质有没有本源？有，但是最终组成物质本源的那个物质，神佛都不知道是什么，人也没有必要知道。宇宙有不同的空间，不同的层次，层层都有生命，生命也有层次之分，局限在科学的框框里，局限在无神论的框框里，人永远都研究不透宇宙，宇宙的奥秘也将永远都是人类永恒之谜。
如何理解费曼的“单电子宇宙”假说
这个假设是，宇宙中的所有电子，可以看做是一个电子在时空中运动的结果；并且这个电子在时间中既能“向前”也能“向后”移动。跟广泛流传的版本稍有区别的是，这里并没有说所有物质都是这个电子搞出来的。其实硬要说的话，比较严谨的版本应该是所有费米子都是一个在时空中来回运动的费米子（这里费米子仅指夸克和轻子，质子这种还有微观结构的就不直接算在里面了）搞出来的。这里“所有费米子”这个概念就比较好的涵盖了我们常规认识上的物质。（当然要是哪个物理意识好的同学说他已经习惯把光子胶子之类的玻色子也当做物质来看了……当我没说。）这个猜想，基于以下的三个事实/猜想1. 对于某种粒子（例如电子），任意两个个体是完全相同的（交换两个电子得到的新系统跟原系统在物理上完全等价。不过鉴于是费米子，波函数会多个负号）【毫无争议的事实】2. 物质和反物质的量是一样的，或者差距在一个费米子之内【毫无实验根据的猜想】3. 所有费米子可以用一个统一的场来描述，且从x运动到y的粒子等效于从y运动到x的反粒子，这里xy都是四维时空坐标【争议不大的事实】首先看毫无争议的事实。这个……就是个事实……我们看到的世界碰巧是这样的。实际上，这个“宇宙中也就那么一个电子”的猜想常常被用来解释为什么每个电子都长得一样……再说说猜想的部分。这里物质的“量”首先指数量。质量和能量之类的比较麻烦，就先不讨论了。这个猜想的必要性其实很好理解：如果一个粒子在时空中来来回回，对于任何一个时间，此时出现的向时间“前”“后”运动的粒子必然是一样多（或者只差一个）的。而根据第一个事实，这两种运动方式分别对应物质与反物质。当然啦，天文学上的观测表示，看到的反物质还是有点少。（为什么只能在宇宙里找反物质？请思考地球上要是反物质多了我们是怎么活下来的……）说点题外话，物质和反物质的量如果一样的话，会是一个非常让物理学家高兴的结论，因为它对称……（当然也因为可以让大爆炸之后的物质/反物质生成显得自然些之类的原因）然后，重要的部分来了：为什么一个反粒子可以等价于一个在时空中反向移动的粒子呢？这个就要谈谈费曼的贡献了。（之前有人提到这个一个电子创造世界的猜想其实是Wheeler提的……如果这是事实，那费曼的冠名估计是因为费曼提出了这个等价性。）在这之前，我们先花三分（小）钟（时）学习一下量子场论。为什么需要量子场论？一个直接的答案是（看起来万能的）量子力学不能严谨的处理很多问题，例如粒子的产生/湮灭。然后就有人脑子一抽，搞了个二次量子化：于是粒子们就从淳朴的波函数变成了一个“场”里的激发态。这一套理论很漂亮，各种对称性都一眼就看得出来，粒子产生/湮灭也非常自然……但是计算起来很蛋疼。一个（并不）非常简单的例子就是传播子（propagator）。传播子的物理意义就是粒子（这里的粒子包括反物质粒子）在时空中一点x和另一点y间移动的概率（准确的说是probability amplitude来着？算了不抠细节了）。这个算起来还不算太难，但是结果很不好看：必须要分类讨论xy间时间上谁先谁后的两类情况，而这两种的算法（准确的说，计算时在动量空间中积分的路径）是不一样的。更麻烦的是，两种情况物理意义也不一样：如果x在y之前（这里指时间上），那么粒子从x运动到y；如果y在x之前，粒子从y运动到x。物理学家们表示很蛋疼，但是也没什么办法；毕竟这个问题是因果律所要求的。费曼也很蛋疼，但是他有（脑）办（洞）法（大）。（搜索Feynman propagator有真相）费曼一拍脑门，选了一条非常奇葩的积分路径，使得积分在两种情况下的表达式是一样的；并且这个玩意的形式对于交换两点坐标是对称的。这样子计算看起来容易了一点。有了传播子，该算点现实的东西了。散射截面是个永恒的课题；但是散射截面同样非常难直接算。再一次，费曼提供了一个好思路：画图。通过（一点也不）简单的数学推理，一个散射过程的微扰展开可以用一系列费曼图来表示。每一个图中每个内部顶点对应于一次相互作用。对于这些相互作用发生的时空坐标进行积分，就可以得到相应的概率振幅；积分的被积函数主要由这些顶点间的传播子组成。这差不多就是费曼图1.0版。听起来是不是很简单？（我并不这么认为。）但是实际操作起来就是另一回事了：由于粒子种类太多（反粒子也是要考虑的），再加上从一个顶点运动到另一个顶点必须要保证两点之间的时序正确，实际计算上可以说是依旧蛋疼。然后费曼又拍脑门了：反正我们的传播子从x到y和从y到x写出来的形式是一样的，那我不管怎么说先算一个x到y，如果时序错了我就说其实是y到x呗？但是这里有个大问题：一个电子从这个点跑到那个点和从那个点跑到这个点，电荷啊自旋啊什么的显然不太一样……然后费曼接着忽悠：那我不管怎么说先算一个电子从x到y，如果时序错了我就说其实是个正电子（似乎还需要是自旋相反的，不过这个也可以很容易满足）从y到x呗？（这个可以做到是因为粒子和反粒子的传播子形式是一样的。）这流氓的逻辑其实相当严谨，而且采用了这个思路之后一举解决了计算上处理反粒子和因果律的两大问题，计算大大简化，费曼图升级为2.0版——也就是我们今天还在用的这个版本。当然实际计算上基本是在动量空间里进行，这就是后话了。一句话总结起来，就是费曼（数学地）证明了反粒子和在时间中逆向运动的粒子是等价的。这个等价性，只要量子场论是正确的，就是正确的。（鉴于量子场论也只是个唯象理论，真正的物理规律还是否满足这个规律也不好说……不过确实很有可能是满足的，鉴于SM在不太高的能量下表现很好。）有了这个等价性，我们可不可以说反粒子“就是”在时间中逆向移动的粒子呢？其实是可以的……因为说白了这也就是个定义的问题；这个解释是自洽的，并且可以准确的解释现实，所以就可以用。这跟严格意义上其实不存在“力”这个东西但是我们用这个定义用的很舒服是一个道理。最后提一句，这个理论看起来很厉害，但是也仅仅是看起来而已……它给了我们一个有趣的理解宇宙的思路，但并没有提供任何改造宇宙的思路，所以说，大家激动一下，就可以洗洗睡了。我感觉这个理论在物理学界并没有任何的冲击性……不过费曼关于反粒子等效于时间逆流的粒子的结论倒是相当优雅且富于实用价值。
宇宙有边际吗
而现代科学通过观察宇宙现象得出这样的结论，我们的宇宙并不是无限的，而是有限的。为何会得出这样的结论，并不仅仅是因为宇宙大爆炸理论，也是因为如果宇宙是无限的，会出现一些悖论，最简单的悖论就是如果宇宙是无限的，就不会有白天和夜晚之分，因为无限的宇宙意味着无论何时都会有无数光线照射到地球上，而白天的太阳光相对于无限的光线完全可以忽略不计，因为数学概念上无限+1仍旧等于无限！那么尽然宇宙是有限的，宇宙之外又是什么呢？答案可能会颠覆很多人的传统认知，并不是所有有限的东西都有边，比如说宇宙就没有“边”，准确地说是“有限无边”。我们的宇宙一直在膨胀中，空间在逐渐衍生。宇宙大爆炸本质上就是空间的不断膨胀，准确地说并没有“宇宙之外”这样的说法，所有的一切都在“里面”。那么有人可能会问，如果朝着一个方向永远走下去，最终会到哪里？有可能回到原点，因为我们所在的时空结构并不是平坦的，而是各种弯曲折叠在一起的，就像在地球上，你永远走不到边，甚至有可能回到出发点！（不要试图去想地球之外还有太空）宇宙（Universe）是由空间、时间、物质和能量，所构成的统一体。是一切空间和时间的综合。一般理解的宇宙指我们所存在的一个时空连续系统，包括其间的所有物质、能量和事件。宇宙根据大爆炸宇宙模型推算，宇宙年龄大约200亿年。宇宙的形状现在宇宙大爆炸(5张)还是未知的，人类在大胆想象。有的人说宇宙其实是一个类似人的这样一种生物的一个小细胞，而也有人说宇宙是一种拥有比人类更高智慧的电脑生物所制造出来的一个程序或是一个小小的原件，宇宙其实就是一个电子，宇宙是一个比电子更小得多的东西，宇宙根本就不存在，或者宇宙是无形的。根据大爆炸理论，宇宙的发展史可表示为一个右端开放的封闭曲面体，如右图。左端中心为爆炸奇点，向右延伸137亿光年，到达我们现在这个开口部。从左往右依次为：奇点、40万年的初期膨胀、近4亿年的黑暗期、出现恒星、星系和行星发展期、含有暗物质与暗能量的加速膨胀期。世界经理人科技频道（tech.icxo.com）消息：广袤的夜空中总会出现一些奇怪的现象，挑战天文学家的智力。比如迄今为止，有两个现象一直没有得到合理的解释，一个是突然强烈地倾注在地球上的“伽马射线暴”现象，另一个是“宇宙X射线背景辐射”现象。众所周知，光是电磁波，比可见光的波长短的电磁波有紫外线、X射线和伽马射线等。