2024年12月4日星期三

人擇原理

人擇原理

其他宇宙的概念已被提出來,以解釋我們自己的宇宙是如何為我們所體驗的有意識的生命進行微調的。

如果存在大量(可能是無限多)的宇宙,每個宇宙可能具有不同的物理定律(或不同的基本物理常數),那麼其中一些宇宙(即使很少)將具有適合物質發展、天文結構、元素多樣性、恆星和行星的定律和基本參數組合,這些宇宙可以存在足夠長的時間讓生命出現和進化。

然後,我們可以應用弱人擇原理得出結論:我們(作為有意識的生物)只能存在於少數幾個恰好經過精細調節的宇宙中,從而允許具有發達意識的生命存在。因此,雖然任何特定宇宙擁有生命必要條件(正如我們所理解的生命)的可能性可能極其小,但這些條件並不需要智能設計來解釋宇宙中促進我們在其中生存的條件。

這種推理的早期形式可以在亞瑟·叔本華1844年的作品《生命的虛無與倫比》中看到。他在書中指出,我們的世界一定是所有可能世界中最糟糕的,因為如果它在任何方面都明顯更糟,它就無法繼續存在。

多維宇宙論

多維宇宙論

多維宇宙是一個理論,它認為我們所處的宇宙是一個多維的結構。傳統的三維空間只是這個多維宇宙的一部分,而其他的維度則被認為捲曲或縮小到微小的尺度上。這些額外的維度可能是彎曲的,形成了所謂的「維度洞」。這些維度的存在可以解釋一些物理現象,例如引力的強度、基本粒子的質量和宇宙的結構。

弦理論是一種物理理論,它試圖統一所有的基本粒子和相互作用,包括引力。根據弦理論,宇宙中的基本單位不是點,而是極小的弦狀物體。弦理論需要存在更高的維度才能解釋這些弦的行為。這些額外的維度被稱為「超出空間時間的超弦維度」。

根據弦理論,我們所感知到的宇宙是由這些超弦維度捲曲或縮小而成的。這些維度的形狀和尺寸對於宇宙的物理性質有重要影響。例如,引力的強度可能取決於這些額外維度的幾何形狀。

然而,需要指出的是,維度洞論和多維宇宙理論、多重宇宙理論、弦理論等概念仍然是活躍的研究領域,並且尚未被實驗觀測所確認。科學家們正在進行大量的研究和實驗,以驗證這些理論,揭示宇宙的真相。

維度洞論

當提到多維宇宙時,有三個相關的概念需要考慮:維度洞論、多重宇宙理論和弦理論。

維度洞是指在物理學和宇宙學中的一個概念,它暗示著存在着超出我們三維空間的額外維度。在傳統的三維空間中,我們可以想像物體在三個方向上移動:前後、左右和上下。然而,根據某些理論,如弦理論和多重宇宙理論,宇宙可能存在着額外的維度,超出了我們的感知範圍。

這些額外的維度被認為是捲曲或縮小到微小的尺度上,以至於我們無法直接感知到它們。這些維度的存在可以解釋一些物理現象,例如引力的相對強度,以及為什麼基本粒子的質量和特性如此多樣化。

需要注意的是,維度洞是一種理論性的概念,尚未被觀察到或確定存在。科學家們正在通過實驗和理論模型來研究這個問題,以期能夠更好地理解我們宇宙的本質。

2024年12月3日星期二

負質量

負物質(英語:Negative matter),是理論物理學的一個概念,指是一種由負粒子(英語:Negative particle)構成具有特殊質量的物質:其質量的正負值與正常物質相反,例如:−1 kg[1][2]。照現時我們生存的世界為參照,負物質擁有的質量是負數。由於根據相對論質量和能量可互相轉換,負質量(英語:Negative mass)在某種意義上又可以等同負能量(英語:Negative energy)。這種存在會違反現實世界至少一個能量條件,令其出現會顯現某些奇怪的物理特性,

注意這裏的「負粒子及負物質」與「反粒子及反物質」(英語:Antiparticle and Antimatter)是完全不同的概念,負粒子及負物質擁有負質量/負能量,而反粒子及反物質具有正質量/正能量[3]:349。反粒子及反物質與普通粒子及普通物質一樣會被重力場吸引,但另一方面負粒子及負物質不會受重力場吸引,反而會受其排斥[3]:262

負物質可能擁有一些奇特的特性,如往施力方向的反方向加速。譬如一個慣性質量為負、電荷為正的物體與帶電的普通物質相互作用,它會與帶正電的物體相吸,與帶負電的物質相斥,完全與普通物質間的「同性相斥,異性相吸」相反。這種反常的行為可產生一些不可思議的結果。

廣義相對論所描述的引力及牛頓運動定律同樣適用於具有正能量值或負能量值的粒子,也就是說亦適用於具有負質量的物質,但並不包括其他基本相互作用力。

物理學家米給爾·阿庫別瑞就曾提出一個阿庫別瑞引擎(或稱曲速引擎),需要由負物質或負能量推動。

儘管與「正常」物質的預期行為不一致,但負質量在數學上是一致的,並且不會違反動量或能量守恆定律。它被用於某些推測理論中,例如人造蟲洞的建造和阿庫別瑞引擎。已知最接近此類奇異物質的真實代表是卡西米爾效應產生的偽負壓密度區域。

負物質仍在搜索階段,但負能量的確是存在的。卡西米爾效應的實驗中,當兩塊金屬片距離遙遠時,能量為零。當它們彼此靠近,我們能從中吸取能量,其時金屬板的能量即為負值[3]:263

在宇宙學中,有關負物質的東西可以有六個,包括負物質宇宙負宇宙)、負物質世界負世界)、負物質時空負時空)、負物質空間負空間)、負物質時間負時間)還有負物質維度負維度)這樣。

時間與能量反轉之箭

在廣義相對論中,宇宙被描述為與愛因斯坦場方程的度量張量解相關的黎曼流形。在這樣的框架下,失控運動禁止負物質的存在[4][5]

一些正負宇宙(雙宇宙)雙度量理論認為,可能存在兩個具有相反時間與能量反轉的箭頭(意即存在一個具有正質量/正能量的正粒子及正物質/反粒子及反物質,另一個具有負質量/負能量的負粒子及負物質)的多重宇宙,而不是一個,它們由大爆炸聯繫在一起,僅通過引力相互作用[6][7]。然後將正負宇宙(雙宇宙)描述為與兩個黎曼度量(一個具有正質量/正能量的正粒子及正物質/反粒子及反物質,另一個具有負質量/負能量的負粒子及負物質)相關的流形。根據群論,共軛度量的物質相對於另一個度量的物質似乎具有相反的質量和時間箭頭(儘管其固有時間仍為正)。耦合度量有自己的測地線,是兩個耦合場方程的解[8]

耦合度量的負物質通過引力與另一個度量的物質相互作用,可以作為解釋暗物質、暗能量、宇宙膨脹和加速宇宙的另一種候選理論[9]

推測性建議

蟲洞

負能量出現在蟲洞的推測理論中,需要它來保持蟲洞開放。蟲洞直接連接兩個在空間和時間上相距任意遠的地方,並且原則上允許它們之間近乎瞬間的旅行。然而,羅傑·彭羅斯等物理學家認為,這樣的想法不切實際,更多的是虛構,而不是推測[10]

曲速引擎

有人提出了利用負能量實現宇宙飛船超光速(FTL)曲速驅動的理論原理。阿庫別瑞引擎以廣義相對論的愛因斯坦場方程解為基礎,其中利用假設的負能量構建時空「氣泡」。然後,通過擴大氣泡後方的空間並收縮氣泡前方的空間來移動氣泡。氣泡可以以任意速度傳播,不受光速的限制。這並不與廣義相對論相矛盾,因為氣泡的內容實際上並沒有在其局部時空中移動[11]

負能量粒子

推測性的理論研究表明,具有負能量的負粒子與相對論量子理論一致,其中一些注意到與負質量的負粒子和/或時間逆轉的相互關係[12][13][14]

參考文獻

  1. ^ Scientists observe liquid with 'negative mass', which turns physics completely upside down"The Independent. 2017-04-21 [2018-08-19]. (原始內容存檔於2019-07-24) (英語).
  2. ^ Scientists create fluid that seems to defy physics:'Negative mass' reacts opposite to any known physical property we knowCBC. 2017-04-20 [2018-08-19]. (原始內容存檔於2017-08-28) (英語).
  3. 移至:3.0 3.1 3.2 加來道雄. 《電影中不可能的物理學》. 世茂出版社. 2009.
  4. ^ Bondi, H. Negative Mass in General Relativity (PDF). Reviews of Modern Physics. 1957, 29 (3): 423–428. Bibcode:1957RvMP...29..423Bdoi:10.1103/RevModPhys.29.423.
  5. ^ Bonnor, W. B. Negative mass in general relativity. General Relativity and Gravitation. 1989, 21 (11): 1143–1157. Bibcode:1989GReGr..21.1143BS2CID 121243887doi:10.1007/BF00763458.
  6. ^ Sakharov, A.D.   [Cosmological model of the Universe with a time vector inversion]. ZhETF. 1980, 79: 689–693 (俄語).[需要完整來源] translation in Cosmological model of the Universe with a time vector inversion. JETP Lett. 1980, 52: 349–351 (英語).[需要完整來源]
  7. ^ Barbour, Julian; Koslowski, Tim; Mercati, Flavio. Identification of a Gravitational Arrow of Time. Physical Review Letters. 2014, 113 (18): 181101. Bibcode:2014PhRvL.113r1101BPMID 25396357S2CID 25038135arXiv:1409.0917可免費查閱doi:10.1103/PhysRevLett.113.181101.
  8. ^ Hossenfelder, S. A Bi-Metric Theory with Exchange Symmetry. Physical Review D. 15 August 2008, 78 (4): 044015. Bibcode:2008PhRvD..78d4015HS2CID 119152509arXiv:0807.2838可免費查閱doi:10.1103/PhysRevD.78.044015.
  9. ^ Hossenfelder, S. A Bi-Metric Theory with Exchange Symmetry. Physical Review D. 15 August 2008, 78 (4): 044015. Bibcode:2008PhRvD..78d4015HS2CID 119152509arXiv:0807.2838可免費查閱doi:10.1103/PhysRevD.78.044015.
  10. ^ Penrose 2005, pp.833-4. "... an (in my opinion misguided) intention to show that some kind of science-fiction 'wormhole' travel between universes..."
  11. ^ Ford and Roman 2000
  12. ^ N Debergh, J-P Petit and G D』Agostini; "On evidence for negative energies and masses in the Dirac equation through a unitary time-reversal operator", Journal of Physics Communications, Volume 2, Number 11, 2018.
  13. ^ Hongwei Yu and Weixing Shu; "Quantum states with negative energy density in the Dirac field and quantum inequalities", Physics Letters B, Volume 570, Issues 1–2, 18 September 2003, Pages 123-128'
  14. ^ Frédéric Henry-Couannier; "Negative energies and time reversal in Quantum Field Theory and General Relativity: The Dark Side of Gravity", HAL Open Science, 2004. ⟨hal-00001476v1⟩

外部連結

人擇原理

人擇原理 其他宇宙的概念已被提出來,以解釋我們自己的宇宙是如何為我們所體驗的有意識的生命進行微調的。 如果存在大量(可能是無限多)的宇宙,每個宇宙可能具有不同的物理定律(或不同的基本物理常數),那麼其中一些宇宙(即使很少)將具有適合物質發展、天文結構、元素多樣性、恆星和行星的定律...