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2020-05-11 10:58:47
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※ [本文轉錄自 SF 看板]
作者: djarum (La Destruction!!) 看板: SF
標題: [閒聊] Using Causality to Solve the Puzzle of Quantum Spacetime
時間: Fri Jun 27 03:38:13 2008
今天在Scientific American 看了一篇文章，我覺得還滿有意思的，
不知道能不能在這裡分享？這篇文章非常有趣， 原文標題是
"The Self-Organizing Quantum Universe"，在講述如何把因果關
係加入量子力學理論的時空模型來模擬宇宙發展。在過去以電腦模
擬計算的量子時空模型中，宇宙不是扭成一團就是極端扁長，而且
維度也極不穩定，與現實不相符。這三個科學家決定重建一個簡單
模型，但不同的是這次把古典理論中的因果關係加入模型中，在沒
有加入任何對稱性或預設的結構形狀下，他們在巨觀層次中成功的
模擬出符合現實宇宙的四維時空模型，但在微觀層次中量子的時空
波動效應又遠超過古典物理而符合量子理論。
我做了簡單的摘要，我不是學物理的人，如果哪裡有錯誤還請指正。
Using Causality to Solve the Puzzle of Quantum Spacetime
[Scientific American Magazine]
原文網址：http://0rz.tw/0c4pe
Key Concepts
* Quantum theory and Einstein's general theory of relativity
are famously at loggerheads. Physicists have long tried to
reconcile them in a theory of quantum gravity—with only
limited success.
* A new approach introduces no exotic components but rather
provides a novel way to apply existing laws to individual
motes of spacetime. The motes fall into place of their own
accord, like molecules in a crystal.
* This approach shows how four-dimensional spacetime as we
know it can emerge dynamically from more basic ingredients.
It also suggests that spacetime shades from a smooth arena
to a funky fractal on small scales.
以下為重點摘要：
1. 過去用電腦模擬的量子模型皆無法達到霍金等物理學家的預期，無
法印證現實宇宙。
2. 在歐基里德量子力學 (Euclidean quantum gravity)中，霍金及大
部分量子力學家認為時間只是想像的，時間與空間是被同等看待的，
量子模型中以四個空間方向取代傳統一時間、三空間維度的模型。
3. 本文三位科學家認為問題出在缺乏因果律的建立。因此他們決定重
新建立一個簡單模型，但是決定在這模型的最初期中就為每個單元
(simplex) 加入一個表示過去到未來時間方向的箭頭。接著，每個
單元在建立時必須接合在一起，使時間箭頭保持同方向性。單元按
照這樣的規則漸次展開，空間隨著時間進行而發展，而時間不能靜
止，也不能倒退。
4. 在決定採用因果律的策略以後，他們以非常簡化的模型來模擬巨觀
的空間層級，在2004年第一次模擬出符合當前宇宙形狀的四度空間
模型。這是他們一系列模擬實驗的第一步，接下來他們還會加入愛
因斯坦的宇宙常數(cosmological constant) 以更符合現實，他們
認為這是好事，目前已有宇宙常數被觀測到的證據。
5. 對科幻迷來說可能遺憾的是，到目前為止他們的模型中時空依舊是
不斷延續的，並沒有出現蟲洞，也沒有出現像John Wheeler等物理
學家想像的泡沫狀時空。
6. 在極小的微觀層次中維度從四減為二度，雖然模型遵守量子效應，
但是距離的觀念依舊存在。在他們的模型中，微觀的結構是不斷自
我重複自身結構到更小的尺度，直到無限小(還滿單調無聊的)。
7. 這個實驗本身只是利用電腦模擬的技術來處理量子力學宇宙的老問
題，但是電腦模擬的角色是非常重要的，其巨量的模擬結果是物理
學家在紙和筆上很難想像出來的。
8. 另外一個很重要的觀念是，本模型實驗的建立是從極小且極簡化的
單元規則開始展開計算，而呈現出巨觀上的突現(Emergence) 結果。
作者還特別以生物的Emergence 現象舉例來比喻量子微觀效應與古
典物理學巨觀宇宙之間的關係。作者的原始標題 (新標題是編輯加
的) 是"The Self-Organizing Quantum Universe"，便用上了突現
現象中常談到的詞彙「自我組織」。
※ 編輯: djarum 來自: 210.64.176.100 (06/27 03:44)
推 CHT:業子力學!! 06/27 04:26
推 vdml:我也是想到業子力學 XD 06/27 11:44
→ abc2090614:快去買布丁... 06/27 12:15
推 outlook2:這篇論文不錯,看來改天出了一定要去弄一篇下來 06/27 13:34
→ outlook2:有趣的是...這篇論文並沒提到CTL是否可行XD 06/27 13:34
→ outlook2:本文可否借轉一下? 06/27 13:35
推 raiderho:結果看起來很壯麗 06/27 14:49
→ djarum:這篇是科普文章，摘要部份歡迎轉載，不過希望我沒寫錯XD 06/27 19:28
→ djarum:論文的話...我好奇的是有關突現還有程式技巧的部份 06/27 19:29
→ djarum:其他物理學部份我想看也看不懂:( 06/27 19:29
推 outlook2:這個模型可貴的地方是符合我們現今的知識 06/27 23:47
推 raiderho:不用對稱性、只用時間箭頭生出契合實測的模型實在很帥... 06/28 00:33
推 ssmartyr:布丁將成為主食!!! 06/28 15:12
推 youtien:什麼布丁？王聰明的問題的布丁？ 06/29 02:06
推 outlook2:鐵士代諾的布丁啦...梗請看銃夢 06/29 21:18
推 CHT:結果沒人來轉到銃夢版嗎 XD 06/29 21:52
→ outlook2:好吧...我轉轉轉好了 06/29 23:35
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◆ From: 118.171.87.214
推 Frobenius:推～ 06/30 02:03
推 breedy:推布丁~ 06/30 03:50
推 andyjy12:布丁出好慢= =~ 06/30 11:30
※ 編輯: outlook2 來自: 140.117.120.221 (07/02 14:32)