理论上时空是什么 时空指的是什么( 二 )


那么,如果微观粒子无法停止变化,就表明时间是必须存在的,而微观粒子的变化,就可以用量子态来计数,即:计算不同量子态个数的变化——它是一个统计量 。
量子态的作用,就是描述了微观粒子的状态,而量子态如何计数,这涉及到了——泡利不相容原理(Pauli Exclusion Principle),即:在费米子组成的系统中,不能有两个或两个以上的粒子,处在相同的量子态,而玻色子组成的系统则不受此限制 。

费米子——是指自旋为半奇数的粒子,如电子 。
玻色子——是指自旋为整数的粒子,如光子 。
这意味着,费米子系统——不能有全同粒子,量子态可以计数;玻色子系统——可以有全同粒子,量子态不可计数 。
也就是说,由费米子构成的物质,其量子态计数的变化,就是在最微观处,描述时间所需要的变化,即存在时间;而由玻色子构成的物质,没有不同的量子态可以计数,或说没有“有序”可以区分变化,即不存在时间 。
需要指出的是,量子态相同,就没有办法计数的原因在于,粒子没有明确的轨道,由于不确定性原理,它可以出现的位置是“概率云”,所以就没有办法追踪多个相同量子态中的一个,即不能给相同的量子态“编号”,这样多个相同的量子态就没办法区分,只能算一个,同时测量还会改变全同粒子的量子态,使其变得不同 。
那么,如果费米子与玻色子,不构成系统,仅独立存在(也就是基本粒子),它们本身量子态变化,就会有时间,否则就没有 。而通常有质量,理论上就会衰变,衰变就会改变量子态计数,产生时间 。
  • 例如,光子是玻色子,它无论是组成系统(即一束光),还是单独一个,其量子态计数都不存在变化,并且光子没有质量,也不会衰变——说明光子没有时间,或说时间静止 。
  • 例如,电子是费米子,它在原子系统中,遵循不相容原理,两个电子量子态无法相同——说明原子系统有时间;而单独的两个电子,它们的量子态是相同的——说明仅有两个电子(没有相互作用)的系统没有时间 。
  • 例如,同一类夸克(如上夸克)是全同的基本粒子——说明单独的夸克没有时间,但由于“夸克禁闭”,夸克不能单独存在,而由夸克组成的系统(如质子、中子)会由于弱力而衰变——说明夸克系统有时间,即:质子和中子组成的原子核有时间 。
  • 例如,正反粒子相遇湮灭(质量消失),或高能光子碰撞产生正反粒子(质量产生),其系统的量子态计数都会变化——说明这个系统有时间 。
可见,时间所对应的变化,并不一定就是速度或是位置的变化,而是量子态计数的变化 。那么如果量子态计数不变,则意味着量子态全同系统,没有历史与未来,只有静止的现在 。
需要深入说明的是,变化可以是相对的(即需要参考系的),相对变化对应了相对时间(如相对速度有相对时间),那么绝对变化(与参考系无关)就对应了绝对时间(如加速度有绝对时间),而量子态计数的变化就是一种绝对变化,因为其过程存在状态的“跳变”(与参考系无关),宏观表现就是(出现过)加速度——这可以看成是物质的绝对变化,而不是相对变化 。
从这个角度来看,量子纠缠的超距作用,之所以不需要时间,就是因为处在纠缠态的粒子们,无论相距多远,作为一个“整体系统”,其整体的量子态计数,在叠加态坍缩前后是不变的,从而这个过程也就没有可计数的时间了 。
例如,简化模型,两个纠缠态的粒子,每个粒子都处在正负自旋的叠加态(如50%正、50%负,正负代表不同的自旋方向),而自旋不同量子态就不同,那么两个粒子整体的量子态计数,就是一正一负,只不过不确定谁正谁负(如50%正负、50%负正),而在超距作用之后,两个粒子的自旋就会确定谁正谁负,但整体的量子态计数不变,即:始终为有一个正、有一个负 。
那么,叠加态的坍缩,即波函数的坍缩,这个过程前后的量子态计数是不变的,所以量子态坍缩也是不需要时间的,即可以瞬间完成坍缩 。
因此,我们可以得出,任何不需要时间的相互作用,其过程前后,量子态计数都不会发生变化,即:变化不需要时间,是因为量子态计数没有变化 。
不过,这里有两点需要注意: