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文章来源:陈韦汝   发布时间:2020-12-01 06:23:42

他有时会思考所谓的“通用建构足球外围平台子”,一种能够执行物理定律允许的所有可能任务的理论装置

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那么,这个理论能够被验证吗?你可以把建构子理论看作是关于理论的理论相比之下,广义相对论解释并预测物体在时空舞台上相互作用时的运动这样的理论可以称为“对象层次”理论而建构子理论是一个“元层次”的理论——它的陈述是关于定律的定律因此,广义相对论规定了所有恒星的行为,包括我们已经观测到的和我们从未见过的,而建构子理论规定了所有对象层次的理论,包括当前和未来的理论,都要遵守它的元层次定律,又称为“原则”

事后我们可以看到,即使在建构子理论出现之前,科学家们就已经认真地对待这样的原则了例如,物理学家期望所有未知的物理理论都符合能量守恒原理达尔文的自然选择演化理论解释了生物圈内部设计的出现,但未能解释为什么这样的过程一开始就是可能的

生物演化如今被理解为一个过程,基因通过自我复制而世代传递,取代了竞争对手,即名为等位基因的替代基因此外,基因已经演化出用于增殖的复杂“载体”,比如细胞和生物体,包括我们自身生物学家理查德·道金斯(RichardDawkins)以推广这一演化论观点而闻名:基因是自然选择的基本单位,它们“努力”以DNA链的形式复制自己,利用临时的保护性载体一代一代地繁衍下去,从而实现永生复制是不完美的,会出现基因突变,从而导致基因在与竞争对手的激烈竞争中出现传播能力的变异

环境决定了哪些基因最适合传播,哪些不适合传播,因此成为自然选择的来源有了这种“复制基因载体”的逻辑,人们可以更精确地阐述生物演化的问题:物理定律并没有明确说明演化和生物适应所需要的变换是可能的

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考虑到这一点,物理定律必须具备哪些属性才能使这样一个需要自我复制、外观设计和自然选择的过程成为可能?请注意,这个问题不能用主流概念来回答,因为主流概念会迫使我们尝试预测在宇宙初始状态之后生命的出现建构子理论使我们得以重新构建这个问题,并思考生命为什么,以及在什么条件下是可能的正如玛莱托在2014年的一篇论文中所说:“……主流概念最多只能预测在特定初始条件下将(或可能)出现在地球上的山羊的确切数量而在建构子理论中,陈述的是山羊是否可能,以及为什么

”在多伊奇最初的论文发表仅仅两年后,玛莱托的论文《生命的建构子理论》(ConstructorTheoryofLife)就发表了她在文中指出,生命的演化与物理定律是相容的,物理定律本身不包含任何设计,只要它们允许数字信息的具体化(在地球上,这一过程以DNA的形式出现)她还指出,一个精确的复制因子,如可存活基因,必须利用载体才能演化从这个意义上,如果建构子理论是正确的,那么临时载体不仅仅是地球生命的偶然事件,而是由自然法则所规定的

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那么,这个理论能够被验证吗?你可以把建构子理论看作是关于理论的理论相比之下,广义相对论解释并预测物体在时空舞台上相互作用时的运动

这样的理论可以称为“对象层次”理论而建构子理论是一个“元层次”的理论——它的陈述是关于定律的定律因此,广义相对论规定了所有恒星的行为,包括我们已经观测到的和我们从未见过的,而建构子理论规定了所有对象层次的理论,包括当前和未来的理论,都要遵守它的元层次定律,又称为“原则”事后我们可以看到,即使在建构子理论出现之前,科学家们就已经认真地对待这样的原则了例如,物理学家期望所有未知的物理理论都符合能量守恒原理广义相对论可以通过观察恒星和星系的运动来检验;量子力学则可以在大型强子对撞机等实验装置中进行验证

但是,既然建构子理论原理不能直接预测物理系统的运动,人们如何验证它们呢?弗拉特科·韦德拉尔(VlatkoVedral)是牛津大学的物理学家和量子信息科学教授,他已经和玛莱托合作,试图通过思想实验来解决这一问题他们想象了量子力学系统可以与引力相互作用的实验

现代物理学中最突出的问题之一便是广义相对论和量子力学的不相容——广义相对论不能解释原子的微小运动和相互作用,而量子力学不能解释引力及其对大质量物体的影响科学家提出了各种各样的观点,试图将这两大领域在更深层次的理论下统一起来,但众所周知,这些观点都很难通过实验来验证

不过,我们可以考虑这些理论应该遵循的原则,来直接进行检验2014年,玛莱托和多伊奇发表了一篇概述信息建构子理论的论文,他们在论文中用可能和不可能的变换来表达多种量,如信息、计算、测量和可区分性

重要的是,他们还指出,所有公认的量子信息特征都遵循他们提出的建构子理论原则信息介质是一种物理系统,如计算机或大脑,信息在其中被证实可观测量是指任何可测量的物理量他们将“超信息介质”定义为具有至少两个信息可观测量的信息介质,而这两个信息可观测量的联合却不是一个信息可观测量

例如,在量子理论中,人们可以精确地测量一个粒子的速度或位置,但不能同时测量这两个量量子信息是超信息的一个例子

但至关重要的是,建构子理论中的超信息概念更为普遍,并有望适用于任何取代量子理论和广义相对论的理论在2020年3月的一篇工作论文中,玛莱托和韦德拉尔指出,如果建构子理论中的信息原则是正确的,那么如果两个量子系统(如两个质量)通过第三个系统相互纠缠(如引力场),则第三个系统本身必须是量子的

因此,如果一个实验能让引力场在两个量子位元之间产生局域纠缠,那么引力必定是非经典的——它将有两个可观测量;在量子理论中,这两个可观测量无法以同样的精度同时被测量如果这样的实验显示量子位元之间没有纠缠,那么建构子理论就需要彻底修改,否则就可能是完全错误的

如果这个实验显示了两个质量之间的纠缠,那么目前所有试图统一广义相对论和(假设引力是经典引力的)量子力学的尝试都将被排除“关于如何使引力与量子物理学统一,有三种说法,”韦德拉尔说,“其中之一是完全的量子引力”提出量子引力的理论包括圈量子引力论,认为空间由循环的引力场组成;还有弦理论,认为粒子由“弦”组成,其不同的振动模式对应着自然界的各种基本粒子,有一些弦的振动模式就对应着携带引力的量子力学粒子“这些理论将与我们实验的阳性结果相一致,”韦德拉尔说,“而那些将被否定的,便是所谓的‘半经典理论’,比如弯曲时空中的量子理论

有很多这样的理论它们都将被排除——如果时空真的能够在两个大质量粒子之间产生纠缠,那就会与经典的时空产生矛盾

”然而,玛莱托和韦德拉尔提出的实验面临着一些重大的实际挑战“我认为,我们的实验与目前的技术能力还有五、六个数量级的差距,”韦德拉尔说,“其中一个问题是,我们需要消除任何噪声源,比如感应电磁相互作用……另一个问题是很难创造出近乎完美的真空

如果在你想纠缠的物体周围有一大堆背景分子,即使是一个背景分子与你想纠缠的某个物体之间的一次碰撞,都可能是有害的,并导致退相干真空必须非常接近完美,以保证在实验过程中不会发生任何原子碰撞

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