Mew2
[个人文集]
加入时间: 2004/02/14
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作者：Mew2 在 寒山小径 发贴, 来自 http://www.hjclub.org
今天是平安夜，我贴出其余的部分。最后一段可能太专业了，为了完整起见，还是全部贴出来。
大家节日快乐。
同样是Weinberg，在1987年用人择原理计算了宇宙学常数的可能值，发现最可能的宇宙学常数不会超过临界密度的100倍，“预言”了10年以后宇宙学观测的结果。
他用的方法很简单，如果要求类似人类这样智慧生物存在，我们就得要求星系的存在。星系形成是研究得比较多的学问，一般认为星系在红移小于10以下形成的，引起这种非线性成团的扰动可以追溯到红移在1000左右时的密度涨落。一个正的宇宙学常数的效果是斥力，如果宇宙学常数过大，远远大于密度涨落的话，涨落永远不会发展到非线性，从而星系不能形成，这就提供了宇宙学常数的上限。
如果我们叫真，还必须研究智慧生物出现的前提，这样才能比较“精确”地计算宇宙学常数的条件概率。到目前为止，在人择原理的宇宙学常数计算中，只假定智慧生物出现的概率与星系中重子物质的比例成正比。这只是一个假定，我们可以问许多问题，为什么暗物质在智慧生物的出现过程中不起任何作用？智慧生物的出现真的与重子物质成正比，而不是一个非线性关系? 第二个问题的确值得问，仅就人类来说，我们身上的重元素来自于超新星爆发的结果，超新星爆发生成的重元素真的与星系中的重子比重成正比？等等。
我们还可以问更多的问题。比如，整个宇宙中的重子数比例是一个固定不变的数，还是在不同宇宙中不同？有的问题可以很哲学化，如何定义智慧生物？什么样的智慧生物能能够研究物理？在研究物理的智慧生物中什么样的智慧生物可以理解广义相对论，如此才知道宇宙学常数的存在？
计算人择原理给出宇宙学常数的概率分布需要一个前提，就是存在许多不同的宇宙，其中由于某种原因宇宙学常数不同。在Weinberg的计算中，还假定在我们宇宙的宇宙学常数附近，不同宇宙出现的概率与宇宙学常数无关。Weinberg作出这个假定的的理由是我们的宇宙学常数比任何其他有量纲的常数都要小得多。可以想象很多种可能使得这个假定不成立，例如Hartle-Hawking的量子宇宙波函数“预言”所有的宇宙中的宇宙学常数都等于零，这个分布是一个delta函数分布。
最近的所谓string landscape似乎满足Weinberg的平坦条件，就是说当宇宙学常数足够小时，宇宙出现的几率与宇宙学常数无关。关于string landsacpe，是另一个有趣的故事，据说美国的弦论界的资深教授们相信它的多，而年轻人相信的少。难道现在世道变了，反而是年纪大的喜欢这种“革命”，而年纪轻的更保守？我觉得这不是一个好的的解释。我的猜想是，string landscape很接近宗教，我们都知道，科学家家年纪大时有很大的宗教化倾向。：）
前面说过，如果我们希望用人择原理来解释一些物理学常数，我们就需要假定许多宇宙的存在，这些宇宙可以与我们的宇宙是连通的，也可以是不连通的。
如果多宇宙这个假定真的是正确的－当然我们永远不会有直接的证据－我们很快就遇到了翻译问题。Universe这个词在英文中的含义有独一无二和万物的意思（字典中的解释：The totality of all existing things），而multiverse，我翻译成多宇宙，本身就有点自相矛盾。不过本网的字典里还真有解释，第一个创造这个词的人是Andy Nimmo，1960年他在介绍量子力学的多世界解释时引进了这个词。量子力学中理解这个词本身倒和universe没有矛盾，因为multiverse不过是量子世界中不断分叉的世界的总和。在宇宙学中，multiverse是真实存在的经典世界，而eternal inflation理论中的multiverse我们原则上观测不到。也许multiverse的存在对我们的宇宙有间接的效应，不过人们还不知道有什么样的间接效应。再说中文的宇宙这个词，是时空的意思，宇是所有的空间，宙是所有的时间，这样多宇宙这个新词同样有内在矛盾。
多宇宙从来是科幻作品中经常出现的话题，虫洞也是。现在看来，假如多宇宙真的存在的话，未来人们唯一可能证实其他宇宙存在的途径是利用虫洞从我们的宇宙钻出去再钻到另一个宇宙中去。可惜到现在为止人们即使在理论上也没有证明虫洞是可以实现的，因为制造虫洞需要负能量。Susskind这个多宇宙的宣传家今年写过一篇文章，指出虫洞与量子力学的测不准原理矛盾，紧接着他写了另一篇文章，指出他上一篇文章是错的。可见Susskind是一个严肃的物理学家，即使虫洞也许是唯一证实多宇宙的途径，他一旦认为有问题，就会想办法来证明的确有问题。
Eternal inflation只是产生多宇宙的一个机制，本身并不是一个理论。如果我们希望不同的宇宙中物理学常数不同，我们就得给出不同的理由。很久以前，Coleman用虫洞来连通许多不同的宇宙，使得每个宇宙的出现像量子场论中的粒子一样，这样就有了所谓三次量子化的概念。Coleman的虫洞不一定是经典的虫洞，所以可以实现。作为三次量子化一个重要结果，物理学常数是可变的，不同宇宙中的物理学常数可以完全不同，这包括了宇宙学常数。不过，他没有提到人择原理，因为三次量子化的另一个重要结果是，宇宙学常数的最可几值是零。我们知道，这个理论“预言”是错误的。Coleman的理论肯定哪里出了问题，只是我们不知道在哪里。很有可能，在没有一个量子引力的前提下，用半经典的方法完全不可靠（Hawking同样用半经典的办法得到错误的结果，经管他的错误可能与Coleman的错误不同）。最近的string landscape同样是用半经典的办法获得的，如果landscape完全错了，我一点也不会感到惊讶。在量子引力这个领域，任何一个半经典计算如果成功的话反倒会让我惊讶。
八十年代末期，量子宇宙学和三次量子化很热闹了一阵，其实参与的人数比今天参与landscape合唱的人数要多。Coleman参与了，Susskind也参与了，甚至Polchinski也参与了，结果以失败告终。当然，理论上从来不知道有没有失败，实验上观测到暗能量的存在告诉我们不要过于相信理论家。Coleman本人很清楚他们的尝试的危险性：
The Euclidean formulation of gravity is not a subject with firm foundations and clear rules of procedure, indeed it is more like a trackless swamp, I think I have threaded my way through it safely, but it is always possible that unknown to myself I am up to my neck in quicksand and sinking fast.
如果将上面的the Euclidean formulation of gravity换成the string landscape，我个人觉得上面这段话没有什么大错。也许这是为什么最近Vafa在一篇文章 中讨论了swampland的原因。
人择原理重新成为大家关注的话题，自然是因为1998年暗能量的发现。超弦界一直认为宇宙学常数为零，虽然大家努力了许多年，没有找到一个公认的机制，即使如此，一个等于零的值总比一个不为零但非常小的值相对容易解释。
人择原理堂而皇之地出现在弦论的文章中，大概自Bousso和Polchinski的文章开始，他们重新将1988年Brown和Teitelboim的机制找了出来。那个减小宇宙学常数的机制很类似2维时空中电场背景下正负电子的产生减小电场一样。在4维时空中，正负电子对换成了球状2维膜，2维膜的产生改变宇宙学常数和4阶反对称场。但由于2维膜对应的张力往往很大，每次宇宙学常数改变太大。Bousso和Polchinski指出弦论中很容易就会有不同的2维膜，这样宇宙学常数的改变可以变得很小。
KKLT等人后来构造了很复杂的模型，利用内部空间中的不同反对称场的通量使得一些标量场固定下来（通过生成superpotential），再通过一些instanton或gluion condensation效应固定整个内部空间的体积，经过这些手术后得到一个有超多称的anti-de Sitter space。最后，引进一些反D3膜破坏超对称，并生成一个正宇宙学常数，所得到的时空是de Sitter时空，这个时空不稳定，因为当内部空间的体积变成无限大时，生成的正能趋于零，de Sitter 空间只是一个局域极小。这就是著名的KKLT模型。
在KKLT之后，Douglas提出要研究这类模型的统计，Susskind提出了string landscape概念，并从此不遗余力地鼓吹我们进入了超弦第三次革命，也许是自量子力学以来最大的革命，并为此写了一本科普书。
我不喜欢landscape有如下几个理由：
（1） KKLT等人的方法是半经典方法，我们没有任何技术来控制这类构造的可信性。
（2） 这样的构造too complex to be true－当然这不是一个科学的判据。
（3）最后要用人择原理在超过10^{1000}这样的“亚稳”态中选出我们的宇宙，恰如上帝在6000年前用相对比较容易的办法构造出我们的宇宙。
按照现在的走势，如果很快有一天有人出来证明landscape中有无限个局部极小，人择原理的计算需要人为地引进某种正规化以逃避无限大的困难，我一点也不会惊讶。那个时候，就是我们如同上帝一样，想要什么就有什么的时候了。
作者：Mew2 在 寒山小径 发贴, 来自 http://www.hjclub.org |
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人择原理（2）
