卜仆，心、物、律 阅读原文 在我看来这是我们目前能对已知宇宙问出的最好的一个问题，远远超过诸如「宇宙有多大？」「宇宙的外面是什么？」「宇宙诞生之前是什么样的？」这类所谓“终极问题”。 如果这个问题可以得到解答，有许多东西都会变得清晰起来。 事实上，一共有三件事情让我们不得不把宇宙划分成微观世界与宏观世界： 相对论与量子力学 热力学 我们的意识 1. 相对论与量子力学的冲突 第 1 件事最明显。 广义相对论与量子力学，两个互不相容的理论。对于大而重的物体，相对论表现相当优秀；对于具有明显不确定性特征的微小粒子，量子力学的描述堪称完美。这两个理论在各自的领域可谓精确至极，屡试不爽。 然而，一旦你用其中一个理论去解释另一个，你就会遇到麻烦，特别是对黑洞这种“特别重的粒子”更是无从下手。因此现实是，只要这两个理论无法得到统一，我们就不得不把宇宙划分与两个世界：相对论统治的宏观世界与量子力学统治的微观世界，但目前我们仍不知道微观与宏观的界限在哪。 2. 暧昧的热力学 重要的事情从第 2 件开始。 一个事实是：微观的物理过程是可逆的，宏观的热力学过程却是不可逆的。宏观的热力学过程指的就是我们能经常在鸡汤文里见到的“熵增”。无论是玻璃的破碎、建筑的倒塌、生物的生老病死、恒星和宇宙的演化，系统的熵永远都在增加。这个带有明确方向性的指针被称为“热力学时间箭头”。这是唯一一条能够把过去与未来区分开的物理定律（也许有朋友会说，量子测量也是一个不可逆的过程， 这个会在稍后阐述）。 有趣的是，这个箭头虽然存在于宏观世界，但在微观层次却显得并不那么明显。事实上，随着尺度的减小，事件逆向发生的概率逐渐趋近于正向发生的概率。当尺度非常小时，我们认为两者是近似相等的[1]。也就是说，在微观世界里，你无法区分过去与未来，即使电影倒着放你也感觉不出来。 那为什么在宏观世界里会出现热力学时间箭头呢？这就要从热力学本身说起了。答主曾详细回答过如下的问题，可以说与本问题如出一辙，有兴趣的朋友可以看一看，这里只说要点。 有序和无序之间有明确的界限吗？ - 知乎 (zhihu.com) 热力学其实更像是一门“伪物理”学科，因为热力学所描述的东西并不是客观实在，而是带有浓厚主观色彩的。 为什么这样说呢，热力学是建立在统计学的基础上的，之所以需要“统计”，是由于我们的“无知”。一个装满空气的密闭盒子，要想确认其状态的变化，最直接的办法无疑是找出系统中的每一个粒子的初始条件然后计算。然而，这是不可能的，我们无法去对每一个粒子进行测量。于是我们进行统计，我们实际忽略了系统的精确（微观）状态，但却能测量出宏观性质的热力学量（P，T，V 等）。而那些被我们忽略的状态的数量，即我们无法识别的状态数，被专门定义成了一个物理量——熵。 （k 是玻尔兹曼常数，W 是可能的微观态数） 你看，“熵”描述的并不是我们知道的东西，恰恰相反，熵表示的是我们不可分辨的状态的数量。熵取决于我们没有记录下什么，即因我们的“无知”，才产生了熵这个概念。相反，如果你知道的越多，无法识别的状态数就越少，熵就越小，如果全部都知道了，那么 W（可能的微观态数）就只有 1 种，熵也就为 0 了。 这意味着，客观世界并不需要或者说并不存在熵这种东西，但是当客观世界堆砌成宏观世界时，我们却因为无知而不得不观察到了熵。事实上，你完全可以把“熵”这个词换成“时间”。客观世界不需要时间，但无知的我们看到的却是一个在流逝的宇宙。我们之所以能感受到时间的流逝，是因为我们把“同花顺”看得过于特殊，却不知每一种排列的特殊性（概率）都完全相同。 对了，刚才还说到量子测量。有朋友可能会问量子测量导致波函数的不可逆随机跳变过程难道不是微观世界的时间箭头吗？实际上，由薛定谔方程描述的波函数方程在坍缩之前在时间上是完全是可逆的，但“测量”让一切变得不可撤销。不过由于测量这个动作实际上必然引入宏观元素，因此波函数坍缩仍是一种在宏观世界才能被确认到的现象。 当然，请不要误解。答主这里绝不是在说“意识导致了波函数坍缩”或者“意识产生了熵”这样的论调。意识并没有改变什么，但因为意识的限制，我们只能观测到这样的结果而已。如果你真的有能力全方位同时观测到所有微观粒子的一切信息，且还不会因测量破坏原有系统状态的话，也就不会看到熵或波函数坍缩了。 3. 客观与主观的通道 因此我们不知不觉过渡到了第 3 件事，谈谈意识。 意识是何等的特殊，也许这是一件很少被我们意识到的事情。除了上面所说的意识让我们感觉到了熵，感觉到了时间流逝，感觉到了波函数坍缩，意识还创造了一整个不同于客观实在的另一个世界。 我们的大脑最擅长做的事就是把客观和主观混为一谈。当然它是好意的，这是为了让你更好得适应客观世界。但副作用就是你会把你的“感受”全部当做客观实在：看到的颜色，听到的声音，闻到的气味，尝到的味道，摸到的感觉。事实上这些东西根本就不存在于客观世界。客观世界没有颜色， 有的只是各种波长的光子；客观世界没有声音，有的只是物质的振动；而气味、味道、触觉也都只是感受器将分子等不同的作用转换成的信号而已。 我们感受到的一切并不是这个世界的本身，而是大脑所塑造出的另一个世界。你可以称之为主观世界或精神世界，但我不愿意把它叫做“虚拟世界”或者“幻想世界”。主观世界同样是真实的，只是它是有别于客观的另一种真实。但是我们有必要把它们区别开来。 问题是，主观的我们是如何在客观物理世界中生存的呢？其实，前面所说的内容就是在回答这个问题。 客观世界与主观世界并不是两个完全独立的世界，它们被一张“膜”分开。这张膜就是“热力学”。热力学不像纯粹的物理学，它涉及到主观元素。我们的大脑可以透过这张膜通过从客观世界提取“信息”构建主观世界。 那信息是什么呢？控制论的主要创立者 Wienner 曾说：“信息量是一个可以看做概率的量的对数的负数，它实际上是熵。”（“信息熵”的概念早在 1948 年就已经被 Shannon 定义[2]） 是的，一切都串到了一起。“熵”就是在“热力学”这张膜上的连接两个世界的通道。 熵实际上等价于信息，熵增反映了我们对信息的提取过程。大脑从客观世界提取信息构建主观世界的过程增大了熵，并直接导致我们感受到了“时间的流逝”。这个提取信息的过程同时表现为波函数的坍缩，消除了客观世界的不确定性。从这个角度来看，也许“信息”才是这个宇宙最基本的单元。 4. 量子引力宇宙 如果真的是这样，那我们可以从物理的角度用信息去描述和构建我们的宇宙吗？ 最后，让我们再回到一开始并没有详细展开的第 1 件事情：相对论和量子力学。 旨在统一这两大理论的“量子引力”的研究从来没有停止过，这个领域可以说是当今物理学的最前沿。其中，红极一时的“弦理论”被寄予厚望（虽然近年来几乎没听到过突出的进展）。在弦理论中，构成物质的最小单位不是夸克等基本粒子而是弦。这种大小在为普朗克尺寸的弦通过在卷曲的卡 - 丘空间中振动，就能塑造出基本粒子具有的各种性质。最另答主着迷的是弦理论对黑洞的研究，具体请参照答主的以下回答： 你认识的超弦理论是怎样解释黑洞的？ - 知乎 (zhihu.com) 在这个回答中，你可以看到热力学、相对论、量子力学以一种精彩的方式自然而然地汇聚到了黑洞这个神秘的天体，你还会发现由弦理论描述的黑洞中存在着美妙而惊人的对偶性，它将弯曲时空的引力理论与边界的共形场论统一在一起，并展演出了“全息理论”。在这样的世界观下，引力理论的时空变成了信息（量子比特）的集合体，信息介由量子纠缠得以保存并构建出了时空几何。 当然，目前没有任何证据表明这样的理论是正确的。其他的量子引力理论中也充满了各种可能性，另外还有把意识完全进行信息化的描述[3]。 无论如何，我们需要这样的思路和点子来构建我们对客观世界的认知。为什么我不是很喜欢「宇宙有多大？」「宇宙的外面是什么？」「宇宙诞生之前是什么样的？」这样的问题呢，因为它们都包含了明显的主观元素：“大小”“内外”“时间”，这不是一个去了解客观世界的好角度。也许，在问这些问题之前，我们应该先找到客观与主观的界限在哪儿。 回到提主的问题：「微观量子世界与现实世界的临界点在哪里？」 答主好像也没有给出什么明确的答案。但我们至少看到了一些连接点：存在于量子引力理论、存在于热力学、存在于我们的大脑。 阅读原文
