作者：布鲁斯·麦克拉夫林博士

本文总结了宇宙由可数无限数组立方体组成的假说。

 

引言

继乔治·斯托尼（George Stoney）在1870年代的工作之后，马克斯·普朗克（Max Planck）于1899年发明了一套单位，他认为“不会依赖于特定物体或物质的选择，并且对于所有时代和所有文化，包括外星和超人类文化都有效，因此可以作为自然的度量单位。” 这些单位是：

 

PARAMETER

EXPRESSION

 VALUE (SI)
Planck Length l=[(hG)/c3]1/2 1.61625×10-35 m
Planck Mass m=[(hc)/G]1/2 2.17644×10-8 kg
Planck Time t=[(hG)/c5]1/2 5.39124×10-44 s
Planck Charge q=(4πε0hc)1/2 1.87554×10-18 C
Planck Temperature T=[(hc5)/(GkB2)]1/2 1.41678×1032 K

 

其中 h 是约化普朗克常数，c 是光速，G 是引力常数，kB 是玻尔兹曼常数；普朗克电荷后来被加入。这些单位在工程界大多被忽视，因为它们对工程计算并不特别有用。但科学界并未完全放弃它们。例如在弦理论中，普朗克长度大致对应构成标准模型所有粒子的弦的尺寸。普朗克长度也是描述黑洞熵的方程的关键组成部分。多么奇怪，一个百年历史的好奇心竟然不断在宇宙学和粒子物理中出现。

 

背景

在我们的日常经验中，空间和时间似乎非常不同。我们被迫以特定的方式推进时间，但我们可以随意在空间中移动。即便如此，所有当代基本物理模型都声称现实由时空连续体构成。时间似乎仅仅是与三维普通空间相同的第四维。但是一些科学家提出，这种现实观在本质上是错误的。他们声称空间不是连续的，时间也不是连续的。

 

分析

在这一主题上已有数百页的论述，最近者为 Stephen Wolfram 的 A New Kind of Science。空间的基本构件，不能再细分的单元，可能被称为像素、体素、单元、节点或其他什么。本文将使用 voxel（体积元素）。

用许多多面体可以完成填充或 镶嵌，但没有哪种比立方体更简单。选择立方体体素并将普朗克长度纳入考虑，暗示宇宙构建在一个立方格点上，使得最小可识别的物理实体由八个顶点、十二条每条等于普朗克长度的棱和六个平面面所界定。宇宙因此被划分为一个有序（编号的）、可数无限的体积数组。未变形体素所包围的体积为 [1.6 x10-35]3 m3。如果体素可以被某种刺激变形，八个顶点将保留其身份但位置可能略有改变，十二条棱将保持直线但每条可能略微改变其长度，六个平面中的每一个要么保持平坦，要么可能变形为具有零平均曲率的极小曲面（例如肥皂膜）；一般而言，四点并不定义一个平面。大约在起始 137 亿年之后，可变形的立方格点可能不再完美，但可能包含类似位错和层错的线和面缺陷。

特定体素的“状态”不会是连续属性；可允许的离散状态数可能很小，每个状态可能关联许多能量、旋转等值。宇宙中每一个体素的状态将在等于普朗克时间（5.4x10-44 秒）的连续时间间隔上被更新。也存在其他更新情形，但这是最简单的。对于这个假想的体素宇宙，有哪些理由和后果？

 

  • 运动，按我们的理解，将不存在。没有任何东西会从一个体素移动到立方格点中的另一个体素。单个体素只会在普朗克时间间隔内改变其状态。想象在电视屏幕上观看体操运动员。运动员似乎在屏幕上移动。但屏幕的任何部分实际上都没有移动！

 

  • 最大速度将是光速。 (普朗克长度)/(普朗克时间) = c。这适用于所有方向，而不仅仅是格点轴方向。例如，即使是一个简单的时间变换规则，规定当其 26 个邻居中恰好有 2 个在上一步发生变换时该体素应变换，也会产生近乎球形的波前。

 

  • 关于一对量子纠缠粒子的 EPR 悖论，质疑两个相距遥远、不相互作用的系统能够以一种方式关联，使得一个的状态变化会导致另一个的即时响应。但在体素宇宙中，一切都是相连的。可数无限的体素串连接任意两个粒子。这些串构成“隐变量”。正如圣经所告诉我们的，神在万有之先，万有也靠他而存。（歌罗西书 1:17）

 

  • 因为任何科学观察者及其相关的检测仪器将与被观察属性同步变换，所以无法检测出体素或体素在连续时间间隔中被更新的任何证据。

 

  • 为什么独一真神，以三位格这三个位格存在，超越的、内在的、无限的、永恒的且不变的，将创造这样的系统？一个理由可能是它能赋予神以快进和慢动作宇宙的能力，而不会留下我们可探测的任何证据。例如，如果神决定将光速增加比如 100 倍，基本时间间隔的长度将缩小 100,000 倍。对于超越的观察者来说，宇宙将以快 100,000 倍的速度变化，但宇宙内的任何实体都不会感觉到差异，因为其他普朗克单位也会相应改变。

 

  • 小群体素（即三组三个相邻体素）可能是弦理论的基本粒子。

 

结论

 

“时空连续体”的概念是研究宏观尺度宇宙的一般相对论的一个组成部分。量子力学、玻姆力学和弦理论研究的是在空间和时间上更小的尺度，这些尺度仍然比普朗克长度和普朗克时间大许多数量级。尚未设计出决定空间和时间是连续还是离散的确定性实验。