术语表

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暗能量(dark energy)暗能量是一种假想的能量形式,可以加速宇宙膨胀。它最简单的形式是宇宙学常数。

暗物质(dark matter)暗物质是一种假想的物质形式,约占宇宙中物质总量的80%,或质能总量的20%。有确凿的观测证据证明暗物质的存在,但我们还不知道它是由什么组成的(如果它是由某种东西组成的话)。注意与暗能量相区分。

暴胀(inflation)假想中宇宙早期经历的一个加速膨胀的阶段,物理学家推测其是由一种叫作“暴胀子场”的场创造的。然而,无论是暴胀还是暴胀子场,目前都没有令人信服的证据。

初始条件/初始状态(initial condition/initial state)初始条件指的是系统在某一特定时刻状态的完整信息,可以代入演化规律中。系统在初始条件下的状态称为初始状态。

定域,定域性(local,locality)如果某个理论中的信息传递服从光速的限制,并且信息从一点到另一点必须经过所有划分这些点的封闭曲面,那么该理论就是定域的。我想提醒一句,物理学家对定域性有几种不同的定义,这只是其中之一,我们有时会将其特指为爱因斯坦定域性。如果你听说过量子力学是非定域的,那么这就是一个与上述定义所不同的定域概念。在这里使用的定义中,量子力学是定域的,粒子物理标准模型和协调模型也是定域的。

非定域(nonlocal)在空间上彼此分离的两个系统之间可以即时交换信息的理论被称为非定域理论。目前已知的基本理论都不具备这种性质。它是定域的反义词。

非决定论的(non-deterministic)在非决定论的理论中,系统的后期状态不能由演化定律从初始状态推导出来。它是决定论的反义词。一个非决定论的理论也不是时间可逆的,但一个决定论的理论也有可能不是时间可逆的。

广义相对论(general relativity)爱因斯坦的引力理论,该理论认为引力是由时空弯曲引起的。广义相对论是经典的、定域的、决定论的。它目前是基础的,但由于它与量子场论不相容,学界普遍认为它是从一个尚未发现的更基础的理论中涌现出来的。

还原论(reductionism)通过从更简单的理论中推导出已知的理论以寻求更好的解释。可以推导出来的理论被认为是可还原的,而用来推导别的理论的理论则被认为是更基础的。如果基本理论描述自然的尺度比可还原理论更小,我们通常称之为本体还原论;而在一般情况下,我们说到还原论时指的是理论还原论。理论还原论并不必然包含本体还原论,两者的发展从历史上看是齐头并进的。

基础/基本(fundamental)如果一个规律、性质或对象不能从其他任何东西中推导出来,那么它就是基础/基本的。基础是涌现的反义词。

基础物理学(foundations of physics)涉及基本定律的物理学研究领域。这些领域目前包括高能粒子物理学、量子引力、基础量子理论以及宇宙学和天体物理学的部分内容。

经典(classical)经典理论指不具有量子特性的理论。

决定论,决定论的(determinism,deterministic)如果我们可以根据任意给定的初始条件推导出系统未来所有时间的状态,那么这个理论就是决定论的。经典混沌是决定论的,广义相对论也是。它是非决定论的反义词。

粒子物理标准模型(standard model of particle physics)标准模型描述了除了由广义相对论描述的引力之外,所有经实验证实的粒子和力的性质和行为。它是一种量子场论,因此既是定域的,也是非决定论的。我们目前认为标准模型是基础的。

量子场论(quantum field theory)量子力学的一个更复杂的版本,该理论认为粒子通过其他粒子进行相互作用。和量子力学一样,量子场论是定域的,但不是决定论的,也不是时间可逆的。

量子力学(quantum mechanics)描述粒子(包括由名为光子的粒子所构成的光)行为的理论。量子力学是定域的,但不是决定论的,也不是时间可逆的。

人择原理(anthropic principle)人择原理指出,宇宙必须是这副模样,因为只有这样人类才能存在。弱人择原理只是认为这是自然法则必须满足的约束,否则它们就会与证据相冲突。强人择原理还假定,人类的存在解释了为什么自然规律是我们所看到的样子。

时间可逆,时间可逆性(time-reversible,time-reversibility)如果某个演化规律可以将一个初始状态映射到其他任意时间的状态,则该规律是时间可逆的。在这种情况下,我们可以在时间上向前和向后运用演化规律。广义相对论在没有奇点的情况下是时间可逆的。除了测量过程以外的量子场论是时间可逆的。时间可逆的理论同时也是决定论的,但决定论的理论不一定是时间可逆的。

协调模型(concordance model)在大尺度上对宇宙的描述。它包含所有已知的经典近似下的物质,并在此基础上增加了暗物质和暗能量。该模型使用了广义相对论的数学框架。协调模型既是决定论的,又是定域性的。协调模型也被称为ΛCDM(其中Λ是宇宙学常数,CDM代表“冷暗物质”)。

演化规律(evolution law)演化规律适用于系统的初始状态,并且可以让我们计算出系统在未来任意时间的状态。如果演化定律是时间可逆的,我们也可以用它来计算先前任意时间的状态。目前已知的基础物理学中的演化规律都是微分方程。

涌现(emergent)如果一个对象、性质或规律不能在其组分及其行为的层面上找到或定义,那么它就是涌现的。如果涌现的对象、性质或规律可以从其组分的行为和性质中推导出来,那么它就是弱涌现的。如果不能如此推导出来,那么它就是强涌现的。我们目前还没有在自然中找到强涌现的例子。

有效模型(effective model)有效模型指的是在目标分辨率水平上对系统的近似描述。所有有效模型都是涌现的,但也不仅仅是涌现的。有效模型会消除与当前目标无关的信息。

宇宙学常数(cosmological constant)一个自然常数,表示为Λ(希腊字母λ的大写,读作“拉姆达”),它决定了宇宙膨胀的加速度。宇宙学常数是最简单的暗能量形式,大约占宇宙物质总能量的75%。