篇名: 原點~
作者: 莫非
日期: 2012.02.21 天氣:
時間 维基百科，自由的百科全书
時間 是指宏觀一切具有不停止的持續性和不可逆性的物質 狀態的各種變化過程，其有共同性質的連續事件的度量衡 的總稱。伺服器 的時間為2012年2月7日 03:57:45 AM。（更新
時 是對物質運動過程的描述，間 是指人為的劃分。
時間 是思維對物質運動過程的分割、劃分。
定義說明： 時間是人根據物質運動來劃分的，不是本來就有的，宇宙中的「時」本來是沒有間的。物質運動需要耗費「時」，但是如果不把 「時」分割成間，我們的思維就無法識別「時」，我們之所以能思考，是因為思維能對物質世界命名，物為實，思為虛，思命物以虛名，為思所用。沒有進行分割過 的「時」，無法被命名，無法進行區分，只有分割成「時間」後，才能被思維所用，因為分割後可以命名了。比如我們把地球繞太陽一周的運動過程劃分為一年，地 球自轉一圈的運動過程劃分為一日，這樣的劃分便于思維使用數字元號來計算。如果你不是生活在地球上，絕對不會以地球的運動過程來分割時。所以，時間不過是 人為了便于思維思考這個宇宙，而對物質運動進行的一種劃分，是人定的規則，而並非什麼自然規則。間是人為的劃分，怎麼分都可以。
[编辑 ] 時間的本原 時間的本原就是事物的存在過程。時間是所有事物皆具有的天然屬性，時間是存在的表徵，是過程的記錄，是人們描述事物存在過程及其片段的參數。
物體的運動速率與時間之關係: 科學家曾做過一個實驗,將太空船加速至接近光速,上放置一時鐘(不知是指針還是電子鐘),隔一段時間後,將時鐘拿出來看,的確比外界之時間慢,這個問題思 考於:若是指針時鐘,則根據P=M×V來看,V已達到極限(愛因斯坦以光速為極限),則M會增加,指針與鐘的吸引力將會加大,因此針便走慢了。有個實驗可 做看看,將一杯硫酸和足量的鎂帶反應,觀察單位時間內生成物的產量,若只有操縱變因:速率改變的話,則比照單位時間內生成物的產量是否會增加。若增加的話 則證明時間將會變慢。
[编辑 ] 古代中國人的時間觀 時間是一種客觀存在。時間的概念是人類認識、歸納、描述自然的結果。在古中國，其本意原指四季更替或太陽在黃道上的位置輪迴，《說文解字 》曰：時，四時也；《管子 ·山權數》說：時者，所以記歲也。隨著認識的不斷深入，時間的概念涵蓋了一切有形與無形的運動，《孟子 · 篇敘》註：「謂時曰支幹五行相孤虛之屬也。」可見時是用來描述一切運動過程的統一屬性的，這就是時的內涵。由於古代人們研究的問題基本都是宏觀的、粗獷 的、慢節奏的，所以只重視了「時」的問題。後來因為研究快速的、瞬時性的對象需要，補充進了「間」的概念。於是，時間便涵蓋了運動過程的連續狀態和瞬時狀 態，其內涵得到了最後的豐富和完善，「時間」一詞也就最後定型了。 [编辑 ] 物理 目前最廣泛被接受關於時間的物理理論是阿爾伯特·愛因斯坦 的相對論 。在相對論中，時間與空間 一起組成四維時空 ，構成宇宙 的基本結構。時間與空間都不是絕對的，觀察者在不同的相對速度或不同時空結構的測量點，所測量到時間的流逝是不同的。 狹義相對論 預 測一個具有相對運動的時鐘之時間流逝比另一個靜止的時鐘之時間流逝慢。在一九七一年，物理學家哈菲爾(Joe Hafele) 與基廷(Richard Keating) 做了証明。他們將高度精確的原子鐘放在飛機上繞著世界飛行，然後將讀到的時間與留在地面上完全一樣的時鐘做比較。結果証實：在飛機上的時間流逝得比實驗室 里的慢。據愛因斯坦的理論，當移動的速度越快，時間流逝速度越慢，當移動速度達到光速的一半時，時間約慢13%。 另外，廣義相對論 預測質量 產生的重力場 將造成扭曲的時空結構，並且在大質量（例如：黑洞 ）附近的時鐘之時間流逝比在距離大質量較遠的地方的時鐘之時間流逝要慢。現有的儀器已經證實了這些相對論關於時間所做精確的預測，並且其成果已經應用於全球定位系統 。
就今天的物理理論來說時間是連續的，不間斷的，也沒有量子特性 。但一些至今還沒有被實驗証明過的，試圖將相對論與量子力學結合起來的理論，如量子重力理論 ，弦理論 ，M理論 ，預言時間是間斷的，有量子特性的。一些理論猜測普朗克時間 可能是時間的最小單位。 根據史提芬·霍金 （Stephen W. Hawking）所解出廣義相對論 中的愛因斯坦方程式，顯示宇宙 的時間是有一個起始點，由大霹靂 （或稱大爆炸 ）開始的，在此之前的時間是毫無意義的。而物質與時空必須一起並存，沒有物質存在，時間也無意義。不過最近，霍金推翻了他自己的理論。 從人類的開始人們就知道時間是不可逆的，人出生，成長，衰老，死亡，沒有反過來的。玻璃瓶掉到地上摔破，沒有破瓶子從地上跳起來合整的。從古典力學 的角度上來看，時間的不可逆性是無法解釋的。兩個粒子 彈性碰撞 的過程順過來反過去沒有實質上的區別。時間的不可逆性只有在統計力學 和熱力學 的觀點下才可被理論地解釋。熱力學第二定律 說在一個封閉的系統中（我們可以將宇宙看成是最大的可能的封閉系統）熵 只能增大，不能減小。宇宙中的熵增大後不能減小，因此時間是不可逆的。 時間的基本國際單位 是秒 。它現在以銫 133原子基態的兩個超精細能級間躍遷對應的輻射的9,192,631,770個周期的持續時間為標準。 [编辑 ] 天文學 最早研究時間的科學不是物理學 ，而是天文學 。天文學的一個最重要的任務就是測量時間，從確定日 的長短，四季的變化，到制定曆法 。在古代中國 和在西方一樣，制定曆法的需要是推動天文學理論發展的重要因素之一。 今天的天文學已與曆法或時間測量毫無關聯了，但天文學觀測對時間概念的發展依然非常重要。天體 發出的光 到地球 上被觀測到需要一定的時間。離地球越遠的天體發出的光需要的時間也越長，因此對宇宙越遠的地方的觀測也是對宇宙越古老的時間的觀測。現在最被公認的宇宙學 理論（宇宙大爆炸理論 ）認為時間與空間和宇宙內的質能一樣是在140億年前產生的。目前的天文學觀測估計宇宙的擴展是沒有盡頭的，因此時間也應該是沒有盡頭的。 [编辑 ] 計時儀器 中國古代的計時儀器有太陽 鍾和機械 鍾兩類。太陽鍾是以太陽的投影和方位來計時，分別以土圭 、圭表 、日晷 為代表。由於地球 軌道偏心率以及地球傾角的影響，真太陽時和平太陽時是不一致的，機械鐘應運而生，代表有水鍾 、香篆鍾 、沙漏 。 [编辑 ] 哲學 什麼是時間？時間是物理的，還是心理的？對時間的感受是絕對的，還是相對的？時間真的是不可逆的嗎？時間有開始和結束嗎？這些問題似乎都是物理或天文的問題，但哲學作為世界觀 的理論無法避免對世界上最基本的一個現象——時間，做類似的考慮。 因此對時間的考慮也始終是哲學的問題。 時間是不可分的還是可分的呢？這是困擾哲學家幾千年的題。古希臘哲學家芝諾 提出兩個悖論 -飛矢不動悖論和阿喀琉斯（Achilles）悖論，討論時間的可分性。 所謂的時間變快變慢指的是什麼？ 相對什麼？最快而又最慢的是時間，最長而又最短的是時間。高爾基 說。培根 說，合理安排時間，就是節約時間。出處在北師大版小學語文四年紀下冊十一單元。 也有人認為，時間就是一種物質內在或外在的一切變化的記錄。如果一個封閉的環境中，物質不存在任何變化，或者不存在物質，時間也同樣不會存在。 [编辑 ] 文學 在文學中，時間的流逝和不可逆性是一個古今中外一再提到的內容。光陰似箭，日月如梭 ，這句成語既體現了古人對時間的最直接的領會：日與夜，光與陰，的交匯，也體現了古人對時間不可逆性的認識以及對此的感慨。 在科幻小說 中，時間旅行 是一大熱門題材之一。 [编辑 ] 參見 [编辑 ] 外部連結
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普朗克時間
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物理學 中，普朗克時間 (tP )是時間 的自然單位 。得名自馬克斯·普朗克 ，它被認為是最小的可能時間間隔。
−44 秒
其中：
約化普朗克常數 （即h / 2π，有時也稱作狄拉克常數。）G 是重力常數 c 是真空 中光速 普朗克時間相當於一顆光子 以光速行進過普朗克長度 的距離所花的時間，因此被認為是「時間量子 」。
在大霹靂 理論中，估計的宇宙 年齡（4.3 × 1017 秒）大約是8 × 1060 普朗克時間。
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時間箭頭
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物理學 在微觀 的層次幾乎完全是時間對稱 的，這意味著物理學定律在時間流逝的方向倒轉之後仍然保持為真。但是在巨觀 層次卻顯得並不是那麼回事：時間存在著明顯的方向。時間箭頭 （又稱時間之箭 ）就是用於描述這種不對稱的現象。
所謂「在微觀 的層次幾乎完全是時間對稱 的」，通俗地說意指：隨著尺度的減小，事件逆向發生的機率逐漸趨近於正向發生的機率。當尺度非常小時，我們認為兩者是近似相等的。
[编辑 ] 預備知識 時間對稱性可以通過一個簡單的模擬實現來理解。如果時間是對稱的，你可以將影片的一段鏡頭倒過來放，也能理解到發生的事情。例如引力 是對稱的話你可以將一個行星圍繞太陽運轉的軌道倒過來放，這個路徑仍然符合萬有引力定律 。事實上，因為引力是對稱的，因此太陽系就正是這個樣子。
我們現在想像在月亮 上 面往上扔一個球體的錄像回放。正著放的時候，我們看到球向上移動的過程中逐漸慢下來。如果反過來的話，則球往下掉的速度越來越快。這裡就有點不對稱了，一 個是上升越來越慢，一個是下降越來越快。然而，兩種情況下球都是向著月亮加速（也就是背著月亮的方向減速），因此引力始終還是對稱的。
大多數物理定律都是類似上述這個例子，但是有時間箭頭的情況就不同了。
[编辑 ] 時間箭頭 [编辑 ] 什麼是時間箭頭 廣義地說，時間箭頭是為我們指明之間方向的一些規律。依據這些規律，我們可以明確指出事件發生的先後順序。
例如著名的熵增定理（熱力學第二定律的另一種表述形式）指出，一個封閉系統的熵不會減小。因而我們可以通過測量一個封閉系統的熵來確定時間的方向（包含較大熵的系統有大機率處在時間軸上較"靠後"的位置）。
[编辑 ] 熱力學時間箭頭 熱力學時間箭頭來自熱力學第二定律 ，這一定律認為一個孤立系統 的熵 只能隨著時間流逝不斷增加，而不會減少。熵被認為是無序 的量度，因此第二定律隱含著一種由孤立系統的有序度變化所指定的時間方向（也就是說，隨著時間流逝，系統總是越來越無序）。這種不對稱性可用於區分過去 和未來 。換句話說，孤立系統在未來將越來越無序。
儘管任何孤立系統隨時間流逝越來越無序，系統的各部分卻存在著關聯 。一個簡單的例子是玻璃杯被打碎的過程：最終狀態（碎了的杯子）比初始狀態（完整的杯子）更無序，但在杯子的各部分之間存在關聯——兩塊相鄰碎片的邊緣可以準確吻合。於是，一個孤立系統在過去是有序的且其各部分是無關的，而將來則是無序的但各部分是相關的。
第二定律並不是精確的，任何系統都可能通過漲落到達更低熵的狀態（參見龐加萊各態遍歷定理 ）。然而，第二定律描述的是系統向高熵狀態轉化的整體趨勢（統計意義上）。
[编辑 ] 宇宙學時間箭頭 宇宙學時間箭頭 指向宇宙膨脹的方向。它可能跟熱力學箭頭有關，這個箭頭指向一個自由能耗盡後宇宙熱寂 或者高寒的結局。一種另類的觀點是，也許這個箭頭會在引力 的作用下逆轉成大擠壓 ，並在反覆的膨脹-擠壓中進化到適合人類的出現（參見人擇原理 ）。
如果這個箭頭與其他時間箭頭有關，那麼未來的方向取決於 整個宇宙是否越來越大。也就是說，宇宙正在膨脹而不是收縮，這只是一個定義的問題。
[编辑 ] 輻射時間箭頭 波，包括無線電波 以及聲波 或甚至扔到水中的石頭激發的水波，都從它們的源頭處向四周擴散，儘管波動方程式 除 了這種形式的擴散波之外，也允許從四周聚攏到中間的收斂波。在很仔細地調整實驗條件後，可以扭轉這個時間箭頭產生收斂波，因此這個時間箭頭可能源於熱力學 箭頭，因為要產生收斂波，需要比產生擴散波更有序地排列波源。因此，自發產生一個收斂波的可能性要比產生一個擴散波小得多。實際上，一個擴散波的傳播往往 會增加熵，而收斂波則會減少熵，而後者是違反熱力學第二定律 的。
[编辑 ] 因果時間箭頭 原因一般被認為發生在結果之前。我們可以控制未來，但無法控制過去。有人認為這並沒有給出一個明確的箭頭。如果熱力學箭頭扭轉，那麼我們會覺得地上 的碎瓷片是原因，而跳進我們手掌的盤子是結果了。事實上，根據第二定律，初始狀態（更有序而更少自相關）比最終狀態總是要簡單些，因此把開始的情況看成兩 件事情中的原因部分總是容易些。
心理學時間箭頭也與因果時間箭頭有關，因為我們總是記得過去同時能夠影響將來（而不是相反），因此我們把過去看成是將來的原因。
因果時間箭頭被認為是熱力學時間箭頭的一種表現形式。
[编辑 ] 弱力時間箭頭 已經證實某些由於弱核力 引起的亞原子反應違反了宇稱對稱性，但這種情況很少發生。根據CPT定理 ，這意味著它們同時是時間不可逆的，由此產生一個時間箭頭。這類過程可能是質子 在早期宇宙產生的原因。
沒有任何機制能說明這個箭頭和其他箭頭有關，如果它反向的話，使我們的宇宙有所區別的就只是那個世界充滿了反質子而不是質子。更準確地說，對質子和反質子的定義將剛好相反。
宇稱的破壞是非常輕微的，這個箭頭只是勉勉強強地指向某一方向。這將它與其他很容易觀察到的時間箭頭區分開來。
[编辑 ] 量子時間箭頭 量子演化由薛丁格方程式 和波函數塌縮 描述，前者是時間對稱的，而後者卻否。波函數塌縮的具體機制還不清楚，因此也不知道這個箭頭與其他的有何關係。儘管在微觀層次，塌縮似乎不會增加或者減少熵，有人相信其中有一種與熱力學箭頭有關的巨觀原理在起作用。根據量子去相干 的理論，如果假定波函數塌縮 只是表面現象，量子力學箭頭就是熱力學箭頭的一個自然結果。
[编辑 ] 心理學時間箭頭 這是人類的經驗中最顯著的箭頭：我們覺得自己似乎正從過去走向未來；我們覺察到並記得過去而不是將來（儘管兩者有時候被認為只是錯覺）。可是物理學 的時間箭頭如何產生這種知覺還不清楚，因為意識的運作太過複雜，時至今日我們仍只有淺薄的了解。也許因果箭頭影響了我們對原因的學習探求過程，從而形成這 種知覺。
也有人認為時間箭頭是在人腦的知覺進化 過 程中受到熱力學第二定律影響的結果，因此心理學箭頭源自熱力學。為了記住事情，我們的頭腦會從一個無序狀態轉變到一個更有序的狀態，或者從一個有序狀態變 成另一個同樣有序的狀態。為了確保新狀態的正確，必須消耗能量，因此便增加了宇宙其餘部分的無序程度。這個無序度上升的程度總是比我們頭腦的有序度增加的 程度大，因此我們就從宇宙的無序度增加過程中記住了事情，我們記住的事情也就總是在過去。
讓我們進一步說明心理學箭頭和熱力學箭頭之間的關係，以便理解。前面提到熱力學第二定律指出在系統不同部分之間的關聯會在將來的方向上逐漸增加 （而不是向過去的方向）。既然記憶就是我們的腦細胞（或者計算機中的二進制數位）和外部世界的聯繫 ，記憶為何應該隨著時間流逝（向著將來方向）增多而不是減少，原因就很明顯了。此外，我們的行為可能影響將來而不是過去，是因為影響外部世界意味著在我們自己（我們的身體或者腦袋）和外部世界之間建立關聯。
[编辑 ] 不可逆性示例 試考慮一個巨大的容器充滿了兩種不同的液體，例如一邊是一種染料而另一邊是水。如果沒有東西在中間分隔這兩種液體，其分子的布朗運動 會導致它們隨著時間推移開始混合在一起。然而，當它們完全混合之後，你不能期待染料和水能自動重新分開。
現在我們重複上面的實驗，但這次我們用一個非常小的、只能容納幾個分子（大概10個）的容器。給定一個相對較短的時間，人們可以想像那些分子會有機會重新分離，所有的染料分子在一邊而水分子在另一邊。正式敘述請參見波動定理 。
對於大點的容器，不能自動分離只是因為這太不可能發生了，甚至耗盡整個宇宙的壽命也不夠。這些液體開始於一個高有序度的狀態，其熵 （有時候這個字定義成「無序」）隨時間增加。
如果從某種較早期的混合狀態開始觀察較大的容器，可能發現它只是部分混合。有足夠的理由認為，如果沒有外部的介入，這些液體目前達到這個狀態是因為過去它更為有序，那時候它的分離度更大，並且在將來則更無序，混合度更高。
[编辑 ] 參見 [编辑 ] 延伸閱讀 胡·普賴斯. 時間之矢與阿基米德之點——物理學時間的新方向 (M). 上海: 上海科學技術出版社. {{{date2001}}}. ISBN 7-5323-5737-6 . Halliwell, J.J. et.al.. Physical Origins of Time Asymmetry. Cambridge. 1994. ISBN 0521568374 . Boltzmann, Ludwig . Lectures On Gas Theory. University Of California Press. 1964.Peierls, R. Surprises in Theoretical Physics. Princeton. 1979. Feynman, Richard . The Character of Physical Law. BBC Publications. 1965.Penrose, Roger . The Emperor's New Mind. Oxford University Press. 1989. ISBN 0198519737 .Penrose, Roger . The Road to Reality. Jonathan Cape. 2004. ISBN 0224044478 .Price, Huw. Time's Arrow and Archimedes' Point. 1996. ISBN 0195100956 . Website Zeh, H. D. The Physical Basis of The Direction of Time. 2001. ISBN 3540420819 . 該書的網頁 柯文尼 譯者：江濤. 時間之箭 (M). 湖南: 湖南科學技術出版社. {{{date2007-6-1}}}. ISBN 9787535715807 . [编辑 ] 外部連結
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量子脫散
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量子去相干 （或譯量子同調喪失、量子去同調、量子變調 ）指的是一量子系統狀態間相互干涉 的性質隨著時間逐步喪失；常舉的例子是「薛丁格的貓 」狀態。
薛丁格的貓 狀態可以兩個高斯 波包 代表，可以看到兩者的相干涉項會隨時間指數衰退到零（2 ），而變成兩個獨立不相干的波包單純相加之和。以粒子雙縫實驗 來說明，在脫散之前干涉項會造成觀測上見到變動劇烈的亮暗波紋，顯示出粒子亦具有波動特性（見波粒二象性 ）；脫散之後，剩下兩個獨立的波包相加，猶如巨觀 下典型物體，比如子彈之連續發射，累積結果為各自通過兩狹縫之和。這也是為什麼目前主流信念採信脫散現象是日常生活世界呈現典型模式的原因之一，另外的理由則和普朗克常數 的值很小有關。
[编辑 ] 起源 [编辑 ] 環境交互作用 去相干現象，根據當前的看法，主要是因為所關注的「系統」（比如所在意的粒子 或各種形式的量子位元 ）與「環境」——一個大非常多的量子系統——的交互作用會導致相位資訊的喪失（主要會發生量子纏結 ，quantum entanglement）。當兩者交互作用時，在能量上 會出現隨機擾動的熱交換 ，而相位資訊上 就會因隨機擾動而發生去相干 ，常用的模型是量子布朗運動 。若以密度算符 表示型寫出「系統」量子態，可以發現去相干所造成的影響就是非對角線元素隨時間變而為零。
[编辑 ] 觀察者施行量子測量 脫散現象不僅僅是因環境存在所自發而生，當觀察者進行量子測量 時，也會發生不同程度的脫散——完全的資訊獲取（投影式測量 ，projective measurement），會導致完全的脫散；而透過量子非毀壞性測量 （qunatum non-demolition, QND, measurement）以達部分的資訊獲取，脫散程度上就會是部分的。
[编辑 ] 量子脫散與量子資訊科學 脫散現象對量子資訊科學 的影響可粗按其兩大內容來說明。一是量子計算 ，另一是量子通信 。我們知道在量子資訊科學中，量子系統的狀態含藏著資訊的意義。量子脫散會使我們所在意的系統出現資訊部份或完全喪失的結果，因此在量子計算 上會造成計算結果出現誤差干擾；而在量子通信 上，一個環境充滿擾動的資訊傳遞通道（channel），在通道末端的收受者則有收到雜訊及錯誤訊息的可能，需要除錯系統如編碼方法之協助。
[编辑 ] 量子脫散與人類意識 打從量子力學 發展，部份物理學家就對於量子力學與人類意識 與自由意志 的關聯性提出理論方案。後來在量子資訊科學 興起後，亦有科學家認為人腦是量子計算機 ，或者和量子資訊相關效應有某種牽連，其中羅傑·潘洛斯 爵士是代表之一，認為大腦意識與微導管 中的量子重力 效應有關。然若涉及量子計算，則量子脫散成為估算理論可能性的一項指標。在2002年 《物理評論E 》[1] 中估算出量子脫散時間遠短於神經元動作時間，暗示量子資訊在腦部運作過程中應該是無足輕重的。
[编辑 ] 相關條目 [编辑 ] 參見 Mario Castagnino, Sebastian Fortin, Roberto Laura and Olimpia Lombardi, A general theoretical framework for decoherence in open and closed systems , Classical and Quantum Gravity, 25, pp. 154002–154013, (2008).
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量子重力
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量子重力 ，是描述對重力場 進行量子化的理論，屬於萬有理論 之一隅；主要嘗試結合廣義相對論 與量子力學 ，為當前的物理學尚未解決的問題。當前主流嘗試理論有：超弦理論 、迴圈量子重力理論 、聲學類比模型 。
[编辑 ] 背景 重力 在古典描述下，是由愛因斯坦 於1916年 建立的廣義相對論 成功地描述，透過質量 對於時空 曲率 的影響(愛因斯坦方程式 )而對水星近日點歲差偏移 、重力場下光線紅移 、光線彎折 等三種問題提出了完滿的解釋，並且至今為止在天文學 的觀測上，實驗數據與廣義相對論預測值的相符程度遠高於其他競爭理論。由廣義相對論描述古典重力的正確性很少有人懷疑。
另一方面，量子力學從狄拉克 建立了相對論性量子力學 的狄拉克方程式 開始，擴充成量子場論 的各種形式。其中包括了量子電動力學 與量子色動力學 ，成功地解釋了四大基本力 中的三者--電磁力 、原子核的強力 與弱力 的量子行為。其中僅剩下重力的量子性尚未能用量子力學來描述。除了一方面對於重力粒子(重力子 )的量子描述未能達成之外，兩個成功的理論在根本架構上也有衝突之處：量子場論的架構是建構在狹義相對論 的平坦時空 下之基本力的粒子場上。如果要透過這種相同模式來對重力場進行量子化 ，則主要問題會發生在廣義相對論的彎曲時空 架構，無法一如以往透過重整化 的數學技巧來達成量子化描述，亦即重力子 會互相吸引，而當把所有反應加總常會得到許許多多的無限大值 ，沒辦法用數學技巧得到有意義的有限值；相對地，例如量子電動力學 中對於光子 的描述，雖然仍會出現一些無限大值，但為數較少可以透過重整化 方法可以將之消除，而得到實驗上可量到的、具有意義的有限值。
至於透過實驗的檢驗，很遺憾的，量子重力所探討的能量與尺度乃是目前實驗室條件下無法觀測得到的，有些學者提出一些觀點可能可以透過天文學 上的觀測來檢驗，但仍屬少數特例。因此希望從實驗觀測得到一些關於量子重力理論發展上的提示，現階段仍屬不可行。
推導量子重力理論的一般方法是假設這個等待發掘的理論會是簡單優雅的，然後回頭看看現前的理論，找尋對稱性 及提示以想辦法優雅地合併它們成為一個更加普適的理論。這方法的一項問題是沒人可以肯定量子重力是否會是一個簡單優雅的理論。
需要這樣理論的理由是為了要了解一些涉及龐大質量 或能量 以及很小尺度的空間的問題，例如黑洞 的行為，以及宇宙 的起源。
[编辑 ] 歷史上的觀點 歷史上，對於量子理論與要求背景獨立 的廣義相對論兩者明顯的矛盾曾出現過兩種反應。
第一種是廣義相對論所採的幾何 詮釋並非究竟，而只是一個未知的背景相依 理論的近似表現。舉例來說，這在史蒂文·溫伯格 的經典教科書《重力與宇宙學》裡面被明白表示過。
另外相抗衡的觀點是背景獨立是基礎性質，而量子力學需要被一般化，改寫成一個沒有預設特定時間的理論。這樣的幾何觀點在米斯納 、惠勒 與索恩 三人合寫的經典著作《重力論》中詳述過。
由理論物理 巨擘所寫對於重力意義採相反看法的兩本書，很有趣地幾乎同時發表於1970年代 早期。出現了這樣的僵局使得理查·費曼 (其對於使量子重力獲得了解曾做過重要的嚐試)在1960年代 早期給太太的一封信中，絕望地寫道：「提醒我不要再參加任何一個重力會議。」
站在這兩種論點的前緣，(時至2005年 )一個發展出弦論 ，而另一個發展出迴圈量子重力理論 。
[编辑 ] 量子力學與廣義相對論間的不相容 時至目前為止，理論物理上最深奧的問題之一是調和廣義相對論 ——描述重力並且在大尺度結構(恆星、行星、銀河)上可以適用，以及量子力學——描述其他三種作用在微觀尺度的基本力 。
廣義相對論中重要的一課教導了我們沒有固定的時空背景，而在牛頓力學 與狹義相對論 則有出現；時空幾何是動態的。雖然在原則上容易掌握，這卻是廣義相對論中最難了解的概念，而且它所帶來的結果是相當深遠的，也沒完全地探索完，即使僅就古典層級而言。就某種程度而言，廣義相對論可以視作是一種關係理論 ，在這樣的理論中，物理上唯一要緊的訊息是時空中不同事件彼此間的關係。
另一方面，由於量子力學最開始是從固定背景(非動態的)結構開始研究的，它依賴於固定的時空背景。在量子力學中，時間 是開始就給定而且非動態的，恰如牛頓的古典力學一般。在相對論性量子場論中，一如在古典場論中，閔可夫斯基時空 是理論的固定背景。最後，弦論 是從擴充量子場論出發的，其中點粒子代之以弦樣物體，在固定時空背景中做傳遞。雖然弦論的起源是在夸克侷束 (quark confinement)研究方面而不是在量子重力 方面，很快就發現弦的頻譜包括了重力子 ，而且弦的幾種特定振動模式的「凝聚」等價於對原始背景的修改。
處在彎曲(非閔可夫斯基式)背景下的量子場論，雖然並非重力的量子理論，亦顯示了量子場論中的一些假設無法被延伸到彎曲時空中，完善的量子重力理論就更不用提了。特別地說，真空—當它存在時—被指出和觀察者所經過的時空路徑有相依性(見盎魯效應 )。此外，場概念看起來比粒子概念還要來得基本(粒子概念被認為是描述局域交互作用的方便法)。後者觀點是有爭議性的，和史蒂文·溫伯格 的著作《量子場論》在閔可夫斯基空間中所發展出的量子場論相矛盾。
迴圈量子重力 是建構背景獨立量子理論的努力成果。拓撲量子場論 提供了背景獨立量子場論的一例，但其沒有局域的自由度而僅有有限個全域自由度。如此要描述3+1維的重力則顯得不足；按照廣義相對論，即使在真空，重力也有局域自由度。然而在2+1維，重力就可以是拓撲場論，而其也被成功地透過多種方法進行量子化，包括自旋網路 的方法。
此外尚有三處量子力學與廣義相對論的拉鋸戰。首先，廣義相對論預言了自己在奇點 會失效，而量子力學在奇點附近則會和廣義相對論格格不入。其次，在量子力學的海森堡不確定原理 下，粒子的位置 與速度 無法同時確知，尚不清楚如何決定一個粒子的引力場。最後一處的拉鋸戰並非邏輯上的矛盾，它涉及了「量子力學造成貝爾不等式 的違反」(暗示有超光速 的影響)與「相對論中光速 作為速度上限」這兩者間的困境。前兩點的解決之道可能出自對於廣義相對論有更好的了解[1] 。
[编辑 ] 理論 現有為數不少的量子重力理論被提出來：
旋量場 的存在可能迫使我們要從事嘉當形式 或其他相當者的研究。
[编辑 ] 溫伯格-維騰定理 在量子場論 中有則溫伯格-維騰定理 ，對於複合重力 /突現重力 方面的理論施加了一些約束條件。
[编辑 ] 量子重力研究者 參見量子重力研究者列表 。
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人擇原理
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人擇原理 （Anthropic principle）的基礎在宇宙學 中是基於真實宇宙之有效理論，均由人類跟有機化合物 從開始到現在的宇宙呈現出一致性。
舉例來說，人擇原理指出如果萬物與自然定律存在，那時萬物與自然定將會被人類發現。如果萬物與自然定律不是那個型態出現的話，人類就不會知道這些定 律是怎樣出現的。如果只有在像我們的很少的一些宇宙中，智慧及生命才得以發展並能質疑："為何宇宙是我們看到的這種樣子？" 回答很簡單："如果它不是這個樣子，我們就不會在這裡。"
在宇宙學 中，科學家努力地接受這個理論，但仍然是保持少少的質疑及混淆。
[编辑 ] 理論由來 首次發表這個理論的是天文物理學 家布蘭登·卡特 ，在1973年 的紀念哥白尼 誕辰500周年的"宇宙理論觀測數據"會議上。他的論文中明確闡述的人擇原理，完全站在了所謂的哥白尼原理 （並不是由哥白尼提出的）的反面——哥白尼原理否認了人類在宇宙中的特殊地位。（就如同哥白尼所主張的，地球並不是宇宙的中心，如今我們知道太陽是一顆位於典型銀河系 的典型恆星 。）卡特的論文，「大數重合與宇宙論中的人擇原理」包含了下列陳述：「雖然我們所處的位置不一定是中心 ，但不可避免的，在某種程度上處於特殊的地位。」 (IAUS 63 (1974) 291)。 [1]
[编辑 ] 支持者及不同版本 人擇原理的支持者提出，我們之所以活在一個看似調控得如此準確，以至能孕育我們所知的生命的宇宙之中，是因為如果宇宙不是調控得如此準確，人類便不會存在，更遑論觀察宇宙。
若任何一個基本物理常數 是跟現在的有足夠的差異，那麼我們所知的生命 便不能存在，更不會有智慧生物 去思考宇宙。有論文指出，(弱)人擇原理能解釋精細結構常數 、宇宙的維數 、和宇宙常數 等物理常數。
我們需要分辨人擇原理的弱 、強 、最終 和其他版本，因為字眼上的些微變化便會令含意產生巨大的不同。人擇原理的主要版本有:
「人擇原理」最初表達 ：自然定律驚人地適合生命的存在。 弱人擇原理(Weak anthropic principle (WAP)) : "物理學和宇宙學的所有量的觀測值，不是同等可能的；它們偏愛那些應該存在使碳基生命 得以進化的地域以及宇宙應該足夠年老以便做到這點等等條件所限定的數值。" (約翰·D·巴羅 和弗蘭克·J·蒂普勒 ， 1986)韋氏字典 給出了下列定義：被觀測的宇宙的環境，必須允許觀測者的存在。 強人擇原理(Strong anthropic principle (SAP)) :Barrow和Tipler提出的強人擇原理的版本是「宇宙必須具備允許生命在其某個歷史階段得以在其中發展的那些性質。」 另一版本的強人擇原理僅僅是古典設計理論披上了現代的宇宙學外衣。它暗示道生命的產生是宇宙形成意圖的一部分，而自然法則和基本常數都被設定為保證我們所知的生命得以產生。("The Rejection of 帕斯卡賭注 ") 最終人擇原理(Final anthropic principle (FAP)) : 「包含智慧的資訊處理過程一定會在宇宙中出現，而且，一旦它出現了就不會滅亡。」 (Barrow和Tipler，1986)馬丁·加德納 在對Barrow和Tipler著作的評論中嘲笑了人擇原理的這一最終版本，以完全荒謬人擇原理(Completely ridiculous anthropic principle (CRAP)) 為題：「生命將會掌握所有的物質和力量，不止在一個宇宙，而是在所有邏輯上可能存在的宇宙；生命將會傳播到邏輯上可能存在的所有宇宙的每一個角落，而且將會儲有所有邏輯上可能被理解的、無限的知識。」 在卡特最初的定義中，弱人擇原理僅僅涉及到確定的「宇宙學」參數，即我們在宇宙中空間和時間上的位置，而沒有牽涉到後來屬於強人擇原理的基本物理常 數的值。他同樣也只是提到「觀測者」而不是「碳基生命」。不過這些模稜兩可的話卻是導致無休止的對於各種版本人擇原理誤解的原因。
智慧設計 的支持者聲稱得到了強人擇原理的理論支持。一方面，多宇宙理論 或 稱為多選擇宇宙理論的存在是基於另一些理由，而弱人擇原理提供了一個貌似正確的理由，來解釋我們宇宙的良好秩序。假定存在可以支援智慧生命的宇宙，那麼實 際上這種宇宙必定存在，而我們的宇宙無疑也是其中之一。然而，多選擇的智慧設計並不僅限於多選擇宇宙理論的假定。不過有些進化論的支持者同樣聲稱得到了人 擇原理的理論支持，例如Ikeda及Jefferys(Ikeda and Jefferys (2006) )就認為人擇原理是表面上支持實際上否定了智慧設計。(discussed in more detail under fine tuning ).
[编辑 ] 人擇宇宙哲學原理 巴羅和蒂普勒詳細地闡述了看起來無法相信的巧合，這些巧合使我們的宇宙具有特色，並使我們人類進化。他們認為只有人擇原理能搞清楚這大量的巧合的意義。無論是原子 的能量級還是弱核力 的精確力量都好像是為了適應我們的生存。宇宙中碳基生物的存在可能與一些引數參數值有關，假設這些參數值變化很少，那碳基生物就可能不存在了。儘管巴羅和蒂普勒的作品屬於理論物理學，它仍然討論了化學 和地質學 的多種相關話題。
在1983年，布蘭登修正了他1974年的論文，認為人擇原理在最初的形式上只是要引起天體物理學家和宇宙學家的警惕，那就是如果他們沒有考慮觀察 者的生物本性所導致的呈上升趨勢的限制，天文學和宇宙學的資料翻譯工作將會出現錯誤。反過來，卡特還警告發展生物學家，當他們翻譯報告的時候也要考慮天文 學和宇宙學的因素。由此，卡特總結，介於對於宇宙年齡的最好估計（當時是150億年，現在是137億年），發展鏈可能只允許一個或兩個的低可能鏈。 A.Feoli和S.Rampone（"強人擇原理是否太弱" 1999)介於宇宙的大小和可能的星球數量，認為有更多的低可能鏈。有更多的低可能鏈的數量和生命的出現以及隨後的進化需要智慧設計 不太相符。
觀察宇宙論 和量子引力 理論的最新著作使得人們對於人擇原理重新感興趣。量子引力試圖把其他的力量統一到引力上。然而，一旦有了有前途的理論，這些理論卻又會出現問題，那就是基本物理常數是不受限制的。這種觀察的誘導更多地來自於對於數量的精確估計，比如說是宇宙密度 。最近對於宇宙的密度估計是0.3，同時宇宙論裡從這個估測中預測了一個和這個0.3幾乎差不多的結論。
對於人擇理論有了些不一樣的選擇，大多數存在一些樂觀的理論認為萬物學說 最終會被發現，這個學說聯合了宇宙中所有的力量，通過獲取所有顆粒的特性而獲得。萬物學說包括了M-理論 和量子引力 的多種理論，雖然所有的這些理論都被認為是演繹性的。另一種就是李·斯莫林 的宇宙論的自然選擇 模型，這也被認為是多重宇宙 ，這個理論認為如果這些宇宙和我們的宇宙有相同的性質的時候，那麼這些宇宙就會更豐富。這也能在加德納和他的"利己主義生物宇宙學假說"中見到。
[编辑 ] 有關批評 有些人批評一些形式的人擇原理，他們爭論人擇原理中估計生命的化學本質是碳的化合物和液體水是一種訴諸無知 。（有時候被稱為碳沙文主義或生物化學 ），允許碳基生物進化的物理常數 的界限也預想的要少了很多限制。(Stenger 2000).
弱人擇原理的支持者和反對者都批評他是一種贅述 。 它陳述的不是些容易理解的東西而是些瑣碎的真理。人擇原理的討論暗暗假設了，若我們有能力思考宇宙學，那麼一些基本的物理常數只能落在特定的區間。批評者 認為這簡直贅述了一個事實，那就是「如果事情本來就是不同的，那它就是不同的」。如果這種批評是成立的，那麼弱人擇原理就理所當然變得沒有意義了。因為這 就意味著宇宙為了使我們能存在來思考它，它就必須要使自己變得讓我們生存。Peter Schaefer 否 認了這種觀點，他認為雖然弱人擇原理是講的大家都知道的道理，但卻不能推翻它，因為人們不能因為這個理論本來就是對的就駁斥這個理論。還有，很顯然，人擇 原理中強調的因果關係的方向是錯誤的。人類進化是為了適應當前的宇宙、宇宙常數和所有的一切，而不是宇宙適應人類，那就是說是因為我們適應了宇宙，宇宙卻 不是專門為了適應我們的。
強人擇原理的批評者認為它既不是可試驗的也不是可證偽的。FAP在最終人擇原理 中被詳盡的討論了。巴羅和蒂普勒（1986）認為雖然最終人擇原理是一個站得住腳的物理學觀點，它也還是「和道德價值非常接近」。
霍金 認為我們所處的宇宙並不如人擇原理的擁護者所說得這般「特別」。他認為有98%的可能，一個宇宙大爆炸 會產生同我們一樣的宇宙。然而，諸如霍金所使用的這些方程式是否能得出這樣的結論，什麼樣的宇宙可被稱為是「和我們一樣」，這些問題在科學上都是重要的。
霍金的波函數 （一些關於數學方程的物理意義的爭論就連作者本人薛定諤 都不能理解）陳述了宇宙在與比它先出現的事物沒有聯繫的情況下是如何形成的，也就是說，它是怎樣從零產生的。然而，從2004年起，這個理論就在不斷地被爭論，而且，正如霍金在1988年所寫的，「是什麼打破了這種平衡 從而創造了一個宇宙去解釋它們？……為什麼宇宙要不遺餘力地去打擾現有的東西？」「從無到有」是形上學 的一個根本問題。
[编辑 ] 人擇原理的偏見與推論 在2002年 ，尼克·博斯特羅 提出：「有沒有可能把觀察選擇效應 總 結成簡單的表述？」他認為這是可能的。但是，許多人擇原理是非常令人疑惑的。特別是一些從卡特的重要論文中得到靈感的，雖然是不錯的，但是他們太缺乏說服 力，不能作為真正的科學作品。尤其是我認為現存的一些方法不允許任何由同時代的宇宙學理論中得到的觀測結果，儘管這些理論根據經驗顯然能被而且已經被天文 學家檢驗著，一種更充分的關於觀察選擇效應該如何加以考慮的政策才能夠打破這種方法上的鴻溝。
他的自我選樣假定 是「你必須把自己想像成一個適合的參考組中的隨機觀察員」，在我們不知道自己在宇宙中所處的位置，甚至不知道我們是誰的前提下，他引伸了人擇原理偏見 和人擇原理推論 。這也許還能夠成為克服多種認知偏見 的方法，這種認知偏見限制了人類天生的觀察以及運用數學 瞭解宇宙模型 的能力，這在數學認知科學 中也有提到。
[编辑 ] 人擇原理與弦理論 弦理論預示著有很多可能的宇宙，被稱為背景或是真空。真空也常被稱作"弦景觀 "(string landscape)，李奧納特·蘇士侃 認為有了很多的真空的存在時的人擇原理的推論變得非常有力。另一些人，特別是大衛·格羅斯 、Lubos Motl 、Peter Woit ， 認為這是沒有預言性的。在關於弦景觀的論文中，史蒂分·溫伯格(Steven Weinberg)提出人擇原理是現代科學的「轉捩點」。[2]
[编辑 ] 參閱 [编辑 ] 備註
^ 羅伯特·H·迪克 在1957年寫道：「現在的宇宙年齡並不是一個偶然的，而是基於生物的事實的……[物理常數的改變]會阻止人類的存在來考慮這些問題。」（迪克 1957，"等效原理和弱相互作用"Rev. Mod. Phys. 29 : 355)阿爾弗雷德·羅素·華萊士 早在1903年就預期了若人擇原理：「我們所知的存在於我們周圍的這個大而複雜的宇宙也許已經完全的被要求了……為了能夠創造一個世界，使得包括人類在內的生物井井有條地發展。(華萊士 1912，人類在宇宙中的地位 : 256-7)。也許卡爾馬克思 的歷史唯物主義 理論也在回應若人擇原理：「人類歷史最初的前提當然是人類個體的存在。因此，首先要確定的是人類個體的物理組織和他們剩餘的自然的邏輯上一致的關係。(德國意識形態 chpt. 1. )^ Steven Weinberg. Living in the Multiverse journal = arXiv.org e-Print archive., 7 . 2002: 45–53. arXiv :hep-th/0511037 .
[编辑 ] 參考資料
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[编辑 ] 外部連結
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目的論
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目的論 屬於哲學 的範疇，致力於探討事物產生的目的 、本源和其歸宿。
[编辑 ] 正反論調 傳統上目的論與哲學自然論 （或偶然論 ）是對立的。例如，自然論者會認為人有眼睛所以人有視力，即所謂「形式決定功能」（function follows form）；相反，目的論者認為人有眼睛因為人需要視覺，即是所謂的「功能決定形式」（form follows function）。
以下阿里士多德 和盧克萊修 的言論，正好反映了目的論與自然論的對立。
大自然裡，生物的器官順著功能而演變，功能不是順著器官而來。 ——阿里士多德，De Partibus Animalium[1]
身體不是因應我們的需要而造，存在是功能的因。 ——盧克萊修，De Rerum Natura[2]
[编辑 ] 外在和內在 目的論認為事物的存在源於「最終目的」，這可分為兩種：
外在最終目的 （extrinsic finality）：某東西的存在目的是為了其他東西的福祉。例如，礦物質的存在註定是為了植物的生存，而植物的存在則註定是為了動物的生存。內在最終目的 （Intrinsic finality）：某東西的存在目的，是為了自然而然達成完善自己這個目的。過份強調外在最終目的，很容易凡事都訴諸鬼神，導致迷信 。例如，「如果我今天不來這商店，我就不會發現地上的100元。這是神的旨意，他要我到商店來發現這錢。」或者「我贏錢全靠這對幸運襪。」類似的想法被培根 （"De Dignitate et Augmentis Scientiarum," III, iv）、笛卡兒 （"Principia Philosophiæ", I, 28; III, 2, 3; "Meditationes", III, IV）和史賓諾沙 （Ethica, I, prop. 36 app.）所批評。
內在最終目的則提供了上帝或其他超自然力量存在的論據，也是智能設計論 的理論基礎。支持者認為它解決了自然論的基本缺陷：自然論只探討即時的原因和事件發生的機制，但忽略了事件發生的最終原因。
[编辑 ] 古典希臘目的論 亞里士多德認為，將所有事情都視為必然是錯誤的，因為這樣忽略了事情的目的、秩序和背後的最終原因。
可是，德謨克利特 忽略了最終原因，將所有自然的規律視為理所當然。的確這些規律是必然的，但他們背後有其最終原因…把必然當成原因，無異於水腫病人被放水單純是因為刀刺入他，而不是為了治癒他。 ——亞里士多德，Generation of Animals V.8, 789a8-b15]
亞里士多德將事物的發展因分四種：物質因、形式因、動因和目的因。
[编辑 ] 現代/後現代哲學 歷史上，目的論被視為承繼了亞里士多德的理念。其後康德 探究了目的論的原理，而黑格爾 也以目的論為思辨哲學 的中心思想，馬克思 及其他新黑格爾學派也有跟隨。
[编辑 ] 科學 [编辑 ] 人擇原理 在物理學 和天文學 範疇，近年以目的論為基礎的研究出現，被冠以人擇原理 之名。人擇原理想解決的問題是：為什麼宇宙從極度簡單的狀態（大爆炸 ）發展到如此複雜，甚至發展到適合人類如此複雜的生物生存？
[编辑 ] 科技 在科技的領域，「目的」的研究由來已久。「目的機制」（即調整運作的反饋）研究可追溯至1700年代末期瓦特 在蒸汽機 裝置調節器（governor）。近年，學者將機器中的「目的研究」稱為反饋機制 。諾伯特·維納 以控制論 （cybernetics）一詞代表「目的機制」的研究。
[编辑 ] 參閱 [编辑 ] 參考資料 ^ ^ [编辑 ] 延伸閱讀 Aristotle, Metaphysics Book Theta (translated with an introduction and commentary by Stephen Makin), Oxford University Press, 2006. (ISBN 0-19-875108-7 / 978-0-19-875108-3) John D. Barrow and Frank J. Tipler , The Anthropic Cosmological Principle ISBN 0-19-282147-4 )Julian Bigelow , Arturo Rosenblueth , and Norbert Wiener , 1943, "Behavior, Purpose and Teleology," Philosophy of Science 10 : 18-24.Monte Ransome Johnson, Aristotle on Teleology , Oxford University Press, 2005. (ISBN 0-19-928530-6 / 978-0-19-928530-3) Kelvin Knight, Aristotelian Philosophy: Ethics and Politics from Aristotle to MacIntyre , Polity Press, 2007. (ISBN 978-0-7456-1977-4 / 0-745-61977-0) Georg Lukacs . History and Class Consciousness. (ISBN 0-262-62020-0 )Horkheimer and Adorno . Dialectic of Enlightenment . (ISBN 0-8047-3632-4 )Alasdair MacIntyre, 'First Principles, Final Ends, and Contemporary Philosophical Issues', in idem., The Tasks of Philosophy: Selected Essays, Volume 1 , Cambridge University Press, 2006. (ISBN 978-0-521-67061-6 / 0-521-67061-6) Herbert Marcuse . Hegel's Ontology and the Theory of Historicity . (ISBN 0-262-13221-4 )Lowell Nissen, Teleological Language in the Life Sciences , Rowman & Littlefield, 1997 (ISBN 0-8476-8694-9 )
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CPT對稱
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CPT對稱 是物理定律 中一種對稱 性質，有此性質的物理量在電荷 （C）、宇稱 （P）及時間 （T）一起被反向變換（即正負變號）後不變。
[编辑 ] 歷史 1950年代的研究指出，P對稱 （宇稱）在弱交互作用 下會被破壞，而C對稱 （電荷共軛）破壞也有幾個有名的例證。於是有一小段時期，物理學家認為CP對稱 在所有物理現象中都會守恆，但不久後就發現這個也是錯的。由於CPT守恆 的關係，這意味著T對稱 （時間反轉）也必須被破壞。CPT定理 需要所有物理現象都保有CPT對稱。它假設量子 定律和洛侖茲不變性 都是正確的。具體地，CPT定理指定，任何有自伴 哈密頓算符 的洛侖茲不變 局部量子場論 ，都必須要有CPT對稱。
CPT定理最早含蓄地出現於1951年，在朱利安·施溫格 有關自旋統計定理 的研究報告中。在1954年，格哈特·呂德爾斯 及沃爾夫岡·包立 推導出更明確的證明，因此這定理有時候會被稱為呂德爾斯－包立定理。約翰·斯圖爾特·貝爾 也在差不多同一時間獨立地證明了這一定理。這些證明都是基於量子場交互作用中的洛侖茲不變性 及局部性原理 。隨後，雷斯·約斯特 在公設量子場論 的框架下提出了一個更通用的證明。
[编辑 ] 推導 考慮一z方向的一維洛侖茲變換 。它可被詮釋成時間軸旋轉進z軸，其中旋轉參數為虛數 。若旋轉參數為實數 時，180°的旋轉變得可行，從而可以反轉時間和z的方向。把其中一條軸的方向逆轉，在任何數量的維裏都會是一種反射。若空間是三維的話，因為可以在x-y平面上再加一個180°的旋轉，所以這跟把所有座標都反射是一樣的。
如果我們採用反粒子的費曼-斯蒂克爾伯格表述，即反粒子往時間的反方向移動，那麼上述的反射就是CPT變換的定義。這個詮種需要少量的解析延拓 ，它只能在以下的條件下有良適定義：
理論本身是洛侖茲不變 的； 真空是洛侖茲不變的； 能量從下方受到束縛。 當上述條件成立時，量子場論 可被延伸至歐幾里得空間 ，使用哈密頓算符 把所有算符平移至虛數平面（威克轉動 ），即可得歐幾里得理論。此時哈密頓算符的對易關係 ，與洛侖茲生成元 ，會保證洛侖茲不變性 導致旋轉不變性 ，因此在歐幾里得空間任何態都能被旋轉180°。
由於連續兩次CPT反射相當於360°旋轉，所以費米子 在兩次CPT反射後會變號，而玻色子 則不會。這個特性可用於證明自旋統計定理 。
[编辑 ] 後果 CPT對稱的破壞會直接導致洛侖茲破壞 。
引申CPT對稱可得我們宇宙的一個「鏡像」——所有物體的位置都被一虛擬平面所反射（對應宇稱反向），所有動量 反向（時間反轉 ）及所有物質 都被反物質 所取代（對應電荷反轉）——在跟我們一樣的物理定律下會如何演進。CPT變換把我們的宇宙變成它的「鏡像」，反之亦然。CPT對稱被認為是所有物理定律的基礎性質。
為了保住這一項對稱，CPT中任何兩個對稱所組成的對稱（例如CP）被破壞時，對應地餘下的一個對稱（例如T）也一定會被破壞；實際上，就數學而言，兩者是一樣的。因此T對稱破壞很多時候會被稱為CP破壞 。
在需要考慮Pin群的時候，CPT定理可被概括化。
[编辑 ] 參見 [编辑 ] 參考資料 Sozzi, M.S.. Discrete symmetries and CP violation. Oxford University Press. 2008. ISBN 978-0-19-929666-8 . Griffiths, David J.. Introduction to Elementary Particles. Wiley, John & Sons, Inc. 1987. ISBN 0-471-60386-4 . Streater, R.F. and Wightman, A.S.. PCT, spin and statistics, and all that. Benjamin/Cummings. 1964. ISBN 0-691-07062-8 . [编辑 ] 外部連結
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自旋統計定理
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在量子力學 裡，自旋統計定理給出粒子自旋量子數 與粒子統計行為的關係。自旋 是內隱的角動量，每個粒子有整數或是半整數的自旋量子數，與粒子外在的運動無關。
定理的內容如下：
由相同且自旋量子數為整數的粒子組成的系統，交換任兩個粒子的位置，整體波函數 的值相同。整數自旋量子數的粒子稱為玻色子 。 由相同且自旋量子數為半整數的粒子組成的系統，交換任兩個粒子的位置，整體波函數的絕對值 相同，正負相反。半整數自旋量子數的粒子稱為費米子 。
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弱交互作用
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弱交互作用 （又稱弱力 或弱核力 ）是自然的四種基本力 中的一種，其餘三種為強核力 、電磁力 及萬有引力 。次原子粒子 的放射性衰變就是由它引起的，恆星中一種叫氫融合 的過程也是由它啟動的。弱交互作用會影響所有費米子 ，即所有自旋 （一種所有粒子都有的性質）為半整數的粒子。
在粒子物理學 的標準模型 中，弱交互作用的理論指出，它是由W及Z玻色子 的交換（即發射及吸收）所引起的，由於弱力是由玻色子的發射（或吸收）所造成的，所以它是一種非接觸力 。這種發射中最有名的是β衰變 ，它是放射性 的一種表現。重的粒子性質不穩定，由於Z及W玻色子比質子或中子重得多，所以弱交互作用的作用距離非常短。這種交互作用叫做「弱」，是因為它的一般強度，比電磁 及強核力 弱好幾個數量級 。大部份粒子在一段時間後，都會通過弱交互作用衰變。弱交互作用有一種獨一無二的特性——那就是夸克 味變——其他交互作用做不到這一點。另外，它還會破壞宇稱對稱 及CP對稱 。夸克的味變使得夸克能夠在六種「味 」之間互換。
弱力最早的描述是在1930年代，是四費米子 接觸交互作用的費米理論 ：接觸指的是沒有作用距離（即完全靠物理接觸）。但是現在最好是用有作用距離的場來描述它，儘管那個距離很短。在1968年，電磁與弱交互作用統一了，它們是同一種力的兩個方面，現在叫電弱力 。
弱交互作用在粒子的β衰變 中最為明顯，在由氫生產重氫 和氦 的過程中（恆星熱核反應的能量來源）也很明顯。放射性碳定年法 用的就是這樣的衰變，此時碳-14 通過弱交互作用衰變成氮-14 。它也可以造出輻射冷光 ，常見於超重氫照明 ；也造就了β伏 這一應用領域（把β射線 的電子當電流用）[1]
[编辑 ] 性質
圖為標準模型中六種夸克的電荷與質量分佈，以及各種衰變路線，線的虛實代表該衰變發生的可能。
弱交互作用有如下的數項特點：
唯一能夠改變夸克味 的交互作用。 唯一能令宇稱 不守恆的交互作用。因此它也是唯一違反CP對稱 的交互作用。 由具質量的規範玻色子 所介導的交互作用。這一不尋常的特點可由標準模型 的希格斯機制 得出。 由於弱交互作用載體粒子（W及Z玻色子）質量很大（約 90 GeV/c2 [2] -25 秒[3] 耦合常數 （交互作用強度的一個指標）介乎10−7 與10−6 之間，而相比下，強交互作用的耦合常數約為1[4] [5] −17 –10−16 m[5] [4] −18 米的距離下，弱交互作用的強度與電磁大約一致；但在大約3×10−17 的距離下，弱交互作用比電磁弱一萬倍[6]
在標準模型 中，弱交互作用會影響所有費米子 ，還有假想的希格斯玻色子 ；弱交互作用唯一一種對微中子 有效的交互作用[5] 束縛態 （它也不需要束縛能 ）——重力在天文距離下這樣做，電磁力在原子距離下這樣做，而強核力則在原子核中這樣做[7]
它最明顯的過程是由第一項特點所造成的：味變 。比方說，一個中子 比一個質子 （中子的核子 拍檔）重，但它不能在沒有變味 （種類）的情況下衰變成質子，它兩個「下夸克」中的一個需要變成「上夸克」。由於強交互作用 和電磁交互作用 都不允許味變，所以它一定要用弱交互作用 ；沒有弱交互作用的話：夸克的特性，如奇異及魅（與同名的夸克相關），會在所有交互作用下守恆。因為弱衰變的關係，所以所有介子都不穩定[8] β衰變 這個過程下，中子裡面的「下夸克」，會發射出一個虛 W− 玻色子，它隨即衰變成一電子微中子 及一反電子微中子 [9]
由於玻色子 的大質量，所以弱衰變相對於強或電磁衰變，可能性是比較低的，因此發生得比較慢。例如，一個中性π介子在通過電磁衰變時，壽命約為10-16 秒；而一個帶電π介子的通過弱核力衰變時，壽命約為10-8 秒，是前者的一億倍[10] [9]
[编辑 ] 弱同位旋與弱超荷 弱同位旋（T3 ）是所有粒子的一種性質（量子數 ），決定粒子在弱交互作用下該如何反應[12] 電磁 中的電荷一樣，也跟強交互作用 中的色荷 一樣。其他基本粒子 的弱同位旋為±1 ⁄2 3 = +1 ⁄2 3 = −1 ⁄2 3 永遠跟衰變前不一樣。就像電荷 一樣，弱同位旋的兩種不同值，大小一樣，正負相反。
弱同位旋是守恆 的：反應產物的弱同位旋總和，等於反應物的弱同位旋總和。例如，一左手π+ 介子1 ⁄2 νμ 1 ⁄2 μ+ [10]
在電弱理論的開發後，有一個新的性質，叫弱超荷 。它的數值由粒子的電荷及弱同位旋決定：
其中YW 為某一種粒子的弱超荷，Q 為電荷 （基本電荷 單位）及T3 為弱同位旋。弱超荷是U(1) 部份生成元的規範群 [13]
[编辑 ] 對稱破缺 長久以來，人們以為自然定律 在鏡像反射 後會維持不變，鏡像反射等同把所有空間軸 反轉。也就是說在鏡中看實驗，跟把實驗設備轉成鏡像方向後看實驗，兩者的實驗結果會是一樣的。這條所謂的定律叫宇稱 守恆 ，古典重力 、電磁 及強交互作用 都遵守這條定律；它被假定為一條萬物通用的定律[14] 楊振寧 與李政道 提出弱交互作用可能會破壞這一條定律[15] 吳健雄 與同事於1957年發現了弱交互作用的宇稱不守恆 [16] 諾貝爾物理學獎 [17]
儘管以前用費米理論 就能描述弱交互作用，但是在發現宇稱不守恆及重整化 理論後，弱交互作用需要一種新的描述手法。在1957年羅伯特·馬沙克 （Robert Marshak）與喬治·蘇達尚 （George Sudarshan）[18] 理察·費曼 與默里·蓋爾曼 [19] V−A （向量 V減軸向量 A或左手性）拉格朗日量 。在這套理論中，弱交互作用只作用於左手粒子（或右手反粒子）。由於左手粒子的鏡像反射是右手粒子，所以這解釋了宇稱的最大破壞。有趣地，由於V−A 開發時還未有發現Z玻色子，所以理論並沒有包括進入中性流交互作用的右手場。
然而，該理論允許複合對稱CP CP 由兩部份組成，宇稱P （左右互換）及電荷共軛C （把粒子換成反粒子）。1964年的一個發現完全出乎物理學家的意料，詹姆斯·克羅寧 與瓦爾·菲奇 以K介子 衰變，為弱相用作用下CP對稱破缺 提供了明確的證據，二人因此獲得1980年的諾貝爾物理學獎[20] 小林誠 與益川敏英 於1972年指出，弱交互作用的CP破壞，需要兩代以上的粒子[21] [22] 安德烈·薩哈羅夫 的重子產生過程 三條件之一[23]
[编辑 ] 交互作用類型 弱交互作用共有兩種。第一種叫「載荷流交互作用 」，因為負責傳遞它的粒子帶電荷（W+ 或W− 中性流交互作用 」，因為負責傳遞它的粒子，Z玻色子 ，是中性的（不帶電荷）。
[编辑 ] 載荷流交互作用 在其中一種載荷流交互作用中，一帶電荷的輕子 （例如電子或渺子，電荷為−1）可以吸收一W+ 玻色子微中子 （電荷為0），而微中子（電子、μ及τ）的類型（代）跟交互作用前的輕子一致，例如：
同樣地，一下型夸克 （電荷為−1 ⁄3 W− 玻色子，或吸收一W+ 玻色子，來轉化成一上型夸克（電荷為+2 ⁄3 量子疊加態 ：也就是說，它有著轉化成三種上型夸克中任何一種的可能性，可能性的大小由CKM矩陣 所描述。相反地，一上型夸克可以發射一W+ 玻色子，或吸收一W− 玻色子，然後轉化成一下型夸克：
由於W玻色子很不穩定，所以它壽命很短，很快就發生衰變。例如：
W玻色子可以衰變成其他產物，可能性不一[24]
在中子所謂的β衰變 中（見上圖），中子內的一下夸克，發射出一虛 W− 玻色子，並因此轉化成一上夸克，中子亦因此轉化成質子。由於過程中的能量（即下夸克與上夸克間的質量差），W− 只能轉化成一電子及一反電子微中子[25]
[编辑 ] 中性流交互作用 在中性流交互作用中，一夸克或一輕子（例如一電子或渺子）發射或吸收一中性Z玻色子 。例如：
跟W玻色子一樣，Z玻色子也會迅速衰變[24]
[编辑 ] 電弱理論 在粒子物理學的標準模型 描述中，弱交互作用與電磁交互作用 是同一種交互作用的不同方面，叫電弱交互作用 ，這套理論在1968年發表，開發者為謝爾登·格拉肖 [26] 阿卜杜勒·薩拉姆 [27] 史蒂文·溫伯格 [28] 諾貝爾物理學獎 的肯定[29] 希格斯機制 解釋了三種大質量玻色子（弱交互作用的三種載體）的存在，還有電磁交互作用的無質量光子 [30]
根據電弱理論，在能量非常高的時候，宇宙共有四種無質量的規範玻色子 場，它們跟光子類似，還有一個複向量希格斯場 雙重態。然而在能量低的時候，規範對稱會出現自發破缺 ，變成電磁交互作用的U (1)真空期望值 ）。雖然這種對稱破缺會產生三種無質量玻色子，但是它們會與三股光子類場融合，這樣希格斯機制 會為它們帶來質量。這三股場就成為了弱交互作用的W+ 、W− 及Z玻色子，而第四股規範場則繼續保持無質量，也就是電磁交互作用的光子[30]
雖然這套理論作出好幾個預測，包括在Z及W玻色子發現前預測到它們的質量，但是希格斯玻色子 本身仍未被發現。歐洲核子研究組織 轄下的大型強子對撞機 ，它其中一項主要任務，就是要生產出希格斯玻色子[31]
[编辑 ] 參考資料 [编辑 ] 大眾書籍 Oerter, R.. The Theory of Almost Everything: The Standard Model, the Unsung Triumph of Modern Physics. Plume. 2006. ISBN 9780132366786 . Schumm, B.A.. Deep Down Things: The Breathtaking Beauty of Particle Physics. Johns Hopkins University Press. 2004. ISBN 0-8018-7971-X . [编辑 ] 科學書籍 [编辑 ] 註釋
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5.39121(40) × 10−44秒
；所定時間常數為T2），而變成兩個獨立不相干的波包單純相加之和。以
，
