前言:奥卡姆的终极剃刀
Preface: Occam’s Ultimate Razor
物理学的历史,就是一部不断寻找更底层“源代码“的历史。
三百年前,牛顿让我们相信,宇宙是一台精密的钟表,由绝对的时间和空间发条驱动;一百年前,爱因斯坦告诉我们,钟表并不存在,时空本身是可以弯曲的软体;与此同时,玻尔和海森堡却在微观世界里发现,实在的本质是掷骰子的概率云。
今天,我们站在两座宏伟却互不兼容的理论大厦之间:一座是广义相对论的几何圣殿,它是平滑的、决定论的,描述了引力如何编织时空;另一座是量子力学的概率迷宫,它是离散的、非决定论的,描述了粒子如何在希尔伯特空间中跳跃。这两套语言在各自的领域内无比成功,但当我们试图窥探黑洞的视界,或追溯大爆炸的瞬间时,它们却发生了剧烈的冲突——几何产生无穷大的奇点,概率导致信息的丢失。
这种割裂通过了近一个世纪的修补,依然未能愈合。也许,问题不在于我们还不够聪明,无法在现有框架下找到答案;而在于框架本身就是错的。我们一直试图把“量子“强行塞进“几何“的盒子里,或者把“引力“量子化为一种场。
如果,这二者都不是底层的真实呢?
本书提出了一种激进的、极简主义的本体论:物理实在并非由物质、能量或场构成,而是由“信息“及“信息的处理过程“构成。
约翰·惠勒(John Wheeler)曾提出著名的“万物源于比特“(It from Bit)。本书将这一思想推向了逻辑的极致,并赋予其动态的形式:万物源于量子比特的幺正运算(It from Qubit Processing)。
我们在这本书中只做一个假设,一个唯一的、不可再减的公理——终极公理 :
宇宙是一个在离散格点上运行的、遵循局域幺正演化规则的量子元胞自动机(QCA)。
除此之外,别无他物。没有预设的时空背景,没有预设的质量参数,没有预设的光速限制,也没有预设的引力方程。
我们将邀请读者见证一场逻辑的魔术:仅仅从这颗单一的种子出发,整个现代物理学的大厦将如何被重新“生长“出来。
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我们将证明,光速不是上帝设定的交通限速,而是格点网络传递信息的最大带宽。
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我们将证明,狭义相对论只不过是信息速率在“外部位移“与“内部计算“之间进行资源分配的统计结果——我们推导出的光程守恒定律()将这一深层机制赤裸裸地展示在数学的阳光下。
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我们将证明,质量不是物质的固有属性,而是被拓扑结构禁锢在微观尺度上的信息死循环;而惯性,则是系统在内部时间冻结时维持其存在所需的能量代价。
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我们将证明,引力并非基本相互作用,而是时空网络为了维持信息传输的一致性(幺正性)而必须发生的几何扭曲——爱因斯坦场方程本质上是信息流形的“状态方程“。
这就是奥卡姆的终极剃刀。我们剃掉了连续性的幻觉,剃掉了无穷大的发散,剃掉了人为引入的参数。留下的,是一个晶莹剔透的、由纯粹逻辑和计算构成的宇宙。
在这个宇宙中,观察者不再是置身事外的幽灵,而是能够进行自指运算的子程序;意识不再是神秘的副产品,而是信息网络中最高级的拓扑形态。
这是一次从“本体论“到“现象学“的重构之旅。对于习惯了连续时空和微分方程的物理学家来说,这里的风景或许显得陌生甚至充满棱角。但我相信,当你读到最后一章,看到那些离散的比特如何涌现出连续的实在,看到我们熟悉的星辰、引力与时间如何从计算的虚空中诞生时,你会感受到一种前所未有的逻辑之美。
宇宙不仅仅像一台计算机。宇宙就是计算本身。
让我们开始运行这段代码。
作者注
本书的许多核心推导(如光程守恒定理、光学度规的体积守恒修正、波恩规则的组合学证明)均基于作者近年来的一系列研究论文。为了保证阅读的流畅性,复杂的数学证明被置于附录或特定章节中,但这并不意味着数学是不重要的。相反,正是数学的刚性,支撑起了这一哲学构想的全部重量。