方舟の女：再论黑洞宇宙霍金熵，信息论，测不准原理和普朗克常数

本按：

黄淼鑫，集智俱乐部的高人，是俺的活字典，读书之多估计可以和小平同志一拼，关键此人还随手就能写出长串的公式，这点事小平不能比拟的。

黄淼鑫大侠最近在总结有关信息论的分类（评述柴立和教授的文章《我们的世界真的存在吗？》），提到了一个神秘的人物，方舟の女。

方舟の女，那位大侠认识？

 

黄淼鑫按：

淼鑫赋值：方舟の女大约旅居或求学于北美，常在网络上狂掰“大爆炸”之类物理“玄学”，构思多有奇妙，且徜徉肆姿,落拓桀傲。以“本女”之称呼而大隐于网络，来时如雷霆风暴，去后渺无踪迹。

方舟の女文章小集：http://www.gaofamily.com/viewtopic.php?p=29139

 

正文：

再论黑洞宇宙霍金熵，信息论，测不准原理和普朗克常数量子力学里的测不准原理是非常让人迷惑不解的，如果你认为你学过了量子力学，懂得测不准原理，那么只是说明了你根本没有学进去。如果你学透了量子力学，是禁不住要向天发问，大问一句：为什么？为什么物理量要量子化？为什么？为什么量子化的常数，普朗克常数，不多不少刚好是我们知道的这个数值？这个常数的具体数值到底它有什么意义？

 

海森伯测不准原理说，互补的两个物理量，比如时间和能量，位置和动量，角度和角动量，无法同时测准。它们测不准量的乘积等于某个常数，那个常数就是普朗克常数，是1.0546焦耳秒，比如时间和能量的测不准量就符合：

△Ｅ△ｔ＝ｈｂａｒ

（为简单计下面用ｈ代表ｈｂａｒ＝ Ｈ／２π）

 

显然，如果ｈ趋于零，就不存在测不准的问题了，那么为什么ｈ不是零，又为什么它不多一点或少一点呢？再考虑一个光子，它的能量在它发出来时，就已经决定了，可是你要测量它，如果要精确确定它什么时候到达你这里，就没有办法确定它的能量。它可以是红光，也可以是绿光，捉摸不定。物理的世界什么时候变成这样的不可知了呢？

 

事实证明，仰天长问，是正确的选择。微观世界里的遗憾，可以在宇观世界里得到解答。狄拉克是第一个就量子力学的问题向天问的科学家，他提出了大数猜想，把量子世界的大数和宇宙大数联系起来了。本女仰天长问的结果，是用宇宙尺度解释了普朗克常数的具体数值，并且回答了狄拉克提出的问题，将量子力学的测不准原理归纳到热力学第二定理和信息论里面去了。本女相信，信息论可以完全取代量子力学的理论，从而完成现代物理和现代数学的一个大统一。

 

还是从黑洞宇宙说起，宇宙学专家们大都同意，爱因斯坦宇宙常数精确等于一，这也就是说，宇宙的总质量和宇宙半径的关系，恰好符合史瓦西黑洞临界半径的公式，从而暗示我们的宇宙是个黑洞：

R = 2GM/C^2

本女不知道为什么多数学者接受上面这个公式描述我们的宇宙，却拒绝接受我们的宇宙是个黑洞这么个显然的结论。黑洞宇宙真的很可怕吗？作为练习，大家可以计算一下在我们这个黑洞的事件地平线处，万有引力是多少？肯定你以为，在事件地平线上，时空一定极度扭曲，所以引力作用一定大得可以把人撕裂成为单个的基本粒子！！！

算一算就知道了，其实那个引力小得只相当于在月球的距离上一粒沙子对我们的万有力那么大！！！所以至少对于居住在黑洞宇宙内部的人来说，黑洞一点也不可怕。

 

有个著名的伯根斯坦·霍金公式可以计算黑洞的熵，黑洞的熵和黑洞的表面积成正比，略去波尔兹曼常数，它可以写成：

S = ()(C^3/HG)*A

根据球表面积等于４πＲ^2，再代入史瓦西黑洞临界半径公式：

S = 4πGM^2/(HC)

再把一个M代以史瓦西黑洞临界半径公式：

S = (2π/H)*(R/C)*(MC^2)

这个公式说明什么呢？R/C是宇宙半径除以光速，也就是按照大爆炸学说的宇宙年龄ｔ，而MC^２，爱因斯坦的相对论公式，那是能量！

S = (1/h) * E * t

这个是什么呢，这个就是统一我们宇宙内物理常数的大统一公式。S是熵，也就是信息，宇宙的信息总量。先不要看比例常数，

信息＝能量×时间

这个是什么意思呢？哲学上说，存在即是被感知，感知也就是信息的获得和传递，一样不携带信息的东西，是无法被感知的，所以信息也就是存在。

信息＝存在＝能量×时间

那么为什么存在＝能量×时间呢？这个反应了存在的两个要素，存在的东西必须要有能量，没有能量，那也就是处于能量基态的真空，是不存在的。存在的东西也必须要持续存在一定的时间，如果一样东西只存在零秒钟，那便是不存在。

所以，存在等于能量和时间的乘积，缺一不可：

宇宙总信息＝宇宙总存在量＝普朗克常数倒数×能量×时间

必须记住的是，信息是个无量纲的数值。宇宙总信息量，或者说是宇宙总存在量。才是真实的物理量，而能量和时间的数值，都取决于人为的单位制，自然普朗克常数也是取决于人类单位制的人为的数量，没有什么特别重要的意义。

 

现在可以回答为什么物理量要量子化，以及为什么会有测不准定理的问题了。看看上面这个公式的右边：

信息=普朗克常数倒数×能量×时间

与测不准定律比较一下：

普朗克常数 = 能量测不准量×时间测不准量

或者

１ = 普朗克常数倒数×能量测不准量×时间测不准量

两者相似何其乃尔！！！至此，一切都很清楚了，物理量的量子化，其实是信息的量子化！物理的测量过程，无非是个信息的交换和获得过程。信息的量子化也就是说信息量，也就是绝对存在量，必须是整数，信息的交换，也必须以整数进行。信息量，或者说绝对存在量，最小的单元是一。

 

这个其实非常容易理解。如果把“存在”化分为最小的存在单元，这个最小的存在单元，只能或者是零，或者是一，零就是不存在，一就是存在，没有界于存在和不存在之间，一半存在，一半不存在的零点五存在状态。

 

所以，物理量的量子化，也就是信息的量子化，也就是绝对存在量的量子化，绝对存在量的最小单元是非此即彼，要么存在，要么不存在，没有中间态，故而才有量子化的来源。

 

而量子力学过程，也就是信息的交换过程。热力学第二定律告诉我们，熵只能增加，不能减少。也就是说，信息总量只能减少，不能增加。

 

本女认为，热力学第二定律需要修改，修改的原因是经典的热力学熵只计算了现有量子力学理论里的量子态的个数。这个不是全部的熵，而只是部分的熵，全部的熵要依据粒子的能量和存在时间长短来计算，

本女认为，如果把全部的熵，也就是全部的信息量算进去，热力学的第二定律应该改成熵既不增加也不减少，是个守恒的量。

 

表现在量子力学过程里，也就是说量子反应前后的总信息量不变。这也就是说，如果一个观测获得信息，相应的被观测的粒子也就丧失了同等量的信息，这也就是说，那颗粒子的状态变得不确定了，或者它丧失了部分能量。如果观测榨取了那颗粒子的全部信息，那么那颗粒子就丧失了全部信息，信息量就是零。一个例子是观测仪器把观测的光子吸收掉了，同时获得了这颗光子携带的全部信息。

 

这个信息总量守恒的原理，可以推广到一切量子力学过程，从而可以替代全部现有的量子理论。

 

举个例子来说，弱相互作用和电磁相互作用统一的量子规范场论里面，就有一个所谓的黑格斯机制(Higgs Mechanism)，说是瞬时产生一个质量极大，生存时间又极短的中间矢量波色子，传递弱相互作用。但是，这个理论说不通的是，产生中间波色子的瞬间，能量守恒定律被破坏掉了，因为中间矢量波色子的质量极大，甚至远大于它所要传递弱相互作用的粒子，那么它这个能量从哪里来？它产生以后迅速消失，这个巨大的能量又哪里去了？有人用测不准原理来解释它，说是因为持续的时间太短，所以它的能量就测不准，虽然理论上它的能量很大，到底是多少大，测不准，所以没有违反能量守恒定律。

 

这个关于为什么黑格斯机制没有违反能量守恒定律的解释，非常牵强，类似于说如果一件杀人案，如果找不到杀人凶手的证据，大概就可以说似乎好象没有发生过杀人案。

 

但是，如果使用本女的信息论，就可以很圆满地解释黑格斯机制里面能量不守恒的困惑了。因为在本女的理论里面，能量守恒不再是一个最基本的定律了，最基本的是总信息量，也就是总存在量，才是永远守恒的，再看：

信息=能量×时间

对于稳定粒子来说，时间等于宇宙的存在时间，都是一样的，这样信息守恒便退化为能量守恒了。但是对于类似中间矢量波色子这样的不稳定粒子来说，这个时间就是它生存的时间，非常短促，所以，即使它能量非常的高，因为它持续的时间很短，它的总信息量非常低，所以，你几乎可以无中生有生成一个质量巨大的中间矢量波色子，然后再把它灭掉，而在这个整个过程中，保持信息总量不变，这个中间矢量波色子所带走的信息，仅对它所携带弱相互作用的粒子产生很小的扰动，带来很小的不确定性。这个也就是弱相互作用的作用力由来的解释了。

 

最后再次说明一下，本女不是吃物理这碗饭的，所以，才对许多的物理问题，看得很清楚，正所谓当局者迷，旁观者清。物理学未来几十年的发展方向，在本女看来，洞若观火。这里本女讨论的广义信息论，仅仅是个开端，诸位已经看到它怎样解决了黑格斯机制里的能量守恒悖论了。本女已经指出了物理学的未来方向，网上各位有智者，需要做的只是在本女指出的方向上耕耘，就有收获了。

 

至于超弦理论，那只是一些走火入魔的理论物理学家们美好的梦想而已。不要在那上面浪费时间。这个跟个人智慧高低没有关系，若大的方向是错误的，即使是一个天才，也只会浪费光阴而最后一事无成。本女已经指出，超弦理论的理想，与宇宙学里的宜人原理，是相悖的，因而也是不可能有什么结果的。