幺正演化——时间可逆问题的核心，为存在提供了论据

“幺正演化”是2019年公布的物理学名词，也是本文要讨论的内容。本杰明-富兰克林曾在给一位朋友的信中调侃道："在这个世界上，没有什么是确定的，除了死亡和税收。" 也许税收是永恒的，但死亡并非如此。相反，它与时间流动的方向密切相关。如果时间是倒着流的，我会说，除了出生和税收，没有什么是确定的。

我们有时会在在热力学第二定律的背景下谈论时间，即熵总是随着时间增加的定律。但这个 "定律 "是统计学的，它是一个基于经典物理学假设的定律，而我们知道，在量子物理学的背景下，这些假设是错误的。

有种观点认为宇宙中的所有动力学都是时间可逆的。这意味着如果你看一段视频，视频中每个粒子的运动轨迹都遵循相同的物理定律。只有这些粒子的总路径才能告诉你前进的方向。

但是，如果这一条量子定律不正确的话，宇宙中的所有动力学可能都不是时间可逆的。这就是所谓的幺正演化。

幺正演化所有关于时间可逆性问题的核心，包括黑洞信息悖论。如果它是假的，那么时间的可逆性也同样是假的，而时间之箭是内置于真正的物理学定律中的，我们只是搞错了。

要理解什么是幺正演化，你必须知道一点量子物理学。我不打算讨论薛定谔方程的数学问题，而是从量子测量悖论的角度来解释它。

量子测量悖论的最好解释是双缝实验。在这个实验中，将激光对准包含两条狭缝的屏障。在屏障的另一侧是一个屏幕，激光发出的光被记录下来。激光是可调的，因此它可以只发射单个光粒子。我们可以看到这些粒子在屏幕上显示为单个的点。

当我们一次性发射大量的光子到具有两条狭缝的屏障上时，它们就会形成一个由穿过两条狭缝并相互干涉的波组成的明暗条图案。

• 双缝实验（维基百科）

如果我们向屏障发射单个光子，它们在屏幕上显示为点，但也服从同样的干涉模式。

干涉图样表明光子以某种方式通过了两个狭缝，尽管它是一个粒子。然而，如果把探测器放在每个狭缝前面，你会发现只能检测到光子一次通过一个狭缝。这被称为波粒二象性，它告诉我们，光子同时是波和粒子。

光子之所以会同时穿过两个狭缝，是与幺正演化密切相关的。在你检测到它之前，光子的位置在空间中是概率性的。因此，通过左狭缝和右狭缝的路径处于所谓的相互叠加状态。你可以把叠加看作是光子在同一时间处于多个地方（像忍者）。然而，当你检测光子时，它只显示在一个地方。从来没有人直接观察到过叠加状态。

然而，只有当波函数保持叠加态时，波函数的演化才可以说是幺正的——这意味着所有路径的概率加起来为一。一旦部分叠加消失，所有的概率加起来就不再是1，波函数就演变成了非幺正态。

这不仅仅是光子位置不确定的问题，因为即使是单个光子也会出现干涉图样。如果你只是不确定，光子就不会干涉。光子也不会处于叠加态，因为它是单独的点。

从位置的叠加到单一位置的过渡被称为波函数坍缩。波函数是光子被探测到之前的表示。我们不知道波函数是什么，甚至不知道它是否代表一个真实的东西。我们知道的是，在我们的方程中出现的光子的许多位置选择中，它似乎占据了很多位置，但只有一个会出现在测量中。

如果波函数坍缩是真实的，那么“幺正演化”就是假的，如果幺正演化是假的，那么时间就有一个箭头（方向）。这是因为在向前的时间方向上，波函数坍缩比波函数不坍缩的可能性大得多。就像光子在多个地方同时存在然后消失的可能性一样，时间的前进是所有可能的实相的整体坍缩。

它的意义远远超出时间的范畴。幺正演化的一个很好的特征是它能保存信息。根据么正演化，信息在宇宙中既不会丢失也不会自动生成。

从哲学上讲，任何东西，从其本身的性质来看，都是永恒的。然而，如果没有东西是永恒的，那么没有东西存在的可能性就会无限大。原因是在无限的时间里，所有有限的事物都有机会不存在。因此，如果没有什么是永恒的，那么很可能所有的东西都会在某个时刻停止存在。如果没有任何东西存在，那么就没有任何东西可以导致其他东西的存在，所以不存在将是所有事物的最终命运。这就是关于上帝存在的宇宙学论证的基础——上帝是任何事物存在的必要永恒存在。然而，如果信息是永恒的，那么信息通过么正演化，将保证宇宙的持续存在。

通过接受么正演化，我们失去了时间，但我们得到了更多。么正演化不仅保证了信息的保存，从而为存在提供了论据，它还保证了基本的物理定律，如能量守恒定律。如果单元么正演化是基本的，那这表明广义相对论可能需要修改。

如果么正演化是错误的，我们就需要修改量子物理学的方程，以模拟测量时波函数的减少。这被证明是非常困难的，因为我们说不清什么构成了实际的测量。量子解释的先驱约翰-贝尔在20世纪60年代指出了这一点。你无法在微观粒子和宏观仪器之间划清界限。事实上，任何依赖于测量的明确定义的理论，不管是不是么正的，都因为这个原因注定要失败。你只能说，量子效应在某些地方很小，在另一些地方很大。所以有些人转向了非线性的、随机的演化理论，这些理论给人以波函数坍缩的感觉，但并不明确地模拟测量。这些动态还原理论本质上是非么正的，因为它们是非线性的，而且它们不保存信息。

然而，如果么正演化是真的，那么光子是怎么回事呢？

这就涉及到了量子解释理论。如果波函数没有崩溃，这可能意味着：

（1）波函数不是一个真实的东西，

（2）有一些潜在的现实，加入到波函数中，创造了我们所测量的东西，

（3）我们只是没有看到整个波函数，因为我们的局限或波函数的无限。

如果波函数不是一个真实的东西，那么这意味着量子物理学的方程更像是概率论。波函数实际上是对不确定性的衡量，或者说是对偏离经典现实的衡量。对量子物理学的某些解释提出了一个从大爆炸开始就一直具有单一经典状态的宇宙，如一致历史和超决定论，就是采取这种观点。他们把粒子建模为一直都有一个确定的状态，只是对我们来说是隐藏的。

第二种选择假设我们正在测量波函数以外的东西。波姆力学在20世纪50年代由大卫-波姆创立，他说波函数是一个真实的东西，叫做导引函数（ guiding function）。然而，导引函数并不是光子的整个、完整的状态。相反，导引函数引导粒子形成形成干涉图样。你可以把导引函数看成是粒子的硬盘。它保留了关于粒子的所有信息，包括关于它的所有可能的状态、位置等等。假设么正演化，所有的东西都会有一个导引函数，甚至是人类，它包含了我们的所有生活（或者更正确地说，我们身上的粒子可能经历的生活）。从这个角度看，导引函数就像幽灵一样，永远跟着我们，偶尔以这样或那样的方式点拨我们，就像它对光子一样。

第三种选择是，整个波函数以某种方式存在，只是我们没有看到它。有相当多的方法可以这样解释波函数。你可以说整个波函数是存在的，但我们不能观察到它的全部，因为某些方面被抑制了。或者说它只有一个 "真实 "的属性，其余的看不见，但却以某种方式存在。或者可以说问题在于我们。最后一种说法涉及到埃弗里特式的多世界（多重宇宙）解释。在这种情况下，幽灵般的导引函数实际上是你身体上或意识上的一组真实副本。

如果信息在宇宙中是永恒的，那么作为信息理论的生命，人类可能永远存在。一旦存在，就永远不会停止存在，因为你是宇宙信息内容的一部分。我们头脑中的信息和我们的过去总是可以重建的，只是被打乱了。

另一方面，如果波函数崩溃是通过一些非线性的、随机的过程发生的，这个过程可以让你不存在。你不会被打乱，而是被抹去。在这种情况下，为什么宇宙会存在，这完全是个谜。