時空、物質(zhì)和力協(xié)同涌現(xiàn)的方式

第十三章：時空、物質(zhì)和力協(xié)同涌現(xiàn)的方式

還有一點，就是該理論為什么要加入“拓撲”概念，如果你讀了哲學書籍《重構(gòu)世界》，就不會有這個疑問了。

拓撲——研究在連續(xù)變形下保持不變的整體性質(zhì)——是描述這個底層量子網(wǎng)絡(luò)及其涌現(xiàn)時空的核心語言和數(shù)學基礎(chǔ)。

1. 為什么必須是“拓撲”的？

整體性優(yōu)于局部性：時空的全局性質(zhì)（如宇宙是否有限、有沒有“洞”）不能由局部細節(jié)決定。拓撲正是研究全局、整體性質(zhì)的數(shù)學。底層網(wǎng)絡(luò)如何連接（其拓撲結(jié)構(gòu)）將直接決定涌現(xiàn)時空的整體拓撲（比如是像球面一樣封閉，還是像平面一樣開放）。

魯棒性：拓撲性質(zhì)具有魯棒性（穩(wěn)定性）。網(wǎng)絡(luò)局部細節(jié)的微小擾動（相當于量子漲落）不會改變整體的拓撲性質(zhì)。這解釋了為什么宏觀時空如此穩(wěn)定——盡管微觀尺度上量子泡沫瘋狂漲落，但宇宙的整體結(jié)構(gòu)保持不變。時空的穩(wěn)定性源于其底層拓撲的穩(wěn)定性。

量子糾纏的本質(zhì)：量子糾纏是一種典型的非定域關(guān)聯(lián)，它不能用傳統(tǒng)的局部幾何來描述，但其整體模式完美地用糾纏熵等概念來刻畫，而這些正是拓撲和量子信息交叉研究的核心內(nèi)容。

2. 拓撲如何融入理論？（“拓撲量子信息網(wǎng)絡(luò)”的圖景）

在這個框架下，拓撲將從多個層面成為理論的基石：

層面

拓撲的角色

簡單比喻

網(wǎng)絡(luò)連接方式

定義量子基元之間如何連接的圖論拓撲。是類似環(huán)面、球面還是更復雜的結(jié)構(gòu)？這決定了時空的整體拓撲。

毛衣的“針織法”決定了它是高領(lǐng)還是V領(lǐng)，這是一種整體結(jié)構(gòu)。

糾纏結(jié)構(gòu)

量子基元之間的糾纏模式本身具有拓撲特征。長程糾纏是出現(xiàn)非平凡時空拓撲（如蟲洞）的關(guān)鍵。

一群人手拉手，如果站成一圈（非平凡拓撲），他們的連接方式就和站成一排（平凡拓撲）不同。

涌現(xiàn)的激發(fā)

在拓撲非平凡的網(wǎng)絡(luò)上，其激發(fā)（粒子）可能表現(xiàn)出拓撲序，產(chǎn)生諸如任意子 這樣的準粒子，其統(tǒng)計規(guī)律不同于玻色子和費米子。

在渦旋中移動的物體，其行為會受到整體漩渦背景的影響，而不只是局部路徑。

對稱性與守恒律

拓撲可以提供拓撲保護。某些量子信息或?qū)ΨQ性非常穩(wěn)定，難以被局部擾動破壞，這可能是某些基本守恒律（如電荷守恒）深層次的根源。

一個打結(jié)的繩子，你怎么晃動它，結(jié)依然存在（拓撲保護）。

3. 這將帶來什么革命性的認識？

1. 時空拓撲的變化：蟲洞不再是一個奇怪的時空結(jié)構(gòu)，而可以被簡單地理解為底層量子網(wǎng)絡(luò)中的一束巨大的、非定域的量子糾纏。宇宙的創(chuàng)生可能對應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)拓撲的量子躍遷。

2. 粒子物理與凝聚態(tài)物理的統(tǒng)一：

在這個理論中，基本粒子（如電子、光子）和凝聚態(tài)物質(zhì)中的準粒子（如聲子、任意子）的地位變得相似——它們都是某種背景上的激發(fā)。

只不過，基本粒子的“背景”是整個宇宙的量子真空網(wǎng)絡(luò)，而準粒子的背景是晶體或量子流體。拓撲工具為統(tǒng)一描述它們提供了框架。

3. 提供新的數(shù)學工具：拓撲學，特別是代數(shù)拓撲和微分拓撲的工具（如同調(diào)論、同倫論、陳類），將被用來對量子網(wǎng)絡(luò)進行分類，并推導其涌現(xiàn)出的宏觀物理定律。這為理論的數(shù)學化提供了現(xiàn)成的、強大的武器。

傳統(tǒng)的物理學建立在幾何和分析（微積分）之上，它關(guān)注的是局部的、連續(xù)的變化（如曲率、速度）。

而這個創(chuàng)新理論要求我們將基礎(chǔ)升級為拓撲和量子信息，它關(guān)注的是整體的、離散的、不變的性質(zhì)。

所以該理論為稱為“拓撲量子信息網(wǎng)絡(luò)理論”。

拓撲定義了網(wǎng)絡(luò)的整體連接結(jié)構(gòu)（宇宙的“針織法”）。

量子定義了網(wǎng)絡(luò)中基元的狀態(tài)和動力學。

信息定義了什么是實在的基本本體。

在這個三元框架下，時空、物質(zhì)和力得以協(xié)同涌現(xiàn)。

摘自獨立學者，作家靈遁者科學作品《信息與關(guān)系》

作者簡介：靈遁者，中國獨立學者。原名王銀，陜西綏德縣人。1988年出生，現(xiàn)居西安。哲學家，藝術(shù)家，作家。代表作品《觸摸世界》《行者乾坤》《探索生命》《變化》《相觀天下》《手診面診色診大全》《筆有千鈞》《非線性波動》《見微知著》《探索宇宙》《偉大的秘密》《自卑之旅》《云淡風清》《我的世界》《牙牙學語》等。其作品樸實大膽，富有新意。

個人座右銘：生命在于運動，更在于探索。

靈遁者熱讀書籍有：科普六部曲，國學三部曲，散文小說五部曲。

科普五部曲分別為：《變化》《見微知著》《探索生命》《重構(gòu)世界》《觀自在大千世界》《信息與關(guān)系》。

國學三部曲分別為：《相觀天下》《手診面診色診大觀園》《樸易天下》。

散文小說五部曲分別為：《偉大的秘密》《非線性波動》《從今往后》，《云淡風輕》《我的世界》《春風與你》。