我正在編碼一個物理模擬,並且注意到我正在使用離散時間。也就是說,有一種更新機制可以在固定的時間內重複進行仿真,以仿真不斷變化的系統。
我雖然很有趣,但是現在我相信現實世界的行為必須與我的程序一樣。它實際上是在很小但離散的時間間隔內前進的嗎?
我正在編碼一個物理模擬,並且注意到我正在使用離散時間。也就是說,有一種更新機制可以在固定的時間內重複進行仿真,以仿真不斷變化的系統。
我雖然很有趣,但是現在我相信現實世界的行為必須與我的程序一樣。它實際上是在很小但離散的時間間隔內前進的嗎?
由於我們無法解決任意小的時間間隔,因此無法確定“真正”的情況。
但是在經典和量子力學中(即,在大多數物理學中),時間被視為作為連續的。
如果用離散時間來表示,物理學將變得非常尷尬:離散情況基本上是難以處理的,因為分析(牛頓創建的工具,在某種意義上說是現代物理學之父)不再適用
編輯:如果時間在某種程度上看起來是離散的(或連續的),則它在更高的分辨率下仍可能是連續的(或離散的)。這是由於一般原因,與時間本身無關。我以類推的方式進行解釋:例如,線譜看起來是離散的,但是在更高的分辨率下,人們會發現它們的線寬具有物理意義。
因此,無論實驗做得多麼出色,都無法通過有限精度的有限觀察來肯定地解決該問題。
我認為必須注意,量子時間或量化時間不等於離散時間。例如,我們已經“量化”了空間。我們的意思是說它受到量子處理。但是基礎坐標仍然形成一個連續體。因此,即使您生活在有限的圓上並且僅考慮波動函數,以便獲得可數的基礎函數集,從中可以形成所有其他函數,您仍然原則上仍可以在任何點測量粒子的入射,從而再次形成一個連續體。因此,如果我們將量子時間比喻為量子空間,我們將不得不得出這樣的結論:在機械上量子仍然會形成連續體。
當然,這些都不能證明宇宙是如何工作的,這就是你的題。直接回答您問題的唯一誠實答案是“我們不知道”。物理理論並未描述宇宙實際上是如何工作的,我們唯一知道的是它們的預測與我們目前提出的實驗結果相符。因此,即使我們當前提出的最佳物理理論使用了連續的時間坐標,我們也無法以任何方式得出結論,即宇宙的實際工作方式與我們的描述相符。
此問題的答案目前未知。如其他答案所述,當前物理學是基於完全連續的數學模型,特別是假設時空是連續的。另一方面,您可能會認為這些模型與離散構造模型是同構的,並且通常認為連續是離散的極限。一些現代時空理論假定基礎網絡/關係結構,並且是完全離散的。
我個人認為,物理世界中不存在連續結構。
另請參見:宇宙是有限且離散的嗎?
您在說的是類似於量子引力的問題。由於引力是時空曲率的影響,因此要具有量子論,就需要對時空流形進行量化。這與自旋泡沫這是在時空量已自旋關聯到他們的小單位來完成。它們像總角動量一樣連接在一起,並形成各種幾何形狀。這只是一個理論,卻來自一個非常現實的問題,即“什麼是引力的量子場論”。此外,它回答了以下問題:“解決較小的尺寸(尺寸)需要更高的功率。要解決足夠小的距離,功率最終會變得足夠大,以耦合到時空度量標準。當不確定性出現時,我們該如何談論時空?注入的能量轉移到度量標準中的不確定性。”
我會說沒有確鑿的證據,但是在量子物理學中,普朗克時間有時被稱為可能的最小時間單位。
我的數據來源是量子神:創造,混亂和對宇宙意識的探索,作者:維克托·J·斯汀格(Victor J. Stenger)在其中,他在一章中詳細介紹了這一點。
由於朱利安·巴爾伯(Julian Barbour)等人的工作,通過跟踪(粒子等的)所有變化來定義時間(在封閉系統中)。
在這方面,我們要說在經典系統(宏觀)中,時間將是連續的,因為此類物體的運動本質上是連續的,然後您對變化進行參數化的方式將是連續的。
在量子力學系統中,我認為這變得更加棘手,因為形式主義是根據“實驗室科學家”的POV建立的,因此時間是宏觀科學家的連續經典外部參數。
在某些公式中 QM,位置是連續變量,粒子具有確定(但不確定)的位置,在這種情況下,您仍然可以具有連續時間參數。
沒有連續的時間或空間。只有事件發生。假設您正在閱讀此答案是一個事件。然後在屋頂上看是另一個事件。因此,根據時間的流逝將這兩個結合起來獲取事件的實際動作。與電影中的動作相同。
我對時間的基本問題的理解是,如果我們將其建立在實物交易的基礎上,那麼我們正在處理的是離散系統(例如,量化的互動)。而且,不僅如此,離散時間/量化時間還可能具有幾何屬性,這進一步困擾了這個問題。
這既是物理學中最重要的問題之一,也是最荒謬的問題之一。
許多論點是這樣的:如果它不是連續的,那麼我們就無法進行數學運算,因此它是連續的,或者我不知道如何離散時間,因此它必須是連續的,或者“歷史和傳統說。 ..所以請不要煩惱。”
如果一個系統由離散樣本組成,則在信息量有限的情況下,該系統與使用連續函數的另一個系統同構。在那種情況下,它們只是不同的基集,一個由增量函數組成,而另一個由任何合理的正交基集的疊加組成。由空間或時間中的離散點構成,就像說該系統在傅立葉空間中受頻帶限制並且不能具有無限能量(或下面建立的信息內容)一樣。然後,要選擇將系統視為由連續函數還是由數字數組組成,就由您選擇。
這就是為什麼,例如,由於有限的邊界條件和在球體周圍的波函數連續性的整數模的實施,滯留在勢阱中的電子具有離散的能級,可以表示為有限的量子數組,但是要有足夠的力多餘的能量使他們完全不在其他地方。
從離散到連續的這種映射是採樣系統的標准信號處理數學,每當您聽音樂等時都會使用。從計算機中的數字到空氣振動,從數學上講,它不會造成任何信息損失(音樂示例中無需使用壓縮。)
我們可能會使用樣本的空間或時間基礎,傅立葉基礎,小波基礎或高斯混合體等。每一個描述物理系統的數字集都沒有相應的定義就沒有意義。基礎。對於每個這樣的基礎,都有一種線性方法可以提供無損重構,以表示它是連續函數的實數或複數。
因此,始終可以通過一些some變換將任何有限有界系統的連續描述映射到同一系統的離散描述,該變換將零放置在除有限點集之外的所有位置。因此,最初的問題是“一根弦要多久?”
真正的問題是:宇宙是否具有有限的信息內容?宇宙有界嗎?但更重要的是:宇宙是局部受限於有限的局部資源,還是有限的累積局部資源以滿足需求的速率?
接下來要問的是宇宙是否具有有限的最大信息密度。那就是:可以有無限個點,任意靠近在一起,每個點包含無限的數值分辨率,並且可以與相鄰點通訊,並且具有無限的帶寬,可以在空間和時間上精確地傳遞那些值,而又不會在各地之間產生誤差在無限的時間內,或者不是。
值得牢記的是,如果您假設時間和空間是連續的,而沒有任何其他考慮,那麼您將承載無限的本地資源和無限的信息內容,對我來說,奧卡姆(Occam)的剃刀說不,不,不。 / p>
但是來自物理學的證據也不支持這一點。
首先,在空間坍塌為黑洞奇點之前,能量密度有一個上限。
有一個相關的全息熵界限,它限制了可以在任何表面積上表示的最大位數,並隱含了最小的空間分辨率。
有一個通過實驗建立的Landauer極限,說將物理系統的信息狀態翻轉一位大約需要2.805 zJ。我相信它隨溫度而變化,這有點像信噪比的倒數。因此,您將不得不使用更多的能量來翻轉任何系統中的更多位。每個人都有一定的成本。因此,能源成本似乎阻止了其中任何一個都會發生變化的情況下,任意密集的無窮精確數字的堆積。
還有一個事實,即任何量子系統從一個正交狀態轉換到另一個正交狀態都需要有限的非零時間,並且為任何物理計算速率的上限提供了時間上的限制系統。根據Margolus-Levitin定理,處理速率不能高於每焦耳每秒6×10 ^ 33次運算。而且由於先前的限制,我們無法投入盡可能多的精力來使事情進展得更快。
對我來說,這意味著說一個物理系統以比有界速率更快的速度計算事物在物理上是沒有意義的,因此,宇宙模擬自身的速度不能超過其在代表各態的正交狀態之間移動的速率。在某些時候,這些信息是孤立的,不同的,可區分的,作為一組可觀察到的信息,而不是總是糾纏在一起。
從散射矩陣及其與排列的關聯性的增長中也有證據:小群的cayley圖,排列六面體和有限有理序列,表明粒子本身在某些空間中類似於低維多邊形,具有離散的幾何表示形式。
最後還有一個規模相對論的問題。我們有相對論,但我們不知道是否有一個首選的尺度,並且我們從一個特定的首選有利位置觀察到一切。嚴肅物理學家的出版物提出了這樣的論點,即尺度不變性是相對論難題的一部分(例如,Laurent Nottale的關於尺度相對論的書),這意味著“採樣網格”(如果有的話)可能在各地或觀察者之間有所不同。在不同的條件下,因為我們沒有尺寸標尺的絕對標準。我開玩笑地想說:您是否意識到自己實際上只有出生時大小的1/10?如果一切隨著時間的流逝而自由擴展,我們將如何知道?在完全相對論的宇宙中,只有尺度的極快的差異變化才會對人類產生明顯的影響。局部相對論尺度變化應該有一個希格斯玻色子等價物。
我想到了更多的論點,但這是它們的離散且非常有限的示例。
我想提供一個解決這個問題的方法。
想像一下,您處於一個固定的系統(實驗室框架)$ S $,其中時間是離散的,相對於一些最小的時間增量($Δt=κ$,如果可以,則為“計時”)。
在該框架內,最大加速度$α$由速度的最大變化給出(從以光速$ c $朝正方向移動到以$ c $朝負方向移動- $Δv= 2c $)在它可能發生的最短時間內(單個計時元-$Δt=κ$)。我們得到:
$$α= \ frac {2c} {κ} $$
(可以類似的方式獲得最大的混響,彈出等)
我不太確定如何看待$α$。相對於幀的最大加速度對我來說聽起來有些微。如果在所有框架中都相同,那麼我們會收到類似狹義相對論的假設之一,這可能會產生更高階的狹義相對論。 如果並非所有幀都相同,那麼我什至不確定如何處理。請注意,這不是對象自身靜止幀的最大加速度(如Schwinger限制),而是取決於幀的限制。
我可以想到的另一種方法是,在離散時間世界中,時間平移對稱性變為discrete時間平移對稱性,這意味著能量守恆被某些我不熟悉的離散時間並行所代替。也許能量的非保守性可以用來支持或反對離散時間的想法。
如果有人能幫助我繼續這裡介紹的兩種思路中的一種,我認為離散的時間會導致矛盾,但是我自己卻無法做到。
物理學中的許多東西都是量化的(例如:物體的角動量,物體的質量,盒子中粒子的動量),為什麼不花時間呢?好吧,也許是在將來的某個理論中,但是現在可以用來解釋自然的想法是,我們對物體進行的變換的行為類似於李群變換(例如:旋轉,增強,空間平移,時間平移,應變)。這些變換由連續參數(例如:旋轉角度,速度,加速參數,平移距離,等待時間,應變弧度)標記。對於李群,參數是連續數字和群生成器(例如: $ \ vec {J},\ vec {K},\ vec {P},E $ span >)具有量化的特徵值。這個李群概念將物理學中的數量分為連續數和量化生成器。時間是連續的,就像旋轉角度是連續的一樣。
@Robotbugs:我在這裡回復是因為“評論”按鈕不起作用。
首先,除了使用先前已經在物理學的某些角落解釋過測量的詞語和數學概念之外,我們還能如何談論“物理學的現實”?使用成功數學的屬性(也許是“易把握定理”的意思)來預測尚未測量的角落,例如時間的連續性,似乎是未來實驗可能發現的最佳選擇。
在第二組註釋中,每個註釋都包含與Lie組的用法有關的不變或對稱的詞。這對於該組作為拉格朗日對稱性或不變性的通常用法是正確的。正如您所說的,許多物理現象來自於這些規範對稱性的破壞,您在評論中將其基本性質降級為“ U(1)SU(2)和SU(3)實際上與物理學無關…………從您的品脫來看是合理的。但我在概念上使用的是Lie Group。
物理學的基本遊戲是使一張紙上的符號(ket)與現實世界對象(例如,電子,碳核,氦桶,星等)之間一一對應。 )。還要在對ket進行的數學變換與對對象進行的物理變換之間一一對應。這個範例已經由空間旋轉組SU(2)很好地執行,而不必討論拉格朗日方程的對稱性……儘管可以。宇宙中的每個對像在旋轉下都像SU(2)的某些不可約表示的載體空間中的ket一樣旋轉,並且具有預測的量化角動量。我們通過旋轉它們來區分這些不同的對象(即j, $ j_z $ span>)。這是極其重要的。除了預測什麼對象可以存在以及它們如何通過我們知道如何做的事情進行轉換之外,我們還需要什麼。此後,我們將組擴大為包括速度提升(洛倫茲組SL(2,C))。該組再次擴大到包括阿貝爾翻譯(時空)(龐加萊小組),但是由於翻譯是阿貝爾的,因此無法量化質量。我猜翻譯不會相互交換,洛倫茲小組將擴大到像DeSitter小組那樣對質量進行量化的事物。如果這提供了正確預測粒子質量的聖杯,那麼這個李群將是真正的基礎。公平地說,具有連續組參數( $ \ vec {\ Theta},\ vec {\ lambda},\ vec {x},t $ span>)主張時間的連續性。
為回答您的問題,時間可能會以微小但離散的時間間隔向前推進。如果您的模型反映或預測了現實,那麼它至少與其他任何事物一樣好。唯一尷尬的部分可能是您離散化連續/可微論以創建仿真。那麼後者可能看起來更好。相反,擁有獨立的理論作為您所做工作的基礎會很好。我建議以離散演算為起點。它的想法很簡單: $$ \ lim _ {\ Delta x \ to 0} \ left(\ begin {array} {cc} \ text {離散} \\ \ text {calculus} \ end {array} \ right)= \ text {calculus}。$$
顯然,空間是連續的,時間也是連續的。不連續的是我們在計算機和測量中使用的數字的概念。沒有必要對如此基本的東西進行簡化,因為連續性比離散性更籠統(而且更令人驚奇)。
通過稱為時間的事實(即假設除法),無窮大表現為離散的。否則,它是連續的。空間相同,因為它是同一枚硬幣的另一面。