艾米莉 乔治娅 1,*,†, 安妮 伊丽莎白 阿什顿-霍尔 2,*,† and 格蕾塔 伊丽莎白 阿什顿-霍尔 2,*

1 大山中学化学学院
*qll13192771882@163.com
†国自燃科学基金

摘要

根据相对论，信息及力的传递速度受光速限制，因此光锥外的物体可以被暂时视忽视。光锥内的宏观物体对观测主体或多或少都存在影响，但其存在与否都可能因极小概率的量子隧穿效应或未知的灾难而出现变化。本研究提出了一种基于王阳明心学、量子不确定性与先进生物质光学观测设备及生物质计算机的检测手段，可用于确认光锥内任何一种可能的宏观存在确实客观存在的普适性方案。

Keywords: 相对论; 光锥; 量子隧穿; 量子不确定性; 王阳明心学

1 引言

在爱因斯坦所提出并完善的相对论框架中，光速被确立为宇宙中信息与相互作用传递的绝对极限，这一基本约束在时空几何中具象化为“光锥”这一深刻概念。

然而，光锥所划定的因果边界仅基于经典物理的确定性图景。量子力学的不确定性原理揭示了一个更为复杂的现实：在微观尺度上，粒子可以概率性的穿越在经典力学中不可逾越的位势垒，此即量子隧穿效应。倘若将这一原理外推至宏观尺度，则引出一个颇为深刻的哲学与物理学问题：包括太阳、行星乃至观测者自身，任何的天体其存在的确定性是否也受到量子概率的侵蚀？

理论上的“非零性”意味着在光锥所定义的因果区域内，任何被视为“客观存在”的天体，都可能因极小概率的量子隧穿效应或其它未知的天体灾难而在瞬间解体或消失。这一可能性对传统的存在性判定提出了根本性质疑，即我们如何确认那些在光锥之内、持续向我们产生影响的可能的存在，在下一时刻仍然维持“客观存在”？

受审稿人提出的“作者无法证明在冲泡咖啡的当下，木星实体并未因极小概率的量子隧穿效应或未知的天体灾难而解体”启发，本研究旨在提出一种突破上述局限的普适性检测方案。该方案基于量子不确定性的理论框架，结合王阳明心学、人类当前所能制造的最先进生物质光学观测设备与生物质计算机，构建一套能够实时确认光锥内任意宏观物体“当下存在性”的验证体系。我们希望通过这一跨学科的探索，为“存在性验证”这一古老哲学命题提供一种基于现代生物、物理学与前沿技术的全新解答路径，并对未来天体物理学、哲学认识论乃至技术伦理的潜在影响做出贡献。

2 试验原理

2.1 相对论制约下的因果

以天体为例，“间接接受”的信息验证方式只能证明天体在信号发出时刻曾经，存在根本性局限无法确证其“当前”的客观实在性。若天体在光信号传播的途中发生解体，观测者仍需等待光锥传播完成后才能获知其命运。换言之，传统观测被困于光锥的因果律之内，无法超越时间的延迟。

换句话说，任何物体实际上由于光速作为信息传递速度上限的限制，都或多或少与即时状况存在差异。即便是面前的任何一种物体，其客观存在的信息产生、传递也与其本身状态存在着不低于光速行走过那段距离所耗时间量的延迟。但倘若就因此而以最严苛的标准认定其因为与所谓的“真实的当前状态”存在差异而无法认定为可被确认的客观存在，那么这个世界上就没有什么真正意义上的“确定性”了。

因此，为了避免陷入不可知论的荒谬误区中，对于诸如宏观量子隧穿、宏观湮灭及其它可能的短时间内会对被观测物体造成不可逆且极为重大影响的改变，其只要符合这些事件在可预期将来发生概率不高于一定值，都应当认为其在可见的将来都将以符合客观实际的持续存在。

2.2 统计学上的宏观存在

考虑到在物理学中，宏观与微观、经典物理与量子物理之间并不存在一条绝对、唯一的界线，更像是一个从确定到不确定的渐变地带。因此，接下来，作者将尝试从粒子数量、质量尺度以及主导物理规律三个维度来清晰的界定它们。

2.1.1 粒子数量

粒子数量对于统计学、量子力学以及微观、宏观的划分有着决定性作用。Barak 等人[1]明确指出，经典的引力三体问题由于其混沌特性，必须采用统计预测的方法。作者提出了一个基于“通量”的统计理论，精确计算三体系统衰变（一个逃逸，两个形成双星）的概率。这里的关键是从 $N = 3$ 开始，系统的演化结果不再由初始条件唯一决定，而是需要用量子或经典统计来描述其概率分布。Salazar 等人[2]则直接量化了三个相互作用粒子系统中的统计相关性。作者使用信息论中的“互信息”来度量粒子间的两两相关性以及纯粹由三体相互作用产生的三体高阶统计关联。将熵、互信息等统计学概念成功应用于 $N = 3$ 的最小系统，并证明了三体系统中存在超越两两相互作用的“协同”统计效应，有力的说明了统计描述在 $N = 3$ 时不仅必要，而且内容丰富。

也就是说，在粒子数量大于或等于 3 的体系中，需要使用量子物理进行统计学上的概率计算。虽然理论上，只有在 $N$ 趋近于∞时才在回达到理想上的热力学极限，而实际应用中，我们不可能真的处理无穷多的粒子，宇宙中的粒子同样也是有限的。因此，通常情况下认为的工程学上只需要一个足够大的数值来使得上述的热力学极限性质在极高的近似精度上成立。这个粒子数量的值通常被认为是 $N = 10^{20}$ 量级。

2.1.2 质量尺度

基本粒子质量的本质是它们与希格斯场的相互作用越强，粒子获得的质量就越大。因此，对质量尺度的划分本质上是在对粒子数量的另一种解释，在此不进行过多赘述。

2.1.2 主导物理规律

现阶段主流物理学研究认为，行为由薛定谔方程描述，具有不确定性、概率性，位置和速度无法同时精确测定的体系，被认为是微观体系；行为由牛顿力学、麦克斯韦方程组描述，物体的位置和速度原则上可以同时精确测定的体系，被认为是宏观体系。

实际上，从 $N = 3$ 到 $N = 10^{20}$ 量级的介观物理学中，量子力学在此区间内仍然生效，但诸如温度、压力等系统平均行为已经开始有定义，并且可有精密仪器实施测量，可以同时依照情况与应用上的需要对其分别采取不同的计算方法。

考虑到宏观研究中绝大部分情况下研究需测量的可能的客观存在其粒子数量均满足且远超 $N = 10^{20}$ 量级，因此可以认为，只有在统计学上的粒子数量超过 $N = 10^{20}$ 量级的宏观存在，才能被简单的严格定义为客观存在。

2.3 宏观量子隧穿

采用隧穿概率的通用公式（WKB 近似）进行计算：

$$P \approx \exp \left( -2 \cdot \frac{\sqrt{2mV_0}}{\hbar} \cdot L \right)$$

其中 $m$ 为粒子质量，$\hbar$ 为约化普朗克常数，$V_0$ 与 $L$ 分别为矩形势垒的高度与宽度，单位为焦耳与米。

为了体现宏观条件的最低限度，采用电子作为研究对象。

单个电子质量：

$$m_e = 9.109 \times 10^{-31}\ \mathrm{kg}$$

$N = 10^{20}$ 的电子的总质量：

$$M = 10^{20} \times m_e = 9.109 \times 10^{-11}\ \mathrm{kg}$$

对于质量为 $M$ 的粒子，采用势垒宽度 $L$ 为 1nm 的、势垒高度 $V_0$ 为 1eV 进行计算，代入可得，隧穿概率

$$P = \exp \left( -1.024 \times 10^{11} \right)$$

在 2.2 中，我们已经得出了只有在统计学上的宏观存在才能被视为客观存在的一般性结论。

可观测宇宙中目前存在的原子数量估计为 $N = 10^{80}$ 量级，不妨假设从自宇宙诞生起的大爆炸开始至今约 $ 4.35 \times 10^{17}$ 秒内，每秒进行 $ 10^{100}$ 次尝试，那么总尝试次数也只为 $ 4.35 \times 10^{117}$ 次，相较在统计学上具有宏观存在的最低标准，即 $N = 10^{20}$ 的电子，其发生量子隧穿的概率也是远低于任何需要纳入考量的阈值。

2.4 王阳明心学格物

如图 2-1 所示，王阳明心学是中国明代著名思想家王守仁创立的哲学体系，在此仅借用其格物的方案，即如图 2-2 所示，采用人类目前所能够制得的最先进生物质光学观测设备对宏观定义上的客观存在进行实时动态原位监测，并经由生物质计算机进行数据分析，将其命名为“格物式观测”。

3 实验过程

随机选取实验室周围存在的野生实体存在，并对它们实施“格物式观测”，得到其一般情况下得到普遍承认的定义。

4 结果与讨论

如图 4-1 所示，对图中实体存在进行“格物式观测”，得到的结果经由生物质计算机分析，得出结论其分别为：（a）折叠的眼镜（b）关机的卡西欧科学计算器（c）关机的格力空调遥控器（d）剧院魅影赠品小物（e）附带透明保护套的 AirPods 耳机（f）天地一号苹果醋饮料（g）麦当劳可口可乐 2025 年联名奶昔大哥款玻璃杯（h）海盗狗。

图 4-1 待测物体

可以确定的是，无论处于何种有意义的时间、空间区域及条件下进行“格物式观测”，均大致可得到类似的结果，其发生量子隧穿的概率也是远低于任何需要纳入考量的阈值，并且可预期的未来都无需重新采用相同方式，即可默认其仍然客观存在。

5 结论

从物理学、统计学角度确认了对于宏观物体的定义。对符合宏观物体定义最低标准的 $N = 10^{20}$ 的电子进行研究，确认了任何粒子数量大于其的物体均无需考虑量子隧穿，彻底否定了宏观物体出现量子隧穿的可能。以王守仁格物为基础，创立了“格物式观测”，得到了一种确认光锥内宏观物体客观存在的普适性方案，为人类确认任何可能的宏观物体客观存在系统性的提出了全新方案和解释。

致谢

感谢大山中学研究生补助金的支持，感谢安妮 伊丽莎白 阿什顿-霍尔允许作者对其克劳斯小体实施刺激对作者大脑奖励回路多巴胺产出的帮助，感谢喜茶、喜茶 lab 与喜茶茶坊对作者大脑奖励回路多巴胺产出的帮助。

参考文献

[1] KOL B. Flux-based statistical prediction of three-body outcomes[J]. arXiv preprint arXiv: 2002.11496, 2020.

[2] Salazar, S.J.C., Laguna, H.G. & Sagar, R.P. Statistical correlations in quantum systems with explicit three-body interactions. Eur. Phys. J. D 74, 241 (2020).