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全息宇宙论:这个物理学假说或能重新定义你对宇宙的认识

黑洞示意图

你是否觉得我们的宇宙其实是个巨大的三维立体投影?事实上,世界上一群人真的深信于此,并藉由他们的理论来解释我们所处的世界。

模拟实境

全息宇宙论(Holographic Universe Principle,也译为全像宇宙论)认为我们住在一个模拟的宇宙里。该假说宣称我们所处的物理世界只不过是个充满详细资讯的幻觉,该幻觉是透过我们的大脑所投影,所有的能量场都被解码形成我们现在所看到的三维宇宙。从全息论的观点来看,整个宇宙可以被视为一个呈现在宇宙学视界(cosmological horizon)上的二维资讯结构,但是透过三维物件投射出来,形成了我们所观察到的一切事物。

曾与爱因斯坦共事的物理学家戴维·玻姆(David Bohm),是该假说的强力拥护者,并被称为现代全息理论之父。他认为标准宇宙学理论无法解释量子力学预测的各种现象,也非常有兴趣了解宇宙学与大脑神经学之间的关系。他曾说过:「我们的大脑透过数学运算,解释了来自另一个维度的频率来构建客观现实,这是一种超越时空的更深层次的存在秩序。」

支持该假说的实验,来自1982 年由物理学家阿兰·阿斯佩(Alain Aspect)的研究团队所进行的实验。研究人员发现在某些情况下,电子之类的次原子粒子(subatomic particle),无论彼此之间距离有多远,即使是数亿公里之遥,都能够立即与彼此产生反应。科学界现在称此现象为「量子缠结」(quantum entanglement),属于粒子物理学上一个难以解释的现象,毕竟这种现象似乎与爱因斯坦的狭义相对论(special relativity)相互矛盾:狭义相对论表示,宇宙中没有比光传播更快的东西。

总而言之,该实验展示了组成这个物理宇宙的次原子网路,似乎是具有「全息性质」。若该假说为真,除了可以解释我们所处的这个宇宙,也能够解释一些超自然现象,以及所谓灵魂出窍的体验(out-of-body experiences),例如心电感应(telepathy)、清醒梦( lucid dreaming)、濒死体验(near-death experience)等现象。

黑洞

其他支持论点

以下再介绍几个支持全息宇宙论的观点。首先,我们已知密度很大的天体,例如黑洞、中子星、脉冲星等具有宽广的重力场,能够发出强大重力波。当科学界正在找寻重力波的证据时,德国重力波观测站GEO600 发现某些无法解释的诡异杂讯,使得该研究机构的侦测器无法正常运作。费米实验室(Fermilab)粒子天体物理学家克雷格·荷根(Craig Hogan)教授针对这个事件提出了一个有趣的解答,称作「量子杂讯」(quantum noise)。

在荷根教授的理论中,时空上具有一定的限制。当时空超过该限制,持续的时空就会崩解成「小粒子」单元,就好像电脑萤幕影像是由许多画素(pixel)所组成。他认为,量子杂讯的发现,暗示整个宇宙的完整性,只是在二维全息图上被发现的三维立体投射。该结构位于宇宙的最边缘。当投射产生时,光在结构中来回跳跃并散射于整个宇宙。

荷根教授的结论似乎能由科学家对黑洞行为的观察来佐证。一般认为,在黑洞事件视界(event horizon)表面后的所有物理现象都会消失。但从霍金辐射(Hawking radiation)的观点来看,当有东西掉入黑洞,经过事件视界时,资讯被留在事件视界,并没有被摧毁。因此我们应该能从留在事件视界的资讯来了解黑洞,例如整个黑洞生成历史。同理,科学家也许也能从宇宙视界来解码关于宇宙内部的资讯(目前可观测到的宇宙边界距离地球137 亿光年)。

全息宇宙论就大尺度方面也是这么一回事。所有的资讯都以普朗克长度被记录在宇宙的事件视界上,然后所有在宇宙内部的资讯都是一个二维内壳的投影。

无稽之论?

介绍支持论点之后,接着介绍反对意见。2010 年欧洲太空总署(European Space Agency, ESA)开设了国际伽玛射线天体物理实验室(International Gamma-Ray Astrophysics Laboratory, INTEGRAL)。该实验室可量测伽玛射线及自然界最强大且最具破坏力的伽玛射线暴(gamma-ray burst)。研究人员对这些难以预测的现象进行研究之后,就能确定时空在量子等级是否会形成粒子化或像素化。

其中一个伽玛射线暴从近3亿光年距离来到了地球,但科学家没有观察到时空结构有任何的模糊。至少,以10 -48 公尺的尺度来看是没有的,而这个尺度已经小于量子物理的单位长度普朗克长度的10兆分之一,物理学家甚至无法确定这么小的单位长度是否会存在。此发现可以说是严重的反驳了全息宇宙论的假说。不过,倒是还有一个可能的解释,也许伽玛射线光子的表现,与全息宇宙论预期的行为不同。

总而言之,人们要了解时空结构、宇宙,以及用许多已经发展完善的科学理论来修正量子力学,都还有很长的一段路要走。

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