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為什么說(shuō)是全息宇宙？未來(lái)的強(qiáng)大望遠(yuǎn)鏡或許能揭開這個(gè)奧秘！

2019-07-25 17:41 作者:博科園 0人讀過(guò) | 我要投稿

你是否知道全息宇宙的原理？我們所感知的世界可能并不存在，它可能只是全息圖？這句話聽起來(lái)更像是你凌晨3點(diǎn)的一個(gè)想法，而不是一個(gè)科學(xué)理論，但全息宇宙的存在比你想象的更有可能。

一些理論研究表明，宇宙可能存在于一個(gè)比我們意識(shí)所感知維度更低的維度中，關(guān)于所謂“全息原理”的爭(zhēng)論在很大程度上仍停留在理論層面。

但發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》(Physical Review Letters)上的新研究表明，科學(xué)家們或許能夠解決這個(gè)宇宙學(xué)難題。全息原理最初是由物理學(xué)家杰拉德·t·霍夫特(Gerard 't Hooft)和倫納德·蘇斯金德(Leonard Susskind)在上世紀(jì)90年代提出，當(dāng)時(shí)他們正試圖解決一個(gè)關(guān)于黑洞的悖論，他們腦子里的問(wèn)題相對(duì)簡(jiǎn)單：被太空深淵黑洞吞噬的物質(zhì)會(huì)發(fā)生什么？

為了理解這個(gè)問(wèn)題，讓我們首先想象一下把一個(gè)冰塊放入一杯檸檬水中：當(dāng)你把冰塊放入杯子中時(shí)，杯子里的總體積現(xiàn)在等于檸檬水的體積加上冰塊的體積。另一方面，表面積比之前稍微大一些，但并不等于檸檬水和冰塊的表面積之和。黑洞以相反的方式工作，對(duì)于一個(gè)黑洞來(lái)說(shuō)，它里面儲(chǔ)存的所有信息都可以用表面積(二維)來(lái)表示，而不是用體積(三維)來(lái)表示這也是全息圖的工作原理，它獲取三維信息，并將其存儲(chǔ)在二維平面上。

（博科園-圖示）二維表面(德西特幾何)，表示加速的宇宙，包含宇宙微波背景和宇宙的大尺度結(jié)構(gòu)。圖片：Ana Achúcarro, Sebastián Céspedes, Anne-Christine Davis, and Gonzalo A. Palma

例如在科切拉(Coachella)演出的《全息圖帕克》(holotupac)中，三個(gè)維度都在圖像中表現(xiàn)出來(lái)，但仍然只是二維投影。蘇斯金德和霍夫特一致認(rèn)為，即使物體在物理上被黑洞吞噬，它們的所有信息仍然作為全息圖印在視界上?，F(xiàn)在，讓我們用這個(gè)想法，把它應(yīng)用到所有以前存在，現(xiàn)在存在，將來(lái)也會(huì)存在的東西上。理論家胡安·馬丁·馬爾達(dá)塞納(Juan Martin Maldacena)在AdS/CFT通信中為這一理論提供了更多的可信度。

這描述了一個(gè)沒(méi)有曲率的理論宇宙，引力以第五維度的形式存在。如果這種宇宙可以是全息的，物理學(xué)家認(rèn)為我們的宇宙也可以是全息的。這個(gè)令人費(fèi)解的想法震撼了物理學(xué)世界，因?yàn)樗坜q地將相對(duì)論和量子力學(xué)結(jié)合起來(lái)，在宇宙尺度和亞原子尺度上封裝相互矛盾的物體物理學(xué)。全息原理被用來(lái)解釋宇宙膨脹，宇宙膨脹是早期宇宙的一個(gè)關(guān)鍵時(shí)期，宇宙以驚人的速度膨脹。

研究人員不太確定為什么宇宙突然膨脹得如此之快，但在某些條件下，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)，一個(gè)低維度的宇宙可以容納這種快速膨脹。其發(fā)現(xiàn)意味著我們的宇宙可能已經(jīng)開始全息，然后演變成它的三維自我。雖然數(shù)學(xué)很吸引人，但許多人對(duì)全息理論的實(shí)用性提出了質(zhì)疑。在尋找具體證據(jù)的過(guò)程中，來(lái)自荷蘭、西班牙、英國(guó)和智利的一個(gè)國(guó)際科學(xué)家團(tuán)隊(duì)研究了宇宙膨脹期間可能產(chǎn)生的可探測(cè)信號(hào)，以及如何利用這些信號(hào)來(lái)評(píng)估全息原理的有效性。

（博科園-圖示）威爾金森微波各向異性探測(cè)器測(cè)量的宇宙微波背景圖。圖片：NASA

在宇宙膨脹期間，宇宙中充滿了量子漲落，這些粒子暫時(shí)出現(xiàn)在真空中。膨脹的宇宙具有正確特征，使這些波動(dòng)成為我們今天所觀察到一切事物的“種子”，從宇宙微波背景、星系、恒星、行星到宇宙學(xué)家，這些量子漲落導(dǎo)致了宇宙中星系的不規(guī)則分布。通過(guò)與標(biāo)量場(chǎng)的相互作用，這些波動(dòng)產(chǎn)生了可以振蕩的獨(dú)特信號(hào)。為了判斷宇宙是否是全息的，研究人員研究了這些信號(hào)可能以不同的復(fù)雜方式振蕩。

如果信號(hào)阻尼不足，也就是說(shuō)信號(hào)在達(dá)到平衡點(diǎn)之前來(lái)回移動(dòng)，那么我們就不能生活在全息宇宙中。這是因?yàn)槿绻覀兩钤谝粋€(gè)全息宇宙中，我們看到的每一個(gè)信號(hào)都必須在一個(gè)更低維度的世界中有一個(gè)對(duì)應(yīng)的信號(hào)。一個(gè)“欠”阻尼信號(hào)不可能有這樣一個(gè)對(duì)應(yīng)的信號(hào)。如果我們看到低阻尼信號(hào)，那么我們就可以得出結(jié)論，我們不是生活在全息宇宙中！

那么，如何尋找這樣的信號(hào)呢？在未來(lái)幾年，西蒙斯天文臺(tái)將掃描宇宙微波背景，尋找宇宙膨脹的信息。此外，像大型天氣望遠(yuǎn)鏡、歐幾里德望遠(yuǎn)鏡和SPHEREx這樣的觀測(cè)將著眼于宇宙大尺度結(jié)構(gòu)，繪制出我們周圍星系如何分散的3D地圖。這些項(xiàng)目不僅會(huì)告訴我們宇宙的演化，還會(huì)告訴我們，所看到的宇宙是否真的存在。那么宇宙是全息圖嗎？也許不是，或許很快科學(xué)家們就能證明。