关于宇宙—经验不够理论来凑.docx

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1、关于宇宙经验不够，理论来凑 很多探讨者认为，只有当物理学不仅能够说明空间和时间的表现，还能说明其起源时，它才算是完整的。 “想象一下，有一天你醒来后，突然意识到自己生活在一个电脑嬉戏中”加拿大物理学家马克范拉姆斯东克说。这听起来像是科幻电影，但对他来说，这个场景是思索现实的一种方式。假如这是真实的，“我们四周的全部东西整个三维物理世界，就是别处一个二维芯片的编码信息所产生的幻觉。”也就是说，我们的宇宙及其三维空间，只是低维度基质所投射出的全息图。即使从理论物理学的一般标准来看，这种“全息原理”也是很奇妙的。 不过有一小部分探讨人员认为这还不够奇妙，范拉姆斯东克就是其中之一。他们认为，假如现代物

2、理的两大支柱，广义相对论以及统领原子世界的量子力学，都不能说明空间和时间的存在，其他现有理论就更不行能了。 范拉姆斯东克和同事确信，只有说明出空间和时间的起源，物理学才是完整的。而这样的构想将须要大胆的设想，例如“全息图”概念。只有对现实进行激烈的概念重建，才能够说明，当黑洞中心无限致密的“奇点”将时空结构扭曲得超越了我们全部认知时，究竟发生了什么；这也是探讨者统一原子尺度的量子理论与星际尺度的广义相对论的唯一途径。已经有几代理论物理学家在为这个大统一理论而奋斗。“全部的阅历告知我们，不应当存在两个关于现实的迥然不同的基本观念必定存在一个可以应有尽有的宏大理论，”美国物理学家阿布依阿希提卡如是

3、说。找寻这样的宏大理论是一个艰难的挑战。 本文介绍了一些有前景的探讨理论以及一些用于检验这些理论的新观点。 热力学引力 有哪些证据显示，存在比空间和时间更基本的东西？ 20世纪73年头初，当量子力学和引力与热力学之间的联系越来越清楚时，一系列惊人的发觉给出了一个令人兴奋的线索。 11014年英国剑桥高校的斯蒂芬霍金证明，黑洞四周空间的量子效应使得黑洞向外释放热辐射。其他物理学家很快验证了这种现象的普遍性。 11015 年，美国物理学家特德雅各布森把这两个发觉合并为一，假设空间中的每一点都处在一个微小的“黑洞视界面上”，每一点都满意“熵面积”的关系。在这样的假设下，他发觉只需利用热力学中的概念，

4、通过数学方法就可以得到广义相对论的爱因斯坦方程，而不须要时空弯曲的观点。 2022年，这个观点又被荷兰弦理论学家埃里克韦尔兰德推动了一步。他证明白无论时空的组分是什么，它们的统计热力学都能自动地生成牛顿万有引力定律。印度宇宙学家他努帕德马纳班也发觉，爱因斯坦方程可以写成一种与热力学定律一样的形式，引力的很多其他理论也可以做这样的改写。帕德马纳班正在尝试用热力学的方法来说明暗能量的起源和大小。 因果集 加拿大物理学家拉斐尔索尔金是因果集理论的先驱，这个理论假设时空的基石只是简洁的数学点，通过一条条链连接起来，每条链都从过去指向将来。每一条这样的链都是因果关系的简要表示，意味着较早的点会影响较晚的

5、点，但反之不成立。这样形成的网络就像一棵不断长大的树，渐渐长成了时空。“你可以想象空间从很多点中产生，与温度从很多原子中出现是类似的。”索尔金说，“问一个原子的温度是什么？这个问题是没有意义的，只有对于一大堆原子，温度的概念才有意义。” 上世纪80年头末，索尔金利用这个理论框架来估算可观测的宇宙所包含的点的数目，他还推想出，这些点应当都会产生一种微弱的内在能量，最终导致了宇宙的加速膨胀。几年后，暗能量的发觉证明了他的推想。“人们通常认为量子引力的预言是无法检验的，但这就是一个可检验的例子。”英国量子引力学家乔亨森说，“假如暗能量的值更大或者为零，因果集理论就被解除了。” 全息 范拉姆斯东克依据

6、全息原理，提出了一个完全不同的关于时空起源的观点。黑洞以类似全息图的方式将全部熵储存在表面，受此现象启发，美国弦理论学家胡安马尔达塞纳，首先给出了黑洞全息原理的精确数学表达式。这一极有影响力的全息宇宙模型发表于19101年。在这个模型中，宇宙的三维内部包含着仅由引力限制的弦和黑洞，而宇宙的二维边界包含的粒子和基本场，则满意没有引力的一般量子定律。三维空间中，假想居民看不到二维边界，因为它是无限远的。但这并不影响数学推导：在三维宇宙中发生的任何事情，都可以等价地用二维边界中的方程很好地描述出来，反之亦然。 2022年，范拉姆斯东克探讨了边界中的量子粒子相互“纠缠”的情形。范拉姆斯东克总结说，三维

7、宇宙事实上是被边界上的量子纠缠扯到一起的。在某种程度上，这意味着量子纠缠和时空是同样的东西。或者就像马尔达塞纳指出的那样，“这说明量子是最基础的，时空是由其衍生出来的。” 更多内容，详见科学美国人中文版环球科学2022年12月号 新知科技变更生活 【上月球种菜】人类将来能否在月球上生活？科学家准备先尝试在月球上种菜。根据安排，NASA将在2022年，通过一艘商业太空船，向月球运输一些植物种子以及适合这些植物生长5至10天的材料。植物的生长过程将被全程记录并传送回地球，以对比植物在地球与月球上的生长差异。 中国青年报 【捕获幽灵粒子】 “冰立方” 探讨项目的科学家在科学发文称，位于南极冰层一英里

8、下的“冰立方”巨型中微子探测器，已发觉28个来自太阳系外的高能中微子。中微子是一种中性粒子，可不受干扰地笔直划过宇宙，通过反向查找这些粒子的源头，科学家将可以得到各种宇宙事务的第一手资料。 环球科学杂志社 【美宇航局确认“我儿”ISON彗星已解体死亡】近日，曾一度被寄希望成为“世纪大彗星”的“我儿”ISON彗星在擦过近日点时出现一连串令人惊喜又意外的事务，让它的生死之谜也变得扑朔迷离。然而前几天美国宇航局已经正式确认：ISON彗星已经死亡，它未能挺过最接近太阳的地狱时刻。 科学探究 第5页 共5页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页