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难以置信:宇宙只是一块二维全息巨屏?  

2015-11-27 15:52:41|  分类: 科学解密 ? |  标签: |举报 |字号 订阅

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我们看到的立体空间,可能只是眼球的错觉?或许,宇宙本身就是一块巨大的屏幕,我们生活在二维全息影像之中?这些听上去犹如天方夜谭的观点,不但有科学理论依据,而且和爱因斯坦的广义相对论有着密切关系。

“广义相对论否定了牛顿经典力学,认为万有引力是时空弯曲表现出的结果。从中,我们又推演出了宇宙学全息原理以及全息暗能量模型。”知名物理学家、中山大学天文与空间科学研究院院长李淼坦言,模型就是对宇宙演化的“预言”。

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尽管全息原理是最近二十年来,量子引力研究唯一被公认的原理,但这一“看扁宇宙”的理论目前仍然是科学家小圈子中悄悄进行的一场革命。

今年是爱因斯坦广义相对论诞生100周年,作为人类智慧的结晶和财富,百年以来,从时空穿越、原子裂变,到宇宙起源,广义相对论为后世人类探索世界点亮了一盏明灯。当然,这其中也包含了李淼的全息暗能量模型。

近日,由“赛先生”和第一财经研究院主办、《环球科学》联合主办,中科院上海天文台上海地区协办的“百年相对论”系列演讲第二场,在上海海洋大学图文信息中心举行。主讲嘉宾李淼以深入浅出的方式介绍了还很“小众”的全息宇宙学。

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同时,平日爱读海子诗作,自诩为“诗人”的他,还和中国极地研究中心高级工程师汤妙昌就“科学探索的极限运动——太空VS极地”进行了妙趣横生的对话。“我热爱与别人交流我的微薄的物理学知识,”李淼在接受记者专访时表示,“看上去很严谨的物理科学,它的美丽与诗歌其实难分伯仲。”

按照宇宙全息原理,我们所在的宇宙就像全息相片一样是二维的。可观测的宇宙有一个隐藏的全息屏幕,半径最大不会超过五百亿光年。按照这个原理,科学家推算出,占宇宙组成76%的暗能量,很可能起源于这块宇宙全息屏幕之内的量子涨落。这就是李淼的全息暗能量模型。

宇宙维度向来是科学界争论不休的话题。支持弦理论的科学家一直在力证,宇宙是11维的。另一些科学家则认为,随着科学技术的发展,人们还将不断发现宇宙的新维度,他们也被称为N维派。而大部分普通人都相信自己的所见所感,宇宙乃至我们居住的地球,都是“3+1”维,即由空间和时间构成的。

以李淼为代表的这一派物理学家,则从爱因斯坦广义相对论出发,大胆推导出了宇宙起源和发展的另一种可能。在牛顿的经典力学框架中,物体之间相互作用的四个常力,万有引力就是其中之一。对很多人来说印在教科书上的文字,已经变成了生活中的常识。但这种物理构架无法解释物体在强引力场中的行为表现。比如,有科学家发现,如果以牛顿定律计算水星近日点的进动,要比实际的天文观测值小。也就是说,经典力学存在漏洞。

爱因斯坦的广义相对论正好弥补了这种漏洞。根据广义相对论的观点,其实万有引力不存在,只是因为时空弯曲,本来会沿着直线运行的物体,就沿着曲线运行。从这个角度,科学家依然能解释地球为什么会围绕太阳转。而当年启发了牛顿的苹果,为什么会落地,并不是因为地球的万有引力,而是因为它受到弯曲时空的挤压,就掉到了地上。

在此基础上,1994年,科学界有人提出了全息原理。这些科学家还在其中引入了热力学第二定律中“熵”的概念。李淼解释,“熵”其实是一种无序度。“打个比方,你在出门前把口袋里的各种数据线整理得整整齐齐,一丝不苟,这时的熵就是零。但是当你重新打开口袋,看到的数据线通常又乱作一团,我们就说,熵变大了。一种看不见的力,让你的数据线重新归于凌乱。”如果将引力视作是在二维曲面上,由于熵的变化而导致的结果,无论是从量子论,还是从爱因斯坦的广义相对论出发,都能讲得通。

于是,李淼开始在此基础上构建他的全息暗能量模型。11年前,他以发表论文的形式,提出以全息暗能量模型来解释宇宙加速膨胀的现象。按照李淼的建构方式,这个模型就好比是,在一个有边界框架的宇宙二维曲面上,量子涨落导致熵的增大,宇宙的各种物质被一种看不见的力所“撕扯”。这是全球第一个可以用来拟合实验数据的全息原理暗能量模型。李淼与人合作的论文发表之后,受到天文物理学界的广泛关注,论文总引用次数达到千次,国内外同行以李淼的论文为基础作后续研究的也为数不少。

诺贝尔物理学奖得主斯蒂文·温伯格(Steven Weinberg)说:“寻求完美的宇宙理论科学的努力,本质上是给人类的存在增添一点尊严和意义。”在物理理论领域驰骋30年的李淼,回应更为平和,“科学不仅有趣,而且它那么美。”对一个像他这样在生活时不时读诗、写诗的物理学家来说,这种美意味着一种秩序,以简洁的形式,在微妙的对称与不对称之间寻找平衡。

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