全息宇宙論:這個物理學假說或能重新定義你對宇宙的認識

黑洞示意圖(圖:NASA; Jörn Wilms (Tübingen) et al.; ESA)

你是否覺得我們的宇宙其實是個巨大的三維立體投影?事實上,世界上一群人真的深信於此,並藉由他們的理論來解釋我們所處的世界。

模擬實境

全息宇宙論(Holographic Universe Principle,也譯為全像宇宙論)認為我們住在一個模擬的宇宙裡。該假說宣稱我們所處的物理世界只不過是個充滿詳細資訊的幻覺,該幻覺是透過我們的大腦所投影,所有的能量場都被解碼形成我們現在所看到的三維宇宙。從全息論的觀點來看,整個宇宙可以被視為一個呈現在宇宙學視界(cosmological horizon)上的二維資訊結構,但是透過三維物件投射出來,形成了我們所觀察到的一切事物。

曾與愛因斯坦共事的物理學家戴維·玻姆(David Bohm),是該假說的強力擁護者,並被稱為現代全息理論之父。他認為標準宇宙學理論無法解釋量子力學預測的各種現象,也非常有興趣了解宇宙學與大腦神經學之間的關係。他曾說過:「我們的大腦透過數學運算,解釋了來自另一個維度的頻率來構建客觀現實,這是一種超越時空的更深層次的存在秩序。」

支持該假說的實驗,來自 1982 年由物理學家阿蘭·阿斯佩(Alain Aspect)的研究團隊所進行的實驗。研究人員發現在某些情況下,電子之類的次原子粒子(subatomic particle),無論彼此之間距離有多遠,即使是數億公里之遙,都能夠立即與彼此產生反應。科學界現在稱此現象為「量子纏結」(quantum entanglement),屬於粒子物理學上一個難以解釋的現象,畢竟這種現象似乎與愛因斯坦的狹義相對論(special relativity)相互矛盾:狹義相對論表示,宇宙中沒有比光傳播更快的東西。

總而言之,該實驗展示了組成這個物理宇宙的次原子網路,似乎是具有「全息性質」。若該假說為真,除了可以解釋我們所處的這個宇宙,也能夠解釋一些超自然現象,以及所謂靈魂出竅的體驗(out-of-body experiences),例如心電感應(telepathy)、清醒夢(lucid dreaming)、瀕死體驗(near-death experience)等現象。

其他支持論點

以下再介紹幾個支持全息宇宙論的觀點。首先,我們已知密度很大的天體,例如黑洞、中子星、脈衝星等具有寬廣的重力場,能夠發出強大重力波。當科學界正在找尋重力波的證據時,德國重力波觀測站 GEO600 發現某些無法解釋的詭異雜訊,使得該研究機構的偵測器無法正常運作。費米實驗室(Fermilab)粒子天體物理學家克雷格·荷根(Craig Hogan)教授針對這個事件提出了一個有趣的解答,稱作「量子雜訊」(quantum noise)。

在荷根教授的理論中,時空上具有一定的限制。當時空超過該限制,持續的時空就會崩解成「小粒子」單元,就好像電腦螢幕影像是由許多畫素(pixel)所組成。他認為,量子雜訊的發現,暗示整個宇宙的完整性,只是在二維全息圖上被發現的三維立體投射。該結構位於宇宙的最邊緣。當投射產生時,光在結構中來回跳躍並散射於整個宇宙。

荷根教授的結論似乎能由科學家對黑洞行為的觀察來佐證。一般認為,在黑洞事件視界(event horizon)表面後的所有物理現象都會消失。但從霍金輻射(Hawking radiation)的觀點來看,當有東西掉入黑洞,經過事件視界時,資訊被留在事件視界,並沒有被摧毀。因此我們應該能從留在事件視界的資訊來了解黑洞,例如整個黑洞生成歷史。同理,科學家也許也能從宇宙視界來解碼關於宇宙內部的資訊(目前可觀測到的宇宙邊界距離地球 137 億光年)。

全息宇宙論就大尺度方面也是這麼一回事。所有的資訊都以普朗克長度被記錄在宇宙的事件視界上,然後所有在宇宙內部的資訊都是一個二維內殼的投影。

無稽之論?

介紹支持論點之後,接著介紹反對意見。2010 年歐洲太空總署(European Space Agency, ESA)開設了國際伽瑪射線天體物理實驗室(International  Gamma-Ray  Astrophysics  Laboratory, INTEGRAL)。該實驗室可量測伽瑪射線及自然界最強大且最具破壞力的伽瑪射線暴(gamma-ray burst)。研究人員對這些難以預測的現象進行研究之後,就能確定時空在量子等級是否會形成粒子化或像素化。

其中一個伽瑪射線暴從近 3 億光年距離來到了地球,但科學家沒有觀察到時空結構有任何的模糊。至少,以10-48 公尺的尺度來看是沒有的,而這個尺度已經小於量子物理的單位長度普朗克長度的 10 兆分之一 ,物理學家甚至無法確定這麼小的單位長度是否會存在。此發現可以說是嚴重的反駁了全息宇宙論的假說。不過,倒是還有一個可能的解釋,也許伽瑪射線光子的表現,與全息宇宙論預期的行為不同。

總而言之,人們要了解時空結構、宇宙,以及用許多已經發展完善的科學理論來修正量子力學,都還有很長的一段路要走。

 

參考資料:

  1. Trosper, J., (2013, December 12). Holography Universe Principle. The Futurism
黃威翔
黃威翔 22 文章
清華大學材料工程學系碩士畢業生。一個喜歡學外語,但又在科學領域打滾的平凡人,喜歡美食,日劇,電影,旅遊。

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