科學家可能找到了宇宙是全息圖的第一個可見證據!

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幾十年來,科學家不斷用一個有趣的想法來自娛娛人:我們的宇宙(曾經)是一個巨大的全息圖(hologram)。這個物理的原理是說,只需要一個二維平面,就可以讓一切看起來像是三維空間。

你也知道,這不是個容易論證的假說,然而現在有科學家表示,大爆炸模型的確有觀測結果做背書,但他們也經由觀測早期宇宙找到了證據,符合這個所謂的全像投影原理。

加拿大滑鐵盧大學(University of Waterloo)的Niayesh Afshordi是團隊成員之一,他說到:「我們正倡議要採用這個宇宙全像論,它跟廣泛接受的大爆炸模型很不同,並不奠基於重力作用跟膨脹觀點。」

「每個模型都會產生不同的預報,讓我們可以去檢驗,讓我們的數據更精確,也更堅實我們的理論基礎,這些都可望在五年內完成。」

要澄清的是,學者們並不是說,我們正活在一個全息圖裡面。他們只是提出一個假說:在大爆炸之後大約幾十萬年,那時宇宙處於非常初始的一個階段,一切都是從二維邊界投射出的三維空間。

如果你對於這個「宇宙是個全息圖」的神奇傳說不太熟悉的話,這裡可以補充一下,其實在1990年代時,物理學家Leonard Susskind就宣揚過一個想法,認為我們所理解的物理定律,在技術上其實並不真的需要三個維度。

所以說,宇宙呈現的是三維立體,但實際上,卻只是一個二維平面,這到底是怎麼回事呢?

基本的原理是這樣的,空間量體被「編碼」到一個邊界(或是一個觀察者依賴的重力視界)中,也就是說,只需要二維平面就可以體現出三個維度來。

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就像二維的螢幕投射出3D全息圖一樣,這個假說指出,我們這個宇宙的三維立體是從一個二維邊界投射出來的。

從1997年以來,有超過10000篇的論文支持著這個假說,這下是不是突然覺得這個想法沒那麼荒謬了呢?

Afshordi與他的團隊在觀測宇宙微波背景輻射(也就是大爆炸後留下的熱輻射)的不均勻性之後,他們發現了支持這個早期宇宙全像論的強烈證據。

英國南安普敦大學(University of Southampton)的Kostas Skenderis也是團隊中的一員,他說:「想像一下,你在三維空間所看到、摸到、聽到的所有東西(包括你對於時間的感知),竟然都源自於一個平面的二維場。」

「這個想法就跟一般的全息圖很類似,也就是一個三維影像被編碼在二維平面上,例如信用卡上的全息圖(安全晶片)。只不過,現在被編碼的是一整個宇宙。」

一開始物理學家之所以沒有立即摒棄宇宙全像論,其實是因為雖然大爆炸的標準模型更具說服力,但還是有一些很關鍵的漏洞在,所以他們還是不敢妄下定論。

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根據大爆炸的說法,化學反應導致了巨大的膨脹效應,進而使宇宙成形,而且在初始階段,膨脹的速度快得嚇人。

雖然大多數的物理學家都接受宇宙膨脹的事實,但卻沒人可以提出一個合理的說法,解釋究竟為何宇宙膨脹的速度可以快過光速,幾乎在一眨眼的時間,就從次原子級的大小,變得跟一顆高爾夫球差不多。

事實上,在試圖解釋巨大的物體與跟原子級的物體時,一些現代理論,像是廣義相對論跟量子力學,就會有所衝突,這些基礎的物理定律無法去解釋,到底為什麼這些宇宙中的物質可以在短時間內滾成一顆驚人的小球。

Gizmodo網站上Ryan F. Mandelbaum提出了這個解釋:「有個假說可以調和兩者,也就是量子重力,這意味著如果你少考慮一個空間的維度,那麼在你的計算中,也可以把重力省略,這樣事情就簡單多了。」

現在,試著思考一下我們提到的全像理論。

Afshordi也說:「我們可以假設,宇宙的描繪是基於一個低維系統(lower dimensional system),由大爆炸以來所有的物質構成,從這個角度來說,就很像是全像術了。」

為了檢測全像原理如何可以適用大爆炸與其結果,他們的科學團隊建立了一個模型,使用了一個時間跟兩個空間的維度。

他們輸入了宇宙的真實數據,包括從宇宙微波背景輻射而來的觀測結果,也就是大爆炸發生幾十萬年之後產生的熱輻射,模型跟數據竟然毫無牴觸。

但其中有個小問題:只有當宇宙模型的寬,不超過10度立體視覺的時候,數據才會全部吻合。

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研究者表明,要論證早期宇宙是一個全像投影,他們還有一大段距離,但是,真實世界中觀測得到的證據,竟然可以闡釋一些二維物理定則所忽略的部分,所以我們不能完全放棄這個假說。

這代表著我們有可能活在一個全息圖裡嗎?Afshordi說:「不是呦。」因為他們的模型只適用於宇宙非常早期的階段。

到底事物是怎麼從二維轉成三維的,現在則成了大家的疑問。

Afshordi告訴Gizmodo網站說:「其實你並不真的活在一個全息圖裡,但你可能是從全息圖中走出來的人。三個維度是絕對存在的。」

完整的研究被發表在Physical Review Letters裡。

來源:sciencealert