中國科學家力證：宇宙確實是全息屏幕

07-09

我們看到的立體空間，可能只是眼球的錯覺？或許，宇宙本身就是一塊巨大的屏幕，我們生活在二維全息影像之中？這些聽上去猶如天方夜譚的觀點，不但有科學理論依據，而且和愛因斯坦的廣義相對論有著密切關係。

「廣義相對論否定了牛頓經典力學，認為萬有引力是時空彎曲表現出的結果。從中，我們又推演出了宇宙學全息原理以及全息暗能量模型。」知名物理學家、中山大學天文與空間科學研究院院長李淼坦言，模型就是對宇宙演化的「預言」。

儘管全息原理是最近二十年來，量子引力研究唯一被公認的原理，但這一「看扁宇宙」的理論目前仍然是科學家小圈子中悄悄進行的一場革命。

今年是愛因斯坦廣義相對論誕生100周年，作為人類智慧的結晶和財富，百年以來，從時空穿越、原子裂變，到宇宙起源，廣義相對論為後世人類探索世界點亮了一盞明燈。當然，這其中也包含了李淼的全息暗能量模型。

近日，由「賽先生」和第一財經研究院主辦、《環球科學》聯合主辦，中科院上海天文台上海地區協辦的「百年相對論」系列演講第二場，在上海海洋大學圖文信息中心舉行。主講嘉賓李淼以深入淺出的方式介紹了還很「小眾」的全息宇宙學。

同時，平日愛讀海子詩作，自詡為「詩人」的他，還和中國極地研究中心高級工程師湯妙昌就「科學探索的極限運動——太空VS極地」進行了妙趣橫生的對話。「我熱愛與別人交流我的微薄的物理學知識，」李淼在接受記者專訪時表示，「看上去很嚴謹的物理科學，它的美麗與詩歌其實難分伯仲。」

按照宇宙全息原理，我們所在的宇宙就像全息相片一樣是二維的。可觀測的宇宙有一個隱藏的全息屏幕，半徑最大不會超過五百億光年。按照這個原理，科學家推算出，占宇宙組成76%的暗能量，很可能起源於這塊宇宙全息屏幕之內的量子漲落。這就是李淼的全息暗能量模型。

宇宙維度向來是科學界爭論不休的話題。支持弦理論的科學家一直在力證，宇宙是11維的。另一些科學家則認為，隨著科學技術的發展，人們還將不斷發現宇宙的新維度，他們也被稱為N維派。而大部分普通人都相信自己的所見所感，宇宙乃至我們居住的地球，都是「3+1」維，即由空間和時間構成的。

以李淼為代表的這一派物理學家，則從愛因斯坦廣義相對論出發，大膽推導出了宇宙起源和發展的另一種可能。在牛頓的經典力學框架中，物體之間相互作用的四個常力，萬有引力就是其中之一。對很多人來說印在教科書上的文字，已經變成了生活中的常識。但這種物理構架無法解釋物體在強引力場中的行為表現。比如，有科學家發現，如果以牛頓定律計算水星近日點的進動，要比實際的天文觀測值小。也就是說，經典力學存在漏洞。

愛因斯坦的廣義相對論正好彌補了這種漏洞。根據廣義相對論的觀點，其實萬有引力不存在，只是因為時空彎曲，本來會沿著直線運行的物體，就沿著曲線運行。從這個角度，科學家依然能解釋地球為什麼會圍繞太陽轉。而當年啟發了牛頓的蘋果，為什麼會落地，並不是因為地球的萬有引力，而是因為它受到彎曲時空的擠壓，就掉到了地上。

在此基礎上，1994年，科學界有人提出了全息原理。這些科學家還在其中引入了熱力學第二定律中「熵」的概念。李淼解釋，「熵」其實是一種無序度。「打個比方，你在出門前把口袋裡的各種數據線整理得整整齊齊，一絲不苟，這時的熵就是零。但是當你重新打開口袋，看到的數據線通常又亂作一團，我們就說，熵變大了。一種看不見的力，讓你的數據線重新歸於凌亂。」如果將引力視作是在二維曲面上，由於熵的變化而導致的結果，無論是從量子論，還是從愛因斯坦的廣義相對論出發，都能講得通。

於是，李淼開始在此基礎上構建他的全息暗能量模型。11年前，他以發表論文的形式，提出以全息暗能量模型來解釋宇宙加速膨脹的現象。按照李淼的建構方式，這個模型就好比是，在一個有邊界框架的宇宙二維曲面上，量子漲落導致熵的增大，宇宙的各種物質被一種看不見的力所「撕扯」。這是全球第一個可以用來擬合實驗數據的全息原理暗能量模型。李淼與人合作的論文發表之後，受到天文物理學界的廣泛關注，論文總引用次數達到千次，國內外同行以李淼的論文為基礎作後續研究的也為數不少。

諾貝爾物理學獎得主斯蒂文·溫伯格（Steven Weinberg）說：「尋求完美的宇宙理論科學的努力，本質上是給人類的存在增添一點尊嚴和意義。」在物理理論領域馳騁30年的李淼，回應更為平和，「科學不僅有趣，而且它那麼美。」對一個像他這樣在生活時不時讀詩、寫詩的物理學家來說，這種美意味著一種秩序，以簡潔的形式，在微妙的對稱與不對稱之間尋找平衡。