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现实检查:宇宙(可能)不是全息图

随着费米实验室的全息仪实验未能找到宇宙是全息图的证据,全息原理面临审查。

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(图片来源:dim4ik-69/shutterstock)有时,科学会给我们带来令人惊叹的发现,从根本上迫使我们修正对所居住宇宙的看法。从发现地球是球体到狭义相对论,科学一次又一次地调整了我们对现实的理解。但这并非其中之一。伊利诺伊州费米国家加速器实验室的研究人员最近进行了一项实验,以证明我们所知的整个宇宙是否仅仅是一个全息图。为了找到我们全息存在的证据,研究人员使用了一种所谓的全息仪来探测宇宙的“像素”。长话短说,他们没有找到他们想要的东西。

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宇宙即全息图

全息仪实验是基于全息原理,其基础由物理学家杰拉德·'t Hooft在20世纪70年代奠定。全息原理是斯蒂芬·霍金开创的黑洞热力学研究的一个分支,它试图用没有任何东西可以逃离黑洞的观点来解释热力学第二定律。有几种相互竞争的理论,它们使用经典力学理论而非量子力学来确定黑洞的熵。熵是系统中粒子分散程度的量度,通常用作系统中能量的量度。这些理论表明,黑洞的总熵大于其表面积所允许的,最终与黑洞边界包含所有信息的观念相矛盾。Hooft的工作导致了黑洞的容量由其表面积而非体积决定的观点。这表明,一个系统(例如黑洞,甚至我们的整个宇宙)的所有信息都包含在系统的边界上。该原理被称为全息,因为它涉及将三维物体的信息传输到二维表面上。传统全息图的工作方式相同:一个物体反射到二维表面上,同时仍然提供深度的错觉。因此,在全息原理下,我们所知道和感受到的一切都源于一个平行存在,它被投射到二维表面并反射回我们。

证明一种虚幻的存在

费米实验室的实验是首次测量这种令人不安的理论的实验,即我们的行为是围绕着我们整个宇宙的二维球体的投射。研究人员假设,我们的宇宙是由比原子小很多倍的微小数据包,即“像素”组成的。他们认为,这些像素的存在应该会限制我们世界的精度,就像电脑屏幕上的像素数量限制了其细节水平一样。该理论还认为,这些粒子之间应该存在“量子抖动”,而专门的仪器可以探测到这种抖动。

俯视图显示了两个干涉仪的两个真空容器。(图片来源:费米实验室)为了验证他们的理论,研究人员使用了一种称为激光干涉仪的设备,它将激光束分成两束,并沿着两条40米长的隧道发送,反射到镜子并再次返回。这使他们能够测量光束传播的距离,如果他们的理论正确,镜子之间的距离应该会检测到微小的差异。

真实世界

最终,实验什么也没发现。激光束仍在其应在的位置。这个结果不应该让人感到惊讶,物理学家萨宾娜·霍森菲尔德在一篇2012年的博客文章中清楚地解释了原因:

“空间可能是数字化的观点,是推测性分支领域的一个边缘观点的边缘观点。我不是说它不有趣。我只是说,如果你去问一个有代表性的物理学家样本,我猜你会发现大多数人都不关心全息原理,也不会就任何有关它的说法达成一致。”

然而,费米实验室粒子天体物理中心主任、实验负责人克雷格·霍根并未因此却步。“第一步是做我们已经做过的事情,但要做更多——我们需要运行更长时间,更敏感地观察,”霍根告诉

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“这个结果仅基于大约150小时的数据,所以几个月后我们将拥有更大的数据集,届时我们将能够确定下来——也许我们将能够发表一个更具决定性的声明。”事实上,另一个使用激光干涉仪的失败实验导致了狭义相对论的诞生和现代物理学的出现。霍根将这些结果视为探索宇宙更深层次的又一步骤。“这是一项新技术,全息仪只是研究奇异相关性新方法的第一例,”他告诉《对称》杂志。“这只是通过新发明的显微镜瞥见的第一眼。”

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