现代物理学中有一个极富争议的假说:“全息宇宙理论”。
根据这个理论,我们所见、所感受到的一切,其实都是从宇宙某个二维边界上所编码的信息中,产生出来的三维立体投影,换言之就是说,我们看到的宇宙是虚拟的。
科学家认为,我们每个人,其实都是通过自己的感官来理解这个世界,也就是说,我们对外界的认知完全是主观的,那么,像你家院子里那棵可爱的小树是绿色的,这句话到底是谁说的呢?
它其实只是光线和我们知觉之间玩出来的一场戏法罢了,如果你用红外线的灯照这棵树,它看起来就不会是绿色的,而是像吸收热能的深色系,甚至接近黑色的样子,而在紫外线底下,叶子会显得朦胧迷幻,散发出带点紫色光晕的蓝光,仿佛被来自异世界的神秘光芒包围着。
所以说,这棵树“真正的颜色”到底是什么颜色呢?
就像刚刚提过的那样,我们每个人心中所认为的“现实”,其实非常容易就会变成完全不同的样貌,而且有时候我们甚至还能看见那些根本不存在的东西。
那么如果我们所处的这个世界,其实跟我们眼中所见、脑中所想象的样子完全不同呢?
让我们开始怀疑这个世界是否真实的,正是我们最奇特的天体,黑洞。
霍金在1974年发表的论文中指出,这些潜藏在深空、宛如怪物般的黑洞,可能会像早晨的露水一样蒸发消失,甚至有可能吞噬整个宇宙,这个现象后来被称为霍金辐射,这是个震撼性的发现。
因为根据古典物理理论,黑洞被认为是会把一切吞噬并永远封存的“无期监狱”,但就在这里,出现了一个关于“信息”的大问题,如果黑洞最终会蒸发消失,那么那些掉进去的信息到底跑去哪里了呢?
根据量子力学的基本原则,信息是不可能凭空消失得无影无踪的,不过霍金在早期的论文中却主张,这些信息的确会完全消失,然而有位坚决反对他的人出现了,他就是理论物理学的顶尖人物,也是弦论创始人之一的伦纳德·萨斯坎德。
萨斯坎德主张,如果信息真的会消失,那整个量子物理的根基就会被摧毁,而这显然是不可能发生的事,他甚至表示:“如果霍金说的是对的,那我们整套自然法则的理论都要重写了。”
为了推翻霍金的说法,他反过来使用了霍金在1974年论文中提出的数学公式。
这就是那条关键的公式。
其中的S_BH,代表的是熵,也可以理解为黑洞所拥有的信息量,k_B是玻尔兹曼常数,数值大约是 1.38 × 10⁻²³ 焦耳除以开尔文,A 则代表黑洞事件视界的表面积,而ℓ_P 是普朗克长度,约为 1.6 × 10⁻³⁵ 米。
如果把这些系数和平方项先搁置一边,可以看出黑洞内的信息量不是和体积有关,而是和表面积成正比,在我们习惯的世界里,通常是体积越大,信息也越多,所以这种情况真是让人惊讶。
更让人惊讶的是,霍金竟然没发现这个重点,但萨斯坎德与另一位理论物理学家赫拉德·特霍夫特,却没有错过这个线索,他们提出了一个看似简单却深具意义的结论:黑洞里所有的信息,其实都储存在表面上。
这两位科学家也因此一起提出了“全息原理”这个理论,根据这个理论,掉进黑洞的信息并不会消失,而是像被刻在事件视界的表面上一样被保留下来。
那么所谓的“全息图”到底是什么?
全息图,是一种可以把三维物体信息储存在二维平面上的技术,只要打上正确的光,就能在表面重现立体效果,霍金长时间坚持自己的立场,始终不愿妥协,然而到了2004年,在都柏林举行的一场科学会议中,他突然宣称:“我找到了解法,信息其实是会被保存下来的。”
霍金也因此正式承认,自己当初说信息会消失的看法是错误的。
他进一步提出一种新的理论模型,虽然过程复杂又不对称,但认为信息会随着辐射一起离开黑洞,对萨斯坎德来说,这无疑是一场巨大的胜利,并不是说他赢了霍金这个人,而是象征着“物理学原则不可被破坏”这个信念的胜利。
后来萨斯坎德在他的著作《黑洞战争》中,生动又带点幽默地重述了这段过程。
他并没有责备霍金,相反地,他甚至说霍金是他最重要的灵感来源,并且坦言,若没有霍金那挑战性的悖论,这个理论根本不会出现,听到这一切,我不禁联想到爱因斯坦与弗里德曼之间的理论之争。
爱因斯坦在1915年完成了广义相对论的方程式,并在1917年为了让宇宙保持静态,引入了宇宙常数,但在1922年,弗里德曼根据这套方程式,证明了广义相对论其实允许宇宙不断膨胀。
爱因斯坦当时完全不接受这种说法,他甚至还暗示弗里德曼根本不懂数学,可是在哈勃的观测结果出现后,爱因斯坦坦承自己的模型是“他一生中最大的错误”,天才之间,总不太容易承认自己也会犯错。
我们把话题拉回到黑洞事件视界上的那个“全息图”,萨斯坎德和特霍夫特进一步提出了一个让全人类都震惊的问题,“如果这个机制能在黑洞中运作,那有什么理由不认为整个宇宙也遵循同样的原理呢?”
换句话说,他们质疑:我们整个宇宙会不会其实就是一个巨大的全息投影?
而这个“整个宇宙”,当然也包括我们人类在内,包括我自己,也包括正在看这部影片的你,你可能会想:那我这一生是不是其实都是假的?不过在这之前,我们得先搞清楚“假的”到底是指什么。
即使全息理论是正确的,也不代表我们根本不存在,或像《黑客帝国》那样其实在某个机器里沉睡。
更准确地说,它的意思是这样的:
我们所感受到的立体世界、有形的实体、三维的空间,可能其实都是来自宇宙边界某个表面上记录下的、更基本的物理法则所产生的投影,换句话说,我们之所以能认知到立体与物质,也许只是因为某些深层的信息被储存在宇宙某处的边界上。
所以,这种“幻觉”,指的是形状和外观的假象,而不是内容本身的虚假,你可以想象一个投影在塑料片上的普通全息图作为例子。
看,那边好像有一朵立体的玫瑰漂浮在空中,但走近一看就会发现,那朵玫瑰根本不是真实存在的,它其实不在空间中,然而它却确实作为某种信息的“影像”存在于那张表面上,而我们人类,也许就是类似的存在。
有可能,我们只不过是某种更深层的数学结构所展现出来的形态,而我们的身体、思想与情感,也只是这些信息内部所投射出来的影子,如果我们真的认真看待这个观点,会发现它其实会引出许多非常惊人的哲学结论。
举例来说,所谓的“物质”也许根本不是一切的根本,而整个现实世界,其实是由信息、结构与数学间的关系所构成的,就连我们的“意识”,也可能只是一种全息式的投影结果。
接下来让我们再更深入探讨下去,假如我们真的是全息投影,那“死亡”或许也只是某段影像的“投影被暂停”,而不是信息完全消失,这时候我们就会发现,这种观念竟然跟某些宗教哲学中的概念很像,比如轮回转世,或者灵魂作为一种信息形态的永存。
阿根廷的理论物理学家胡安·马尔达西那认为,所谓的宇宙全息说目前仅能适用于一种特定情况:空间本身具有负曲率的时候,这种空间如果画成图,会像马鞍那样的形状,更精确地说,是一种多维度、双极形状的横截面。
在那样的空间中,是可以清楚定义出所谓“宇宙边界”的,也就是可以实际对应到全息图的地方,可根据我们现在掌握的观测数据来看,我们这个宇宙基本上是接近平坦的,并没有呈现出负曲率的弯曲。
因此马尔达西那的这套理论,很难直接应用到我们目前所处的宇宙当中,更何况我们这个宇宙本身并没有一般意义上的空间边界,取而代之的,是像“事件视界”这样的界线,或是过去与未来之间的抽象边界。
而这些模糊又抽象的边界,也让我们很难在这里建立起明确的全息对应关系,更重要的是,这整个理论到目前为止,还处在纯粹理论推导的阶段,关于“宇宙本身具有全息性”这件事,目前没有任何实验能够直接证实。