姚人杰/編譯

俯視圖（左圖）顯示了兩只真空容器，里面放置了“全息干涉儀”項(xiàng)目的兩臺(tái)干涉儀的分光鏡。分光鏡確保相同的激光信號(hào)被送至每臺(tái)干涉儀，于是它們的測(cè)量值是相同的。周思庭（右圖）與他的團(tuán)隊(duì)花費(fèi)了許多時(shí)間對(duì)儀器進(jìn)行手工調(diào)整?！拔覀€(gè)人覺得與儀器一道工作更加有樂趣，而后來坐在辦公桌后，與處理后的數(shù)據(jù)打交道就無趣得多。”周說道。照片由費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室提供

●到底存不存在一種空間的基本單位，由是產(chǎn)生宇宙的基線顆粒值？假如事實(shí)如此，那一極限就是宇宙所能存儲(chǔ)的全部可能信息的總量上限。它還有著一種更為怪誕的含義：我們感知到的三維現(xiàn)實(shí)也許是種幻覺——是一種空間的投影，類似于實(shí)際上是以二維編碼的全息圖。這些想法也許聽上去荒誕不經(jīng)，可它們實(shí)際上是能夠檢驗(yàn)的。

周思庭（Aaron Chou）是伊利諾伊州巴達(dá)維亞的費(fèi)米國(guó)立加速器實(shí)驗(yàn)室的一名物理學(xué)家，他擔(dān)任了“全息干涉儀（Holographic Interferometer，簡(jiǎn)稱Holometer）”研究項(xiàng)目的首席科學(xué)家及項(xiàng)目經(jīng)理。周向《美國(guó)科學(xué)家》雜志副主編費(fèi)內(nèi)拉·桑德斯（Fenella Saunders）解釋了全息干涉儀這種儀器會(huì)如何幫助解開這些謎題。

問：全息干涉儀是什么東西？你們?cè)噲D尋找到什么？

答：全息干涉儀由兩臺(tái)40英尺長(zhǎng)的激光干涉儀組成，能以極其精確的精度測(cè)量不同物體的相對(duì)位置，尤其是這些裝置內(nèi)的鏡子的相對(duì)位置。干涉儀提供了任何儀器中最佳的解析度，因?yàn)樗鼈兪褂玫氖菙?shù)以幾十億計(jì)的光子，因此你能夠反復(fù)進(jìn)行測(cè)量。我們每秒使用大概1 022個(gè)光子。我們能分辨出的最小位置變動(dòng)比原子核的尺寸還要小上大約一千倍。

我們?cè)噲D了解，以這種或其他任何一種方法所能進(jìn)行的測(cè)量是否存在任何精度上的極限。有若干源自于引力物理學(xué)與量子力學(xué)的想法暗示，我們所居住的時(shí)空體本身的信息存儲(chǔ)容量是有限的，就好比硬盤或記憶棒的存儲(chǔ)容量有限，時(shí)空體內(nèi)所能裝入的信息總量也有最大值。如果你試圖用一種比極限精度更精確的精度來測(cè)量，你將無法辦到，因?yàn)榭臻g并沒有更多位數(shù)可提供給你。

問：您能形容下這一極限與宇宙的三維本質(zhì)有何聯(lián)系嗎？

答：你往黑洞內(nèi)丟入的所有物質(zhì)包含的信息最終都會(huì)被存儲(chǔ)在黑洞表面。黑洞物理性質(zhì)有個(gè)古怪的地方，黑洞包含的信息并不與黑洞的體積成正比，而是與表面積成正比。這被稱為全息原理；這兒是在類推至全息圖。全息圖就是在二維表面上存儲(chǔ)一張顯然是三維的圖像。但是，假如你以一種特殊的方式將光散射在二維表面上，被散射的光的圖案會(huì)在表面上重建出三維圖像。我們相信，當(dāng)物體落入黑洞時(shí)所發(fā)生的情況與這個(gè)過程類似，也就是說不知怎么地，落入黑洞的物體的三維信息被轉(zhuǎn)錄并編碼到黑洞的二維表面上。

周思庭在Holometer旁工作

問：那會(huì)如何影響宇宙的信息存儲(chǔ)極限？

答：打個(gè)比方，你一開始遇到的情況是這樣的，你壓根沒有任何黑洞，但你有一串記憶棒，你說了聲，哎呀，我背包里的記憶棒存儲(chǔ)容量不夠用，我需要更多存儲(chǔ)容量。我要去買更多記憶棒，把它們?nèi)M(jìn)背包，接著我會(huì)擁有更多存儲(chǔ)容量。假如你特別特別強(qiáng)壯，像綠巨人浩克一樣強(qiáng)壯，最終會(huì)發(fā)生什么事？你把所有記憶棒都塞進(jìn)背包，你的背包內(nèi)的所有物質(zhì)的密度變得如此之大，于是你弄出了一個(gè)黑洞。你也許會(huì)說，好吧，那不算非常好，但也沒關(guān)系，我會(huì)去再多買點(diǎn)記憶棒。但接著你驚恐地發(fā)現(xiàn)，你再也沒法往這個(gè)背包形狀的黑洞內(nèi)塞入更多信息，而黑洞還在不斷擴(kuò)張，于是你的背包內(nèi)的信息存儲(chǔ)密度的實(shí)際值保持原樣。當(dāng)我們說時(shí)空體本身可能擁有某種最大信息存儲(chǔ)量時(shí)，指的便是這種意思。一旦你達(dá)到黑洞極限，假如你試圖塞入更多信息，就要占據(jù)更多空間。

問：全息干涉儀的測(cè)量結(jié)果會(huì)如何反映出這一極限？

答：有一種預(yù)測(cè)說，假如空間的位數(shù)用完了，在測(cè)量?jī)膳_(tái)緊靠彼此的裝置時(shí)，會(huì)給予你相同的錯(cuò)誤結(jié)果。從那個(gè)時(shí)刻開始，測(cè)量結(jié)果開始相互關(guān)聯(lián)，而且壓根就找不到原因。

問：假如你發(fā)現(xiàn)了這一極限，那是否意味著三維只是種構(gòu)想？

答：假如最終證明了果真如此，信息是像在全息圖中一樣存儲(chǔ)在二維表面上，而不是存儲(chǔ)在三維體積中，那么我認(rèn)為這會(huì)是一件十分有趣、令人好奇的事情，也許它會(huì)指引我們到其他思想和研究的道路上。我認(rèn)為它并不會(huì)真的影響我們?nèi)粘５娜S生活。畢竟，建構(gòu)一個(gè)人、動(dòng)物或植物的所有指令事實(shí)上都能用一套基于四個(gè)不同字母的字母表以一維編碼。大家也可以捫心自問，你是否覺得這點(diǎn)讓你不安？

問：弄清極限是否存在的時(shí)間表是怎樣的？

答：我們最近已經(jīng)讓探測(cè)器以最高靈敏度運(yùn)行，因此我們?cè)陂_始收集數(shù)據(jù)。我們期望在一年的時(shí)間后獲得有報(bào)道價(jià)值的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。無論何時(shí)，只要你用比以前試驗(yàn)過的靈敏度高得多的靈敏度來運(yùn)行儀器，你肯定會(huì)發(fā)現(xiàn)各種各樣的問題，于是從那時(shí)起，你就進(jìn)入了漫長(zhǎng)的排除故障期，為的是確保你假如見到一些看起來略顯怪異的結(jié)果，你果真明白那是什么東西。所以，假如我們?cè)谀壳暗臏y(cè)量精度下見到意料之外的極限，我們有信心能從中推斷出一些可靠的科學(xué)結(jié)論。

問：你或許會(huì)毫無斬獲，你如何應(yīng)付這種壓力？

答：我在研究生院時(shí)最喜歡的一位教授向我們形容過，基礎(chǔ)科學(xué)研究好比是出門去大海里來次午夜游泳。也許你會(huì)碰巧撞到海水里的漂浮物，但最大的可能還是遇上清澈的海水。但那并不會(huì)讓你不愿外出來次午夜游泳。這個(gè)過程本身會(huì)帶來樂趣與刺激。我個(gè)人把自己工作中的每次實(shí)驗(yàn)想成是一張彩票。我在任何一次實(shí)驗(yàn)中真正獲得任何發(fā)現(xiàn)的概率小之又小。但是另一方面，并不是徹底沒有希望。我做的這些實(shí)驗(yàn)都有著非常好的理論動(dòng)機(jī)。因此，假如我們確實(shí)有所發(fā)現(xiàn)，那表示人生真的不錯(cuò)。