布萊恩.克伯倫+姜德杰

現(xiàn)代宇宙學(xué)的巨大奧秘之一就是我們的宇宙為何能有如此的熱均勻——巨大的宇宙充斥著大爆炸的熱量。隨著時間的推移，它已經(jīng)冷卻到了絕對零度以上幾攝氏度，但仍然可以在被稱為宇宙微波背景的微波輻射上觀察到。無論從哪個角度觀察，這個宇宙背景的溫度基本相同，差別微乎其微。但是根據(jù)宇宙學(xué)的“冷暗物質(zhì)”模型，早期宇宙的更熱和更冷區(qū)域沒有足夠的時間使其溫度平均化。即使今天，我們也會期望宇宙背景的某些地方比其他地方更溫暖，但這不是我們觀

察到的實(shí)際情況。

這個宇宙學(xué)問題的一種解釋是早期膨脹說。如果早期可觀測宇宙極其微小，就可快速實(shí)現(xiàn)溫度均勻。然后，該宇宙迅速膨脹，形成了我們今天觀察到的宇宙。我們沒有任何直接的證據(jù)證明這個宇宙早期膨脹說，但因其可解釋多個宇宙學(xué)問題，便成為一個被廣泛支持的觀點(diǎn)。

宇宙可被視為一個具有較小維度的“表面”。

最近，一個天文學(xué)家小組研究了來自普朗克衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，其收集的數(shù)據(jù)是迄今關(guān)于宇宙背景最準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)。他們想對比天空中各大區(qū)域之間的天空波動，即低多極矩，以期得到對標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型和較為陌生的全息模型的預(yù)測。

如果你周圍的一切，從遙遠(yuǎn)的星球到你的雙手，都是全息圖會怎么樣？就像柏拉圖理想國中的洞穴一樣，我們的固體世界和三維空間僅是一個二維現(xiàn)實(shí)的陰影。從人類角度看，全息宇宙與我們期望的現(xiàn)實(shí)難以區(qū)分，但是從宇宙的尺度上看，我們或許能探測到微妙的差異。

在宇宙論的全息觀點(diǎn)中，早期膨脹是由量子場的相互作用引起的，膨脹或許會輕微改變宇宙微波背景的外表。低多極矩尤為如此，這種改變至少能在理論上證明全息原理是正確的。他們在《物理評論快報》上發(fā)表論文稱，全息模型比標(biāo)準(zhǔn)模型更符合普朗克衛(wèi)星的數(shù)據(jù)。結(jié)果雖然沒有證明宇宙是全息的，但是與全息模型相一致。

“我們的宇宙或許是全息的”這一觀點(diǎn)來自弦理論。盡管弦理論還沒有得到實(shí)驗(yàn)證明，但是其數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)有理論模型的支持。弦理論中的全息原理就是一個例證。以其最廣義的形式，全息原理認(rèn)為，要了解空間的某個特定體積內(nèi)的任何東西，都可以通過觀察包裹著該體積的表面來了解。正如全息圖可以在一片玻璃或塑料中含有三維圖像一樣，宇宙可以在一個表面內(nèi)含有其龐大的體積。

假設(shè)有一條包含起點(diǎn)線和終點(diǎn)線的16千米長的道路，這條路上的限速為每小時96千米。如果我們想知道一輛汽車是否超速，一種方法是讓該車跑完全程并測速，另一種方法是只需記錄汽車穿過起點(diǎn)線和終點(diǎn)線的時間。限速96千米/時，意味著汽車每分鐘行駛1.6千米，所以如果汽車從起點(diǎn)線跑到終點(diǎn)線的時間少于10分鐘，我們就知道汽車超速了。

如果全息原理是真的，那么我們可以從兩種途徑看待宇宙：一是把它看成空間和體積體，即我們直觀地體驗(yàn)到的那樣；一是把它看成少一個維度的“面”。這種全息二象性在數(shù)學(xué)方面是很強(qiáng)大的，因?yàn)閼?yīng)用視角不同，有些物理定律可能要容易一些。

恒星和星系間引力的不斷扯動左右著宇宙的結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)在這個時期，引力與其他力相比較弱，被描述為廣義相對論的引力場。在二象全息論中，重力被描述為可以與質(zhì)量強(qiáng)烈作用的量子場。由于計(jì)算弱相互作用比計(jì)算強(qiáng)相互作用更容易，所以現(xiàn)在廣義相對論的方法更有用。然而，在宇宙的早期，當(dāng)宇宙熱而密實(shí)的時候，相對論的引力場是很強(qiáng)的，因此全息觀點(diǎn)的量子場可能更容易處理。

標(biāo)準(zhǔn)模型和全息模型可解釋早期膨脹這一事實(shí)支持我們的宇宙適應(yīng)于全息原理這一觀點(diǎn)。宇宙膨脹仍然是個謎，但是通過把宇宙看作是全息的，我們或許能解開這個謎。