【未解之謎】宇宙只是幻象?!

大家好,我是扶搖,歡迎和我一起探索未解之謎

今天要和大家來探討一個玄妙神祕的話題──宇宙的本質。

雖然現在虛擬現實技術快速發展,不少人已經獲得了虛擬環境中的真實體驗,但是如果有人和您說,我們生活的這個宇宙,雖然看起來很真實,但是其實是100%的虛擬環境,我們所感受到的一切是來自另一個世界的三維投影,您會不會覺得這也太能扯了。然而這個足以令人懷疑人生的宇宙觀,卻獲得了越來越多的物理學家的支持,大家發現,「全息宇宙論」不僅在學術上說的通,在現實中也可以找到一些論證,甚至還能解釋神祕的精神世界。

那麽「全息宇宙論」到底如何描述這個宇宙,科學家們又是如何腦洞大開想到它的呢?

愛玻論戰

故事還要從著名的愛因斯坦-玻爾之爭開始說起。

愛因斯坦非凡的科學生涯中最大的成就之一,就是提出了相對論,告訴人們時空是統一不可分的,空間具備延展性,在物質與能量的影響下會發生彎曲和伸展。相對論完美地解釋了宏觀物質世界,包括宇宙天體的運行規律、黑洞的存在。

然而當來到以電子、原子這樣的微粒為主角的微觀世界時,物理學家們發現,相對論──這個宏觀世界的萬能公式不靈了。這裡是量子力學主宰的世界。

量子力學的核心理論是「不確定性」,也就是說人們無法同時知道電子的位置與速度,它在微觀世界裡,存在許多不同的「可能性」位置,只能用概率來描述。比如,某時某刻,電子在某位置的概率為60%這樣。

而且,隨著研究的深入,人們在微觀世界發現了越來越多的奇異現象。比如我們之前就介紹過的詭異的雙縫實驗,光子似乎能感受到有無觀測者的存在,從而根據情況展現出粒子性或波動性。

這讓相信「上帝是不會擲骰子」的愛因斯坦相當困惑。一次,愛因斯坦和美國普林斯頓高等研究院的同事派斯(Abraham Pais)一起散步時,曾經發出這樣的疑問:「你真的相信,月亮只有在看著它時才真正存在嗎?」

愛因斯坦就此曾經和量子力學奠基人之一尼爾斯‧玻爾(Niels Henrik David Bohr)進行過多次激烈論戰,這就是被載入史冊的「愛玻論戰」。

1935年,愛因斯坦和波多斯基(Boris Podolsky)、羅森(Nathan Rosen)共同發表了一篇被後世稱為「EPR悖論」的論文,提出量子力學的世界觀並不完備。

愛因斯坦認為量子世界裡所有怪異行為背後,表明有更深層次的原因還沒有發現,是一個不完備的理論,某些隱變量還沒有被發現。並不存在什麼不確定性原理,波函數概率等。世界萬物一定存在客觀規律,不以人們的意志為轉移的客觀規律。

在論文中,愛因斯坦明確表示,除非兩個粒子之間存在「幽靈般的超距作用」(spooky action in a distance),否則無法證明量子力學是完備的。

誰也沒想到,47年後,人們真的發現了粒子間「幽靈般的超距作用」,那就是「量子糾纏」。

量子糾纏

1982年,巴黎大學物理學家阿蘭‧阿斯佩克特(Alain Aspect)和他的團隊進行了一個特別的實驗,試驗結果震驚全世界。他們發現,在特定的情況下,有共同來源的次原子粒子(subatomic particles),比如電子,同時向相反的方向發射後,在運動時能夠彼此溝通。無論它們之間相距多遠,它們似乎總是知道對方的運動方式,一方受到影響改變方向時,另一方會同時改變方向。

這個現象最詭異之處在於,這一對粒子之間的通訊聯繫幾乎是瞬間的,這直接違反了沒有任何速度能夠超過光速的因果定律。因為一旦超過了光速,就等於能夠實現時間倒流。

那麼一對同源的粒子是如何能夠以超光速溝通的呢?這真的就如愛因斯坦所預想的,是幽靈般的存在。

越來越多的科學家對這個現象產生了濃厚興趣,為了解釋量子糾纏,他們甚至提出各種腦洞大開的理論,重新解釋宇宙的存在。

當代著名的量子物理學家大衛‧玻姆(David Joseph Bohm)在他所著的《整體性,全像宇宙和隱卷序理論》(Wholeness and The Implicate Order)一書中,提出了一個大膽、獨特的想法:

「(量子糾纏)這意味著我們這個物質世界並不存在,雖然宇宙看起來很真實,其實它只是一個投影假象,而是一張巨大且細節豐富的『全息投影』相片(Hologram)!」

玻姆說的是什麼意思呢?要想理解這個顛覆性的概念,我們得先了解什麼是「全息投影」。

全息投影

全息投影相片是靠雷射光製作出的一種三度空間立體攝影相片。首先雷射光射出經過分光鏡後分為兩道光,其中一道雷射光經過濾波器減少雜質帶來的散射後,照射到物體上。然後第二道被稱為「參考光」的雷射光經過鏡面反射,與物體反射的第一道雷射光交匯,它們形成的干擾圖像被記錄於底片上。底片洗出後,看上去是無意義的光圈與條紋組合。但是,如果底片被另一道與參考光相同的光線照射時,參考光可以在照片上產生繞射,一個360度無死角的三維立體影像就會顯現。

然而立體影像並不是全息投影唯一的特殊之處。如果把一朵玫瑰的全息投影相片分成兩半,用雷射照射,大家會發現每一半相片都有整個玫瑰的影像。事實上,即使把這一半再分為兩半,然後再一直分下去,每一小塊底片中都會包含著一個較小的,但是完整的玫瑰影像。與我們平日見到的部分組成整體的相片不同,全息投影相片的每一小部分都包含著整體的資料。只不過相片分得越小,其影像越模糊而已。

無處不在的全息現象

全息投影這種「部分包含整體」的特點,讓人們以一種全新的視角來觀察宇宙。人們會發現,原來我們生活的這個世界中,很多事物都具有這樣的特點!

比如說,我們將一根磁棒折成幾段,每個棒段的南北極特性依然不變,每一根小磁棒都是它原來整根棒的全息縮影。

再比如,一面鏡子打碎了以後,每一面小的鏡片仍然能夠被當成鏡子使用,每一塊鏡子的碎片也可以看成整面鏡子的全息縮影。

而最令人驚歎的例子則是我們的人體。其實我們身體裡的每一個細胞都是整個身體的全息縮影。雖然不同細胞的表達不同,分為紅細胞、白細胞、皮膚細胞等等,其DNA是相同的。人體的每一個細胞都包含了這個人全部的遺傳信息。

玻姆的全息宇宙

我們之前提到的物理學家玻姆正是因此受到啟發,才提出了「全息宇宙論」。

玻姆相信,基本粒子無論相距多遠,都能夠彼此保持聯繫,不是因為它們之間存在著某種神祕的信號聯繫,而是因為它們的分離根本就是一種幻象

在更深的層次裡,這樣的粒子並不是分離的兩個單獨的個體,而是某種整體在三維空間的不同投影(Projection)。現實宇宙還有更深的層次是我們沒有覺察到的,那是超過我們宇宙空間的更複雜、層次更高的「超級宇宙」。從那個「超級宇宙」裡觀察我們的宇宙,一切事物都是相互關聯的,所有的基本粒子都不是分離的「獨立部分」,而是更大整體的一個小片段。

為了便於大家理解,玻姆做了一個生動的比喻。

魚缸裡的魚

在一個長方體玻璃魚缸中放入一條魚,將兩台攝像機對著魚缸不同的面,比如正面和側面,來觀察同一條魚,並分別將攝像機的畫面投影在不同的熒屏上。從攝像機的畫面中,人們會發現,這「兩條」魚之間有著特定的運動關係。如果其中一台攝像機中的魚的狀態改變了,另一台攝像機的魚的的狀態也立即隨之改變。

玻姆表示,量子糾纏中的兩個同源粒子,其實就像是兩台攝像機拍攝的同一條魚的不同畫面。在我們這個空間來說,這兩個粒子間沒有相互接觸,毫無因果關聯。然而實際情況是,它們其實是一體的。

如果將我們看不見的「超級宇宙」稱為「隱秩序」──隱藏起來的秩序,而我們摸得著看得到的這個宇宙稱為「顯秩序」──顯示展現出來的秩序,那麼在玻姆眼中,宇宙中的一切其實就是這兩個秩序間不斷隱藏和展現的結果。

舉個例子,基本粒子具有波粒二象性,就是說有時會展現出粒子的特性,有時會展現出波的特性。之所以會這樣是因為這兩種狀態都隱藏於粒子在「超級宇宙」的整體中,我們不同的觀察方式決定了哪一種形態被展現,哪一種形態仍維持隱藏的狀態。

時間是幻覺?

此外,我們之前介紹過,全息的另一個特點,就是局部包含整體。在玻姆的全息宇宙論中,這個特點包含著空間和時間兩個方面。從空間方面來說,局部是整體的縮影。從時間方面來說,瞬間是永恆的縮影。

我們感覺一切事物都在不斷向前發展的,可是這很可能只是一種虛幻的感覺,在更深層次的「超級世界」裡,過去、現在和未來都是共同存在於一起的。如果我們想回到過去,或者穿越到未來,那麼不用找哆啦A夢要時間機器了,只需要想辦法進入超級宇宙所在的層次中去,就可以調取過去古老的影像,也可以看看已經存在於某處的未來。

哇,看到這裡,大家是不是覺得玻姆這個腦洞開得實在是很大呀?

微塵中見世界

玻姆的全息宇宙論給西方主流科學界帶來了震撼。因為西方科學主導的世界觀認為,宇宙如同一個巨大的機器,沒有意識,沒有目的,宇宙可以劃分成相互獨立的不同組成部分,它們之間的相互作用受到時空的限制,可以通過研究個體來認識整體,整體就是個體的總和。連人體都是這樣運作的,所以就有了西醫「頭疼醫頭,腳痛醫腳」的治療方式。

而玻姆卻讓人們意識到,宇宙是個整體,萬物有著更深層的聯繫。這與東方古老的思想體系有著異曲同工之妙。

比如,佛經中就有「於微塵中,悉見世界」、「一粒沙中,三千大千世界」這樣說法。

而中醫一直認為,人體器官、組織既有不同的個別功能,又是互相聯繫互相構成的有機整體。《黃帝內經》中就介紹了人體反射區。人的五官、手、腳,甚至是一隻耳朵都可以對應到整個人體不同的臟器。

中國古人也相信人不是一個孤立的存在,而是與大自然、宇宙相溝通的。中國傳統文化中就有著「天人合一」、「天人感應」說法,認為人的行為能感應上天,而天意決定著人事。

而道家直接表示,人體就是個小宇宙。

這裡給大家來個小彩蛋。前段時間,有科學家首次使用雙光子數位全息術和超高精度相機,將光子的量子糾纏實時可視化。大家猜一猜,他們看到了什麼?一個令人驚歎的太極圖。這是上天在冥冥之中告訴人們什麼嗎?

這樣看來,充滿神祕的東方傳統思想與文化之中或許存在著解開宇宙終極祕密的鑰匙呢。

難怪天文學家羅伯特‧賈斯特羅(Robert Jastrow)曾發出這樣的感慨:「對一個終生信靠理性力量的科學家來說,這個故事像惡夢一般完結。他業已攀沿無知之山;他即將征服最高山峰;當他翻越最後一塊山石,卻遇見一群神學家已經在那裡坐候數世紀了。」

或許看到這裡,有朋友會說,哦,全息宇宙論只是一種假想和學說,恰好符合東方哲學思想。其實還真不是這樣,因為數十年來科學家們已通過數學證明全息宇宙論是說得通的,物理學界對「全息原理」也越來越感興趣。不過因為這些論證涉及到燒腦的弦理論(String theory)、黑洞熱力學(Black hole thermodynamics)等等,說起來很長,這一期已經放不下了。如果大家對此有興趣,可以在留言區留言告訴我們,我們會在未來為大家詳細介紹。

好了,未解之謎,我是扶搖,我們下期見。

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《未解之謎》節目組製作

責任編輯:李梅#

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