宇宙全息论的新证据

布莱恩.克伯伦+姜德杰

现代宇宙学的巨大奥秘之一就是我们的宇宙为何能有如此的热均匀——巨大的宇宙充斥着大爆炸的热量。随着时间的推移，它已经冷却到了绝对零度以上几摄氏度，但仍然可以在被称为宇宙微波背景的微波辐射上观察到。无论从哪个角度观察，这个宇宙背景的温度基本相同，差别微乎其微。但是根据宇宙学的“冷暗物质”模型，早期宇宙的更热和更冷区域没有足够的时间使其温度平均化。即使今天，我们也会期望宇宙背景的某些地方比其他地方更温暖，但这不是我们观

察到的實际情况。

这个宇宙学问题的一种解释是早期膨胀说。如果早期可观测宇宙极其微小，就可快速实现温度均匀。然后，该宇宙迅速膨胀，形成了我们今天观察到的宇宙。我们没有任何直接的证据证明这个宇宙早期膨胀说，但因其可解释多个宇宙学问题，便成为一个被广泛支持的观点。

宇宙可被视为一个具有较小维度的“表面”。

最近，一个天文学家小组研究了来自普朗克卫星的数据，其收集的数据是迄今关于宇宙背景最准确的测量数据。他们想对比天空中各大区域之间的天空波动，即低多极矩，以期得到对标准宇宙模型和较为陌生的全息模型的预测。

如果你周围的一切，从遥远的星球到你的双手，都是全息图会怎么样？就像柏拉图理想国中的洞穴一样，我们的固体世界和三维空间仅是一个二维现实的阴影。从人类角度看，全息宇宙与我们期望的现实难以区分，但是从宇宙的尺度上看，我们或许能探测到微妙的差异。

在宇宙论的全息观点中，早期膨胀是由量子场的相互作用引起的，膨胀或许会轻微改变宇宙微波背景的外表。低多极矩尤为如此，这种改变至少能在理论上证明全息原理是正确的。他们在《物理评论快报》上发表论文称，全息模型比标准模型更符合普朗克卫星的数据。结果虽然没有证明宇宙是全息的，但是与全息模型相一致。

“我们的宇宙或许是全息的”这一观点来自弦理论。尽管弦理论还没有得到实验证明，但是其数学结构有理论模型的支持。弦理论中的全息原理就是一个例证。以其最广义的形式，全息原理认为，要了解空间的某个特定体积内的任何东西，都可以通过观察包裹着该体积的表面来了解。正如全息图可以在一片玻璃或塑料中含有三维图像一样，宇宙可以在一个表面内含有其庞大的体积。

假设有一条包含起点线和终点线的16千米长的道路，这条路上的限速为每小时96千米。如果我们想知道一辆汽车是否超速，一种方法是让该车跑完全程并测速，另一种方法是只需记录汽车穿过起点线和终点线的时间。限速96千米/时，意味着汽车每分钟行驶1.6千米，所以如果汽车从起点线跑到终点线的时间少于10分钟，我们就知道汽车超速了。

如果全息原理是真的，那么我们可以从两种途径看待宇宙：一是把它看成空间和体积体，即我们直观地体验到的那样；一是把它看成少一个维度的“面”。这种全息二象性在数学方面是很强大的，因为应用视角不同，有些物理定律可能要容易一些。

恒星和星系间引力的不断扯动左右着宇宙的结构。在现在这个时期，引力与其他力相比较弱，被描述为广义相对论的引力场。在二象全息论中，重力被描述为可以与质量强烈作用的量子场。由于计算弱相互作用比计算强相互作用更容易，所以现在广义相对论的方法更有用。然而，在宇宙的早期，当宇宙热而密实的时候，相对论的引力场是很强的，因此全息观点的量子场可能更容易处理。

标准模型和全息模型可解释早期膨胀这一事实支持我们的宇宙适应于全息原理这一观点。宇宙膨胀仍然是个谜，但是通过把宇宙看作是全息的，我们或许能解开这个谜。