【未解之谜】宇宙只是幻象?!

我们的宇宙只是全息投影,一切皆是虚幻?量子纠缠出现太极图!科学和神学可以携手吗?(《未解之谜》提供)
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大家好,我是扶摇,欢迎和我一起探索未解之谜

今天要和大家来探讨一个玄妙神秘的话题──宇宙的本质。

虽然现在虚拟现实技术快速发展,不少人已经获得了虚拟环境中的真实体验,但是如果有人和您说,我们生活的这个宇宙,虽然看起来很真实,但是其实是100%的虚拟环境,我们所感受到的一切是来自另一个世界的三维投影,您会不会觉得这也太能扯了。然而这个足以令人怀疑人生的宇宙观,却获得了越来越多的物理学家的支持,大家发现,“全息宇宙论”不仅在学术上说的通,在现实中也可以找到一些论证,甚至还能解释神秘的精神世界。

那麽“全息宇宙论”到底如何描述这个宇宙,科学家们又是如何脑洞大开想到它的呢?

爱玻论战

故事还要从著名的爱因斯坦-玻尔之争开始说起。

爱因斯坦非凡的科学生涯中最大的成就之一,就是提出了相对论,告诉人们时空是统一不可分的,空间具备延展性,在物质与能量的影响下会发生弯曲和伸展。相对论完美地解释了宏观物质世界,包括宇宙天体的运行规律、黑洞的存在。

然而当来到以电子、原子这样的微粒为主角的微观世界时,物理学家们发现,相对论──这个宏观世界的万能公式不灵了。这里是量子力学主宰的世界。

量子力学的核心理论是“不确定性”,也就是说人们无法同时知道电子的位置与速度,它在微观世界里,存在许多不同的“可能性”位置,只能用概率来描述。比如,某时某刻,电子在某位置的概率为60%这样。

而且,随着研究的深入,人们在微观世界发现了越来越多的奇异现象。比如我们之前就介绍过的诡异的双缝实验,光子似乎能感受到有无观测者的存在,从而根据情况展现出粒子性或波动性。

这让相信“上帝是不会掷骰子”的爱因斯坦相当困惑。一次,爱因斯坦和美国普林斯顿高等研究院的同事派斯(Abraham Pais)一起散步时,曾经发出这样的疑问:“你真的相信,月亮只有在看着它时才真正存在吗?”

爱因斯坦就此曾经和量子力学奠基人之一尼尔斯‧玻尔(Niels Henrik David Bohr)进行过多次激烈论战,这就是被载入史册的“爱玻论战”。

1935年,爱因斯坦和波多斯基(Boris Podolsky)、罗森(Nathan Rosen)共同发表了一篇被后世称为“EPR悖论”的论文,提出量子力学的世界观并不完备。

爱因斯坦认为量子世界里所有怪异行为背后,表明有更深层次的原因还没有发现,是一个不完备的理论,某些隐变量还没有被发现。并不存在什么不确定性原理,波函数概率等。世界万物一定存在客观规律,不以人们的意志为转移的客观规律。

在论文中,爱因斯坦明确表示,除非两个粒子之间存在“幽灵般的超距作用”(spooky action in a distance),否则无法证明量子力学是完备的。

谁也没想到,47年后,人们真的发现了粒子间“幽灵般的超距作用”,那就是“量子纠缠”。

量子纠缠

1982年,巴黎大学物理学家阿兰‧阿斯佩克特(Alain Aspect)和他的团队进行了一个特别的实验,试验结果震惊全世界。他们发现,在特定的情况下,有共同来源的次原子粒子(subatomic particles),比如电子,同时向相反的方向发射后,在运动时能够彼此沟通。无论它们之间相距多远,它们似乎总是知道对方的运动方式,一方受到影响改变方向时,另一方会同时改变方向。

这个现象最诡异之处在于,这一对粒子之间的通讯联系几乎是瞬间的,这直接违反了没有任何速度能够超过光速的因果定律。因为一旦超过了光速,就等于能够实现时间倒流。

那么一对同源的粒子是如何能够以超光速沟通的呢?这真的就如爱因斯坦所预想的,是幽灵般的存在。

越来越多的科学家对这个现象产生了浓厚兴趣,为了解释量子纠缠,他们甚至提出各种脑洞大开的理论,重新解释宇宙的存在。

当代著名的量子物理学家大卫‧玻姆(David Joseph Bohm)在他所着的《整体性,全像宇宙和隐卷序理论》(Wholeness and The Implicate Order)一书中,提出了一个大胆、独特的想法:

“(量子纠缠)这意味着我们这个物质世界并不存在,虽然宇宙看起来很真实,其实它只是一个投影假象,而是一张巨大且细节丰富的‘全息投影’相片(Hologram)!”

玻姆说的是什么意思呢?要想理解这个颠覆性的概念,我们得先了解什么是“全息投影”。

全息投影

全息投影相片是靠雷射光制作出的一种三度空间立体摄影相片。首先雷射光射出经过分光镜后分为两道光,其中一道雷射光经过滤波器减少杂质带来的散射后,照射到物体上。然后第二道被称为“参考光”的雷射光经过镜面反射,与物体反射的第一道雷射光交汇,它们形成的干扰图像被记录于底片上。底片洗出后,看上去是无意义的光圈与条纹组合。但是,如果底片被另一道与参考光相同的光线照射时,参考光可以在照片上产生绕射,一个360度无死角的三维立体影像就会显现。

然而立体影像并不是全息投影唯一的特殊之处。如果把一朵玫瑰的全息投影相片分成两半,用雷射照射,大家会发现每一半相片都有整个玫瑰的影像。事实上,即使把这一半再分为两半,然后再一直分下去,每一小块底片中都会包含着一个较小的,但是完整的玫瑰影像。与我们平日见到的部分组成整体的相片不同,全息投影相片的每一小部分都包含着整体的资料。只不过相片分得越小,其影像越模糊而已。

无处不在的全息现象

全息投影这种“部分包含整体”的特点,让人们以一种全新的视角来观察宇宙。人们会发现,原来我们生活的这个世界中,很多事物都具有这样的特点!

比如说,我们将一根磁棒折成几段,每个棒段的南北极特性依然不变,每一根小磁棒都是它原来整根棒的全息缩影。

再比如,一面镜子打碎了以后,每一面小的镜片仍然能够被当成镜子使用,每一块镜子的碎片也可以看成整面镜子的全息缩影。

而最令人惊叹的例子则是我们的人体。其实我们身体里的每一个细胞都是整个身体的全息缩影。虽然不同细胞的表达不同,分为红细胞、白细胞、皮肤细胞等等,其DNA是相同的。人体的每一个细胞都包含了这个人全部的遗传信息。

玻姆的全息宇宙

我们之前提到的物理学家玻姆正是因此受到启发,才提出了“全息宇宙论”。

玻姆相信,基本粒子无论相距多远,都能够彼此保持联系,不是因为它们之间存在着某种神秘的信号联系,而是因为它们的分离根本就是一种幻象

在更深的层次里,这样的粒子并不是分离的两个单独的个体,而是某种整体在三维空间的不同投影(Projection)。现实宇宙还有更深的层次是我们没有觉察到的,那是超过我们宇宙空间的更复杂、层次更高的“超级宇宙”。从那个“超级宇宙”里观察我们的宇宙,一切事物都是相互关联的,所有的基本粒子都不是分离的“独立部分”,而是更大整体的一个小片段。

为了便于大家理解,玻姆做了一个生动的比喻。

鱼缸里的鱼

在一个长方体玻璃鱼缸中放入一条鱼,将两台摄像机对着鱼缸不同的面,比如正面和侧面,来观察同一条鱼,并分别将摄像机的画面投影在不同的荧屏上。从摄像机的画面中,人们会发现,这“两条”鱼之间有着特定的运动关系。如果其中一台摄像机中的鱼的状态改变了,另一台摄像机的鱼的的状态也立即随之改变。

玻姆表示,量子纠缠中的两个同源粒子,其实就像是两台摄像机拍摄的同一条鱼的不同画面。在我们这个空间来说,这两个粒子间没有相互接触,毫无因果关联。然而实际情况是,它们其实是一体的。

如果将我们看不见的“超级宇宙”称为“隐秩序”──隐藏起来的秩序,而我们摸得着看得到的这个宇宙称为“显秩序”──显示展现出来的秩序,那么在玻姆眼中,宇宙中的一切其实就是这两个秩序间不断隐藏和展现的结果。

举个例子,基本粒子具有波粒二象性,就是说有时会展现出粒子的特性,有时会展现出波的特性。之所以会这样是因为这两种状态都隐藏于粒子在“超级宇宙”的整体中,我们不同的观察方式决定了哪一种形态被展现,哪一种形态仍维持隐藏的状态。

时间是幻觉?

此外,我们之前介绍过,全息的另一个特点,就是局部包含整体。在玻姆的全息宇宙论中,这个特点包含着空间和时间两个方面。从空间方面来说,局部是整体的缩影。从时间方面来说,瞬间是永恒的缩影。

我们感觉一切事物都在不断向前发展的,可是这很可能只是一种虚幻的感觉,在更深层次的“超级世界”里,过去、现在和未来都是共同存在于一起的。如果我们想回到过去,或者穿越到未来,那么不用找哆啦A梦要时间机器了,只需要想办法进入超级宇宙所在的层次中去,就可以调取过去古老的影像,也可以看看已经存在于某处的未来。

哇,看到这里,大家是不是觉得玻姆这个脑洞开得实在是很大呀?

微尘中见世界

玻姆的全息宇宙论给西方主流科学界带来了震撼。因为西方科学主导的世界观认为,宇宙如同一个巨大的机器,没有意识,没有目的,宇宙可以划分成相互独立的不同组成部分,它们之间的相互作用受到时空的限制,可以通过研究个体来认识整体,整体就是个体的总和。连人体都是这样运作的,所以就有了西医“头疼医头,脚痛医脚”的治疗方式。

而玻姆却让人们意识到,宇宙是个整体,万物有着更深层的联系。这与东方古老的思想体系有着异曲同工之妙。

比如,佛经中就有“于微尘中,悉见世界”、“一粒沙中,三千大千世界”这样说法。

而中医一直认为,人体器官、组织既有不同的个别功能,又是互相联系互相构成的有机整体。《黄帝内经》中就介绍了人体反射区。人的五官、手、脚,甚至是一只耳朵都可以对应到整个人体不同的脏器。

中国古人也相信人不是一个孤立的存在,而是与大自然、宇宙相沟通的。中国传统文化中就有着“天人合一”、“天人感应”说法,认为人的行为能感应上天,而天意决定着人事。

而道家直接表示,人体就是个小宇宙。

这里给大家来个小彩蛋。前段时间,有科学家首次使用双光子数位全息术和超高精度相机,将光子的量子纠缠实时可视化。大家猜一猜,他们看到了什么?一个令人惊叹的太极图。这是上天在冥冥之中告诉人们什么吗?

这样看来,充满神秘的东方传统思想与文化之中或许存在着解开宇宙终极秘密的钥匙呢。

难怪天文学家罗伯特‧贾斯特罗(Robert Jastrow)曾发出这样的感慨:“对一个终生信靠理性力量的科学家来说,这个故事像恶梦一般完结。他业已攀沿无知之山;他即将征服最高山峰;当他翻越最后一块山石,却遇见一群神学家已经在那里坐候数世纪了。”

或许看到这里,有朋友会说,哦,全息宇宙论只是一种假想和学说,恰好符合东方哲学思想。其实还真不是这样,因为数十年来科学家们已通过数学证明全息宇宙论是说得通的,物理学界对“全息原理”也越来越感兴趣。不过因为这些论证涉及到烧脑的弦理论(String theory)、黑洞热力学(Black hole thermodynamics)等等,说起来很长,这一期已经放不下了。如果大家对此有兴趣,可以在留言区留言告诉我们,我们会在未来为大家详细介绍。

好了,未解之谜,我是扶摇,我们下期见。

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责任编辑:李梅#

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