原创《现实都是幻觉？实验能证明》
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孔诗槐/文
神秘的房间
想象一个装满图书的房间,然后再想象所有的图书都突然消失在空气之中.那么,它们所含有的信息都消失了,对吧？但是,这个房间是不寻常的.房间里包含的所有信息都编码在墙上、地板上以及天花板上.尽管这些图书都消失了,但是你仍然可以通过观察房间这些表面上的编码信息,来了解这些图书的所有细节.想知道房间里还发生了什么？去问墙纸.谁是凶手？去请教地毯.你感觉这个房间很怪异吧.
但如果你仔细想想,事情会更加怪异.如果所有的图书都消失了,而它们所包含的信息却没有消失,那么这些图书是否真的存在过？或者,它们不过是来自墙、地板和天花板上的信息的投影？这听起来与全息图类似.全息图可以产生三维立体视角,但是所有的信息都编码在一个二维的平面上——信息都是同一种,但是以不同的形式体现出来的.
令人惊奇的是,有越来越多的证据表明我们的宇宙可能就像上面那个想象中的房间.也就是说,我们看见的一切,可能只是编码在遥远边界上信息的一个全息投影.
来自黑洞的启示
就像宇宙中许多其它谜团一样,这里的故事也是从黑洞开始的.
当一个大质量恒星死亡之后,就会形成一个黑洞.在恒星生命的最后阶段,恒星内致密的铁核发生坍缩,在空间中“撕裂”出一个洞,而附近的物质不可避免地陷落其中.20世纪70年代,英国物理学家霍金发现黑洞会辐射并损失质量,最终会蒸发得一干二净.广义相对论认为黑洞的所有性质——包括辐射出来的粒子——都与掉进它内部的物质无关,所以说辐射不携带任何与它内部物质有关的信息.当黑洞蒸发殆尽之后,黑洞里的任何信息也就永远消失了.这个发现被称之为“黑洞信息悖论”.但许多物理学家都无法接受这个结果,原因在于它违背了量子力学的基本原理相违背——量子力学认为信息是不可摧毁的.
想象你把一本书的某一页撕下来并烧掉,但这页纸上的信息并不会被摧毁掉.尽管在实际中很难做到,但是从理论上来说,你可以把所有的灰烬收集起来,就可重新找回写在这页纸上的信息.这是因为对于物理学家来说,原来的信息是不可能从宇宙中消失的,这里始终存在着一种能把系统当前的状态恢复为以前状态的办法.而霍金得到的关于黑洞的初步结论,是掉进黑洞里的信息会被摧毁——辐射不携带任何有价值的信息,所以没有办法恢复到以前的状态.
之后,物理学家们找到了一种挽救信息的方法.就像那个房间一样,他们发现有关黑洞内所有物体的信息副本,已编码到了黑洞二维的事件视界上.事件视界就是黑洞的表面,有去无回的边界.物理学家们把这种观点称之为全息原理.然而,这个观点仍有些问题,物理学家们仍在努力地搞清楚每个细节.
现实只是幻觉？
如果黑洞内每一个三维物体的信息都可以编码到黑洞的二维事件视界上,那么这种原理是否能应用到整个宇宙？也许,我们所体验到的三维存在,不过是来自二维表面上信息的投影,就像那些图书不过是房间的墙、地板和天花板上信息的投影一样.
许多物理学家认为,这个大胆的观点可能会指引出一个成功的量子引力论.
量子引力论就是能把广义相对论和量子力学结合起来的理论,它即可描述大尺度下的时空,也可描述小尺度下的时空——可描述整个宇宙内的一切.但问题是,广义相对论和量子力学很难结合在一起.经过几十年来,物理学家们找到了一种量子引力论的候选——弦理论.弦理论认为基本粒子事实上都是很小的振动着的弦.就像以不同种方式拨动琴弦会产生不同的声音,这些弦以不同的形式振动会变成维不同的粒子.问题是这个理论要想成立,我们的宇宙空间维度不能只是三维,而是要有更多的维度.为了解决这个问题,通常认为这些额外的维度蜷缩在很小很小的空间里.
但是在1997年,阿根廷物理学家胡安·马尔达西那做出了一个突破.他借助于全息原理,认为弦理论的复杂世界可能是更为简单的现实的投影,如果弦理论是全息图,那么我们应该去寻找低维度上等价的科学理论——寻找墙壁而不是图书.然后,与其为了得到量子引力而引入看不见的额外维,我们还不如去接受我们体验到的一个维度不过是一个幻觉.
因此,胡安·马尔达西那大胆指出,我们生活在一个巨大的全息图里,我们所看到的周围的一切只是二维表面的一个投影,他甚至用方程式证明了这个全息图的存在.2013年,日本的物理学家通过计算再次证明了这个全息图的存在.
用实验来验证
但是,惊人的理论需要有强有力的证据.
现在,美国费米实验室正进行了一个名为“Holometer”的实验,以此来对全息原理的一个预测进行检测.这个预测是,如果宇宙可以只用量子理论来解释,那么所有你通常接触到的物理规律不仅可以适用于粒子,也可以适用于空间本身.根据量子理论中的不确定性原理,你永远无法确定一个粒子准确的位置,你只能知道某个地方它出现的概率.而全息原理认为,这些物理规律都可应用到空间本身,那么在最小的尺度下,空间本身会变得模糊不清.这如同你不断放大电脑屏幕上的图片时,最终会看到一个个像素,在这个尺度下,图片已经变得模糊不清了.
Holometer实验就是来检测这个预测的.Holometer设备包括一对彼此紧靠的干涉仪.每个干涉仪射出的一束1千瓦的激光,穿过分光镜分为两束,然后射向两个互成直角的4 0米的探臂.两束激光会被反射回来,经过分光镜后再合二为一.如果两束激光空间本身能以完全相同的时间往返于探臂,那么重组后的激光与原来的是一样的.如果一束激光延误了一些时间,那么两束激光就无法完美地合并在一起.
全息原理认为,量子的不确定性会使得空间发生抖动,而这种抖动会对激光束产生10 ~25秒的延迟.Holometer实验希望就能检测到这种延迟.不过在不久前,实验已以进行了140个小时的实验,没有发现空间的抖动.费米实验室的研究人员认为他们的实验可是排除了一种空间模糊的方式.他们重新调整了实验设备,准备继续寻找其他版本的空间抖动.
对于我们周围的一切是否只是幻觉,科学家仍在争辩着.如果哪天类似Holometer的实验获得了成功,那么我们也许得重估我们所知道的一切.
实验论文参考资料：
此文结论：上文是一篇关于对不知道怎么写幻觉和现实都是幻觉和证明论文范文课题研究的大学硕士、实验本科毕业论文实验论文开题报告范文和文献综述及职称论文的作为参考文献资料。
