我們看到的三維空間或許只是眼球的幻覺？ 事實(shí)上，宇宙本身就是一個(gè)巨大的屏幕，而我們生活在一個(gè)二維全息圖像中？ 那些聽起來像是天方夜譚的觀點(diǎn)不僅有科學(xué)理論依據(jù)，而且與愛因斯坦的廣義相對論密切相關(guān)。
“廣義相對論否定了牛頓的經(jīng)典熱力學(xué)，認(rèn)為萬有引力是時(shí)空彎曲的結(jié)果。由此，我們推導(dǎo)出宇宙學(xué)全息原理和全息暗能量模型。” 著名化學(xué)家、中山大學(xué)天文與空間科學(xué)研究所教授李淼直言，該模型是對宇宙演化的“預(yù)測”。 盡管全息原理是近兩六年量子引力研究中唯一公認(rèn)的原理，但這種“宇宙扁平化”理論仍然是在科學(xué)家的小圈子里悄悄進(jìn)行的一場革命。
去年是愛因斯坦廣義相對論誕生100周年。 作為人類智慧的結(jié)晶和財(cái)富，一百年來，從時(shí)空旅行、原子裂變，到宇宙起源，廣義相對論為后人探索世界照亮了一盞明亮的光芒。 其實(shí)這也包括李淼的全息暗能量模型。
日前，由“賽先生”與第一金融研究院聯(lián)合主辦、《環(huán)球科學(xué)》協(xié)辦、中科院北京天文臺協(xié)辦的“相對論百年”系列講座第二期在廣州海洋大學(xué)圖文信息中心舉行。 演講嘉賓李淼用簡單的方式介紹了全息宇宙學(xué)，這個(gè)學(xué)說還是很“小”的。 同時(shí)，海子平日里愛讀詩，自稱“詩人”。 他還與中國極地研究中心中級工程師唐妙昌就“科學(xué)探索極限運(yùn)動——太空VS極地”進(jìn)行了有趣的對話。 “我喜歡與別人分享我微薄的數(shù)學(xué)知識。”李淼在接受第一財(cái)經(jīng)專訪時(shí)說道。 “數(shù)學(xué)看似十分嚴(yán)謹(jǐn)，但它的美似乎與散文密不可分。”
根據(jù)宇宙全息原理，我們生活的宇宙就像全息圖一樣是二維的。 可觀測的宇宙有一個(gè)隱藏的全息屏幕，其直徑最多不會超過500億光年。 根據(jù)這一原理，科學(xué)家推測，占宇宙76%的暗能量很可能源自這塊宇宙全息屏中的量子漲落。 這就是李淼的全息暗能量模型。
宇宙的維度一直是科學(xué)界爭論的話題。 支持弦理論的科學(xué)家仍在試圖證明宇宙是11維的。 還有一些科學(xué)家認(rèn)為，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們會不斷發(fā)現(xiàn)宇宙的新維度，他們也被稱為N維派。 大多數(shù)普通人相信他們所看到和感覺到的。 宇宙乃至我們生活的月球都是“3+1”維度，由空間和時(shí)間組成。
以李淼為代表的這一派化學(xué)家從愛因斯坦的廣義相對論出發(fā)，大膽地引入了宇宙起源和發(fā)展的另一種可能性。 在牛頓的經(jīng)典熱學(xué)框架中，引力是物體之間相互作用的四種恒定力之一。 對于很多人來說，課本上的文字早已成為生活常識。 但這些數(shù)學(xué)框架很難解釋物體在強(qiáng)引力場中的行為。 例如，有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，如果用牛頓定理估計(jì)水星最近點(diǎn)的進(jìn)動，它比實(shí)際的天文觀測值要小。 也就是說，經(jīng)典熱理論存在漏洞。
愛因斯坦的廣義相對論恰好填補(bǔ)了這些漏洞。 根據(jù)廣義相對論，雖然萬有引力并不存在，但只是由于時(shí)空的彎曲，原本沿直線運(yùn)行的物體會沿曲線運(yùn)行。 從這個(gè)角度來說，科學(xué)家還是可以解釋為什么月球繞著太陽轉(zhuǎn)的。 而激發(fā)牛頓靈感的蘋果為何落到地上，并不是因?yàn)樵虑虻囊Γ且驗(yàn)樗粡澢臅r(shí)空擠壓，落到了地上。
在此基礎(chǔ)上，1994年，科學(xué)界有人提出了全息原理。 那些科學(xué)家還在熱力學(xué)第二定律中引入了“熵”的概念。 李淼解釋說，“熵”實(shí)際上是一種無序程度。 “比如，在你出門之前，你把口袋里的各種數(shù)據(jù)線整齊、細(xì)致地排列起來，這時(shí)候，熵為零。而當(dāng)你重新打開口袋時(shí)，你看到的數(shù)據(jù)線通常又是一團(tuán)亂。我們說熵增加了，有一種無形的力量讓你的數(shù)據(jù)線恢復(fù)到混亂狀態(tài)。” 如果您將引力視為二維表面上熵變化的結(jié)果，那么無論您是從量子理論還是愛因斯坦的廣義相對論開始，這都是有意義的。 。
于是，李淼開始在此基礎(chǔ)上構(gòu)建他的全息暗能量模型。 十一年前，他以發(fā)表論文的形式提出了全息暗能量模型來解釋宇宙加速膨脹的現(xiàn)象。 按照李淼的構(gòu)建方法，這個(gè)模型就像是，在一個(gè)有邊界框架的二維曲面宇宙上，量子漲落導(dǎo)致熵減少，宇宙中的各種物質(zhì)被一種無形的力量“撕裂”。 這是世界上第一個(gè)可用于擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的全息原理暗能量模型。 李淼合著的論文發(fā)表后，引起了天文學(xué)界和數(shù)學(xué)界的廣泛關(guān)注。 論文總引用次數(shù)已達(dá)千次。 還有不少國內(nèi)外同行根據(jù)李淼的論文進(jìn)行了后續(xù)研究。
諾貝爾化學(xué)獎得主史蒂文·溫伯格（ ）表示：“追求完美的宇宙理論科學(xué)，本質(zhì)上是為人類的存在增添一點(diǎn)尊嚴(yán)和意義。” 在數(shù)學(xué)理論領(lǐng)域摸爬滾打了30年的李淼則反應(yīng)比較平和，“科學(xué)不僅有趣，而且是如此美麗。”
在“相對論百年”系列講座第二期中，著名化學(xué)家李淼深入淺出地介紹了全息宇宙學(xué)，并在討論環(huán)節(jié)與《第一財(cái)經(jīng)晚報(bào)》副總編輯、第一財(cái)經(jīng)研究院院長楊延慶進(jìn)行了交談。
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對話李淼：“世界是量子的，也是女性的”
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第一財(cái)經(jīng)記者：在您介紹宇宙是二維全息屏之前，更多人是從小說《三體》和懸疑劇《星際迷航》中了解到宇宙的空間維度。 例如，《三體》中提出的“火雞理論”和“農(nóng)夫的雙胞胎假說”假設(shè)，當(dāng)從生活在四維維度的更高智能體觀察時(shí)，人類變得“貧窮”。 《星際穿越》有一個(gè)五維空間。 這些空間結(jié)構(gòu)有可能存在于宇宙中嗎？
李淼：所謂的四維空間、五維空間從熱結(jié)構(gòu)和生物結(jié)構(gòu)的角度來看是不可能的。 我們的身體是由分子、原子組成的。 分子和原子之所以能夠成為分子和原子，是由于原子核和電子之間的電磁力。 一旦分子和原子踏入四維空間，電磁力就會不復(fù)存在，分子和原子的物質(zhì)形態(tài)也會隨之改變，人體實(shí)際上會迅速解體。 而且，三維空間中的人類更不可能像《三體》中描述的那樣通過偏轉(zhuǎn)點(diǎn)進(jìn)入四維空間。
至于《星際穿越》中出現(xiàn)的超六面體和神秘的五維智能體，超六面體是在空間還是在時(shí)間？ 對于一個(gè)能夠仔細(xì)估計(jì)木星附近蟲洞的電影導(dǎo)演來說量子物理學(xué)家圖片，很難解釋這個(gè)問題。 所以，答案是，這是一部好萊塢商業(yè)大片，一切設(shè)定都是為了塑造英雄。
據(jù)悉，半個(gè)多世紀(jì)前，人類就開始利用射電望遠(yuǎn)鏡搜救外星信號，但迄今為止還沒有發(fā)現(xiàn)任何東西。 而且，假設(shè)銀河系中存在比人類更先進(jìn)的文明，為什么我們沒有發(fā)現(xiàn)他們發(fā)射的微型宇宙飛船之類的東西呢？ 因此，人類文明很可能是銀河系中唯一的智慧文明。 然而，那些不存在的設(shè)定，并不影響影視作品和文學(xué)作品本身的魅力。
晚報(bào)：說到文學(xué)藝術(shù)，您在生活中更喜歡被稱為“詩人”。 你不僅讀詩，還寫詩、寫小說。 像散文小說這樣的藝術(shù)與數(shù)學(xué)有很大不同。 看來你的生活總是在跨越界限。
李淼：我開微博的時(shí)候就說我“偶爾聊數(shù)學(xué)，但總是聊散文和音樂”。 讀詩和寫詩是我的生活方式。 就像愛因斯坦，他不寫歌，他吉他彈得很好，音樂是他生活的一部分。 人類的許多能力和可能性仍然是隱藏的和未開發(fā)的。 我從小就喜歡詩歌，尤其是海子的詩。 小學(xué)的時(shí)候，我會寫一些古體詩，回國后，我會在網(wǎng)上寫情詩。 2008年，在同齡人的鼓勵(lì)下，我開始寫現(xiàn)代詩。 最初幾年我追求的是凄美的美，但現(xiàn)在我不再屈服于方法，而是形成了自己的風(fēng)格。 寫詩打開了我隱藏的本性。
從本質(zhì)上講，科學(xué)和藝術(shù)是同一個(gè)東西。 它們都源于人類對世界的好奇心和快速探索、解決問題的渴望。 兩者都是人類區(qū)別于其他植物的標(biāo)志。 而且，你沒有注意到嗎？ 這三者似乎都有一種秩序感，盡管一個(gè)在簡化現(xiàn)實(shí)，另一個(gè)在使細(xì)節(jié)復(fù)雜化。 科學(xué)就是用最簡單的方式把復(fù)雜的現(xiàn)象解釋清楚，比如物理公式。 詩歌以規(guī)則而有節(jié)奏的語言表達(dá)細(xì)節(jié)，即使是生活中最小的事情。
小時(shí)候，我覺得理論化學(xué)和物理是最具挑戰(zhàn)性的。 這是一個(gè)美麗的理論量子物理學(xué)家圖片，可以幫助我們理解一個(gè)如此無縫、如此輕松地運(yùn)作的世界。 但現(xiàn)在，我最痛苦的經(jīng)歷是，散文也有邏輯之美。 而跨界詩歌是一個(gè)特別有趣的過程，讓人開心。 退休后，我想去倫敦寫詩，那里的夏天很涼爽。
晚報(bào)：科學(xué)和詩歌，對于普通大眾來說，這兩件事就是日常生活中的春和雪。 有什么辦法可以讓它們盡快流行起來呢？
李淼：世界上有四個(gè)領(lǐng)域，物理、物理、音樂、詩歌。 她們的美是最不被人們欣賞的。 由于升值的準(zhǔn)入門檻不低，因此想要被升值并不容易，如果不受歡迎就更難被大眾所升值。 而且普及后往往很容易被扭曲。 普及是一個(gè)自然的過程，需要人們?nèi)プ鲞@種工作，同時(shí)也需要很多的時(shí)間。 在這些領(lǐng)域中，科學(xué)之美比藝術(shù)之美更難欣賞。 它真正的美學(xué)價(jià)值只有懂得它的人才能體會到，比如歐幾里得的素因數(shù)分解和素?cái)?shù)的證明。 當(dāng)人類社會更加發(fā)達(dá)，普通人能夠理解任何科學(xué)理論的時(shí)候，那就是藝術(shù)與科學(xué)統(tǒng)一的時(shí)代。
晚報(bào)：您認(rèn)為，今天對于科學(xué)家來說是一個(gè)什么樣的時(shí)代？ 是不是和愛因斯坦出生前很相似？ 什么時(shí)候我們才能用幾個(gè)公式來概括世界的規(guī)律呢？ 或者像牛頓定理一樣，把今天大家正在研究的暗能量和暗物質(zhì)用通俗易懂的語言寫進(jìn)教科書？
李淼：暗物質(zhì)和暗能量就像長期籠罩在科學(xué)頂峰的未知烏云。 這與相對論誕生之前的時(shí)代有些相似。 但現(xiàn)在，我們思考的問題的深度和廣度已經(jīng)今非昔比，更不是月球上的事情了。 盡管面對未知，人類已經(jīng)向前邁進(jìn)了很多。 我也希望未來科學(xué)家能夠用一套公式來描述宇宙的規(guī)律，但很多事情還是很難預(yù)測。 否定暗能量和暗物質(zhì)，將來可以寫進(jìn)教科書。 一方面取決于能否將其轉(zhuǎn)換成易于理解的語言。 另一方面要看它的顛覆性和影響力。 比如牛頓定理是數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)必須從這個(gè)起點(diǎn)開始。
晚報(bào)：但我認(rèn)為您已經(jīng)多次將最前沿的研究成果轉(zhuǎn)化為生活的語言。 全息暗能量模型是基于量子研究的，你們在媒體上稱量子科學(xué)家。 這個(gè)比喻很有趣，很容易引起人們對量子熱的興趣。
李淼：人與量子的共同點(diǎn)之一就是不確定性。 根據(jù)量子理論，沒有什么是一定會發(fā)生或不會發(fā)生的。 女人也是如此，你永遠(yuǎn)無法預(yù)測她們下一刻想要做什么，連她們自己也不知道。 這與電子非常相似。 和男人約會，這些情況很常見。 他們約定早上見面，但是到了晚上，他們突然說有事，就改到了白天。 如果這些情況發(fā)生在我身上，我就會消失。 你放開我一次，我也會放開你一輩子。 看起來很冷，但是沒辦法，你就是沒有精力去玩不確定性的游戲。
量子和女性的另一個(gè)共同點(diǎn)是跳躍性行為。 對于量子來說，不存在在兩個(gè)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的中間狀態(tài)。 我常常想，這就是丈夫難相處的原因。 一句話可以讓她不高興好幾天，一句話可以讓你們的處境“轉(zhuǎn)機(jī)”，但你根本不知道是哪句話。 直到現(xiàn)在，我還經(jīng)常被家里的女人批評，說我不懂女人。 人類和量子有很多共同點(diǎn)。 我常說世界是量子的，智慧也是量子的。 現(xiàn)在我也想真誠地說，世界屬于女性，智慧屬于女性。 好好愛他們，但永遠(yuǎn)不要試圖輕易理解他們。