宇宙無限論

最新 05-08

無邊界宇宙理論。霍金在80年代初，創立了量子宇宙學的無邊界學說。他認為，時空是有限而無界的，宇宙不但是自洽的，而且是自足的，它不需要上帝在宇宙初始時的第一推動。宇宙的演化甚至創生都單獨地由物理定律所決定。這樣就把上帝從宇宙的事物中完全摒除出去。上帝便成了無所事事的「造物主」，它再也無力去創造奇蹟。亞里士多德、奧古斯丁、牛頓等人曾在宇宙中為上帝杜撰的那個關於「第一推動」的神話，完全是虛幻的。量子宇宙學的主要預言之一是關於宇宙結構的起源。若干年前，宇宙背景輻射探測者對太空背景溫度起伏的觀察證實了這個預言。

我們的宇宙可能由二維的全息圖投影而來。圖片來源：Forbes

宇宙是張全息圖，所有信息存儲在它的邊界上。這個想法聽起來很荒誕，但2017年1月發表於《物理評論快報》的一項研究發現，宇宙學實驗觀測與「全息宇宙」的預言相符。

這代表我們生活在二維全息圖裡嗎？放心，我們已經出來了！

幾十年來，科學界一直有人半開玩笑地琢磨著這麼一個想法：我們的宇宙是個巨大的全息圖，或者曾經是、現在不是了。全息圖裡的物理定律只需要二維，而其間萬物卻以三維的形式向我們展現出來。（註：文中的二維、三維指的都是空間維數。）

可想而知，這不是個容易證實的假說。不過有些物理學家發話了，說他們現在已經有了一些來自早期宇宙的觀測數據，這些數據正好切合上面提到的全息宇宙的圖像，匹配度與它們符合標準大爆炸模型的程度不相上下。簡單地說，全息宇宙就是將全息原理運用到宇宙：宇宙可以由它的邊界（視界），也就是二維的全息圖完全描述。

澄清一下，研究者並不是說我們現在就生活在全息圖裡。他們說的是宇宙的極早期階段，大爆炸之後的幾十萬年之內。那時候的世間萬物都是從二維邊界投射到三維中的。

如果你對「宇宙是個全息圖」的來龍去脈不甚了了，那就回到二十世紀九十年代吧，物理學家 Leonard Susskind 在當時普及了這樣一個觀點：從技術上講，我們所理解的物理定律並不要求三維空間。

那麼，如果宇宙實際上只有二維，那它如何呈現出三維的姿態呢？

這個問題的核心思想是，空間被「編碼」在邊界上（這個邊界依賴於觀察者的引力視界 [horizon]）。因此想要理解三維空間中的物理，我們只需要理解它的二維邊界就足夠了。這個假說認為宇宙的三維是從一個二維邊界投射出來的，就像3D全息投影來自於二維屏幕那樣。

1997年以來，支持這個觀點的論文已經發表了一萬多篇，所以它遠不是我們感覺的那樣無稽。

現在，Afshordi 和他的團隊發文稱，他們研究了宇宙微波背景（大爆炸的「餘暉」）中的漲落，從中發現了強有力的證據，能夠支持早期宇宙的全息解釋。

團隊另一成員，英國南安普頓大學的 Kostas Skenderis 說：「試想一下，我們的所見、所感、所聞，以及對時間的感覺，實際上都來源於一塊扁平的二維場。」

「這個想法和通常的全息圖類似。一個二維表面包含著三維圖像的編碼，有點像信用卡的安全晶元里包含著大量信息。不過，這次編碼的是整個宇宙。」

宇宙的全息起源，及其演化為我們所見宇宙的過程示意。圖片來源：Paul McFadden/ScienceAlert

儘管大爆炸標準模型看上去要合理得多，但物理學家之所以還要考慮全息原理，是因為標準模型中有些根本性的漏洞，這些漏洞將我們對物理定律的整體理解逼入絕境。

根據大爆炸理論，在極早的階段，宇宙曾以極快的速度膨脹，也就是所謂的暴脹。暴脹為今天宇宙中各種結構的形成「播下種子」。

雖然大多數物理學家都認同宇宙暴脹，並且提出了各種各樣的暴脹模型，但暴脹理論遠非完善。實際上，我們在用現有的廣義相對論和量子力學來解釋大物體及其原子的行為時，並不能做到一以貫之。同樣，這些基本的物理定律也沒法解釋，宇宙的各個成分該怎麼裹成那個讓人匪夷所思的小東西。

暴脹理論基於愛因斯坦的廣義相對論，但是在暴脹之初，宇宙只有亞原子尺度時，量子力學的效應同樣不可忽略。可問題就在於，量子力學和廣義相對論難以調和。

Ryan F。 Mandelbaum 在 Gizmodo 網站撰文寫道：「調和兩個理論的[假說]之一——量子引力認為，如果捨棄一個空間維度，就可以在計算中甩掉引力，事情也就簡單了。」

這就是全息原理的基本想法。

Afshordi 對 Mandelbaum 說：「宇宙的全息描述以低維體系為基礎，並且符合我們從大爆炸理論中得到的全部結果。」

為了檢驗用全息原理對大爆炸的發生及其後續的解釋效果如何，研究團隊構建了一個具有一維時間和二維空間的模型。

根據真實的宇宙數據，包括那些從宇宙微波背景得到的觀測結果（大爆炸發生幾十萬年後的熱輻射），他們發現全息宇宙的預言與數據分析結果完全吻合。

但其中有個問題：結果只在模型宇宙的寬度不超過10度時才完全吻合。

研究者稱，要證明早期宇宙確實是全息投影還為時過早。不過現實的觀測數據支持全息宇宙，使得我們沒有理由將這個方案排除出去。

那麼，這是否說明我們現在就可能生活在一張全息圖中呢？Afshordi回答說，恐怕不能——他們的模型只適用於極早期的宇宙。至於萬物如何從二維變到三維，這個問題現在誰也說不準。

「要我說，我們並不活在全息圖裡，卻可能是從全息圖裡出來的。」 Afshordi 對Gizmodo 網站說，「[2017年]肯定是三維了。」

他們的研究發表在《物理評論快報》（Phys。 Rev。 Lett。 118， 041301）上。

導讀：接續，上文看看。這是一篇之前寫的一篇文章，闡述了我對空間和時間的思考。難免粗糙，但是還是準備就這樣的發上來。而且這篇文章還被網友做成了百科。個人覺得不值。

宇宙無限論

——靈遁者

「宇宙」一詞，最早出現在《莊子》。「宇」代指上下四方，即空間；「宙」代表古往今來，即時間。2000多年前就有此定義，一直沿用至今，我們不得不感嘆先人的智慧！從「宇宙」二字我們不難看出，要研究宇宙，先得研究「宇」和「宙」。而要推出宇宙在時間的無限性，就要推出時間沒有盡頭。

宇宙在時間上無限的

我們來看看時間，科學界是這樣定義時間：物質存在的一種客觀形式，由過去、現在、將來構成連續的系統，是物質運動變化的連續性表現。由此我們也可以看出時間不是自變數，它是因變數，它是隨著物質宇宙的變化而變化的。

宇宙是一個運動的物質世界，物質的運動需要能量。根據愛因斯坦相對論，質量與能量的關係：E=mc^【即能量等於質量乘以光速的方】可以明了的得出這樣一個結論：質量就是內斂的能量，能量就是外放的質量。愛因斯坦自己也說：「質量就是能量，能量就是質量.」再根據能量守恆定律：能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到另一個物體，在轉化或轉移的過程中能量的總量不變。同理，物質也不會憑空產生，憑空消失，它是無始無終的存在著。而時間作為物質的客觀存在方式，以及物質運動變化的連續性表現，必然與物質一道，無始無終的存在著。這就是說宇宙在時間上是無始無終的。

霍金的理論：宇宙由一個「奇點」的大爆炸起始，時間也就是從那時有的。好多專家、網友提問：大爆炸之前是什麼？這個奇點是怎麼形成的？這個奇點的周圍是什麼？……浙江大學出版社出版的一本大爆炸——宇宙未解之謎，開頭是這樣寫道的：「最初一無所有」。正是這徹底的一無所有挑戰者人類的理解力。我們可能會把當今宇宙最空曠的部分——在遙遠星系之間的寒冷地帶——稱為「虛空」。但即使是這些區域仍包含少量的原子和過往暗淡光線引起的微弱輻射。更為重要的是：當今這些最空曠的地區由無形的空間結構支持，答應著無聲的時鐘。「在最遙遠的過去，沒有物質，沒有輻射。甚至，空間也不存在，時間也不流轉。我們的故事在沒有時間、沒有空間的從前開始。」【這本著作是根據大爆炸來描寫的】讀到這裡，你怎麼想？我只有一個感覺：不可想像。沒有物質，沒有空間，沒有時間……那我們現在所擁有的是什麼？如何誕生的？是神創造的？是憑空出現的？這些描述與我們所建立的知識大廈完全相違。霍金的答案：一切從一個「奇點」的爆炸開始。如果說真的有這麼一個「奇點」我們以為它必定是物質的「奇點」。這個物質的奇點在哪呢？不是「虛空」中，是在空間中。所以宇宙最根本的東西首先是空間，其次是物質，再次是時間。因為物質的存在和運動必須是在空間里進行。而沒有物質，談論時間是沒有意義的。

物質的所有屬性中，熱和引力是萬有的，任何物質形態都有。無論是相對論，還是熱力學，都闡明了物質與時間緊密相連，不可分割。熱力學第三定律更是表明：時間是無限的。【熱力學第三定律：任何系統都不能通過有限的步驟使自身溫度降到0 K，稱為絕對零度不可達到】同時馬克思從哲學的角度，也闡述出宇宙時間的無限性。【馬克思主義哲學認為時間無始無終，空間無邊無際】。

各位回顧我們的推理思路，我們得出的結論：

1、宇宙在時間上是無限的，且是無始無終的

2、宇宙最根本的東西是空間，其次是物質、再次是時間。但是其實空間和物質不可分。有物質必然是空間中的物質。