本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
兩年前，我和我的幾位《大眾科學》同事進行了為期數週的激烈電子郵件交流，試圖弄清楚如何理解弦理論家埃裡克·韋林德的一篇新的論文。我想我從來沒有像對這篇論文的物理學家的反應那樣感到困惑過。從數學上講，它幾乎不可能更簡單了，大部分內容都達到了中學代數的水平。從邏輯上和物理上講，這讓人頭疼。我無法判斷它是深刻的還是平庸的。我們諮詢的理論家說他們看不懂，我們認為這是一種禮貌的說法，意思是他們的同事已經走火入魔了。一些物理部落格站出來稱韋林德是個瘋子。
對於那些瞭解韋林德的人來說，這個標籤不太合適。他是一位傑出的理論家，他的論文引發的大量討論表明，他的大多數同事從中看到了一些東西。整個故事引起了《新科學家》和《紐約時報》的關注，但最終我們《大眾科學》選擇觀望。今年春天，我在卡弗裡理論物理研究所的一個研討會上見到了韋林德。他堅持了自己的原始論文，而他的同事們的反應並沒有改變。一位同事告訴我：“他以一種有趣的方式彙集了很多想法，但我們有點難以理解，所以我保留判斷。”然而，他真正做的只是接受了弦理論家的一種普遍看法，並將其推向邏輯結論。
弦理論家和其他試圖統一物理學的人面臨一個基本問題。他們試圖統一的理論，量子場論和愛因斯坦的廣義相對論，都有著堅實的基礎和良好的驗證，但彼此不相容。要調和它們，必須放棄一些根深蒂固的直覺。其中一種直覺是世界存在於空間和時間之中。卡弗裡研討會的參與者傾向於認為空間和時間不是基本的，而是湧現的。我們看到在空間和時間中上演的宇宙可能只是表面層面，我們像小船一樣漂浮在那裡，而利維坦在深處攪動。
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黑洞為這種觀點提供了最有力的論據。引力定律預測，這些宇宙真空吸塵器遵循熱力學定律的版本，這很奇怪，因為熱力學是描述複合系統（如由分子組成的氣體）的物理學分支。黑洞看起來肯定不像一個複合系統。它看起來只是一個扭曲的空間區域，你最好遠離它。要使其成為複合體，空間本身必須是。
在這種情況下，黑洞代表了物質的新階段。在黑洞之外，宇宙的“自由度”（其最基本的構建模組所能達到的全部）都處於低能狀態，形成了你可能會認為的晶體，具有我們感知為時空連續體的固定、規則排列。但在黑洞內部，條件變得如此極端，以至於連續體破裂。“你可以讓時空融化，”韋林德告訴我。“這真的是時空的盡頭。要理解發生了什麼，你需要使用這些底層的自由度。”這些自由度不能被認為是存在於一個地方或另一個地方。它們超越了空間。它們的真正場所是一個巨大的抽象可能性領域，用行話說，是一個“相空間”，與其幾乎難以想象的豐富行為相稱。
韋林德2010年的論文將這種推理應用於引力定律本身。引力不是像自牛頓以來幾乎所有物理學家都認為的那樣是一種基本的自然力，而可能是一種“熵力”，是某些更精細尺度動力學的產物，就像氣體中的壓力來自集體的分子運動一樣。在卡弗裡，他更進一步地認為，湧現時空的概念改變了我們對宇宙的整體概念。“如果你意識到相空間比我們通常假設的要多得多，多得多，你就會以不同的方式思考宇宙學，”他認為。
首先，暗物質可能是深入探索的一瞥。為了解釋星系和更大系統內的異常運動，天文學家認為我們的宇宙必須充滿一些看不見的物質，其重量是普通物質的五倍。然而，他們從未直接探測到這種物質，而且對於一種應該如此佔據主導地位的東西來說，暗物質具有一種令人困惑的微妙影響。異常運動只發生在星系不時髦的外圍。那裡的恆星和氣體雲的移動速度比它們應該的快，但並沒有做出真正古怪的事情，就好像可見星系的引力場被簡單地放大了。
因此，一些天文學家和物理學家懷疑可能根本沒有暗物質。如果你注意到你家的地板下垂，好像上面有太多的重量，你可能會得出結論，房間裡有一隻800磅重的大猩猩。你沒看到大猩猩，所以它一定是看不見的。你聽不到大猩猩的聲音，所以它一定是無聲的。你聞不到大猩猩的味道，所以它一定是無味的。過了一段時間，這隻大猩猩看起來是如此令人難以置信地隱秘，你開始認為地板下垂一定有其他解釋，比如房子已經沉降了。同樣地，也許導致天文學家推斷出暗物質的引力和運動定律是錯誤的。“我認為暗物質將是另一種物理學的標誌，”韋林德說。
暗物質的主要替代方案被稱為MOND，即修正牛頓動力學。韋林德重新詮釋了MOND，不僅僅是對物理定律的調整，而是作為巨大基質的證據。他透過假設暗物質不是一種新型粒子，而是某些底層自由度的振動，特別是隨機熱波動產生的振動，從而推匯出了MOND公式。這種波動是微弱的，只有在平均熱能較低的地方才會變得明顯，例如在星系的邊緣。令人震驚的是，韋林德甚至推匯出了五比一的比率。“我開始將其視為這個更大相空間的體現，”他說。
正如宇宙學家肖恩·卡羅爾多年來在一系列部落格文章中所詳述的那樣，最近這篇文章中所詳述的那樣，MOND是超級不確定的。我傾向於同意，但有一件事讓我停了下來。MOND設法用一個簡單的公式解釋了各種各樣的異常星系運動。即使MOND沒有推翻物理定律，它也表明暗物質的行為方式很簡單。暗物質的所有複雜動力學必須以某種方式歸結為一個非常規則的模式。暗物質建模者告訴我，他們尚未解釋這一點。
韋林德不僅在暗物質方面，而且在宇宙學的許多其他方面都與傳統觀點背道而馳。例如，他重新引入了穩態理論的元素，大多數宇宙學家認為他們已經在20世紀60年代排除了這些元素。在他的模型中，所有物質（普通的和暗的）都由底層自由度的振動組成，因此一直在不斷地產生和消滅。事實上，相同的自由度也解釋了暗能量，從而統一了宇宙的所有組成部分。這些組成部分之間的區別在於它們的反應速度：普通物質是表面的波濤，暗物質是遲緩但強大的深層洋流，而暗能量是海洋安靜的主體。至於另一個主要的宇宙學理論，宇宙暴脹，他也不怎麼看好。
他的主張越宏大，它們似乎就越不合理。儘管如此，韋林德還是抓住了理論家們的一種感覺，即宇宙學的奧秘預示著物理學的新時代。將暗物質和暗能量解釋為更深層現實的標誌，而不是對當前理論的補充，這種衝動不僅出現在弦理論中，也出現在諸如圈量子引力和因果集理論等替代方案中。如果韋林德錯了，時空真的我們世界的一個根本特徵，那麼還有什麼其他的直覺必須放棄？我們認為我們確定知道的還有什麼其他事情是錯誤的？
圖表由埃裡克·韋林德提供