我們可能認為我們很瞭解引力。畢竟,我們對這種基本力的意識體驗比對任何其他力(電磁力以及弱核力和強核力)都多。但即使物理學家已經研究引力數百年,它仍然是一個謎。
在我們的影片《為什麼引力如此不同?》中,我們探討了為什麼這種力如此令人困惑,以及為什麼理解愛因斯坦的廣義相對論(涵蓋引力)如何與量子力學結合仍然很困難。
引力非常微弱,幾乎不可能在量子層面直接研究。我們無法像研究其他力那樣使用粒子加速器來仔細研究它,因此我們需要其他方法來研究量子引力。
黑洞登場了。在 1970 年代初期的一篇論文中,已故物理學家雅各布·貝肯斯坦研究了熵會發生什麼的問題——熵是系統中無序或隨機性的度量——當物質屈服於黑洞巨大的引力並穿過其事件視界時。
貝肯斯坦指出,物質的熵似乎在黑洞內部消失了。然而,這將違反熱力學第二定律,該定律指出兩件事:資訊不能被摧毀,熵只能增加。因此,黑洞的熵必須彌補這種損失。貝肯斯坦認為,這種黑洞熵不應與黑洞的體積成正比,而應與其事件視界的面積成正比。
如果我們用面積而不是體積來描述黑洞的內容,我們也應該從面積的角度來思考物理定律。這意味著萬物理論(包括引力)應該能夠在少於三個時空維度中展開。
現在讓我們想象一下描述整個宇宙狀態的資訊——全部儲存在一個硬碟驅動器上。然後將該硬碟驅動器扔進黑洞。儲存的資訊不能丟失,因此它必須包含在黑洞的表面積中(儘管是雜亂無章的)。
這種情況引出了一種全新的思維方式,即宇宙實際上可能是一個全息圖,一個看似 3D 的物體,實際上只是一個從 2D 表面投影出來的影像。我們表面上的三維世界體驗可能只是一種錯覺,是由一個根本上更低維度的現實令人信服地產生的。
也許我們都只是在引力的宇宙微風中漂流的紙片人。
Emily V. Driscoll, Jared Kaplan