【一頁物理】宇宙夢一場:真實世界其實是3D投影?

■ 費米實驗室的粒子天體物理學家霍根想證明一件事:「人類很可能處於一個3D投影之中,而真正的世界其實是一個隱藏的二維平面。」其他人則認為他大概會失敗。

以全像攝影術拍成的恐怖片

編譯 ∣?汪芃

  試想像,我們的存在其實編碼在有限的頻寬上,就像一部超高畫質的3D立體影片,而現在這個我們所認知且喜愛的三維空間,其實不過是某個二維平面的全像投影(holographic projection)而已。

  目前在美國伊利諾州,有位科學家正進行一項花費一百萬美元的實驗,希望在2011年底前,打造出兩座全世界最精準的時鐘,用以測試上述假設是否成立。

  對研究成果不看好的人所在多有,但他們質疑的理由很合理:時間、空間、質量及宇宙中其他特性的最小單位是「普朗克」(Planck units),因為普朗克單位極其微小,很難用實驗精準測定,舉例來說,一普朗克長度單位,只有質子寬度的100億分之一。

  粒子天體物理學家霍根(Craig Hogan)任職於伊利諾州費米國家加速器實驗室(Fermilab),他雖然面對這個棘手難題,可不會就此放棄。

全像干涉儀

全像干涉儀示意圖(圖片提供:Craig Hogan)

  霍根想貫徹一個十分激進的概念,打造出兩座全世界最精準的鐘,驗證普朗克單位。這兩座所謂的鐘,其實就是稱為「全像干涉儀」(holometer)的雷射干涉儀(laser interferometer),各裝設二道131呎長的支臂,兩組支臂皆相互垂直,機體呈L形。這些支臂的功能是用來掃描,偵測時空結構中是否有「像素」的存在。全像干涉儀會從同一點射出2道雷射光線,分別從2道支臂穿出,支臂前方皆設有一探測器;如果時空中確實有像素,那這兩道雷射光到達探測器的時間點應該會不同。

  霍根說:「我們想找出兩道雷射光的速度何時開始不一樣。我們想要偵測到宇宙中最小的單位。這十分有趣,就像是古老的物理實驗,沒做完前不會知道結果。」

  這兩座全像干涉儀在費米實驗室綠草如茵的園區裡,位於一處地底隧道,現在仍興建中。待建造完成後,研究團隊會將兩座全像干涉儀以大致上下相疊的方式擺放,讀取同一個普朗克尺度的「雜訊」(noise,此處即指雷射光)。霍根表示,一旦儀器校準完畢,並將環境干擾納入計算,不用幾分鐘,就能知道兩台探測器偵測到光線的時間點是否相同。

  若研究團隊第一次能探測到重大成果,便會把兩台全像干涉儀分開,再進行一次同樣的偵測。若第二次實驗中兩台儀器探測到雜訊的時間不一致,那就代表時空的解析度可能是有限的。

未知雜訊

簡單圖解全像記錄過程(出自英文維基)

  全像干涉儀的概念發想,主要來自一個名為的GEO600實 驗中所偵測到的雜訊。GEO600實驗中所使用的儀器,是要用來偵測重力波(gravity wave)的。所謂重力波,就是時空中的波動,例如在黑洞相撞時即可能產生。GEO600使用的這個儀器也是雷射干涉儀,與全像干涉儀類似,但儀器支臂長 度是全像干涉儀的15倍,且其雷射光是為偵測較低頻率而設計的(以便測出重力波,假設重力波確實存在的話)。

  德國馬克斯普朗克協會(Max Planck Institute)的實驗物理學家葛洛特(Hartmut Grote)表示,他和同仁在進行GEO600實驗時,一直找不出究竟為何會產生雜訊。

  葛洛特說:「那時霍根變得非常積極,甚至一度很興奮,因為他認為這個雜訊的肇因很可能就是全像理論(holographic principle)。」

不知不覺

  「全像理論」最早被科學界用來假設黑洞邊界會產生的奇異現象。根據全像理論,我們認知的世界,其實是二維平面資訊的三維投影,就好比信用卡上常印有3D圖案,看上去會產生東西是立體的錯覺;但霍根解釋,差別在於我們沒辦法察覺這個二維平面的存在。

圖片提供:Craig Hogan
若全像理論為真,那全像干涉儀距離偵測到全像投影雜訊只有咫尺之遠了(而GEO600實驗則還有一段距離)。

  霍根說:「人類很可能處於這樣一個3D投影之中,而真正的世界其實是一個隱藏的二維平面。」

  在這種情況下,使用像雷射干涉儀這樣的超精密設備,或許能偵測出這個投影裡的雜訊波動。葛洛特表示,運用超精密設備,或許能把這個投影的像素方塊「放大」到可偵測到的程度。但葛洛特也說,霍根團隊的全像干涉儀預計一年後才完工,若GEO600實驗按預計進度進行,那霍根的計畫就來不及了。

  「我們沒辦法確定GEO600實驗中發現的雜訊就是全像原理所導致的,不過一旦我們把儀器改造得更精密,比霍根的理論更可靠,屆時就能證明全像理論是錯的,」葛洛特說,「這個我有信心我們未來半年內就能做到,半年內就能找到雜訊的來源。」

  儘管物理學界大多數人並不看好,但霍根對他的研究計畫始終樂觀以待。不過葛洛特也表示,霍根這麼有信心,其實有站得住腳的理由。

  「我認為他設計的測量技術理論上是正確的;只是我不認為真的能測出什麼來。如果這個研究失敗,他等於是破除了一個關於宇宙的奇特論點。」葛洛特說。

  然而,如果霍根真的運用了宇宙中可能存在的全像投影基準點,發現宇宙解析度確有極限,葛洛特說,這將掀起滔天巨浪。

  「這會給基礎物理學中最懸而未決的問題帶來巨大衝擊,」葛洛特表示,「這將是有史以來首度能證明,『時空』這個宇宙的架構是量化的。」

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延伸閱讀:Holometer experiment to test if the universe is a hologram(Physorg.com)、World’s Most Precise Clocks Could Reveal Universe Is a Hologram(Wired.com)

責任編輯:MissZoe

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2 thoughts on “【一頁物理】宇宙夢一場:真實世界其實是3D投影?

  • 2011 年 01 月 06 日 at 00:38:15
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    這篇的內容的邏輯感覺也是不連續.....

    1.要怎麼證明時空有最小單位而不是處在其中的物質或能量被量測時跟儀器的互動是不連續的?

    2. 時空有最小單位跟三維空間,其實不過是某個二維平面的全像投影(holographic projection)有什麼關係呢?

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  • 2011 年 01 月 06 日 at 10:34:31
    Permalink

    文章末尾有譯稿的出處,另外這個網站可能也有一些有幫助的資訊:http://www.symmetrymagazine.org/breaking/2010/10/20/fermilab-scientists-to-test-hypothesis-of-holographic-universe/
    至於文章邏輯是否不連續....只能說抱歉我們選到的是其中一篇的英文新聞報導,可能沒有餘力將全部的資料都翻出來(如果學校加預算的話或許未來做得到~)。如果對這個議題有興趣想談,或有獨到見解的讀者,真的~投稿信箱就在網站裡!!絕對不是虛晃一招!

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