【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。

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

　　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

　　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。

　　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。」

? 　

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