相反,我們需要重新審視引力的本質(zhì),透過它來分析時空的微觀結(jié)構(gòu)。物理學(xué)家路德維?!げ柶澛↙udwig Boltzmann)正是借助這一方法,發(fā)現(xiàn)物質(zhì)需由離散自由度(即原子)構(gòu)成,才能滿足各種熱現(xiàn)象的要求。玻爾茲曼的意思是,只要某物能發(fā)熱,就必須由微觀自由度構(gòu)成。
而時空也可以擁有溫度,因此對特定觀察者而言,也可以是“熱的”。這一理論最初由雅各布·貝肯斯坦(Jacob Bekenstein)和霍金針對黑洞這一特殊情境提出。不久之后,到了上世紀70年代中期,比爾·昂魯(Bill Unruh)和保羅·戴維斯(Paul Davies)的研究顯示,這其實是時空的普遍特征。如果把玻爾茲曼的理論與這一事實相結(jié)合,就能得出結(jié)論:時空一定具有內(nèi)部自由度,就像物質(zhì)內(nèi)部由原子構(gòu)成一樣。近年來,有越來越多的理論證據(jù)為這一結(jié)論提供支持。這一現(xiàn)象將成為我們弄清時空微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵,很快便幫助科學(xué)家得出了三個重要結(jié)論。
首先,一片時空區(qū)域的演變過程可以用區(qū)域內(nèi)部和邊緣處的自由度(或信息內(nèi)容)來描述;其次,當(dāng)能量等級為零時,引力不會發(fā)生任何變化。在愛因斯坦的理論體系中,引力會對絕對能量做出反應(yīng),導(dǎo)致宇宙常數(shù)完全不可能被計算出來。但如果以信息內(nèi)容為基礎(chǔ),就不會遇到這個問題了;第三,這種從信息出發(fā)的思考方式說明,我們不應(yīng)該用愛因斯坦等式的某個特定解法來描述宇宙的演變。相反,有另外一套公式可以更精準地描述時空的量子自由度,愛因斯坦的這些公式還不夠精確,只是處在一個合適的限度內(nèi)。
這套理論已經(jīng)通過CosmIn模型得到了驗證,并讓我們對宇宙有了另一種全新的、生動的認識。宇宙就像一大塊冰,其中有一小點熱源。熱源周圍的冰會逐漸融化,在冰塊中生成一塊由水構(gòu)成的區(qū)域。而這塊區(qū)域還會不斷擴大,直到達到局部熱力學(xué)均衡狀態(tài)。放在大尺度上來看,由于這塊冰是從內(nèi)到外加熱的,靠近其邊緣處的分子尚未達到均衡狀態(tài)。真正的宇宙與這個比喻極為相似。充滿水的區(qū)域可類比為愛因斯坦理論中描述的可觀測宇宙,周圍環(huán)繞著由目前尚不了解的量子引力理論描述的預(yù)幾何相宇宙(可類比為冰)。宇宙大爆炸的概念完全被抹去了,取而代之的是在邊界處從一種相向另一種相的過渡。這樣一來,宇宙早期的“暴漲期”也沒有了存在的必要。
在中科院紫金山天文臺,暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星首席科學(xué)家常進在通過暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”的觀測數(shù)據(jù)完成的一張伽馬射線天圖前