相反,我们需要重新审视引力的本质,透过它来分析时空的微观结构。物理学家路德维希·玻尔兹曼(Ludwig Boltzmann)正是借助这一方法,发现物质需由离散自由度(即原子)构成,才能满足各种热现象的要求。玻尔兹曼的意思是,只要某物能发热,就必须由微观自由度构成。
而时空也可以拥有温度,因此对特定观察者而言,也可以是“热的”。这一理论最初由雅各布·贝肯斯坦(Jacob Bekenstein)和霍金针对黑洞这一特殊情境提出。不久之后,到了上世纪70年代中期,比尔·昂鲁(Bill Unruh)和保罗·戴维斯(Paul Davies)的研究显示,这其实是时空的普遍特征。如果把玻尔兹曼的理论与这一事实相结合,就能得出结论:时空一定具有内部自由度,就像物质内部由原子构成一样。近年来,有越来越多的理论证据为这一结论提供支持。这一现象将成为我们弄清时空微观结构的关键,很快便帮助科学家得出了三个重要结论。
首先,一片时空区域的演变过程可以用区域内部和边缘处的自由度(或信息内容)来描述;其次,当能量等级为零时,引力不会发生任何变化。在爱因斯坦的理论体系中,引力会对绝对能量做出反应,导致宇宙常数完全不可能被计算出来。但如果以信息内容为基础,就不会遇到这个问题了;第三,这种从信息出发的思考方式说明,我们不应该用爱因斯坦等式的某个特定解法来描述宇宙的演变。相反,有另外一套公式可以更精准地描述时空的量子自由度,爱因斯坦的这些公式还不够精确,只是处在一个合适的限度内。
这套理论已经通过CosmIn模型得到了验证,并让我们对宇宙有了另一种全新的、生动的认识。宇宙就像一大块冰,其中有一小点热源。热源周围的冰会逐渐融化,在冰块中生成一块由水构成的区域。而这块区域还会不断扩大,直到达到局部热力学均衡状态。放在大尺度上来看,由于这块冰是从内到外加热的,靠近其边缘处的分子尚未达到均衡状态。真正的宇宙与这个比喻极为相似。充满水的区域可类比为爱因斯坦理论中描述的可观测宇宙,周围环绕着由目前尚不了解的量子引力理论描述的预几何相宇宙(可类比为冰)。宇宙大爆炸的概念完全被抹去了,取而代之的是在边界处从一种相向另一种相的过渡。这样一来,宇宙早期的“暴涨期”也没有了存在的必要。
图为 增强型X射线时变与偏振空间天文台(eXTP) 中科院供图 新华网北京7月5日电(王莹)在“悟空”、“墨子”、“慧眼”和实践十号等科学卫星相继取得重大科学成果和社会影响后