探寻宇宙源代码

Pasterski 是 Perimeter Institute for Theoretical Physics 的高能理论物理学家，也是全球少数几位能够驾驭被称为量子引力（quantum gravity）这一数学雷区的人之一。她的目标是她所称的“宇宙源代码”。这是一场寻找母文件的终极探索：寻找一套单一且连贯的规则，用以解释为何恒星能留在星系中，而亚原子粒子却像咖啡因过量的幽灵一样活动。目前，我们对现实的最佳描述是用两种不同且互不兼容的语言写成的，物理学家们开始怀疑，调和它们的唯一途径就是承认我们所居住的三维世界实际上是一个复杂的投影。

这不是关于生活在计算机模拟中的阴谋论，尽管其术语经常重叠。相反，这是一种严谨的数学尝试，旨在解决一个让科学界最聪明的大脑困扰了一个世纪的悖论。广义相对论（General relativity）是爱因斯坦的杰作，解释了引力和宏观事物——如行星、黑洞（black holes）以及宇宙的膨胀。量子力学则解释了微观事物——如电子、光子以及亚原子领域的诡异现象。问题在于，当你试图同时使用两者时，数学逻辑就会崩溃。这就像试图在 20 世纪 80 年代的计算器上运行 PlayStation 5 游戏。宇宙的操作系统在边缘处正在崩溃，而理论物理学家们正在寻找补丁。

引力机器中的故障

物理学目前充斥着矛盾，这些矛盾表明我们对空间和时间的理解仅仅是某种更深层事物的粗略近似。系统中最著名的“漏洞”之一是黑洞信息悖论。根据广义相对论，任何落入黑洞的物体都会永远消失，被压碎成奇点。但根据量子力学，信息永远不会真正被销毁。如果你把一本书扔进黑洞，理论上，其原子排列中所包含的信息应该被保留下来。当黑洞最终通过霍金辐射蒸发时，这些信息似乎消失了。这是宇宙逻辑中的一个灾难性错误。

Pasterski 和她的同事们正在研究一个名为“天体全息术”（celestial holography）的框架来解决这个问题。这一构想基于“全息原理”（holographic principle），该原理认为，空间体积内包含的所有信息都可以由该空间边界上的数据来描述。想象一个汤罐头。关于这罐汤的所有信息——温度、胡萝卜的数量、含盐量——理论上都可以写在包裹在罐头外面的二维标签上。在这种观点下，我们的 3D 现实只是“容积”（bulk），而真正的“代码”则写在宇宙最边缘的 2D 表面上。

为什么 Holometer 未能找到空间的像素

如果宇宙是一个投影，那么空间本身就应该有分辨率。正如数码照片如果你放大到足够程度就会变成像素网格一样，许多理论物理学家认为时空不是平滑的，而是“块状”的。在普朗克尺度（Planck scale）——即可能的最小距离，大约为 10 的负 35 次方米——现实的结构应该会变得颗粒化。2015 年，费米实验室（Fermilab）的研究人员试图利用一种名为 Holometer 的设备来寻找这种颗粒感。它是一对巨大的激光干涉仪，旨在探测“全息噪声”（holographic noise），即宇宙中一种微小的抖动，如果探测到，将证明我们生活在一个低分辨率的投影中。

该实验失败了。激光保持稳定，在他们测试的灵敏度水平下没有检测到全息噪声。对许多人来说，这对“我们生活在一个字面意义上的全息图”的观点是一个打击。但对于像 Pasterski 这样的理论物理学家来说，这个结果并非死胡同，而是一种修正。它表明“源代码”并不像像素化的屏幕那样简单。2D 边界与 3D 容积之间的联系更加微妙。缺乏抖动宇宙的证据并没有推翻全息原理；它只是证明了宇宙并没有以 Craig Hogan 和他在费米实验室的团队所预期的那种特定方式“出现故障”。

这就是探索的迭代本质。你建造一台机器去寻找一个特定的错误，结果没找到，于是你回到白板前弄清楚为什么代码比你想象的更隐蔽。这种张力依然存在，因为数学仍然要求统一。例如，我们知道暗物质存在，因为我们可以看到它的引力在牵引星系，但我们从未见过该粒子本身的“代码”。我们观察着软件程序带来的影响，却无法看到让它运行的代码行。

将宇宙剥离至其基础

当 Pasterski 描述她的工作时，她常将其称为“存在主义谜题”。具有讽刺意味的是，为了理解宇宙的浩瀚，你必须终其一生盯着一张写满希腊字母和线积分的纸。但这却是探测人类或探测器永远无法抵达的环境的唯一途径。我们无法去往宇宙的边缘，也无法在进入黑洞后的旅程中幸存，但我们可以建立能够以惊人的精确度代表这些极端情况的数学模型。

这种方法需要一种近乎冥想的专注力。Pasterski 谈到进入一种思维状态，即简化的四维宇宙（三个空间维度，一个时间维度）的方程流转数小时，直到时间本身似乎消失。这是一个剥离现实“用户界面”——树木、人类、光线——以寻找底层原始变量的过程。如果我们能找到源代码，我们不仅能理解宇宙是如何开始的；我们甚至可能理解它在最基础的层面上到底是由什么构成的。

还有一个问题是，如果我们真的成功了会怎样。纵观历史，每当我们揭开代码的新一层，我们就创造了一个新世界。理解热力学定律带给了我们蒸汽机。理解电子带给了我们计算机。如果我们理解了引力和量子力学的代码，其工程应用可能会超越我们在科幻小说中所见的任何事物。我们谈论的不仅仅是更好的火箭，而是操纵时空本身的能力。

传承的重担

寻找“万有理论”（Theory of Everything）往往会耗尽世界上最聪明的人的一生。爱因斯坦在生命最后的三十年里试图寻找统一场论，但失败了。斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）——Pasterski 曾与他相识，并在哈佛的一次活动中与他一起跳过康加舞——毕生都在追逐同样的幽灵。这种传承的重量可能是压倒性的，但 Pasterski 似乎以她对待塞斯纳（Cessna）飞机的同样务实的好奇心来看待它。这只不过是另一个需要解决的难题。

这个群体非常紧密，即使规模很小。由于数学极其密集，进展是一点一滴取得的。一位研究人员找到了一种在 2D 平面上描述特定类型粒子相互作用的方法；另一位研究人员则弄清楚了如何将其映射到 3D 引力场上。慢慢地，图像开始变得清晰。他们就像是在为一个已经运行了数十亿年的庞大开源项目工作的开发者，试图对原始程序员的意图进行逆向工程。