许多研究人员认为，只有能够解释空间和时间从哪里来，物理学才是真正完整的。图片来源：《自然》

　　“想象一下有一天你醒来，意识到自己生活在一个电脑游戏中。”加拿大温哥华不列颠哥伦比亚大学的物理学家Mark Van Raamsdonk说。这听起来像是科幻电影，但是对他来说，这个场景是思考现实的一种方法。如果这是真实的，他说：“我们周围的所有东西——整个三维物理世界——就是别处一个二维芯片的编码信息所产生的幻觉。”这将使我们的宇宙及其三维空间成为仅存在于低维度中的基质所投射出的全息图。

　　即使从理论物理学的一般标准来看，这种“全息原理”也是很奇特的。不过有一小部分研究人员认为这还不够奇特，Van Raamsdonk是其中之一。Van Raamsdonk和同事认为，只有能够解释空间和时间从哪里而来，物理学才是完整的。如此激进地对现实进行概念重建，是解释黑洞中心无限致密的“奇点”扭曲了时空结构，以及研究人员如何统一原子级的量子理论与星球级的广义相对论的唯一方法。

　　“所有的经验告诉我们，我们不应该拥有两个截然不同的现实概念——必然存在一个可以包罗万象的宏大理论。”美国宾夕法尼亚州立大学的物理学家Abhay Ashtekar如是说。

　　寻找这个宏大的理论是一项艰巨的挑战。《自然》杂志介绍了一些有前景的研究路线，以及关于如何验证这些概念的新观点。

　　万有引力与热力学

　　有什么证据可以说明确实有比空间和时间更基础的东西呢？一些令人兴奋的线索来自于20世纪70年代初期的一系列惊人发现。当时，量子力学、引力与热力学、热科学之间的紧密联系变得清晰起来。

　　1974年，英国剑桥大学的斯蒂芬·霍金展示了黑洞周围空间中的量子效应会引起其释放辐射，就像其有很高热量一样。其他物理学家很快发现这种现象十分普遍。即使在完全真空的空间里，正在进行加速的宇航员会感觉到自己好像在进行热浴一样。如果量子理论和广义相对论是正确的，并被大量实验所证实，那么霍金所说的辐射的存在似乎是不可避免的。

　　第二个关键发现与其密切相关。在标准热力学中，一个物体只有通过减少熵（内部量子态数量）才能释放热能。黑洞也是如此，但有所差异。在大多数物体中，熵与物体所含的原子数量及其体积成一定比例。但是一个黑洞的熵却与其视界的表面积成比例。似乎其表面可以对内部信息进行编码，正如二维全息图是对三维图像的编码一样。

　　1995年，美国马里兰大学物理学家Ted Jacobson发现，其中的数学关系用广义相对论的方程可以解释，但使用的是热力学概念，而不是弯曲时空的想法。2010年，荷兰阿姆斯特丹大学的弦理论学家Erik Verlinde表示，时空的统计热力学可以自动生成牛顿的万有引力定律。印度校际天文和天体物理学中心的宇宙学家Thanu Padmanabhan则发现，爱因斯坦的方程可以用另一种方式表达，从而与热力学法则相一致。

　　验证这些想法极其困难，但并不是不可能。验证时空是否由离散成分构成的一个常被提及的方式是，在高能光子从像超新星和γ射线爆发等遥远的宇宙事件中前往地球时，寻找其是否存在延迟。短波光子感受到的离散性会使其路途崎岖不平，从而稍微放缓速度。今年4月，意大利罗马大学的量子引力科学家Giovanni Amelino-Camelia和同事发现γ射线爆发所释放的光子出现了这样的延迟现象。结果并不明确，但是研究团队计划扩大其搜索范围，观察宇宙事件产生的高能中微子的旅行时间。