全息暗能量之謎應(yīng)該算是宇宙中最為神秘的物理理論之一,主要與熱力學(xué)中的“熵”(無(wú)序度)有關(guān),這短短幾個(gè)字卻蘊(yùn)含著無(wú)限的遐想。根據(jù)熱力學(xué)第二定律,在一個(gè)封閉系統(tǒng)中,熵不可能減少。就像往一個(gè)浴缸中投擲一大塊冰,結(jié)果就是大冰塊融化了,而熱水的溫度降低了。系統(tǒng)由熱不平衡(低熵值)向熱平衡(高熵值)方向移動(dòng),也就是說(shuō):在一個(gè)孤立的系統(tǒng)中(即浴缸),上述平衡移動(dòng)的方向是不可逆轉(zhuǎn)的。
這種平衡移動(dòng)的理論也適用于信息領(lǐng)域。著名的IBM科學(xué)家Landauer的理論認(rèn)為,任何在邏輯上對(duì)信息的操作都是不可逆的,例如刪除一個(gè)比特的信息,就相當(dāng)于增加一個(gè)熵。就像如果你無(wú)限制地復(fù)印一份材料,圖像中的信息逐級(jí)降低,最后將徹底地消失。在這個(gè)過(guò)程中,信息沒(méi)有徹底消失,或者說(shuō)沒(méi)有大量丟失,而是轉(zhuǎn)化成了能量。
將以上這些理論應(yīng)用到宇宙論上,劍橋大學(xué)理論物理學(xué)家Gough認(rèn)為隨著宇宙的膨脹以及密度的下降,宇宙信息也在不斷降低,表現(xiàn)為恒星的形成速度逐漸下降。也就是說(shuō):宇宙體積的不斷增加,導(dǎo)致宇宙密度的逐漸下降,使得宇宙中熵的值升高,宇宙越來(lái)越不穩(wěn)定了,而恒星在這樣的條件下形成速度就出現(xiàn)下降。
因此,在一個(gè)膨脹的宇宙中,信息是不斷丟失的。而根據(jù)Landauer的理論,這些丟失的信息就由某一種途徑或者一種機(jī)理轉(zhuǎn)化成能量。結(jié)合Gough的理論,這些能量可以用來(lái)解釋在當(dāng)前宇宙標(biāo)準(zhǔn)模型中暗能量為何是重要組成部分。對(duì)以上解釋,也存在不同的見(jiàn)解。Landauer對(duì)信息系統(tǒng)從熵的方向切入,可以得到熱力學(xué)系統(tǒng)在數(shù)學(xué)上的模型支持。然而,這些丟失的信息確實(shí)轉(zhuǎn)化為能量的話,能否被檢測(cè)出來(lái)?如果能被檢測(cè)出來(lái),是不是意味著能得到暗能量的重要信息?
雖然有一些的實(shí)驗(yàn)證明這些丟失的信息轉(zhuǎn)化成了能量,但是僅僅只能說(shuō)能量由一種形式轉(zhuǎn)變成另一種形式,即從某一角度看,就是熵的值由低向高的變化,遵循著熱力學(xué)第二定律。而Gough的理論主要探討這些能量到底是如何冒出來(lái)以及如何進(jìn)入宇宙空間的,這也是目前主流暗能量理論所要解釋的地方。
然而,Gough認(rèn)為對(duì)這些消失的能量與暗能量進(jìn)行數(shù)學(xué)上的研究,比傳統(tǒng)的量子真空能量假說(shuō)更有吸引力。其計(jì)算結(jié)果顯示:宇宙中消失信息轉(zhuǎn)化的能量大約是目前宇宙全部質(zhì)能的3倍,這個(gè)數(shù)據(jù)與當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)模型中認(rèn)為的宇宙由76%暗能量+26%質(zhì)能構(gòu)成基本一致。
全息理論中所有關(guān)于三維空間物理現(xiàn)象的信息都可以包含于空間中二維表面的邊界。如全息暗能量理論與熵的關(guān)系,正是目前弦理論科學(xué)家所致力解決的問(wèn)題。