宇宙有記憶嗎？

悖論在科學(xué)中往往令人深感恐懼，因?yàn)樗鼈儙缀蹩偸欠从吵鑫覀儗ΜF(xiàn)實(shí)和宇宙的根本性誤解。然而，悖論也可能帶來機(jī)遇，幫助我們重新審視我們所知的事物，并提供開辟通向此前難以想象的新理解的可能性。

以費(fèi)米悖論（Fermi Paradox）為例。費(fèi)米悖論的基本想法是，為何存在如此多的地外世界，其間卻毫無智能生命的跡象。這一悖論促使科學(xué)家們探索宇宙為何如此寂靜的各種緣由。除此之外，各種時(shí)間悖論（例如祖父悖論*（Grandfather paradox）使我們能夠探索諸如多元宇宙理論（multiverse theory）等令人費(fèi)解的概念。黑洞信息悖論也在此列。

*祖父悖論：祖父悖論最初由法國科幻小說作家勒內(nèi)·巴雅維爾在小說《不小心的旅行者》中首次提出。其基本想法是：假設(shè)一個(gè)人通過時(shí)間旅行回到過去，在自己的祖父生下自己的父親之前殺掉祖父，這會導(dǎo)致時(shí)間旅行者在未來無法存在；而如果時(shí)間旅行者在未來無法存在，則無法通過時(shí)間旅行抵達(dá)過去并殺死祖父。這一矛盾形成無限循環(huán)，多元宇宙理論是這一悖論的一種解決方案。

黑洞信息悖論最初由物理學(xué)家斯蒂芬·霍金于上世紀(jì)70年代提出，其核心在于黑洞似乎會在極長的時(shí)間尺度上通過霍金輻射（Hawking radiation）破壞信息。然而，量子場論指出，量子信息無法被破壞，而是必須得到保存。為解決二者之間的矛盾，多種理論應(yīng)運(yùn)而生。其中一種理論認(rèn)為，信息以某種方式編碼在黑洞的事件視界（event horizon）上，并在霍金輻射中以我們無法探測的方式釋放，這些信息甚至?xí)鞑サ揭粋€(gè)完全不同的宇宙中。

多年以來，弗洛里安·諾伊卡特（Florian Neukart）（萊頓大學(xué)助理教授兼量子計(jì)算公司Terra Quantum的首席產(chǎn)品官）堅(jiān)持不懈地推廣一個(gè)令人著迷的想法——量子記憶矩陣。在《新科學(xué)家》雜志最新發(fā)表的一篇文章中，諾伊卡特詳細(xì)闡述了時(shí)空本身可能具備一種“記憶”功能的想法，憑借這種功能，宇宙能夠記錄自身的歷史。根據(jù)諾伊卡特的觀點(diǎn)，時(shí)空在某種意義上是一張由“記憶單元”構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，它不僅能夠解決黑洞信息悖論，還可能澄清其他重大時(shí)空難題，如暗物質(zhì)問題。

諾伊卡特在發(fā)表于《新科學(xué)家》雜志上的文章中寫道，“如果一個(gè)空洞的空間中沒有任何內(nèi)部的事物能夠發(fā)生變化，這個(gè)空洞的空間如何能夠持有信息呢？回答這一問題的關(guān)鍵是要意識到，現(xiàn)代物理將粒子與力視作量子場中的激發(fā)態(tài)，量子場是將空間與時(shí)間含括其中的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)”。原則上，時(shí)空本身沒有內(nèi)部差異，時(shí)空的每一個(gè)單元都具有一個(gè)能夠改變的量子態(tài)。可以將其想象成微型刻度盤或開關(guān)。也有一些用于描述不同時(shí)空單元之間的相互關(guān)系的涌現(xiàn)的量子信息，這些信息不被任何單元所持有，而是存在于它們之間的錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)中”。

在黑洞信息悖論中，當(dāng)一個(gè)物體在太空中移動時(shí)，它會與這些“時(shí)空刻度盤”相互作用，這些刻度盤會記錄信息。當(dāng)黑洞蒸發(fā)時(shí)（這個(gè)過程需要大約1068到10103年），周圍的時(shí)空將會保留下來。

諾伊卡特說道，“信息沒有消逝，它們就刻寫在那些我們未曾注意的地方”。

諾伊卡特表示，利用量子計(jì)算機(jī)測試這一想法時(shí)，他們已將該框架擴(kuò)展到引力之外，并堅(jiān)持認(rèn)為量子記憶矩陣適用于自然界的四種基本力（即引力、電磁力、強(qiáng)力和弱力）。此外，諾伊卡特提出，“編織在時(shí)空中的信息重量”可能是暗物質(zhì)的另一種解釋。暗物質(zhì)是一種與其他物質(zhì)弱相關(guān)的物質(zhì)形式，是標(biāo)準(zhǔn)模型中尚未解決的重大謎題之一。

目前，量子記憶矩陣?yán)碚撝皇墙鉀Q一個(gè)長期存在的悖論的又一個(gè)激進(jìn)而引人入勝的潛在方案。它可能與真相相去甚遠(yuǎn)，也可能比我們預(yù)期的更接近現(xiàn)實(shí)，但它無疑是悖論作為科學(xué)創(chuàng)造力沸騰熔爐的有力證據(jù)。

作者：Darren Orf

譯者：Muchun

原文：

https://www.popularmechanics.com/science/a65178424/memory-cells/