宇宙記憶可以解釋暗物質、暗能量和黑洞嗎？

量子力學支配著粒子和場的世界。兩人在各自的領域都表現出色。但它們結合在一起就出現了矛盾，特別是當涉及到黑洞、暗物質、暗能量和宇宙起源時。

我和我的同事一直在探索彌合這一鴻溝的新方法。這個想法是將訊息——不是物質，不是能量，甚至不是時空本身——視為現實最重要的組成部分。我們將此框架稱為量子儲存矩陣（QMM）。

其核心是一個簡單但有力的主張：時空不是光滑的，而是離散的——正如量子力學所暗示的那樣，由微小的“細胞”組成。每個細胞都可以儲存每次相互作用的量子印記，無論是粒子的通過，還是電磁力或核相互作用等力的影響。每個事件都會在時空細胞的局部量子態中留下微小的變化。

換句話說，宇宙不只是進化的。他記得

故事從黑洞資訊悖論開始。根據相對論，任何落入黑洞的東西都會永遠消失。根據量子理論，這是不可能的。訊息永遠不會被破壞。

QMM 提供輸出。當物質下落時，周圍的時空細胞記錄了它的尾跡。當黑洞最終蒸發時，資訊並沒有遺失。已經被寫入時空記憶之中了。

這種機制在數學上被我們所說的追蹤算子所捕獲，追蹤算子是一種使資訊守恆運作的可逆規則。首先，我們將其應用於重力。但我們接著問：其他自然力量呢？他們似乎符合同一張照片。

假設我們的模型中存在時空細胞，將原子核結合在一起的強核力和弱核力也會在時空中留下痕跡。後來我們將範圍擴展到電磁學（儘管這項工作目前正在接受同行評審）。一個簡單的電場就會改變時空細胞的記憶狀態。

解釋暗物質和暗能量

這使我們得出了一個更廣泛的原則，我們稱之為幾何資訊對偶性。根據這種觀點，時空的形狀不僅受到質量和能量的影響，正如愛因斯坦教導我們的那樣，而且還受到量子資訊如何分佈的影響，特別是透過糾纏分佈。糾纏是一種量子特性，例如，兩個粒子可以難以置信地連接在一起，這意味著如果你改變一個粒子的狀態，你也會自動立即改變另一個粒子，即使它們相距數光年。

這種觀點的改變會帶來可怕的後果。在一項正在進行同儕審查的研究中，我們發現殘餘星團的行為類似於暗物質，而暗物質是一種構成宇宙中大部分物質的未知物質。它們在重力作用下聚集並解釋星系的運動——它們似乎以出乎意料的高速度繞軌道運行——而不需要奇怪的新粒子。

在另一篇文章中，我們也展示如何產生暗能量。當時空細胞飽和時，它們無法記錄新的獨立資訊。相反，它們貢獻了時空的殘餘能量。有趣的是，這種多餘的貢獻與「宇宙常數」或暗能量具有相同的數學形式，暗能量導致宇宙快速膨脹。

它的大小與觀測到的驅動宇宙加速的暗能量一致。總之，這些結果表明暗物質和暗能量可能是同一枚資訊硬幣的兩面。

循環宇宙？

但如果時空的記憶是有限的，當它填滿時會發生什麼事？我們最新的宇宙學工作已在《宇宙學和天體粒子物理學雜誌》上接受發表，它表明了一個週期性的宇宙：一個不斷誕生和死亡的宇宙。每個膨脹和收縮循環都會在書中累積更多的熵（無序程度的衡量標準）。當達到連結時，宇宙「反彈」進入新的循環。

達到連結意味著時空的資訊容量（熵）最大化。到那時，收縮就無法順利繼續。這些方程式表明，儲存的熵不會塌縮成奇點，而是會引起逆轉，從而導致新的膨脹階段。這就是我們所謂的「反彈」。

透過將模型與觀測數據進行比較，我們估計宇宙已經經歷了三到四個膨脹和收縮週期，剩下的不到十次。完成剩餘的循環後，時空的資訊容量就完全滿足了。到那時，不會再發生進一步的反彈。相反，宇宙將進入緩慢膨脹的最後階段。

這使得宇宙實際的「資訊時代」約為620億年，而不僅僅是我們當前膨脹的138億年。

到目前為止，這似乎純粹是理論上的。但我們已經在目前的量子電腦上測試了部分 QMM。我們將量子位元（量子電腦的基本單位）視為時空中的微小細胞。使用基於 QMM 方程式的追蹤和恢復協議，我們以 90% 的準確度恢復了原始量子態。

這向我們展示了兩件事。首先，跡算子在真實的量子系統中工作。其次，它有實際好處。透過將其與標準列印糾錯程式碼結合，我們大幅減少了邏輯錯誤。這意味著QMM不僅可以解釋宇宙，還可以幫助我們建立更好的量子電腦。

QMM 將宇宙重新建構為宇宙記憶庫和量子電腦。每一個事件、每一種力量、每一個粒子都會留下影響宇宙演化的印記。它連接了物理學中一些最深奧的謎題，從資訊悖論到暗物質和暗能量，從宇宙週期到時間之箭。

它的實現方式已經可以在實驗室中進行模擬和測試。無論 QMM 被證明是硬道理還是墊腳石，它都開啟了一個令人驚訝的可能性：宇宙可能不僅僅是幾何和能量。也是一種回憶。而在那段記憶中，仍然可以書寫宇宙歷史的每一刻。