本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
两年前，我和我的几位《大众科学》同事进行了为期数周的激烈电子邮件交流，试图弄清楚如何理解弦理论家埃里克·韦林德的一篇新的论文。我想我从来没有像对这篇论文的物理学家的反应那样感到困惑过。从数学上讲，它几乎不可能更简单了，大部分内容都达到了中学代数的水平。从逻辑上和物理上讲，这让人头疼。我无法判断它是深刻的还是平庸的。我们咨询的理论家说他们看不懂，我们认为这是一种礼貌的说法，意思是他们的同事已经走火入魔了。一些物理博客站出来称韦林德是个疯子。
对于那些了解韦林德的人来说，这个标签不太合适。他是一位杰出的理论家，他的论文引发的大量讨论表明，他的大多数同事从中看到了一些东西。整个故事引起了《新科学家》和《纽约时报》的关注，但最终我们《大众科学》选择观望。今年春天，我在卡弗里理论物理研究所的一个研讨会上见到了韦林德。他坚持了自己的原始论文，而他的同事们的反应并没有改变。一位同事告诉我：“他以一种有趣的方式汇集了很多想法，但我们有点难以理解，所以我保留判断。”然而，他真正做的只是接受了弦理论家的一种普遍看法，并将其推向逻辑结论。
弦理论家和其他试图统一物理学的人面临一个基本问题。他们试图统一的理论，量子场论和爱因斯坦的广义相对论，都有着坚实的基础和良好的验证，但彼此不兼容。要调和它们，必须放弃一些根深蒂固的直觉。其中一种直觉是世界存在于空间和时间之中。卡弗里研讨会的参与者倾向于认为空间和时间不是基本的，而是涌现的。我们看到在空间和时间中上演的宇宙可能只是表面层面，我们像小船一样漂浮在那里，而利维坦在深处搅动。
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黑洞为这种观点提供了最有力的论据。引力定律预测，这些宇宙真空吸尘器遵循热力学定律的版本，这很奇怪，因为热力学是描述复合系统（如由分子组成的气体）的物理学分支。黑洞看起来肯定不像一个复合系统。它看起来只是一个扭曲的空间区域，你最好远离它。要使其成为复合体，空间本身必须是。
在这种情况下，黑洞代表了物质的新阶段。在黑洞之外，宇宙的“自由度”（其最基本的构建模块所能达到的全部）都处于低能状态，形成了你可能会认为的晶体，具有我们感知为时空连续体的固定、规则排列。但在黑洞内部，条件变得如此极端，以至于连续体破裂。“你可以让时空融化，”韦林德告诉我。“这真的是时空的尽头。要理解发生了什么，你需要使用这些底层的自由度。”这些自由度不能被认为是存在于一个地方或另一个地方。它们超越了空间。它们的真正场所是一个巨大的抽象可能性领域，用行话说，是一个“相空间”，与其几乎难以想象的丰富行为相称。
韦林德2010年的论文将这种推理应用于引力定律本身。引力不是像自牛顿以来几乎所有物理学家都认为的那样是一种基本的自然力，而可能是一种“熵力”，是某些更精细尺度动力学的产物，就像气体中的压力来自集体的分子运动一样。在卡弗里，他更进一步地认为，涌现时空的概念改变了我们对宇宙的整体概念。“如果你意识到相空间比我们通常假设的要多得多，多得多，你就会以不同的方式思考宇宙学，”他认为。
首先，暗物质可能是深入探索的一瞥。为了解释星系和更大系统内的异常运动，天文学家认为我们的宇宙必须充满一些看不见的物质，其重量是普通物质的五倍。然而，他们从未直接探测到这种物质，而且对于一种应该如此占据主导地位的东西来说，暗物质具有一种令人困惑的微妙影响。异常运动只发生在星系不时髦的外围。那里的恒星和气体云的移动速度比它们应该的快，但并没有做出真正古怪的事情，就好像可见星系的引力场被简单地放大了。
因此，一些天文学家和物理学家怀疑可能根本没有暗物质。如果你注意到你家的地板下垂，好像上面有太多的重量，你可能会得出结论，房间里有一只800磅重的大猩猩。你没看到大猩猩，所以它一定是看不见的。你听不到大猩猩的声音，所以它一定是无声的。你闻不到大猩猩的味道，所以它一定是无味的。过了一段时间，这只大猩猩看起来是如此令人难以置信地隐秘，你开始认为地板下垂一定有其他解释，比如房子已经沉降了。同样地，也许导致天文学家推断出暗物质的引力和运动定律是错误的。“我认为暗物质将是另一种物理学的标志，”韦林德说。
暗物质的主要替代方案被称为MOND，即修正牛顿动力学。韦林德重新诠释了MOND，不仅仅是对物理定律的调整，而是作为巨大基质的证据。他通过假设暗物质不是一种新型粒子，而是某些底层自由度的振动，特别是随机热波动产生的振动，从而推导出了MOND公式。这种波动是微弱的，只有在平均热能较低的地方才会变得明显，例如在星系的边缘。令人震惊的是，韦林德甚至推导出了五比一的比率。“我开始将其视为这个更大相空间的体现，”他说。
正如宇宙学家肖恩·卡罗尔多年来在一系列博客文章中所详述的那样，最近这篇文章中所详述的那样，MOND是超级不确定的。我倾向于同意，但有一件事让我停了下来。MOND设法用一个简单的公式解释了各种各样的异常星系运动。即使MOND没有推翻物理定律，它也表明暗物质的行为方式很简单。暗物质的所有复杂动力学必须以某种方式归结为一个非常规则的模式。暗物质建模者告诉我，他们尚未解释这一点。
韦林德不仅在暗物质方面，而且在宇宙学的许多其他方面都与传统观点背道而驰。例如，他重新引入了稳态理论的元素，大多数宇宙学家认为他们已经在20世纪60年代排除了这些元素。在他的模型中，所有物质（普通的和暗的）都由底层自由度的振动组成，因此一直在不断地产生和消灭。事实上，相同的自由度也解释了暗能量，从而统一了宇宙的所有组成部分。这些组成部分之间的区别在于它们的反应速度：普通物质是表面的波涛，暗物质是迟缓但强大的深层洋流，而暗能量是海洋安静的主体。至于另一个主要的宇宙学理论，宇宙暴胀，他也不怎么看好。
他的主张越宏大，它们似乎就越不合理。尽管如此，韦林德还是抓住了理论家们的一种感觉，即宇宙学的奥秘预示着物理学的新时代。将暗物质和暗能量解释为更深层现实的标志，而不是对当前理论的补充，这种冲动不仅出现在弦理论中，也出现在诸如圈量子引力和因果集理论等替代方案中。如果韦林德错了，时空真的我们世界的一个根本特征，那么还有什么其他的直觉必须放弃？我们认为我们确定知道的还有什么其他事情是错误的？
图表由埃里克·韦林德提供