一个多世纪以来，物理学建立在两个伟大的理论之上。爱因斯坦的广义相对论将引力解释为时空的弯曲。量子力学则支配粒子和场的世界。这两个理论在各自的领域中都表现得非常出色。但将它们结合起来时，就会出现矛盾——尤其是在黑洞、暗物质、暗能量和宇宙起源的问题上。我的同事和我一直在探索一种新的方法来弥合这一鸿沟。这个理念是将信息——而不是物质、能量，甚至时空本身——视为现实的最基本成分。我们称这个框架为量子记忆矩阵（QMM）。它的核心是一个简单但强大的主张：时空不是光滑的，而是离散的——由微小的“单元”构成，这正是量子力学的暗示。每个单元可以存储每次互动的量子印记，比如粒子的经过，甚至是诸如电磁力或核相互作用等力的影响。每个事件都会在时空单元的局部量子状态中留下微小的变化。换句话说，宇宙不仅仅是演变。它还记得。这个故事始于黑洞信息悖论。根据相对论，任何坠入黑洞的物体都永远消失。根据量子理论，这是不可能的。信息是不可能被毁灭的。QMM提供了一种解决方案。当物质坠入时，周围的时空单元记录下它的印记。当黑洞最终蒸发时，信息并没有丢失。它已经被写入时空的记忆中。这个机制在数学上通过我们称之为印记算子的概念得到体现，这是一种可逆的规则，可以使信息守恒成立。起初，我们将其应用于引力。但随后我们问：自然界的其他力量呢？结果发现，它们也符合相同的图景。在我们假设时空单元存在的模型中，保持原子核结合的强核力和弱核力也在时空中留有痕迹。后来，我们将这一框架扩展至电磁学（尽管这篇论文目前正在同行评审中）。即使是一个简单的电场也会改变时空单元的记忆状态。解释暗物质和暗能量这引导我们提出了一个更广泛的原则，我们称之为几何-信息二重性。在这种观点下，时空的形状不仅受到质量和能量的影响，正如爱因斯坦所教导的，还受到量子信息的分布，尤其是通过缠结。缠结是一种量子特征，例如，两个粒子可以神秘地相连，这意味着如果你改变一个的状态，你会自动并立即改变另一个——即使它在光年之外。这种视角的转变带来了戏剧性的后果。在一项目前正在评审中的研究中，我们发现印记的团块就像暗物质一样行为，暗物质是构成宇宙大部分物质的未知物质。它们在引力下聚集，并解释了星系的运动——这些星系似乎以异常高的速度绕转——而不需要任何特殊的新粒子。在另一项研究中，我们展示了暗能量也可能如何出现。当时空单元饱和时，它们无法记录新的、独立的信息。相反，它们会对时空的剩余能量产生贡献。有趣的是，这种剩余贡献具有与“宇宙常数”或暗能量相同的数学形式，这使得宇宙以加速的速度膨胀。它的大小与驱动宇宙加速的观察到的暗能量相匹配。这些结果共同表明，暗物质和暗能量可能是同一信息硬币的两面。周期性宇宙？但是如果时空具有有限的记忆，当它填满时会发生什么？我们接受的最新宇宙学论文，发表于《宇宙学与粒子物理学杂志》，指向一个周期性宇宙——不断出生和死亡。每一个扩展和收缩的周期都会将更多的熵——一种无序的度量——存入账本。当达到界限时，宇宙“反弹”进入一个新的周期。达到界限意味着时空的信息容量（熵）已达到最大。在这一点上，收缩不能再平滑地继续。方程显示，与其崩溃为奇点，存储的熵驱动了反转，导致一个新的扩展阶段。这就是我们所描述的“反弹”。通过将模型与观测数据进行比较，我们估计宇宙已经经历了三到四个扩展和收缩周期，剩下的周期不足十个。在剩余周期完成后，时空的信息容量将完全饱和。在这一点上，不会再发生进一步的反弹。相反，宇宙将进入一个最终的减速膨胀阶段。这使得宇宙的真正“信息时代”约为620亿年，而不仅仅是138亿年。