引力的本質幾個世紀以來一直吸引著物理學家，從牛頓的萬有引力定律到愛因斯坦革命性的廣義相對論。廣義相對論將引力描述為由質量和能量引起的時空彎曲，雖然它在解釋廣泛的現象方面取得了巨大的成功，但在試圖與量子力學調和以及解釋某些宇宙學觀測時，仍然面臨挑戰。

在此背景下，由埃里克·韋爾林德在 2009 年提出的“引力源于熵”的概念，提出了一種激進且引人入勝的替代方案。該理論認為，引力本身并非一種基本力，而是一種從微觀自由度的統計行為中涌現出來的現象，類似于熱力學力如彈性。

經典的引力理論

傳統的引力理解雖然強大，但也并非沒有其復雜性。17 世紀提出的牛頓引力描述了引力是質量物體之間的一種吸引力，它以瞬時的方式跨越距離作用。雖然對于日常現象和太陽系內的天體力學非常精確，但它無法解釋強引力場或宇宙尺度上的現象。

20 世紀初提出的愛因斯坦廣義相對論徹底改變了我們的理解，它將引力描述為時空彎曲的表現，而不是一種力。質量和能量彎曲了時空的結構，物體沿著這個彎曲時空中的測地線運動，這就是我們所感知的引力。廣義相對論已經通過觀測得到了廣泛的驗證，包括光線在巨大物體周圍的彎曲、水星軌道的近日點進動以及引力波的存在。

然而，廣義相對論本質上是一種經典理論，它試圖與量子力學（支配微觀世界的理論）統一的努力充滿了困難。此外，暗物質和暗能量的謎團，它們構成了宇宙質量-能量內容的大部分，在廣義相對論的標準框架內仍然無法解釋，這促使物理學家探索引力的替代或修正理論。

引力來源于熵

埃里克·韋爾林德的熵力引力理論提供了一種根本不同的方法。它認為引力不是由引力子介導的基本力，而是一種涌現的熵力。一般來說，熵力是一種宏觀力，它源于系統增加熵的統計趨勢。在統計力學中，熵是衡量系統可能擁有的微觀狀態數量的指標。系統自然傾向于演化到熵最大的狀態，因為這些狀態在統計上更可能出現。

考慮一個簡單的例子：粘性介質中的彈性聚合物鏈。當被拉伸時，鏈處于低熵狀態。它將自然地傾向于卷曲和收縮以最大化其熵，從而產生有效的宏觀力，即熵力。這種力不是基本的，它源于鏈的微觀成分的統計行為。

韋爾林德通過將引力與全息原理以及全息屏幕上的信息存儲概念聯系起來，將這一概念擴展到引力。全息原理受到黑洞熱力學的啟發，它表明空間體積的信息內容可以編碼在其邊界上，就像全息圖一樣。韋爾林德提出，時空本身是涌現的，引力源于與空間相關的信息。他將宇宙設想為由全息屏幕所界定，而時空主體中物質的存在導致該屏幕上的信息分布發生變化。這種信息的變化與熵的變化相關聯。然后，由最大化熵的趨勢驅動的熵力被解釋為引力。

在韋爾林德的公式中，引力不是將物體拉到一起；相反，它將物體推向熵較高的區域。當一個測試質量接近全息屏幕時，它會導致屏幕上信息內容的變化，從而導致熵的增加。然后，熵力作用于使測試質量朝向最大化熵增加的方向移動，這被感知為引力吸引。韋爾林德最初的論文證明，在某些假設下，這種熵力可以重現牛頓的萬有引力定律，甚至可以重現廣義相對論的某些方面，尤其是在弱引力場中。

優勢與批評

熵力引力的潛在優勢之一是它能夠為傳統引力理論難以解釋的現象提供不同的視角。一些支持者認為，熵力引力可能為暗物質和暗能量提供自然的解釋。例如，在宇宙尺度上對熵-面積關系或全息原理的修改可能導致偏離牛頓引力的現象，而這些現象目前被歸因于暗物質。此外，涌現引力的概念與量子引力的某些方法相一致，這些方法也表明時空和引力并非基本，而是從普朗克尺度上更基本的自由度中涌現出來的。

然而，熵力引力并非沒有批評和挑戰。一個主要的爭議點是缺乏直接的實驗證據來支持該理論。與廣義相對論不同——已經通過大量實驗和觀測得到了嚴格的檢驗，熵力引力在很大程度上仍然是理論性的。批評者還提出了概念上的困難，質疑涌現引力背后的精確統計力學系統以及將全息屏幕解釋為物理實體的合理性。

此外，從熵力引力原理中推導出廣義相對論的完整框架，包括愛因斯坦場方程，已被證明是一項復雜且持續的挑戰。一些研究人員認為，迄今為止提出的推導依賴于特定的假設，并且可能不具有普遍適用性。還有人擔心熵力引力是否能夠始終如一地解釋強引力透鏡、黑洞動力學和引力波等現象，而這些現象在廣義相對論中得到了很好的描述。

結語

盡管存在這些挑戰，但對熵力引力的研究仍在繼續，不斷努力改進理論，回應批評，并探索其影響。研究人員正在研究熵力引力的不同公式，探索與其他涌現引力情景的聯系，并試圖開發可檢驗的預測，以便將熵力引力與廣義相對論區分開來。

總之，“引力源于熵”的概念為引力的本質提供了一個引人入勝且根本不同的視角。通過暗示引力不是一種基本力，而是一種涌現的熵力現象，它挑戰了時空和引力作為基本實體的傳統觀點。雖然熵力引力為解釋宇宙學之謎以及潛在地彌合廣義相對論和量子力學之間的差距提供了令人興奮的可能性，但它仍然是一個發展中的理論，面臨著重大挑戰，并且需要進一步的經驗驗證。