这个宇宙可能是一个全息图，意味着我们的整个现实可能是一个幻觉

Paul M. Sutter

Tue, August 1, 2023 at 5:25 AM GMT+8

这个宇宙刚好是一个高清全息图吗？getty images

随理论物理学更深钻研现实的基本本质，我们被留下来抓住它留给我们的问题。例如，一些物理学家声称我们的宇宙只是一个幻觉，一个发生在一个更低维环境中的量子策划的产物------换句话说，一个全息图。

但这些最新的理论见解是提供探究现实本身的启示还是只用作为来帮助我们解决棘手问题的数学工具呢？当到最前沿的物理理论时什么是我们的想象的产物和什么是宇宙的一个产物呢？

黑洞可能是证据

麻烦始于宇宙的那些令人烦恼的流氓黑洞。在表面上（细心的读者稍后会被授予这是一个双关语的意识到），黑洞是简单的，东西掉进去永远不出来。关于这些东西的所有信息都被锁在事件地平线后面锁掉，再也看不到。但在1970年代，著名的天体物理学家斯蒂芬·霍金意识到了黑洞并不完全是黑的。它们是有点灰色的并且有点漏的，发射一个微少量的辐射，这造成黑洞来缓慢的蒸发，但不可避免地一起来自存在。

然而，那个辐射它没有携带任何信息，这带来一个令人讨厌的悖论：信息进入但不出来，然后黑洞走掉。如此对所有信息发生了什么呢？

在这个上下文中，信息是落入黑洞的所有粒子的所有属性的列表------换句话说，你需要来重建落入黑洞的原始物体的一切。相反，由于霍金辐射从一个黑洞出来的只是一批随机粒子。你不能基于出来的辐射告诉什么掉进去了。

一个重要的线索出现在霍金的超常发现之后的几十年里。来测量信息的量的一种方法是通过熵，熵是一个松散的相关到一个系统中无序的量的热力学概念。黑洞有一个令人惊讶的属性：它们的熵正比于它们的表面积，不是它们的体积。换句话说，在一个黑洞中信息的量被相关到它的二维表面，不是它的三维体积。

熵的概念描述一个系统的从有序朝向无序的趋势，因为对一个无序的状态来比一个有序的状态存在有如此许多的方式。例如，你可以打扫你的房间，只有一种可以让你的房间是干净的方法。然而有无数让它不打扫或变得混沌的方法，比如在一个角落里添加一个污垢或一个丢的袜子。如此随着时间，熵一定增加。这对宇宙中任何系统都是的，而不仅仅是你的房间。

这相当的远不像整个宇宙中的每一个其他物体，因此自然的许多物理学家突然变得对黑洞非常感兴趣，像伦纳德·苏斯金德（Leonard Susskind）这样的顶级物理学家领头冲进这个全息图原理的新土地。这个名字来自全息图本身。只要在现实生活中看到一个全息图，而它看起来像这个图像朝你跳出来一样吗？这是因为全息图将所有三维信息编码在一个二维表面上。

一个黑洞是空时的一个区域，在那里引力是如此强大以致甚至连光不能逃脱。强的引力以一种围绕黑洞物质的吸积盘的形式翘曲光。圆盘的前部和黑洞后面的部分在这位艺术家的概念中都是可见的。Getty ImagesMore

因此，关于黑洞似乎是一些东西有趣的，在其内它们的信息似乎被编码在它们的二维表面上。也许对整个宇宙是如此的。

一个二维的宇宙？

这个想法并不像它最初看起来的那么疯狂，因为我们可能实际上有一个行动中的全息图原理的工作的例子。它被以AdS/CFT对应相当尴尬的名称闻名，它被物理学家马尔达瑟纳（Juan Maldacena） 1997年开发。

为理解，让我们构建一种有一些奇怪属性的特殊宇宙。一是这个宇宙有五个空间维度。二是它是彻底的物质和辐射空的。三是，它包含一种坚持的向内弯曲它的宇宙学力。这种空时被称为一个（五维）反德西特空间。

现在，让我们说你正在尝试来解决宇宙内一个非常复杂的问题，比如量子引力如何工作。现在近一个世纪以来我们一直在尝试解决量子引力，虽然我们还没有任何答案，但我们确实有一套我们希望有一天将引导我们到一个的工具，这套工具被称为弦理论。

让我们解开一些更复杂的概念

 量子引力是一个应用到宇宙中最小东西的引力的理解，例如亚原子粒子。我们能用量子力学理解这些粒子的行为，但当引力变强时，就像黑洞内部一样，我们的理论崩溃。量子引力是一种来修复这些破碎的理论的试图。

量子场是浸泡整个宇宙的实体。当场的块是高能量时，我们看到粒子的创造或力的交换。

共形场论是一种有一定的特殊数学属性的量子场论。这些理论在一些高能物理实验中有有限的应用，但除此之外并不是很有用。

马尔达瑟纳发现了你能把这个问题------怎样在这个诡异的宇宙中来解决量子引力------转化成一个在它的四维边界上生活的彻底的不同的问题。在你做出这种转换后，所有的引力消失，被一种特殊的叫一个共形场论的量子理论代替（这是对应关系的CFT部分）。到现在，我们已经变得极端擅长解决量子场论问题，并且为工作过这些种数学我们有一整个大量的被很好测试的工具。

马尔达瑟纳表演了这个理论物理的一个魔术的等价物：他能够拿来一个我们不知道如何解决的问题（量子引力与弦理论）并转化它成我们能解决的问题（有量子场的共形场论）。

这是空时的起源吗？

这里是事情真的走疯狂的地方。一些物理学家已经发展并从一个单纯解决诱人头痛的引力问题的工具到解释引力本身扩展开了这个想法。他们声称他们已经发现了对应关系在那里所有生活在这个空时边界上的场的量子性质造成广义相对论来在它之内出现。广义相对论是我们的力引力的描述，在那里我们在空间和时间中的弯曲和皱纹观望引力。如此换句话说，全息图原理可能正在告诉我们，如果这是正确的，那么我们感知的是一个充满了通过引力有趣的和有趣相互作用的物体的三维的宇宙真的是一个充满有异域量子恶作剧的二维表面，从中一切另外的浮现。

这是一个大的如果。

尽管几十年来沿着这些思路的工作，但全息图原理有一些缺点。一个是它的理论宠儿AdS/CFT对应关系在现阶段只是基于某些观察到的关于什么是真实的数学关系的猜想，没有人实际上证明这些对应关系是真实的。另外，即便我们做了，被对应关系描述的宇宙看起来不像任何我们生活在的宇宙。我们的宇宙有三个空间维度，不是五个，它有一个时间维度。它不是空的，并不靠它自我封闭，而是充满有物质和辐射，目前正在经历一个加速膨胀的阶段。最关键的是，我们的宇宙没有一个很好定义的边界，如此全息图原理的整个存在理由死在了水中。

而是，绝大多数应用到宇宙中现实生活问题的物理理论强调的讲不是共形场论，因此AdS/CFT对应关系的效用不能被保证（尽管它已经在一些有趣的案例中起作用）。

甚至像黑洞信息似乎是的本质一样是有趣的，没有人已经能够成功地挥舞全息图原理来准确描述在真实宇宙中对真实黑洞发生的。更不用说关于黑洞的整个诡异的熵不应用到其他物体：例如，如果我将信息塞入你内，熵正比于你的体积上升。

但嘿，这是一个年轻的场。它让物理学家和化学家花了一個多世紀来最终確定原子存在了，因此急冲冲對探究現實的全新見解判斷是有點不公平的。但如果他们的最疯狂的梦想成真会怎样呢？如果我们要在我们的三维宇宙的物理学和在边界上的物理学之间发现一种密切的联系会是什么呢？

如此我们的宇宙是一个全息图还是一个数学错觉呢？

全息理论的含义充其量是模糊的。一些物理学家已经一路走来，陈述我们的现实是一种幻觉，我们感知的为空间、时间和引力的只是存在于更少维度中的一个更深层次现实的表现------我们的宇宙相当字面上是一个全息图。

但物理理论的数学解决方案并不一定统治现实。人们可以只是容易的争辩如果全息图原理原来是有用的，那么我们只已经发现了一个强大的------甚至是重要的------理解我们的宇宙的数学工具。但这并不意味着数学告诉我们的是真实的。

例如，物理学家常规的应用无数的数学游戏来解决问题。有时问题会被投射到更高或更低的维度，有时它们被变形成虚数的领域，有时我们及时来回移动进程。因为这些工具是的我们认识这些工具：来解决有挑战性的问题的方法，不是现实的基本组成部分的新公式。

另一方面，有时数学技巧被提升并烘焙进我们的物理宇宙的理解。以广义相对论为例。先于爱因斯坦的工作，我们憧憬引力为一种像任何其他力一样的力，一组将每个物体用质量连接起来看不见的绳子。但现在我们视引力为空时织造中的变形。我们评价被广义相对论提供的观点比前之能容易的说，这完全是被我们微不足道的人类大脑开发来帮助我们组织化和理解世界的一个数学诡计，一个最终是虚构的。真实中，这个宇宙只做这个宇宙做的。

如果全息图原理真的导致一种新的革命性的我们的宇宙概念，最终将要靠我们来决定是否我们理解的我们的现实是一种幻觉，或者是否物理学家要回去工作。