我们所生活的宇宙，只是一个全息投影？这是一个备受争议的问题。在过去几十年里，随着我们许多人花费大量时间在网上，现实世界似乎变得更加广阔。然而，在理论物理学的一个领域，情况似乎正在朝相反方向发展。在过去二十年中，弦论家一直在探讨一个观点，即我们所处的时间和空间，包括我们自身，可能只是一种幻觉，是由“某种现实”产生的全息图。
普林斯顿高等研究院的胡安・马尔达西那教授（Juan Maldacena）在全息原理这一思想的发展中发挥了举足轻重的作用。20世纪90年代，马尔达西那提出了首个实现全息原理的宇宙学模型。最近，他在访问剑桥时接受了笔者的采访。
二十世纪的谜全息原理源于20世纪最大的科学问题之一：广义相对论和量子力学这两种基本物理理论之间存在不兼容性。二十世纪初，爱因斯坦发现时间和空间是不可分割的，他将这二者形成的结构称为时空。他的广义相对论指出，时空本身会受到大质量物体的扭曲，而引力正是这种扭曲产生的结果。这就像在蹦床上放置一个台球，它会产生一个凹陷，使附近的弹珠滚入其中；同样，大质量物体（如行星）也会弯曲时空，使附近的物体受到其引力吸引。根据爱因斯坦的观点，引力不是通过空间传播的某种东西，而是由时空本身的几何结构造成的。广义相对论主要描述的是行星和星系的世界，而量子力学主要关注亚原子尺度，即构成物质的基本粒子这一领域。
在这个尺度上，质量非常小，引力可以忽略不计。量子场论是粒子物理的量子力学描述，它认为基本粒子通过被称为规范玻色子的信使粒子来传递力：一个基本粒子通过发送一些规范玻色子来向另一个粒子传递力。
图1. 巨大的物体会扭曲时空在二十世纪的发展过程中，四种基本力中的电磁力、弱核力和强核力的信使粒子都在实验中被观测到了。为了保持理论上的一致性，爱因斯坦的理论也应当能够用类似的信使粒子来重写。物理学家将引力信使粒子称为引力子（graviton），但我们至今仍未发现其踪迹。更令人沮丧的是，尝试用量子场论来描述引力子会导致无意义的答案。
马尔达西纳说：“简单地把引力量子化是行不通的，这会导致数学上的不一致性。我们需要一些新东西。”迄今为止，一种备受期待的新的量子引力理论尚未被发掘。一个强有力的竞争者是弦论，或者称为“弦论家族”——因为弦论实际上是一组逻辑上自洽的理论的集合。弦论的核心观点是将基本粒子视为微小的振动弦，这为我们绕过简单量子引力中的数学问题提供了一种方法。
作为一个以优美吸引了许多理论家的数学理论，弦论的缺点在于它并没有给出对世界的完整描述，许多物理量它还无法描述。此外，弦论尚未经过实验验证，实际上也无法进行验证。然而，正是弦论为马尔达西纳提供了破解量子引力之谜的线索：将引力视为量子全息图产生的幻觉。
图2. 量子力学很好地描述了亚原子世界。广义相对论与量子力学之间的矛盾，并不会对大多数实际应用造成困扰。物理学家通常研究的对象是大尺度世界，在这里量子效应并不明显，或者是小尺度世界，在这里粒子较轻，引力影响较小。然而，在一种特殊情况下，这两种理论的冲突变得尤为明显：当大量的质量集中在空间的微小区域时，就会形成黑洞。黑洞产生的引力强大到连光都无法逃脱，因此在研究黑洞时，我们不能忽视引力的影响。
同时，黑洞的小尺度也意味着量子效应的存在。因此，为了解释黑洞中的现象，我们确实需要一种统一的量子引力理论。黑洞是全息原理最初的理论来源。它们有一个无法返回的边界，被称为事件视界。一旦你越过这个边界，你就会被黑洞吸入，再也无法逃脱。当你落入黑洞时，许多信息会和你一起消失。这些信息不仅包括你的 DNA 和一两个最好的想法，还有你静脉中血细胞的无数种组合方式以及你脑海中所有混乱的念头。然而，在黑洞的世界里，事情看起来要简单得多。
经典物理假设没有任何东西能从黑洞中逃脱，并认为黑洞可以用仅仅三个信息来完全描述：它的质量、电荷和旋转速度。因此，当你落入黑洞中时，描述你所需的所有信息都会被吸入黑洞的这三个参数中——你的坠落使得宇宙变得简单了一些。
图3. 一个以银河为背景的模拟黑洞这种复杂性的减少通常会让物理
【来源】https://www.ithome.com/0/741/154.htm
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