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生活在全息宇宙中是一种什么样的体验?

如果有朋友告诉你,我们其实都生活在一个巨大的全息图像中,你或许会让他闭嘴,别再信口开河。

然而不可思议的是,一些物理学家们也抱持同样的观点:我们所认知的三维宇宙或许只是一个巨大的二维投影

这听起来无异于天方夜谭。在人类的最基本认知中,世界的3D特质就像时光一去不复返一样显而易见。然而有科学家相信,如果我们熟知的每个三维物体都只是二维世界信息的微小亚原子比特的投影,那么爱因斯坦的相对论与量子力学间的矛盾便不复存在了。

“如果真是这样,那将是多么重大的新发现。”维也纳科技大学的理论物理学家Daniel Grumiller说道。宇宙全息理论认为,某些三维空间可以从数学上减少为二维投影,而我们的宇宙正是如此。此前,Grumiller与物理学家Max Riegler、Arjun Bagchi和Rudranil Basu共同发表了研究成果,第一次为宇宙全息理论提供了证据。

“20年前,如果你问别人世界是几维的,几乎所有人都会回答‘三个空间维度加上时间。’宇宙全息理论则意味着世界的维度取决于看问题的角度。”Grumiller称。

20多年前,宇宙全息理论作为对霍金著名的信息悖论(即黑洞似乎会吞噬信息,然而根据量子理论这点又不成立)的解决方案被提出。然而这一理论在数学上并非是针对黑洞所设计的。此后数年,理论物理学家Juan Maldacena论证了在一类叫作反德西特空间的理论空间中,全息理论成立。我们的宇宙在宇宙标度上来说相对平坦,而数学家们描述的反德西特空间向内弯曲,呈鞍型。

“反德西特空间与我们的宇宙并无直接关联,但它使我们得以完成用其他方法非常困难甚至不可能执行的演算。”Grumiller解释道。

在这一理论空间中,Maldacena证明了引力理论和量子场论这两组方程可以完美地彼此映射。这种一致性完全出乎人意料,因为引力是在三个空间维度中被描述的,而量子场论只需要两个维度。在二维和三维中,物理定律产生了完全一样的结果,这表明了反德西特空间的全息特质。

“这是第一个证明了全息是如何运作的例子。”Grumiller说道。“但既然我们的宇宙在很大程度上几乎是扁平的,并不是反德西特空间,研究全息理论对扁平宇宙也是否适用就很有趣了。”

为了证明我们的宇宙能够被视作一幅全息图,物理量必须用扁平空间中的量子场论和引力理论来计算,而结果也必须相符。Grumiller决定看看量子力学中的一项主要性质——量子纠缠是否能通过引力理论得到复制。

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