重力似乎是全息的。这对现实意味着什么？

大约十年前，在我作为一名物理记者的头几个月里，我不断遇到一串难以理解的字符：AdS/CFT。我被彻底吓到了，决定无视它。但我不能把头埋在沙子里太久。我很快了解到，这些字符是看似不和谐的引力世界和量子力学之间令人惊讶的联系的简写。更奇怪的是，这种“反德西特/共形场论”对应表明重力消除了体积和面积之间的区别。这个更广泛的想法被称为全息原理，现在我觉得它是过去 30 年来理论物理学中最深刻的提议。在哲学中，“感受性”指的是我们体验的主观品质：爱丽丝看到蓝色或鲍勃感到高兴是什么感觉。正如已故哲学家丹尼尔·丹尼特所说，感受性是“事物在我们看来的方式”。在这些文章中，我们的专栏作家追随他们的好奇心，探索重要但不一定可以回答的科学问题。理论物理学家倾向于用脚投票，AdS/CFT 引发了踩踏事件。 20 世纪 90 年代末有关该主题的三篇基础论文已获得数万次引用，使其成为迄今为止数字时代被引用次数最多的理论物理著作。在我采访研究全息术的物理学家时，他们常常看起来真的很震惊，并用“神奇的”和“奇迹般的”这样的词来形容它。全息术为物理学中最著名的难题提供了一个被广泛接受的答案，这并没有什么坏处：与斯蒂芬·霍金的观点相反，黑洞并不是无法逃脱的监狱。但即使在了解了全息术的众多发展并与相关物理学家进行了无数次对话之后，我仍然感到困惑。我听说全息术表明引力和量子力学是同一回事，而空间可能是一种幻觉。我还听说全息术既被描述为数学事实，又被描述为一种推测性的幻想。所以我试图对这些疯狂的想法进行三角测量，并弄清楚全息原理对我们的宇宙到底意味着什么。证据 在任何空间区域（实际上是时空，但为了便于可视化，我将在整篇文章中省略时间，就像物理学家经常做的那样）。全息原理声称，无论里面发生什么——从气体分子的撞击到黑洞的碰撞——你只需通过重复测量表面上的点就可以破译盒子的全部内容。停下来思考一下这个断言是多么令人愤慨。你根本看不到盒子里面。尽管如此，全息技术表明，您无需进入内部即可准确了解盒子内各处发生的情况。仅观察表面就足够了。从这个意义上说，装满盒子的东西的数量与覆盖盒子的油漆的数量相同。这是违反逻辑和几何的。它要求我们消除平方米和立方米之间的绝对差异。它让人回想起尽管全息图像是平坦的，但看起来却具有深度，只不过全息图中的鸟与实际的鸟相同。中国清华大学的理论家巴特克·捷克（Bartek Czech）通过将其与大脑 CT 扫描进行比较，强调了这一原理的威力，CT 扫描使用 X 射线观察器官内部，并根据数百至数千个横截面图像对其进行重建。全息术意味着你可以做到这一点——在三个维度上重建每一个褶皱、血管和神经元——而无需实际查看内部。简单地拍摄大脑表面就足够了。为什么会有人抱有如此牵强的想法？它植根于思想实验和数学，并且似乎可以追溯到一种力量：“重力奇迹，”捷克说。一个多世纪以来，科学家们就知道重力与其他力不同。想象一个充满电荷的盒子，代表另一种基本力，电磁力。盒子里的东西由电荷和它们产生的电场组成，电场也穿过外表面。如果您试图仅通过观察表面来推断电荷的排列方式会产生电场，则会遇到问题。由于正电荷会中和负电荷，因此不同的排列可能看起来相同。如果您没有观察到电场，则可能意味着内部没有电荷，或者可能意味着正电荷的影响完全阻止了负电荷的影响。从表面上看，你无法分辨出区别。在重力的作用下，质量扮演着电荷的角色。它会弯曲周围的时空，而且总是积极的。没有负质量，所以你总是可以从盒子表面时空的扭曲推断出里面东西的一种真实排列。 “直觉上，这就是全息术看似合理的原因，”劳伦特·Fr (Laurent Fr) 说