我们生活在一个拥有三维空间的世界中,但如果我们的三个维度,可以等效地表示在一个二维表面上呢?事实上,科学家们已经证明,在数学上二维表面可以包含所有信息来代表我们的三维感知现实。这是否意味着我们实际上可能生活在二维表面上?宇宙会像全息图吗?
概念来源
要理解全息宇宙的概念,我们必须从两件事开始:黑洞和斯蒂芬·霍金。霍金是过去50年来最著名的物理学家之一,不需要介绍相信大家都认识。黑洞是一种引力很大的物体,即使是光也无法逃脱它。在黑洞附近,有一种叫做事件视界的东西。 在这个事件视界之内,空间正以超过光速的速度被黑洞吞噬。而且由于我们宇宙空间中的任何事物都无法超过光速,因此没有任何事物可以逃脱它。
霍金表明,事件视界还会发生其他奇怪的事情。1981年,他提出这个事件视界可能正在打破物理学的基本规则之一,那就是信息守恒。他表明,落入黑洞的东西似乎永远从这个宇宙中消失了。也就是说,信息不守恒了,这就是信息悖论。
1997年,阿根廷物理学家胡安·马尔德塞纳用非常精确的数学表明,即使信息在黑洞内丢失,它的完美副本仍保留在我们的宇宙中并且不会丢失。这个完美的副本在哪里?它位于事件视界的表面。换句话说,信息保留在黑洞的二维表面上,类似于全息图。
这就是全息原理,这是解决黑洞信息悖论的量子理论的一个特性。现在,这种将信息保留在表面上的概念已成为物理学的主流。科学家最初是如何想出这样疯狂的概念的?通常,突破性理论源自其他杰出科学家先前的工作。在这种情况下,杰出的科学家不仅是英国物理学家斯蒂芬·霍金,还有以色列物理学家雅各布·贝肯斯坦。
1972年,贝肯斯坦推导出了一个方程,该方程显示了任何空间可以拥有的最大熵。信息论表明,这个方程也适用于信息,它代表了可以在任何空间中保存的量子信息的总量。但是,你会注意到这个方程不包括体积,只包括表面积,这与我们认为的直觉相悖。也就是说,任何给定体积中的熵或信息量与空间的表面积有关,而不是体积。
这个方程启发了许多科学家,以寻找关于宇宙的更多真相。他们发现,从数学上讲,霍金在黑洞中丢失了信息是正确的,但它并没有从我们的宇宙中丢失。所以从我们的角度来看,基本上任何落入黑洞的东西,仍然在我们的宇宙中,只是被涂抹在事件视界的表面。这就是全息图概念的来源,是3维对象的2维表示。他们推测,黑洞内部的东西是事件视界表面的一种投影。
全息宇宙
你可能会问,这与我们的宇宙是一个全息图有什么关系,因为我们似乎并不生活在黑洞中?这些科学家从数学上推断了这一全息原理,以表明我们的整个三维宇宙也可以完美地呈现在宇宙的二维表面上。在数学上,我们是涂抹在宇宙二维视界上的信息的投影,这个视界将环绕整个宇宙。这个视界到底在哪里?它在数学上是无限远的,所以我们永远也达不到它。
这是否意味着我们生活在黑洞中?不,他们只是说任何3维空间都可以用2维表面表示。在黑洞的情况下,我们在那个表面的外面看着它。就我们的宇宙而言,我们处于该表面的内部。所以我们生活在二维全息图中吗?必须了解的是,2维表面的概念是一种数学结构。即使它在数学上是坚如磐石的,也不一定它能成为现实的基本性质。