网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

世界也许并不真实?全息理论:宇宙是一个巨大的投影

0
分享至

我们眼前这个立体、鲜活、可以触摸和呼吸的世界,会不会只是一层被"投"出来的影像?如果宇宙的全部信息其实并不藏在它的内部,而是被写在一张更低维度的"底片"上,那么我们所谓的真实,究竟意味着什么?

带着这样的疑问回过头去看,就会发现有人早已提出这样一个可能:我们看到的整个三维世界,或许只是某个二维表面的投影,宇宙真正的信息可能只存在于一个更低维度的边界上。

乍一听这个说法非常离谱,毕竟我们明明生活在一个三维空间里,上下前后左右一切都是真实的,人是立体的,行星是立体的,整个宇宙毫无疑问也是立体的。但提出这个想法的并不是脑洞大开的科幻作家,而是真真正正的物理学家。



故事要从我们熟悉的黑洞讲起。上世纪70年代,人们逐渐意识到一个奇怪的问题。

按照经典的广义相对论,黑洞是一个极其简单的东西,描述一个黑洞只需要三个参数:质量、角动量、电荷。也就是说,不管掉入黑洞的是什么东西,恒星也好,行星也罢,哪怕是一个人、一本书,最后得到的黑洞看起来都差不多。

这便是著名的无毛定理。这里的"毛"指的就是除质量、角动量、电荷外的其他信息。



这个定理乍一看没什么问题,但如果把量子理论也考虑进来,问题就来了。在量子理论里,一个系统包含的信息不会凭空消失。

把一本书烧掉,纸和墨会变成灰尘和气体,看起来书是没了,但假如能记录构成这本书的所有分子的位置和运动状态,那么原则上这本书是可以被复原的。只是人类目前做不到,但理论上是可行的,因为信息并没有消失,它只是被打散了。

这被称为信息守恒。信息守恒可以认为是比任何定理和定律都要更加底层的一种原理。



信息守恒的存在为黑洞理论带来了一个巨大的麻烦。无毛定理表明,物体只要进入黑洞,它之前的信息就彻底丢了。

但从量子层面看,一个系统的信息是守恒的,不可能丢。那么掉入黑洞的物体,它的信息到底还在不在?如果在,又会在哪儿呢?

我们知道信息量通常可以用熵来表示。如果黑洞的信息保存在黑洞内部,那黑洞的熵应该会和黑洞体积成正比。



但计算结果表明,黑洞并不是我们想的那样,它的熵不是和体积成正比,而是和它的表面积成正比。首先发现这一点的,是惠勒的学生雅各布·贝肯斯坦。

正是他提出了黑洞熵这一概念,也为日后的黑洞热力学以及全息原理奠定了基础。

为什么一个三维物体的信息只和它的二维表面有关呢?这个结果一度让人十分困惑。



它意味着掉入黑洞的物体,只有质量、角动量、电荷这些基本信息进入了黑洞,构成物体的所有量子信息都保留在了黑洞的视界面上。黑洞内部就像一个混沌的时空,那里没有任何我们熟悉的东西,而全部完整信息都被封存在了那层看不见的边界之上。

至于霍金辐射可能导致信息再一次丢失,也就是所谓的黑洞信息悖论,那是另一个更棘手的问题了。

如果这个奇怪的现象只是黑洞特有的,那问题倒还不大。但后来有人提出了一个更激进的猜想:有没有可能不只是黑洞,我们所在的整个宇宙本身也是如此?



这个想法就是全息原理最初的雏形。说到"全息",大家首先想到的多半是全息影像——用特殊的方式把三维物体的光影记录在二维底片上,之后再用激光照射底片,就能还原出立体影像。

把这个概念推广到整个宇宙,就意味着我们看到的这个三维世界,或许只是某种二维表面的投影。当然,这里投出去的不仅仅是光影,而是与完整信息一一对应的整个实体。

就像玻尔的互补原理,你不能说谁真谁假,无论三维实体还是二维信息,其实指向的都是同一件事。



只是,宇宙毕竟不是黑洞,凭空这样一句"依葫芦画瓢",很难让人信服。所以最初,全息宇宙的说法只停留在直觉层面。

直到上世纪末,物理学界才开始认真对待它——因为它牵扯到了迄今为止仍困扰物理界的终极难题:量子引力。

1993年,来自荷兰的理论物理学家杰拉德·特·胡夫特提出了一个构想:一个空间区域内的所有物理信息都可以完整地编码在它的边界上,就像三维物体可以被记录在二维全息底片里一样。这便是最早的全息原理。



1995年,弦论创始人之一、美国理论物理学家萨斯坎德在《数学物理杂志》上发表了一篇论文,名字非常直白,就叫《世界如同一张全息图》。在这篇论文中,萨斯坎德首次将最前沿的弦理论引入了全息原理。

在胡夫特和萨斯坎德的基础上,1997年,阿根廷理论物理学家马尔达希纳提出了著名的马尔达希纳对偶,首次为全息原理建立了精确的数学描述——在反德西特空间中的弦论,与边界上无引力的共形场论完全等价。所谓反德西特空间,是一种有着负曲率的弯曲时空。

它虽然无限大,但在数学上存在一个无穷远的边界,这个边界可以认为就是反德西特空间宇宙的表面。在该宇宙内部引力正常存在,并且可以通过弦论来描述;但对于宇宙的表面,那里却是一块没有引力的区域,因此它可以被普通的量子场论所描述。



关键的是,这个宇宙的内部和它的二维表面是一一对应的。比如你正在吃一个苹果,怎么咬、怎么嚼、苹果什么味道、细胞怎么反应、光子怎么反射,所有发生的一切都记录在宇宙的二维边界上。

不同的是,那里并没有苹果,更没有你正在吃苹果,有的只是一堆不停变化的量子信息。

顺着这个思路,就很容易联想到另一个更古老的思想实验——1981年,哲学家希拉里·普特南提出了"缸中之脑":如果把一个人的大脑放进营养液里,用超级计算机连接它的神经末梢并给出恰当的刺激,这颗大脑就会坚信自己活在一个完整世界里。



全息原理与之相似之处在于,它同样把"体验"和"信息载体"彻底分开:真正决定一切的,也许并不是我们感官所处的那一层。

这种"我们可能不在真实之中"的联想,在当代科技界也颇有市场。埃隆·马斯克就曾在一次采访中说,我们生活在真实世界的概率大约只有十亿分之一,整个宇宙也许只是虚拟现实模拟出来的游戏,我们只是其中的NPC。

这种说法当然过于极端,但换成物理学的语言,其中的疑惑并不完全离谱——比如宇宙的极限速度是每秒约30万公里的真空光速,可这个速度放在数百亿光年尺度的宇宙里几乎慢得可怜,很难不让人怀疑:光速是不是这套底层"运算"的上限?



而量子力学里的叠加态,会不会正像是为了节省"渲染算力"、避免数据过载而设计的偷懒机制?

回到严格的物理讨论上来。现在的问题是,我们的宇宙并不是有着负曲率的反德西特空间。

根据各种观测证据,现实中的宇宙是平直的,时空曲率趋近于零,未来它甚至有可能会趋向于拥有正曲率的德西特空间。也就是说,马尔达希纳对偶虽然可以精确描述全息宇宙,但他针对的只是反德西特空间。



对于我们所处的这个真实宇宙,目前还没有与之对应的全息理论。

不过,尽管如此,全息原理的思想本身还是很有用的。比如在处理某些量子引力问题时,原本很难处理的引力问题,现在可以通过边界上的量子场论来解决。

在过去的二十多年里,人们用这种方法计算了大量结果,很多都和预期的完全一致。这让越来越多的人相信,这种对应关系也许并不是单纯的数学上的巧合,而是在指向宇宙某种深层的结构。



虽然目前来看,我们这个宇宙并不是所谓的全息投影,但也可能只是我们还没有找到对应的理论。倘若未来真的发现了针对德西特空间的全息原理,那是否意味着我们眼前的这个世界,在某种意义上真的是一种全息影像呢?

真正令人不安的或许并不是"世界不真实"这五个字,而是当物理走到极处,我们不得不承认:所谓真实,也许只是被完整记录、被精确计算之后再"呈现"给我们的一种体验。信息才是最坚硬的东西,而三维世界只是它的一次显影。

也许我们无需为此焦虑,就算眼前的一切真是某种更低维度上的投影,苹果依旧甜,星空依旧辽阔,人依然会为一个念头而心动,这份"被投出来"的体验,本身就已经足够真实。

声明:个人原创,仅供参考

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
金球奖前负责人:魔笛接到获奖通知后落泪;本泽马当时很冷淡

金球奖前负责人:魔笛接到获奖通知后落泪;本泽马当时很冷淡

懂球帝
2026-10-07 20:15:41
王楚钦确认告别仅48小时,新身份曝光,原来他早走上了另一条路

王楚钦确认告别仅48小时,新身份曝光,原来他早走上了另一条路

北海史记
2026-10-01 00:40:27
就“东航空姐下跪”,广东一上市公司发声

就“东航空姐下跪”,广东一上市公司发声

吉刻新闻
2026-10-07 21:12:04
为何发达国家,不流行支付宝和微信支付?周小川一句话说透了真相

为何发达国家,不流行支付宝和微信支付?周小川一句话说透了真相

平说财经
2026-10-06 22:39:21
0-2惨败!高芙爆冷出局,无缘中网8强,受场外因素影响,郑钦文夺冠有戏

0-2惨败!高芙爆冷出局,无缘中网8强,受场外因素影响,郑钦文夺冠有戏

体育就你秀
2026-10-07 17:38:47
苏杰生:印度绝非“中等强国”,必须按超级大国标准享受一切权力!

苏杰生:印度绝非“中等强国”,必须按超级大国标准享受一切权力!

王姐懒人家常菜
2026-10-07 17:08:15
在泰国曼谷失联的上海音乐教师已安全回国,我使馆:赴泰中国公民要“对自己和家人负责,切勿因盲目冲动、轻信许诺而令家人亲属担忧牵挂”

在泰国曼谷失联的上海音乐教师已安全回国,我使馆:赴泰中国公民要“对自己和家人负责,切勿因盲目冲动、轻信许诺而令家人亲属担忧牵挂”

都市快报橙柿互动
2026-10-07 16:02:23
大S冥寿50岁生日,具俊晔在墓地失声大哭,S妈捧俩外孙照片合照

大S冥寿50岁生日,具俊晔在墓地失声大哭,S妈捧俩外孙照片合照

青梅侃史啊
2026-10-08 07:06:04
一场2-1,郑钦文创造中国网球历史!闯入中网8强,狂赚130万奖金

一场2-1,郑钦文创造中国网球历史!闯入中网8强,狂赚130万奖金

侃球熊弟
2026-10-07 19:48:44
四川曾有老虎,为什么没吃大熊猫?护林员说:80%的人不知道,老虎就算“饿疯了”,也不会将大熊猫当作美餐

四川曾有老虎,为什么没吃大熊猫?护林员说:80%的人不知道,老虎就算“饿疯了”,也不会将大熊猫当作美餐

回京历史梦
2026-10-04 02:50:05
炮轰C罗竟要求教练念稿把自己比作贝利老马!葡媒怒斥:自我膨胀到极点

炮轰C罗竟要求教练念稿把自己比作贝利老马!葡媒怒斥:自我膨胀到极点

砚底沉香
2026-10-07 18:37:44
美国女囚注射死刑失败,律师:她已清醒,是全美已知唯一完整行刑幸存者,臂上被插七根针

美国女囚注射死刑失败,律师:她已清醒,是全美已知唯一完整行刑幸存者,臂上被插七根针

红星新闻
2026-10-07 16:13:42
西方国家为什么都讨厌中国?俄罗斯专家:中方有两个“原罪”

西方国家为什么都讨厌中国?俄罗斯专家:中方有两个“原罪”

泪满过眼
2026-10-07 10:48:09
工信部派出百人专家团队常驻云南边境,与公安机关并肩作战,仅仅3个月关停木姐地区涉诈手机号码7.5万个,宽带账号4000多个

工信部派出百人专家团队常驻云南边境,与公安机关并肩作战,仅仅3个月关停木姐地区涉诈手机号码7.5万个,宽带账号4000多个

政知新媒体
2026-10-07 10:20:03
国庆77周年招待会,这13位上将亮相!

国庆77周年招待会,这13位上将亮相!

华山穹剑
2026-10-04 20:30:26
多国使领馆拒绝撤离基辅!俄罗斯挑衅升级:在保加利亚经济区击沉商船

多国使领馆拒绝撤离基辅!俄罗斯挑衅升级:在保加利亚经济区击沉商船

鹰眼Defence
2026-10-07 16:11:40
AI画出“史上最难”维恩图!困扰数学家多年的对称之美被攻破

AI画出“史上最难”维恩图!困扰数学家多年的对称之美被攻破

侃故事的阿庆
2026-10-07 04:45:09
沈伯洋在赵少康拷问下原形毕露,沈政男看完专访后坦言:“佯流”

沈伯洋在赵少康拷问下原形毕露,沈政男看完专访后坦言:“佯流”

奇思妙想生活家
2026-10-08 05:49:49
老公执意把阳台改成茶室,我坚决反对,结果我看到效果都服了!

老公执意把阳台改成茶室,我坚决反对,结果我看到效果都服了!

绘本家居
2026-10-07 11:06:44
二十个民间中药方,超级实用,直接收藏!

二十个民间中药方,超级实用,直接收藏!

书法小教程
2026-10-07 06:02:58
2026-10-08 07:36:49
兴趣知识 incentive-icons
兴趣知识
感谢关注 感谢喜欢
6244文章数 792关注度
往期回顾 全部

头条要闻

中国新婚夫妇在马尔代夫度假溺亡 有人1天目睹2起溺水

头条要闻

中国新婚夫妇在马尔代夫度假溺亡 有人1天目睹2起溺水

体育要闻

从骑马舞到开口全中文 德约在北京不止七冠

娱乐要闻

蔡康永风波再升级!这次谁也救不了他

财经要闻

谷歌签下科技史上最大核能协议

科技要闻

诺贝尔化学奖揭晓,两位科学家摘得大奖

汽车要闻

智能化再提升 2027款东风标致、东风雪铁龙新车更人性化了

态度原创

艺术
健康
游戏
本地
军事航空

艺术要闻

全球十大顶级风光摄影师作品,太美了!

刷酸祛痘,为什么有人翻车?

六名恐怖强大敌人:《生化危机2》暴君入选

本地新闻

中秋逛白塔寺,体验国医妙荟雅集

军事要闻

外舰跟监遵义舰 结果自己先"趴窝"了

无障碍浏览 进入关怀版