照鏡子時，鏡子里的你和你十分相像--但并不完全相同。你舉起右手時，鏡子里的你舉起左手。鏡中的映像僅僅是一組反射的光線，它并不是實質性的。但是盡管如此，你和你的鏡像間仍然存在著某種重要的聯系。
此類鏡像關系是一種我們熟悉且強大的對稱形式。我們可以說心形圖案是對稱的，因為其左側就是右側的反射。但是你鏡中影像的對稱性就不一樣，它所體現的東西要深刻得多。心形對稱是因為左右側的外形是相似的，而你與你鏡像間的對稱則由物理定律所引發。光線的自然法則要求你和你的鏡像是對稱的。這是一個強大且微妙的對稱類型范例，被稱為二像性。
二像性是兩件事物間的聯系，其中一件的屬性由另一件所定義。舉例來說，假設在桌子上有一本書，書的封面上固定了一個釘子，釘子尖頭朝上。無論你怎么拿這本書，釘子將始終指向封面的外部。你知道了釘子的指向，你也就同時知道了書的位置;你知道了書的位置，也就知道了釘子的指向。因此，書和釘子間存在著二像性。
那么是釘子的朝向決定了書的位置，還是書的位置決定了釘子的朝向?這個問題毫無意義。釘子和書之間存在的二像性并非是指一個物體決定了另一個物體的位置，而是指釘子和書根本屬性之間的聯系，二者之間沒有因果關系。假如有人問你光是粒子還是波的時候，你就可以結合量子理論這樣回答他。
波粒二像性是量子理論的核心。光明顯是波:不同波長的光線呈現出不同的顏色;不同波長光線的交織會產生類似激光的東西。光也明顯是粒子:離散的光子會和原子發生作用;單個光子會象臺球一樣發生偏轉。光的波粒二像性意味著光子和光波之間存在著對稱性。它是具有波特性的粒子，也是具有粒子特性的的波。它既是波，又不是波;既是粒子，又不是粒子。量子理論的強大在于你不用去區分粒子和波，它就是具有波粒二像性的量子物體。
這是否意味著宇宙是一幅全息圖像?不完全是。這意味著二像性的存在…
物理學上最強大的二像性可能就是全息原理了。這個原理常被曲解為宇宙是一幅全息圖像。而確切地說，它的意思是指一定體積的空間與封閉這個空間的表面之間存在二像性。全息原理指出，一個空間區域內所包含的信息可以從包含這個空間的表面上獲得。在數學上，這意味著空間的體積可以表現為一個全息表面圖像，這個觀點因此得名。
然而不可思議的是，一些物理學家們也抱持同樣的觀點:我們所認知的三維宇宙或許只是一個巨大的二維投影。這聽起來無異于天方夜譚。
這聽起來無異于天方夜譚。在人類的最基本認知中，世界的3D特質就像時光一去不復返一樣顯而易見。然而有科學家相信，如果我們熟知的每個三維物體都只是二維世界信息的微小亞原子比特的投影，那么愛因斯坦的相對論與量子力學間的矛盾便不復存在了。
" 全息宇宙 " 并不是一個新鮮的概念，因為 90 年代就有人提過。但一支來自意大利、英國和加拿大的研究團隊，對其投入了很大的興趣，甚至找到了一絲"我們可能生活在一個全息宇宙中"的線索。其研究首次展示了可支撐該理論的觀測證據，即我們身處的這個看似 3D 的宇宙，實際上是一個完全(且超大的)2D 全息圖。
為了解釋這個看似復雜的 3D 宇宙如何存在于一個 2D 曲面上，英國南安普頓大學 Kostas Skenderis 教授將之與很多信用卡上所使用的小全息圖聯系了起來。
盡管這種全息圖像看起來有 3D 的效果，但它實際上是在 2D 表面上噴繪并被貼到信用卡上的。雖然例子有些乏味，但人們可以通過觸覺等方式與 3D 物體交互。
全息理念是我們理解宇宙結構和創造的一個重大飛躍，愛因斯坦的廣義相對論，可以很好地解釋宇宙中的大事物，但在量子層面解釋其機制和起源的話又有些違和。幾十年來，科學家們一直在努力將愛因斯坦的重力和量子理論結合起來，一些人認為全息宇宙的概念有望調和兩者之間的矛盾，但愿我們的研究又向前邁進了一步。
" 如果真是這樣，那將是多么重大的新發現。" 維也納科技大學的理論物理學家Daniel Grumiller說道。宇宙全息理論認為，某些三維空間可以從數學上減少為二維投影，而我們的宇宙正是如此。此前，Grumiller與物理學家Max Riegler、Arjun Bagchi和Rudranil Basu共同發表了研究成果，第一次為宇宙全息理論提供了證據。
"20年前，如果你問別人世界是幾維的，幾乎所有人都會回答'三個空間維度加上時間。'宇宙全息理論則意味著世界的維度取決于看問題的角度。"Grumiller稱。
20多年前，宇宙全息理論作為對霍金著名的信息悖論(即黑洞似乎會吞噬信息，然而根據量子理論這點又不成立)的解決方案被提出。然而這一理論在數學上并非是針對黑洞所設計的。此后數年，理論物理學家Juan Maldacena論證了在一類叫作反德西特空間的理論空間中，全息理論成立。我們的宇宙在宇宙標度上來說相對平坦，而數學家們描述的反德西特空間向內彎曲，呈鞍型。
"反德西特空間與我們的宇宙并無直接關聯，但它使我們得以完成用其他方法非常困難甚至不可能執行的演算。"Grumiller解釋道。
在這一理論空間中，Maldacena證明了引力理論和量子場論這兩組方程可以完美地彼此映射。這種一致性完全出乎人意料，因為引力是在三個空間維度中被描述的，而量子場論只需要兩個維度。在二維和三維中，物理定律產生了完全一樣的結果，這表明了反德西特空間的全息特質。
"這是第一個證明了全息是如何運作的例子。"Grumiller說道。"但既然我們的宇宙在很大程度上幾乎是扁平的，并不是反德西特空間，研究全息理論對扁平宇宙也是否適用就很有趣了。"
為了證明我們的宇宙能夠被視作一幅全息圖，物理量必須用扁平空間中的量子場論和引力理論來計算，而結果也必須相符。Grumiller決定看看量子力學中的一項主要性質--量子糾纏是否能通過引力理論得到復制。
當兩個量子粒子糾纏時，即使相隔萬里，它們也無法被獨立描述，而是會形成一個單一的量子"客體"。一個量子系統的糾纏程度可以通過糾纏熵來描述。數年的潛心工作后，Grumiller及其團隊證明了對于我們的宇宙空間而言，在引力理論和量子場論中計算出的糾纏熵數值完全一樣。"這一計算驗證了我們的假設，全息理論在扁平空間中也可以實現。"團隊中的Riegler在新聞發布會上表示。"這是這種一致性在我們宇宙中成立的證據。"
如果宇宙全息理論確實能夠描述我們的宇宙，它就可以幫助科學家們解決相對論物理學與量子物理學之間的眾多矛盾之處，包括霍金的黑洞信息悖論。同時，它也會為科學家們指明一條以相對簡單的引力方程解決某些非常困難的量子問題的道路。但在百分之百確定我們生活在《黑客帝國》里那種矩陣之前，還有許多工作需要完成。
"我們是利用3D引力理論與2D量子場論進行的這一演算，但宇宙實際上是三個空間維度加上時間。下一步就是將這些因素進行概括，再納入一個更高的維度。此外，在引力理論與量子場論間還有許多其他的量必須吻合，對這些一致性的檢驗尚在進行中。"
除了理論因素之外，對現實的全息本質進行實驗性觀察則全然是另外一件事。美國能源部費米實驗室的物理學家們正在對此進行嘗試。
費米實驗室例子天體物理學中心主任Craig Hogan推測，我們的宏觀世界如同一個由類似像素的亞原子信息微粒構成的"四維視頻顯示器"。在我們的宏觀肉眼中，身邊的每樣東西看起來都是三維的。然而把臉靠近電視機屏幕會讓像素清晰起來，假如我們在亞原子水平上深深凝望物質，全息宇宙的位圖或許也會浮現出來。
如果對于空間的這種描述是正確的，那么，就像所有電腦一樣，宇宙的數據存儲和信息處理能力也是有限的。這種極限將會有明顯的特征，即我們可以測量到的"全息噪音"。
Hogan認為，假如我們真的生活在全息圖中，最基本的效應就是現實的信息量是有上限的。就像用WiFi在線看電影，如果帶寬不夠，畫面就會出現延遲和模糊。這正是Hogan的實驗室想要測量的。他們使用的儀器--全息儀基本上就是個巨大的強力激光指向儀。全息儀由一對激光干涉儀組成，通過一千瓦激光疊加顯出的波長干涉來進行測量。科學家通過分析，探測是否有全息噪音，以此來驗證全息理論。
現在，我們只能等待著科學家埋頭苦心研究，直到有朝一日確定我們的生命是否只是一場構思精妙的夢幻泡影。但同時，我們還將面臨一個更大的問題:這段啟示錄會如何影響我們自身?
"相關知識不會對我們的日常生活造成沖擊，正如了解宇宙大爆炸和其他星系的相關知識不會改變我們的日常生活一樣。"Grumiller評價道。"然而也正如大爆炸深刻地改變了我們對宇宙的看法，宇宙是一幅巨大的全息圖也會成為一種意義深遠的觀點。"
如果我們熟知的行星、星團和星系只不過是宇宙位圖上的一個個量子點，我們在《模擬人生》游戲里構筑的世界難道不是和我們認知里的宇宙一樣真實嗎?目前，或許我們唯一可以肯定的是:如果宇宙只是一個巨大的模擬，它大約已經無限接近于完美了。在這個意義上，活在矩陣中似乎也不像聽起來那樣悲慘吧。
此類鏡像關系是一種我們熟悉且強大的對稱形式。我們可以說心形圖案是對稱的，因為其左側就是右側的反射。但是你鏡中影像的對稱性就不一樣，它所體現的東西要深刻得多。心形對稱是因為左右側的外形是相似的，而你與你鏡像間的對稱則由物理定律所引發。光線的自然法則要求你和你的鏡像是對稱的。這是一個強大且微妙的對稱類型范例，被稱為二像性。
二像性是兩件事物間的聯系，其中一件的屬性由另一件所定義。舉例來說，假設在桌子上有一本書，書的封面上固定了一個釘子，釘子尖頭朝上。無論你怎么拿這本書，釘子將始終指向封面的外部。你知道了釘子的指向，你也就同時知道了書的位置;你知道了書的位置，也就知道了釘子的指向。因此，書和釘子間存在著二像性。
那么是釘子的朝向決定了書的位置，還是書的位置決定了釘子的朝向?這個問題毫無意義。釘子和書之間存在的二像性并非是指一個物體決定了另一個物體的位置，而是指釘子和書根本屬性之間的聯系，二者之間沒有因果關系。假如有人問你光是粒子還是波的時候，你就可以結合量子理論這樣回答他。
波粒二像性是量子理論的核心。光明顯是波:不同波長的光線呈現出不同的顏色;不同波長光線的交織會產生類似激光的東西。光也明顯是粒子:離散的光子會和原子發生作用;單個光子會象臺球一樣發生偏轉。光的波粒二像性意味著光子和光波之間存在著對稱性。它是具有波特性的粒子，也是具有粒子特性的的波。它既是波，又不是波;既是粒子，又不是粒子。量子理論的強大在于你不用去區分粒子和波，它就是具有波粒二像性的量子物體。
這是否意味著宇宙是一幅全息圖像?不完全是。這意味著二像性的存在…
物理學上最強大的二像性可能就是全息原理了。這個原理常被曲解為宇宙是一幅全息圖像。而確切地說，它的意思是指一定體積的空間與封閉這個空間的表面之間存在二像性。全息原理指出，一個空間區域內所包含的信息可以從包含這個空間的表面上獲得。在數學上，這意味著空間的體積可以表現為一個全息表面圖像，這個觀點因此得名。
然而不可思議的是，一些物理學家們也抱持同樣的觀點:我們所認知的三維宇宙或許只是一個巨大的二維投影。這聽起來無異于天方夜譚。
這聽起來無異于天方夜譚。在人類的最基本認知中，世界的3D特質就像時光一去不復返一樣顯而易見。然而有科學家相信，如果我們熟知的每個三維物體都只是二維世界信息的微小亞原子比特的投影，那么愛因斯坦的相對論與量子力學間的矛盾便不復存在了。
" 全息宇宙 " 并不是一個新鮮的概念，因為 90 年代就有人提過。但一支來自意大利、英國和加拿大的研究團隊，對其投入了很大的興趣，甚至找到了一絲"我們可能生活在一個全息宇宙中"的線索。其研究首次展示了可支撐該理論的觀測證據，即我們身處的這個看似 3D 的宇宙，實際上是一個完全(且超大的)2D 全息圖。
為了解釋這個看似復雜的 3D 宇宙如何存在于一個 2D 曲面上，英國南安普頓大學 Kostas Skenderis 教授將之與很多信用卡上所使用的小全息圖聯系了起來。盡管這種全息圖像看起來有 3D 的效果，但它實際上是在 2D 表面上噴繪并被貼到信用卡上的。雖然例子有些乏味，但人們可以通過觸覺等方式與 3D 物體交互。
全息理念是我們理解宇宙結構和創造的一個重大飛躍，愛因斯坦的廣義相對論，可以很好地解釋宇宙中的大事物，但在量子層面解釋其機制和起源的話又有些違和。幾十年來，科學家們一直在努力將愛因斯坦的重力和量子理論結合起來，一些人認為全息宇宙的概念有望調和兩者之間的矛盾，但愿我們的研究又向前邁進了一步。
" 如果真是這樣，那將是多么重大的新發現。" 維也納科技大學的理論物理學家Daniel Grumiller說道。宇宙全息理論認為，某些三維空間可以從數學上減少為二維投影，而我們的宇宙正是如此。此前，Grumiller與物理學家Max Riegler、Arjun Bagchi和Rudranil Basu共同發表了研究成果，第一次為宇宙全息理論提供了證據。"20年前，如果你問別人世界是幾維的，幾乎所有人都會回答'三個空間維度加上時間。'宇宙全息理論則意味著世界的維度取決于看問題的角度。"Grumiller稱。
20多年前，宇宙全息理論作為對霍金著名的信息悖論(即黑洞似乎會吞噬信息，然而根據量子理論這點又不成立)的解決方案被提出。然而這一理論在數學上并非是針對黑洞所設計的。此后數年，理論物理學家Juan Maldacena論證了在一類叫作反德西特空間的理論空間中，全息理論成立。我們的宇宙在宇宙標度上來說相對平坦，而數學家們描述的反德西特空間向內彎曲，呈鞍型。
"反德西特空間與我們的宇宙并無直接關聯，但它使我們得以完成用其他方法非常困難甚至不可能執行的演算。"Grumiller解釋道。在這一理論空間中，Maldacena證明了引力理論和量子場論這兩組方程可以完美地彼此映射。這種一致性完全出乎人意料，因為引力是在三個空間維度中被描述的，而量子場論只需要兩個維度。在二維和三維中，物理定律產生了完全一樣的結果，這表明了反德西特空間的全息特質。
"這是第一個證明了全息是如何運作的例子。"Grumiller說道。"但既然我們的宇宙在很大程度上幾乎是扁平的，并不是反德西特空間，研究全息理論對扁平宇宙也是否適用就很有趣了。"
為了證明我們的宇宙能夠被視作一幅全息圖，物理量必須用扁平空間中的量子場論和引力理論來計算，而結果也必須相符。Grumiller決定看看量子力學中的一項主要性質--量子糾纏是否能通過引力理論得到復制。當兩個量子粒子糾纏時，即使相隔萬里，它們也無法被獨立描述，而是會形成一個單一的量子"客體"。一個量子系統的糾纏程度可以通過糾纏熵來描述。數年的潛心工作后，Grumiller及其團隊證明了對于我們的宇宙空間而言，在引力理論和量子場論中計算出的糾纏熵數值完全一樣。"這一計算驗證了我們的假設，全息理論在扁平空間中也可以實現。"團隊中的Riegler在新聞發布會上表示。"這是這種一致性在我們宇宙中成立的證據。"
如果宇宙全息理論確實能夠描述我們的宇宙，它就可以幫助科學家們解決相對論物理學與量子物理學之間的眾多矛盾之處，包括霍金的黑洞信息悖論。同時，它也會為科學家們指明一條以相對簡單的引力方程解決某些非常困難的量子問題的道路。但在百分之百確定我們生活在《黑客帝國》里那種矩陣之前，還有許多工作需要完成。
"我們是利用3D引力理論與2D量子場論進行的這一演算，但宇宙實際上是三個空間維度加上時間。下一步就是將這些因素進行概括，再納入一個更高的維度。此外，在引力理論與量子場論間還有許多其他的量必須吻合，對這些一致性的檢驗尚在進行中。"除了理論因素之外，對現實的全息本質進行實驗性觀察則全然是另外一件事。美國能源部費米實驗室的物理學家們正在對此進行嘗試。
費米實驗室例子天體物理學中心主任Craig Hogan推測，我們的宏觀世界如同一個由類似像素的亞原子信息微粒構成的"四維視頻顯示器"。在我們的宏觀肉眼中，身邊的每樣東西看起來都是三維的。然而把臉靠近電視機屏幕會讓像素清晰起來，假如我們在亞原子水平上深深凝望物質，全息宇宙的位圖或許也會浮現出來。
如果對于空間的這種描述是正確的，那么，就像所有電腦一樣，宇宙的數據存儲和信息處理能力也是有限的。這種極限將會有明顯的特征，即我們可以測量到的"全息噪音"。
Hogan認為，假如我們真的生活在全息圖中，最基本的效應就是現實的信息量是有上限的。就像用WiFi在線看電影，如果帶寬不夠，畫面就會出現延遲和模糊。這正是Hogan的實驗室想要測量的。他們使用的儀器--全息儀基本上就是個巨大的強力激光指向儀。全息儀由一對激光干涉儀組成，通過一千瓦激光疊加顯出的波長干涉來進行測量。科學家通過分析，探測是否有全息噪音，以此來驗證全息理論。現在，我們只能等待著科學家埋頭苦心研究，直到有朝一日確定我們的生命是否只是一場構思精妙的夢幻泡影。但同時，我們還將面臨一個更大的問題:這段啟示錄會如何影響我們自身?
"相關知識不會對我們的日常生活造成沖擊，正如了解宇宙大爆炸和其他星系的相關知識不會改變我們的日常生活一樣。"Grumiller評價道。"然而也正如大爆炸深刻地改變了我們對宇宙的看法，宇宙是一幅巨大的全息圖也會成為一種意義深遠的觀點。"
如果我們熟知的行星、星團和星系只不過是宇宙位圖上的一個個量子點，我們在《模擬人生》游戲里構筑的世界難道不是和我們認知里的宇宙一樣真實嗎?目前，或許我們唯一可以肯定的是:如果宇宙只是一個巨大的模擬，它大約已經無限接近于完美了。在這個意義上，活在矩陣中似乎也不像聽起來那樣悲慘吧。
