物理學(xué)專業(yè)的來簡單科普一下關(guān)于全息 (holography) 的相關(guān)概念。首先視頻中通過玻璃反射造成的物體懸空圖像的現(xiàn)象，從物理學(xué)角度講和任何物理學(xué)分支中的 “全息” 概念都不同。這種現(xiàn)象本質(zhì)上只是一系列特殊的反射而已。

物理學(xué)中有兩種 “全息” 的概念：一種是全息術(shù) (holography)，指的是通過波的干涉記錄并還原二維物體表面信息 (波前) 的技術(shù)；另一種是高能物理中的全息原理 (holographic principle)，指的是 n+1 維的經(jīng)典引力與 n 維的量子場論存在對應(yīng)關(guān)系，從而允許引力系統(tǒng)中的信息可以被記錄在低一維度的量子系統(tǒng)中。

全息術(shù)于上世紀(jì) 40 年代由物理學(xué)家 Gábor Dénes 發(fā)明。他因此獲得了 1971 年諾貝爾物理學(xué)獎。視頻中短暫提到的全息術(shù)指的是光學(xué)全息術(shù)，通常是通過記錄兩束激光的干涉來記錄物體表面信息。這已經(jīng)不算是太過新奇的技術(shù)了。相關(guān)的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)屬于物理學(xué)本科的基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)之一。大部分物理學(xué)本科生應(yīng)該都在教學(xué)實(shí)驗(yàn)室里操作過 — 雖然很多時(shí)候由于設(shè)備原因還原的效果多半并不理想...

從信息論的角度說，雖然全息術(shù)能夠還原出一個相當(dāng)真實(shí)的三維圖像，但它記錄的信息仍然是一個二維表面。也就是說，它只是把一個三維空間中的二維曲面通過一些途徑記錄在了一個二維平面上而已。而高能物理中的全息原理，則是實(shí)打?qū)嵉陌?n+1 維的引力信息完全記錄在了 n 維的量子場論中。

全息原理始于我們對黑洞信息的研究。上世紀(jì) 70 年代，物理學(xué)家 Jacob Bekenstein 與 Stephen Hawking (是的，就是那位著名的霍金) 發(fā)現(xiàn)黑洞信息熵并不正比與其體積，而是正比于它的表面積。也就是說，被黑洞吞噬的三維物體的信息，被記錄在了黑洞表面這么一個二維的曲面上。1997 年，物理學(xué)家 Juan Maldacena 發(fā)現(xiàn)了著名的 AdS/CFT 對偶，也即一個 AdS5 背景的經(jīng)典超引力與 N=4 的 Yang-Mills 規(guī)范理論存在對偶關(guān)系。在之后的二十幾年里，這一對偶被推廣為規(guī)范/引力對偶，也即量子規(guī)范理論與經(jīng)典引力理論存在對應(yīng)關(guān)系。由于對偶一端的引力要比另一端高一個緯度，這種對偶關(guān)系的存在也被稱為全息原理。

全息原理允許我們利用高一緯度的引力理論來研究量子規(guī)范理論所描述的系統(tǒng)。這是一種很強(qiáng)力的方法論。量子規(guī)范理論是我們目前最強(qiáng)大的描述量子相互作用的理論 (沒有之一)。然而，它在面對帶有極強(qiáng)相互作用的系統(tǒng)時(shí)往往力不從心。全息原理的出現(xiàn)給我們提供了研究強(qiáng)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的全新思路。也許在不久的將來，我們會看到高能物理學(xué)家利用廣義相對論指導(dǎo)材料物理學(xué)家設(shè)計(jì)全新的高溫超導(dǎo)材料這種神奇的景象。