物理（一） (5-2)

为了理解其工作原理，想象你有一张二维金属薄片，像一个空心的铝球一样被包裹成球形（它仍然是二维的，因为你可以用经度和纬度来定位其上的任何点）。这张薄片上存在量子粒子，它们可以被视为介质中微小的波动，这些介质称为量子场。这些场及其波动遵循复杂但经过严格验证的数学规则，被称为量子场论。在这种情况下，这些波动遵循一种对称理论，称为共形场论（CFT）。

令人惊讶的是，马尔达塞纳和其他人在成千上万篇论文中探讨的发现是，这个二维表面在数学上等同于它所包围的三维体积，称为“体积”或“bulk”。这种对偶性产生了一个完整的玩具宇宙。例如，二维边界上的某些波动集合可能代表体积中的三维恒星，另一些则代表体积中的行星。

这个体积宇宙与我们的不同之处在于其空间具有固有的负能量，使其成为“反德西特”空间（AdS）。但除此之外，它与我们的宇宙非常相似：它是一个可变形的时空结构，其曲率产生重力。AdS/CFT 对应关系带来了一个令人兴奋的可能性：物理学家可以绕过他们尚未理解的物理现象（体积中的量子引力），只利用他们已经理解的物理学（量子场论）进行研究。

“这表明重力并不是独立于常规量子理论的东西，”韩国科学技术院的物理学家Josephine Suh说道。“它表明重力只是量子理论的一种不同描述。”

马尔达塞纳的“全息对偶性”将低维边界上的共形场论（CFT）与体积中的反德西特（AdS）时空联系起来。然而，他的工作并未具体说明边界上哪些量子波动模式代表体积中的恒星，哪些会将时空扭曲成黑洞。因此，在接下来的几十年里，研究人员开发了越来越复杂的方法来解决这个问题。这些方法涉及强大的数学工具，如张量网络和量子纠错码，大致上来说，它们就是在边界球面上敲击出波动模式，以对应体积中特定位置的测量结果。

没有人知道我们现实宇宙的时空结构是否是全息的。负能量的AdS空间的一个便利特征是，它有一个空间边界供这些量子波动存在，而我们的宇宙没有这样的边界。然而，AdS/CFT 对应关系提供了一个探索这种时空涌现的玩具模型。

“AdS/CFT 是一个看起来荒谬的建议，本应显得愚蠢，”研究全息理论的加州大学伯克利分校物理学家Geoff Penington说道。“但当你尝试所有这些方法时，结果却发现它们都是一致的。”

但全息理论尚未能告诉物理学家他们最想知道的问题：在被称为奇点的黑洞深处发生了什么？在这里，爱因斯坦的方程失效，平滑的时空结构崩溃？当宇航员或传感器接近这个奇点时，会观察到什么奇异现象？理论家们知道如何提取黑洞外部的边界涟漪来进行测量，但他们仍然不知道与将探测器送入黑洞并获取其读数相对应的节奏。今天这些问题显得有些深奥，但许多全息研究者希望有一天能将这些涟漪编程到未来的量子计算机中，以模拟爱因斯坦时空结构的崩溃。

“如果你想在60年后在量子计算机上模拟一个黑洞，你会问什么问题？”麻省理工学院的物理学家乔纳森·索斯（Jonathan Sorce）说。“我甚至无法告诉你该进行什么计算。”

为了找到答案，物理学家们一直在努力弄清近一个世纪前天才冯·诺依曼（von Neumann）在研究什么。

完美的时空，无限纠缠

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