柏拉圖在他的名著《理想國》中曾經(jīng)用一個“洞穴寓言”來闡述他對于真實本質(zhì)的理解：一群被迫生活在洞穴里的人，無法走出洞穴，于是只能通過外界的事物留在洞穴中一面墻壁上的影子來了解外部世界。他寫道：“所謂真實，無非是事物的陰影?！?/span>

人類對于宇宙的理解，究竟怎樣才可能盡量接近真實？我們所生活的宇宙是否存在一種最基本的“真實”？或者換一個方式發(fā)問，人類是否有可能最終理解到宇宙的本質(zhì)？目前可能還沒有人能回答這個問題，人類對于宇宙本質(zhì)的認(rèn)識也一直在變化中，每一次進(jìn)步和改變，都代表著人類對于“真實”的意義理解的加深。

荷蘭理論物理學(xué)家杰拉德·特·胡夫特

在牛頓時代，人類認(rèn)為宇宙是一個精確設(shè)置的、永不停歇的完美機器，日月星辰按照牛頓力學(xué)的支配在絕對空間與絕對時間中運行。進(jìn)入20世紀(jì)后，隨著量子力學(xué)和宇宙學(xué)的發(fā)展，人類對于宏觀和微觀世界運行的規(guī)律有了更深的理解。而到了20世紀(jì)90年代，一種聽上去玄之又玄，甚至聳人聽聞的理論開始在理論物理學(xué)界流行，這種理論盡管在目前還沒有任何可靠的實驗證據(jù)，但它已經(jīng)吸引了越來越多物理學(xué)家的關(guān)注，也許它可以使人類對宇宙的理解更加接近“真實”，而當(dāng)我們重讀柏拉圖的洞穴寓言，可能會感覺到它比我們想象中更直接描述了我們對于宇宙本質(zhì)的理解。也許，我們真的只是一群生活在洞穴中通過外部事物的投影來認(rèn)識整個宇宙的人，或許，人類只是更真實的自己的“投影”？這個讓人越思考越感到糊涂的理論就是全息原理。

全息原理是一個試圖描述宇宙本質(zhì)的物理學(xué)理論，它聽起來玄妙且神秘，但簡單說，這個理論認(rèn)為，我們所生活和觀察到的宇宙中所包含的所有信息，實際上只是在宇宙空間邊界上的信息的一種“全息投影”，這似乎符合柏拉圖關(guān)于事物本質(zhì)的判斷，而這個“洞穴寓言”聽起來也就不僅只是一個寓言故事。

說起全息原理的起源，還要從物理學(xué)家關(guān)于黑洞性質(zhì)的討論說起。在20世紀(jì)70年代，理論物理學(xué)家們對于黑洞的熱力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生了疑問。眾所周知，當(dāng)一個接近黑洞的物體被黑洞所吞噬，那么，這個被吞噬的物體就永遠(yuǎn)也無法逃出黑洞，同時，它自身所攜帶的“信息”也就永遠(yuǎn)消失了，這與量子力學(xué)中信息不滅的理論相違背，也就構(gòu)成了一個“黑洞信息悖論”。同時，黑洞吞噬掉一個物體后，其自身的質(zhì)量增加，它的“視界”的面積也會相應(yīng)增大，如果它的熵值沒有相應(yīng)增大，則違背了熱力學(xué)第二定律。這兩個理論問題隨后相繼被解決，史蒂芬·霍金提出了“霍金蒸發(fā)”理論，認(rèn)為黑洞會在它的視界周圍向外發(fā)射輻射，這樣被它吞噬掉的物體的信息并沒有消失，而是會重新回到宇宙中。耶路撒冷希伯來大學(xué)的理論物理學(xué)家雅各布·貝肯斯坦（Jacob Bekenstein）則提出了一個大膽的假說，認(rèn)為黑洞的熵值與其視界的表面積成正比關(guān)系。

物理學(xué)家克雷格·霍根

這兩個理論解決了黑洞的信息悖論和熱力學(xué)問題，同時也說明，被黑洞吞噬掉的三維物體，它們的信息并未永久消失，而是被儲存在了黑洞視界的二維的表面。它給理論物理學(xué)家?guī)砹藛⑹?，?993年，荷蘭理論物理學(xué)家杰拉德·特·胡夫特（Gerard't Hooft）把這個關(guān)于黑洞的理論引申到了宇宙學(xué)中，提出全息原理——與黑洞類似，宇宙中的信息只是在宇宙空間邊界所存儲的信息的投射。同樣在1993年，弦論的創(chuàng)始人之一、斯坦福大學(xué)的理論物理學(xué)家倫納德·薩斯坎德（Leonard Susskind）從弦論的角度出發(fā)，也得出了相似的結(jié)論。

全息原理一提出自然引起了巨大爭論，因為這涉及人類對于“真實”的最根本意義的理解，人類如何去理解自己的存在實際上是某種信息的“投射”？另外，全息原理除了給人們的觀念造成巨大沖擊外，是否也像其他的很多宇宙學(xué)理論或是假說一樣，只是一個優(yōu)美的數(shù)學(xué)形式，而永遠(yuǎn)都無法通過實驗證明？對于全息原理來說，情況并非如此，有些物理學(xué)家認(rèn)為，這個玄而又玄的理論有可能通過實驗進(jìn)行檢測。

在芝加哥大學(xué)和費米實驗室工作的物理學(xué)家克雷格·霍根（Craig Hogan）認(rèn)為，在地球上進(jìn)行引力波探測的精密儀器有可能接收到證明全息原理成立的證據(jù)，他稱這種證據(jù)為“全息噪音”，他把目光投向了在德國漢諾威南部的一個探測引力波的精密實驗GEO600，那里的科學(xué)家們希望通過GEO600實驗的兩個相互垂直分別長達(dá)600米的探測臂來探測在宇宙中質(zhì)量和密度極大的星體造成的時空微小的褶皺——引力波?；舾J(rèn)為，如果全息原理成立，那么，時空將呈現(xiàn)出比物理學(xué)家之前想象的更加粗大的“顆粒化”，而這種時空性質(zhì)可能會給引力波的探測結(jié)果增添一些噪音?；舾窃贕EO600的探測結(jié)果中發(fā)現(xiàn)了此前他預(yù)言會存在的噪音，2008年5月，他在《物理評論D》（Physical Review D）雜志發(fā)表論文《幾何學(xué)中量子漲落的測量》（Measurement of Quantum Fluctuation sin Geometry）報告了這個發(fā)現(xiàn)。但即便如此，就連霍根自己也不敢承認(rèn)，這就是全息理論成立的切實證據(jù)，而且人類在宇宙中的其他觀測實驗也還沒有找到類似的“全息噪音”，現(xiàn)在判斷全息原理正確與否，似乎還為時尚早。

最近一篇在網(wǎng)上發(fā)表的論文預(yù)印本讓全息理論又成為理論物理學(xué)家們討論的焦點。2013年11月，日本理論物理學(xué)家正德花田、百武良文、石木五郎和西村俊合作發(fā)表了論文《在計算機中對量子黑洞的全息描述》（Holo graphic Description of Quantum Black Hole on a Computer），在這篇論文中他們通過計算機模擬來檢驗全息原理，盡管這并不屬于嚴(yán)格意義上的物理學(xué)實驗，但是這個計算機模擬的結(jié)果卻提供了可能是到目前為止對于全息原理最有力的支持。

這篇論文提供的計算機模擬結(jié)果，符合理論物理學(xué)家胡安·馬爾德賽納（Juan Maldacena）在1997年根據(jù)全息原理提出的一個設(shè)想：引力是由宇宙中更高維度的極其微小纖細(xì)而且不停震動的“弦”所引發(fā)，而這種無所不在的弦，則是由一種更為簡單、平坦且不存在引力的宇宙在我們目前所觀測到的宇宙中的一種投射。它提供了一種可能在量子力學(xué)和廣義相對論這兩種極為基本且重要但是目前互不相容的物理學(xué)理論之間相互轉(zhuǎn)換的方式，它通過全息原理的方式使量子力學(xué)和廣義相對論可以相互融洽，并且從全息原理的角度解釋了引力的來源，而這正是全世界物理學(xué)家?guī)资陙碜穼さ慕Y(jié)果。

想要驗證全息原理，物理學(xué)家當(dāng)然不可能只依靠計算機模擬的結(jié)果，必定還需要更多嚴(yán)格的實驗檢測。全息原理是否有可能被證實，成為一個最終結(jié)合了量子力學(xué)與相對論的物理學(xué)原理，我們還不得而知，但是全息原理的提出，已經(jīng)給人們帶來了足夠多的震撼以及對于真實的反思——如果我們所觀測到的宇宙只是一種更為真實宇宙的“全息投影”，那么我們對于真實的定義及其界限的設(shè)定又該如何修改？

僅僅從物理學(xué)發(fā)展的角度來考慮，我們也可以看到，要想實現(xiàn)量子力學(xué)和廣義相對論這兩種理論的統(tǒng)一，物理學(xué)家們很有可能將從對黑洞性質(zhì)的研究中尋找突破口。通過對一種目前僅在理論中存在而無法進(jìn)行實際觀測神秘天體的討論來加深人類對于宇宙和自身的理解，這可能是只會出現(xiàn)在理論物理學(xué)領(lǐng)域的一種奇觀了。