我们的宇宙如何作为全息图出现

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T物理学家普遍认为空间和时间的结构是突现的，用量子线织成的根据一个未知的模式。22年来，他们已经有了一个关于突现时空如何工作的玩具模型:一个理论上的“瓶中宇宙”，作为它的发现者，Juan Maldacena，描述了它。

空间时间填充瓶内的区域 - 弯曲和波动的连续体，产生称为重力的力 - 完全映射到生活在瓶子刚性的无重力表面上的量子粒子网络。内部“Universe”从下维边界系统的项目等全息图。Maldacena发现该全息图已将物理学家给予量子的重心理论的工作示例。

但这并不一定意味着玩具宇宙展示了时空和引力是如何在我们的宇宙中出现的。瓶子的内部是一个动态的、埃舍尔式的地方，称为反德西特(AdS)空间，像马鞍一样负弯曲。马鞍上不同的方向以相反的方式弯曲，一个方向向上弯曲，另一个方向向下弯曲。当你离开中心时，曲线趋于垂直，最终给AdS空间一个外部边界——一个量子粒子可以相互作用，在内部创造全息宇宙的表面。然而，在现实中，我们居住在一个正向弯曲的“德西特(dS)空间”，它类似于一个无限膨胀的球体表面。

自1997年以来，马尔达纳发现了广告/ CFT对应——AdS空间和描述空间边界上量子相互作用的“共形场理论”之间的对偶性——物理学家们一直在寻找一种类似的、不被封闭的时空区域描述。我们宇宙的唯一“边界”是无限的未来。但是，从生活在无限未来的量子粒子投射全息图的概念上的困难，长期以来阻碍了全息描述真实时空的努力。

“我相信德西特全息术也可以作为一种量子纠错代码，我非常想知道它是如何工作的。”

然而，在去年，三名物理学家已经取得了进展的De Satter空间。与广告/ CFT对应相同，他们也是一个玩具模型，但其施工的一些原则可能延伸到更现实的时空全息图。有“诱人的证据，”说习董他说，这个新模型是“德西特空间量子引力的统一框架”的一部分。

董和共同作者Eva Silverstein.斯坦福大学和阿根廷巴里洛切原子中心的冈萨洛·托罗巴构建了DS空间的全息图通过拍两个广告宇宙，切割它们，翘曲它们并将其界限粘在一起。

需要切割来处理一个问题的无限远：广告空间的边界无限远离其中心。（图片一缕偏僻的距离马鞍的曲线到达边缘。）董和共同作者通过在大半径下切断空间时间区域来呈现ADS空间有限。这造成了众所周知的是“Randall-undrum喉咙”，在物理学家Lisa Randall和Raman Sundrum之后，他们设计了诀窍。这个空间仍然是依赖它边界的CFT的近似，但边界现在是有限的距离。

接下来，董和其他合著者将弦理论的成分添加到两个理论的兰德尔-森德拉姆喉管中，以激励它们并使它们具有正曲率。这个过程被称为“提升”，将两个鞍形的AdS空间变成碗形的dS空间。然后，物理学家可以做一件显而易见的事情:沿着边缘将两个碗“粘”在一起。描述两个半球的cft相互耦合，形成一个单一的量子系统，它是整个球形德西特空间的全息对偶。

“结果的时空没有边界，但通过构建，它是两个CFTs的双元，”董说。由于德西特空间的赤道，即两个cft居住的地方，本身就是一个德西特空间，这种结构被称为“dS/dS对应”。

Silverstein.提出了这个基本想法2004年有三位共同作者，但新的理论工具使她，Dong和Torroba能够更详细地研究DS / DS全息图，并表明它通过了重要的一致性检查。在去年夏天出版的论文，他们计算出纠缠熵(一种存储在赤道耦合cft中的信息量的度量)与德西特空间相应球面区域的已知熵公式相匹配。

他们和其他研究人员正在使用计算机科学工具进一步探索德西特全息图。就像我在最近的广达电脑文章在过去的几年里，物理学家们发现AdS/CFT通信的工作原理与“量子纠错码”一模一样——这是一种在紧张不安的量子系统中安全编码信息的方案，无论是量子计算机还是CFT。量子误差修正可能是时空结构如何实现其坚固性的原因，尽管它是由脆弱的量子粒子编织而成。

Dong是在广告/ CFT和量子纠错之间发现联系的团队的一部分，说：“我相信De Sitter全息术还用作量子纠错码，我非常喜欢了解如何。“实验证据很少希望验证这种新的视角，这对De Satter时空是正确的，但根据Dong，“你本能地知道你是否在右轨道上，如果碎片开始合身。”

斯坦福大学的理论物理学家和计算机科学家帕特里克·海登(Patrick Hayden)研究AdS/CFT通信及其与量子误差校正的关系，他说，他和其他专家正在仔细研究Dong、Silverstein和Torroba的dS/dS模型。他说，关于时空如何编织以及量子引力如何在AdS空间中发挥作用的见解能否应用到德西特模型上，现在下结论还为时过早。海登说:“但是有一条路可以走。”“你可以提出具体的数学问题。我认为在接下来的几年里会发生很多事情。”

Natalie Wolchover是广达电脑自然科学杂志。之前，她为民众科学，《生活科学》和其他出版物。她拥有塔夫茨大学的物理学学士学位，在加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)攻读研究生级物理学，并与人合著了几篇非线性光学方面的学术论文。她的作品被刊登在杂志上2015年数学的最佳写作．她是2016年卓越统计报告奖、2016年Evert Clark/Seth Payne奖和2017年美国物理学会科学传播文章奖的获得者。