我记得上世纪80年代中期，当我还是一名大学生时，我买了第一个全息图。它露出一床钉子。我是在旧金山海特街的一家画廊偶然发现这幅画的，当时那里是世界太空小饰品之都。当我拿起它的时候，全息图看起来就像一张没有任何特色的胶片，但当我把它放在正确的光线下、以正确的角度拿着的时候，钉子就会猛烈地伸出来。全息图总是能引起人们的震惊反应。这种方法之所以有效，是因为钉子的图像被涂抹在整部电影中，所以它将以略微不同的方式从不同的视角重新构建，唤起一种深度感。
在90年代早期理论物理学家提出了这个想法全息原理，这表明我们周围的世界也是一种全息投影。我们所体验到的3-D空间可能是由一个二维现实或甚至是一个零维系统产生的，一个根本不能被认为是居住在空间中的系统。这个激进的命题来自于对黑洞及其周边(或视界)的量子气泡的研究。黑洞看起来像一个空间体积，有很多空间容纳东西，但它的容量不像体积应该的那样扩大。如果你想把它填满，你会奇怪地发现自己做不到——就像当你去触摸我全息图上的钉子时，你只感觉到空无一物，背叛了幻觉。
全息图只是一个方便的比喻，还是看一个真实的全息图可以帮助我们掌握抽象的原理?
全息原理是一个非常丰富的想法，物理学家花了20年的时间来完善和扩展它。通过它，他们发现了时空结构和量子计算之间意想不到的联系。全息图以冗余的方式存储图像，就像保持数据完整性的纠错码一样。
提出这个想法的人之一伦纳德·苏斯金德(Leonard Susskind)告诉我，他的灵感来自于他和几个同事在斯坦福大学(Stanford)的走廊上经过的一个全息图。’这是一个玩笑，而不是一个玩笑。”但我想知道:全息图只是一个方便的比喻，还是看一个真实的全息图可以帮助我们掌握抽象的原理?所以我拜访了一位著名的全息图制作者，约翰·佩里，在他的工作室在佛蒙特州伯灵顿。他演示了全息投影是如何逐渐展开的，模拟了一个空间维度如何从更深的现实中浮现出来。
佩里使用了一种由红色激光束照明的铅笔全息图——一排铅笔尖和一排铅笔橡皮擦。首先，他展示了他通常如何定位全息图和照明。图像出现在胶片后面，就好像你必须穿过胶片才能触摸到铅笔。
然后佩里把全息图翻转过来，让图像出现在前面，他在一定距离之外放置了一个塑料屏幕(见右图)。通过这种方式，我们可以选择性地只查看图像的一个平面，通过投影取一个切片来揭示它的结构。你可以看出全息图是颠倒的，因为铅笔上的字母“提康德罗加”是镜像的。
在这种设置下，我们只能看到照明部分全息图的效果。一开始，我们将原始的激光束对准胶片，仅仅为了一点光。如果你用这么窄的一束光照射一张标准照片，你只能看到场景的一小部分;其余的将躺在黑暗中。然而，在全息图上，即使是部分照明也能显示整个场景。每一部分都包含着整体。在一张照片上，胶片和图像之间的映射是局部的:胶片上的每个点对应着场景的一个特定部分。但在全息图上，映射是非局部的。在胶片上，铅笔头和橡皮擦是相互重叠的，但在3d投影中，它们位于不同的位置。
在狭窄的光照下，我们失去的是一种深度感。整个场景都是聚焦的，所以铅笔头和橡皮擦看起来与观众的距离是一样的。第三维度还没有出现。佩里用镜头和纸板遮罩逐渐扩大光束。铅笔尖仍然清晰，但橡皮擦变得模糊了。照亮了电影更广阔的区域，允许从越来越多的视角观看场景。投影越来越深了。
这些原理同样适用于基础物理学中的全息原理。我们的3-D宇宙和假定的2-D现实之间的映射也是如此高度外地．你的身体横跨有限的三维空间，但却遍布整个低维度系统。全息图的隐喻失败之处在于没有激光或投影仪。全息影像并不填充空间。这是空间。二维系统的行为方式就像在它里面塞了一个第三维空间，就像一本弹出式书中的人物。
尽管理论家最初设想全息原理是高维度和低维度领域之间的静态等价，但有些人认为它可能是一个动态过程。二维系统开始时可能处于无序状态，其不同组成部分之间缺乏协调。就像佩里的部分照明全息图一样，它并没有唤起第三维度。渐渐地，系统变得有序，仿佛全息图被照亮了更广阔的区域，因此第三维度得以展开。这可能就是太空诞生的方式大爆炸时反过来，它是如何被淹没的在黑洞中．
最重要的是，全息图是一件令人惊奇的事情。不管是指甲，铅笔，还是星系，它都会让你惊叹这正是物理学家们想要的反应，当空间从无限大变为现实时。
乔治·马瑟是一位获奖的科学作家，著有幽灵般的远距离行动和《弦理论白痴竞赛指南》．关注他@gmusser
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