我們生活在一個具有三維空間和一維時間的宇宙中。令人吃驚的是，我們的四維時空可以用更低一維的時空來描述，就像一個從無限遠(yuǎn)的表面投射出來的全息圖。

全息原理源于許多微妙的線索，這些線索是在幾十年的宇宙理論探索中發(fā)現(xiàn)的。故事要從黑洞講起，雅各布·貝肯斯坦推導(dǎo)了一個描述黑洞熵的方程，黑洞的熵代表了曾經(jīng)落入其中的所有事物的量子信息量。貝肯斯坦界代表了任何空間的最大可能的熵，奇怪的是，這個最大值與空間的表面積成正比，而不是它的體積。

史蒂芬·霍金通過計(jì)算黑洞在霍金輻射中蒸發(fā)時泄露的信息量，證實(shí)了貝肯斯坦界。他對霍金輻射的發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了黑洞信息悖論，因?yàn)檫@種輻射被認(rèn)為會抹去掉入黑洞的所有東西的量子信息。破壞量子信息將打破量子力學(xué)的基礎(chǔ)，因此出現(xiàn)了悖論。

這個難題啟發(fā)了杰拉德特·胡夫特，他提出，所有落入黑洞的物質(zhì)信息都可以在霍金輻射中留下印記。當(dāng)它等待被輻射時，這些信息應(yīng)該被編碼在黑洞的視界上。這是個很好的解決方案，但也出現(xiàn)了新的悖論。落入黑洞的事物確實(shí)會穿越事件視界進(jìn)入黑洞，從外部觀察者的角度來看，它的信息在表面被“涂成”了2維，但從黑洞內(nèi)的觀察者來看，信息肯定是在黑洞內(nèi)以三維形式逐漸掉入奇點(diǎn)。這是人們第一次瞥見全息時空：一個二維表面，編碼了三維的特性。

AdS/CFT對偶找到了全息原理對應(yīng)的弦理論實(shí)現(xiàn)。

我們現(xiàn)在有幾個版本的弦理論，它們試圖解釋振動的弦是如何導(dǎo)致我們熟悉的宇宙粒子。這些理論后來被愛德華·威滕的M理論初步統(tǒng)一起來，該理論表明不同類型的弦和弦理論都通過對偶關(guān)系聯(lián)系在一起。對偶性是指兩個看似不同的理論被證明代表相同的物理現(xiàn)實(shí)，這是因?yàn)橄业拇笮『湍芰砍叨瓤梢员恢匦抡{(diào)整。但最奇怪的弦對偶性仍然是阿根廷物理學(xué)家胡安·馬爾達(dá)塞納在1997年提出的AdS/CFT對偶。奇怪的是，它提供了對全息宇宙的第一個具體描述。

馬爾達(dá)塞納設(shè)想了一組稱為膜的弦理論對象，它們就像多維弦，可以作為弦的奇點(diǎn)和終點(diǎn)，也可以嵌入更高維度的空間。這些膜非常靠近，基本上是重疊的，連接到這些膜的弦是尺度不變的，因此它們的長度和能量可以在不改變物體特性的情況下發(fā)生改變。

在某些假設(shè)下，他發(fā)現(xiàn)由此產(chǎn)生的膜結(jié)構(gòu)看起來就像閔科夫斯基時空，在這個空間上存在著一種由膜之間的相互作用產(chǎn)生的場論。這也是一個共形場論(CFT)，所以它對網(wǎng)格大小的縮放是不變的。這種性質(zhì)來自于嵌入在這個空間結(jié)構(gòu)中的弦的能量尺度不變性。

馬爾達(dá)塞納以優(yōu)良弦理論的風(fēng)格將尺度因子定義為一個新的空間維度，3維空間就變成了4維空間。原來的空間是平的，而新的空間具有負(fù)曲率，它是一個反德西特(Ads)空間。原空間中的引力不包括引力，但在高維空間中，它變成了一個完整的量子引力理論，這就是AdS/CFT對偶性。

與弦論中的其他對偶一樣，這個對偶性對計(jì)算非常有用。當(dāng)?shù)途S場理論中的相互作用非常強(qiáng)時，我們可以說場是強(qiáng)耦合的，那么高維空間中相應(yīng)的高維引力結(jié)構(gòu)將是弱且可解的。相反，高維空間中的強(qiáng)引力場（例如黑洞），看起來就像低維空間中粒子的可解構(gòu)型。除此之外，這還為黑洞信息悖論提供了新的解決方案：黑洞中丟失的信息可以在低維空間中完美地保存下來。

AdS/CFT更令人吃驚的含義是，它是全息宇宙的第一個具體實(shí)現(xiàn)。較低維度的CFT空間是AdS空間的表面，因?yàn)閳稣摯嬖谟谛戮S度變?yōu)闊o限的地方。遺憾的是，這是很難理解和想象的，沒法簡單用言語表達(dá)出來。