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1700934301 埃舍尔的画和我这个粗糙的版本表示的都是二维空间,但是真实的空间是三维的。想象空间添加一维后的样子并不困难。我们要做的就是把用三维的立方体取代方块。在下面的图中,我将给出一堵三维的“砖墙”,不过在你脑中要想象这堵墙在水平方向和垂直方向都是无限延伸的。
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1700934309 与以往一样,给这幅图加入时间维:给每一个方块或者立方体配上自己的时钟。时钟运行的速率,取决于他们在哪个层面上。我们每接近边界一层,时钟都会被加速一倍。相反的,如果我们沿着墙往下走,那么时钟将会变慢。
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1700934314 从数学的角度来看,没有理由把空间停在三维。通过堆砌各种大小不一的四维的立方体,我们可以构建4+1维反德西特空间,或者任意其他维数的空间。但是画一个四维的立方体是极其复杂的。这里我们尝试一下。
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1700934316 这种把它们堆在一起形成四维版本AdS的尝试,会导致令人沮丧的混乱。
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1700934318 盒中乾坤
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1700934320 保持黑洞不辐射是研究盒子中物理的好理由,但是盒中世界的这个想法远不止于此。真正的目的是要了解全息原理并使它在数学上变得精确。这里就是我在第18章中解释全息原理所说的:“平常经验下的三维——充满了星系、恒星、行星、房子、巨石和人的宇宙——是一幅全息图,一幅在遥远的二维面上编码的关于现实的图像。这个新的物理学规律被称为全息原理,它认为一个空间区域中的所有东西都可以用边界上的信息来描述。
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1700934322 全息原理的不精确性,部分原因在于有东西是可以穿越边界的;毕竟这只是一个数学上假象的表面,没有任何真实的东西,所以物体是可以进出该区域的。这使得“空间区域内的每一样东西都可以用边界上的信息所描述”,这个论述变得让人困惑。但是在一个墙壁难以渗透的盒子中的一个世界将不会有这个问题。新的表述是:
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1700934324 一个外壳难以渗透的盒子中,所有东西都可以用储存在墙上的像素的信息来描述。
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1700934326 1989年在智利的旅行巴士上,我不明白克劳迪奥·泰特尔鲍姆,为什么要对反德西特空间那么兴奋。一个盒子中的黑洞——那又怎么样?我花了8年才了解到这一点,这一次是通过另一个南美洲的物理学家,一个阿根廷人。
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1700934328 马尔达西纳的惊人发现
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1700934330 胡安·马尔达西纳与克劳迪奥·泰特尔鲍姆在各方面都不同。他不高而且冷静许多。我很难想象他穿着一套假军服,迅速地穿越危险的圣地亚哥的样子。而作为一个物理学家,他并不缺少勇气。在1997年他冒险提出了一个极其大胆的想法,一个与我在泰特尔鲍姆车上听到的一样疯狂的想法。事实上,马尔达西纳认为,两个看起来并不相似的数学世界实际上是相同的。一个(4+1)世界有四维的空间和一维的时间,而另一个是更像我们所生活的世界的(3+1)维。我将简化一下这个故事,对每一种情况都降低一维,使它变得更容易想象一些。根据这样的简化,我可以说平地的某种虚构的版本,或多或少都会与一个(3+1)维的反德西特世界相等价。
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1700934332 这怎么可能呢?关于空间最明显的特征就是维数。无法确定空间维数,是一个极其危险的感知混乱。把二维错误地看成三维显然是不可能的,至少在理智和冷静的时候,或者你会那么想。
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1700934334 马尔达西纳的发现其过程是一条崎岖而曲折的路。他在极端黑洞,D-胚和一些叫作矩阵理论的东西之间徘徊[214],并最终以一个对全息原理非同寻常的证明结束。
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1700934336 整套论证是从波尔钦斯基的D-胚开始。我们还记得一个D-胚是一个实物物体,可以是空间的一个点,一条线,一个面或者是一块充填空间的三维物体,这取决于其维度。D-胚区别于其他东西的特性就是基本弦可以在其上面终结。更具体点,我们考虑D2-胚[215]。考虑一个在三维空间中飘浮的平坦的二维平面,就像一块飞毯。开弦把它们的两头都连在D-胚上面。它们可以在D-胚上面滑动,但是它们不能跳入第三维。弦上的这些部分,就好比在一块没有摩擦的冰上滑冰的人,但是不能抬起他们的脚。从远处看起来,弦上的每一个部分就好像一个在二维世界中移动的粒子。如果有更多的弦,它们可能会碰撞,并结合形成更加复杂的东西。
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1700934341 D-胚可以独自存在,但是它们黏性很强。如果把它们轻轻地带到一块,它们将黏在一起并形成一个有若干层的复合胚,就像下图所示的一样。
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1700934346 我已经证明了D-胚是各自分立的,但是当它们结合在一起的时候,缝隙就消失了。一组结合在一起的D-胚被称为是D-胚垛。
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1700934348 开弦在一个D-胚垛上面的移动,比在单个D-胚上的运动有着更丰富和多变的特性。弦的两端可以黏在垛中不同的胚上,就仿佛一块滑板在略有不同的两个平面上滑行。要追踪这些不同的胚,我们可以给它们定个名字。例如,在上面显示的垛中,我们可以分别称它们为红色、绿色和蓝色。
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