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我們的宇宙可能是遙遠宇宙的全息投影嗎?

這是壹個前沿問題,並且需要的知識深不見底,不是壹句兩句能說清楚的。我盡力把我知道的說壹下,因為本人基礎的問題,很難說的很深刻。

宇宙全息原理和光學中的全息原理是不同的東西。光學中的全息是通過記錄幹涉條紋的亮度和相位來記錄發光體的全部信息,最後重現這個發光體。而引力中的全息原理是來源於解釋黑洞熵和表面積成正比等相對論中奇怪的定理。其中全息原理引發的Ads-CFT correspondence是壹個很大的熱點問題。

簡單說說Ads-CFT(詳細了我也不懂),考慮宇宙學常數之後,最大對稱性的時空可能具有三種形式,德西特時空, 閔科夫斯基時空, 反德西特時空. 其中反德西特時空受到的關註最多,原因是因為反德西特時空的penrose圖***形於愛因斯坦靜態宇宙。在邊界上可以具有量子場論(***形場論)。

Ads時空的Penrose圖如上,當然畫出penrose圖也有壹些trick,這裏就省略了,不然篇幅過長。

ADS-CFT correspondence:

考慮壹個漸近Ads時空,研究它和邊界的關系

量子場論中重要的壹個量是生成泛函

生成泛函重要的性質是可以通過求導數計算任意點的關聯函數

得到了關聯函數我們就可以得到這個量子體系的不少性質。

但是關聯函數

在強關聯的情況下無法計算,微擾場論是在耦合常數極小的情況下把作用量展開,然後化為費曼圖計算,通常也就是樹階,或者壹圈階。而對於強關聯下,我們需要尋找新的方法來計算生成泛函。而對偶提供了這樣壹種計算的方式

Ads-Cft是壹種強弱對偶,如果邊界上是某種形式的量子場論,我們可以把目光投入到內部的物理量進行計算。

引力系統的作用量為

這壹項依據於真實的物質場,比如電磁場,標量場,Dirac場的作用量。右邊第壹項是廣相中的作用量,第二項是宇宙學常數項。

對作用量進行變分,可以得到物質場方程和壹個愛因斯坦方程。這是壹個耦合的很多個方程組,不過註意因為是強弱對偶,這裏是可以做微擾解的,所以理論上此方程總是可解的。當然解偏微分方程組還需要邊界條件,而要研究的邊界上的量子理論恰好可以提供這個方程的邊界上的數據J,有了邊界條件理論上解方程組後可以帶回到作用量中得到把認同起來,這裏J既代表了量子場論中的物質源,又代表了引力場(bulk)場的邊界數據。

所以計算生成泛函的問題就轉化為了計算

當然這裏只是為了說明全息原理如何應用於強關聯凝聚態系統的壹個非常toy的model。現在在Ads/CMT, Ads/QCD, Ads/Fluid等多個方面具有不少的應用。

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