全息摄影是一种先进的摄影技术，它能把三维物体的所有信息都记录在二维的胶片上，当我们再用激光照射胶片，就能复原出这个物体栩栩如生的立体像来，几乎可以以假乱真。
怎么?难道我们这些所谓有血有肉的人，每天吃着、玩着、生活着、恋爱着，都只是幻觉?仅仅只是因为某个地方有些平面人在做着这一切，而我们不过是他们的全息幻影?
从黑洞的全息
到宇宙的全息
物理学家提出“世界只是一张全息图”的假说，可不是毫无根据地在故做惊人之谈，而是在理论上有一定基础的，这根据来自科学家对黑洞的研究。
黑洞是宇宙中非常古怪的一类天体，它附近的引力强大到足以让光也逃脱不开。那个连光也有去无回的界线，我们就称为黑洞的视界。黑洞的视界是一个均匀的球面，视界之内发生什么我们是无从知道的，因为里面的信息不可能越过视界透露给我们。
这样一来，假如有一团物质掉进了黑洞，这团物质一旦越过视界，它所携带的信息就丢失了，视界外面的人无从得知被黑洞吞吃掉的是烤鸭还是烧鸡。而这与目前被人们广泛证实的“信息不会丢失”的观点是相冲突的。
但以色列物理学家贝肯斯坦却提出一个假说，巧妙地把它们协调了起来。他认为有关掉进黑洞的物质的信息并没有丢失，这些信息都编码保存在了黑洞视界上(这个视界我们是可以看到的);而且黑洞内部所包含的信息量与其视界的表面积成正比;所以黑洞视界的表面积其实就是黑洞信息的表征。
这个假说经过许多理论上的检验，被认为是合理的。但黑洞是三维的球体，而其视界是二维的球面，假如有关三维球体的信息能完全保存在二维的球面上，那岂不就像全息摄影一样?但对黑洞来说，的确如此。
从黑洞的这一现象上获得启发，有科学家甚至提出，我们整个宇宙的所有信息都保存在宇宙边界的二维球面上;所以我们这个貌似三维的世界实际上是二维全息图的一个投影。这个边界在哪里呢?在137亿光年之外，那里的光至今还没能抵达我们地球上呢。
从黑洞推广到整个宇宙，这一步是不是迈得太大了?目前这还不太清楚，所以“全息宇宙理论”还只是一个假说。但有科学家在理论上已经严格证明，有一种假想的五维的有界无限的时空(球面就是一个有界无限的例子，它是有界的，但你要是沿着球面行走，却没有尽头，所以又是无限的)从效果上看，这个五维时空就好像画在其4维边界上的全息图形。虽然五维时空遵守的物理理论与其四维边界上遵守的物理理论完全不同(因为连涉及的维数都不同)，但我们根本没法区别，一个物理过程究竟是发生在五维时空里，还是发生在四维边界上。
空间的基本单位变大了
假如全息宇宙理论是正确的，那将又一次改变我们现有的时空观念。很久以来，理论物理学家们就相信，由于量子效应，我们这个世界的空间并不是连续的，而是有一个最小的单位，也就是说，空间从根本上说是颗粒状的。这些空间颗粒就像电脑显示屏上的像素一样，不能比它们再小的了。按量子理论，长度的最小单位是普朗克长度，大约10-33厘米，这个尺寸比一个质子的一万亿分之一还小;面积的最小单位是普朗克面积，即大约10-66平方厘米;空间的最小单位是普朗克体积，即大约10-99立方厘米。
英国物理学家霍金还推导出，在黑洞的视界上，4个普朗克面积存储1比特的信息(比特是信息的最小单位，在二进制中，每个0或1就是1比特，如二进制数0110就是4比特)。所以，一个半径为1厘米的黑洞，其视界上竟可以存储大约1062比特的信息，而目前全球互联网上全年的信息流量才只有1022比特呢。
普朗克长度、普朗克面积和普朗克体积，这些量是如此之小，远远超乎目前物理学家的测量能力。但假如我们这个三维世界不过是二维球面的全息投影，那会怎样呢?一个球体的体积与半径的三次方成正比，而其表面积只与半径的平方成正比，当我们都用最小单位来丈量的时候，你会发现球体所包含的普朗克体积的数量要远大于表面积所包含的普朗克面积的数量。
但根据我们这里全息的要求(全息照片的另一个特点是照片里任何一小块都包含了整体的信息，不过本文中所说的“全息”并不包含这个特点。我们这里的全息只指三维的信息可以全部记录在二维的平面上这一点)，球体体积所包含的信息量应该跟其表面积上包含的信息量相等。结果是，需要很多个普朗克体积才能与表面的一个普朗克面积对应。比如，一个视界半径为1厘米的黑洞，为了满足全息的要求，竟然需要3×1030个普朗克体积才能对应视界上的1个普朗克面积。根据霍刚的结论，在黑洞的边界上，4个普朗克面积存储1比特的信息，那么在这个黑洞内部，则却需要每12×1030个普朗克体积才能存储1比特的信息。
既然在三维世界里，需要很多普朗克体积才能存储1比特的信息，那反过来是否可以这样说:在3维世界里普朗克体积并不是它的空间基本单位，基本单位应该是储存了1比特信息的那个体积，比如说需要1000个普朗克体积才能存储1比特信息，那么1000个普朗克体积才是空间的基本单位。根据这一想法，霍刚估计了一下，假如全息理论对于整个宇宙也成立，那么我们这个世界空间的最小单位应该大约是10-42立方厘米(存储1比特信息至少需要这么多)，这比普朗克体积10-99立方厘米要大多了。空间体积的最小单位变了，长度的最小单位也变了，不再是普朗克长度10-33厘米，现在变成了10-14厘米，--这个尺寸已经不再是人力所不可及的了。
噪声证明
宇宙是全息的?
那么这个全息宇宙理论跟引力波探测器测量到的噪声又有什么关系呢?让我们先来了解一下引力波探测器是如何工作的。
引力波探测器实际上是一架非常灵敏的激光干涉仪:一束激光经过一个半透明的分光镜后，分成两束，一束继续沿原来的方向传播，另一束则被反射到与之垂直的方向上传播(当然，都是在真空里)。然后经各自的镜子反射回来后发生干涉。假如它们经过的距离绝对一样长，那么干涉时就相互抵消，探测器就探测不到一个光子。但只要两束激光经过的距离稍有点不同，干涉时就不能完全抵消，于是非常敏感的探测器就可以探测到光子了。
在实验中，这套装置一开始就调到两束激光完全相消，说明它们在水平和垂直方向通过的距离完全相等。当引力波传来时，它总是有一定的方向，所以对于水平和垂直这两个方向的影响会有所不同。由于引力波直接会引起空间距离的变化，所以水平和垂直方向的距离就不再完全相等了，这样，两束激光干涉时不能完全抵消，我们就将探测到光子信号。
前面提到，空间从普朗克长度的尺度上看是颗粒状的，不仅如此，空间还存在大量量子涨落，假如我们缩小到普朗克长度的尺度上看，空间简直就像沸腾的大海。涨落的幅度一般跟空间的最小尺寸相当(因为涨落越大，出现的概率就越小)，比方说空间的最小尺寸是普朗克长度，那么涨落的幅度也差不多是普朗克长度;但要是空间的最小尺寸不是普朗克长度，比它大得多呢(像现在全息宇宙理论所认为的)，那么相应的，涨落的幅度就比普朗克长度大多了。
空间涨落造成的结果是置身于其中的物体会有轻微的抖动，就是说，物体的空间位置不那么确定了。比方说在引力波探测器上，那几面反射镜和分光镜就会有轻微的抖动;但假如抖动只有普朗克长度的尺寸，那实在是太微弱了，目前的仪器根本没办法探测到;可是全息宇宙理论预言的空间涨落要大得多(因为它的空间最小尺寸比普朗克长度要大得多)，所以它所带来的抖动也必然要大得多。这些大的抖动造成两束激光不能在任何时候都保持相消，于是就产生了大量随机的噪声。
这就是霍刚对于引力波探测器上出现的异常噪声的解释。假如这个解释是正确的，那其意义不亚于1964年天文家发现的宇宙大爆炸之后遗留下来的2.73K微波背景辐射(这种辐射也表现为一种噪声)。
全息宇宙理论目前还只是一个假说，没有上升到物理定律的高度。但这个理论给物理学带来一种全新的思维，即考虑问题把信息放在第一位。普朗克体积本来是空间的基本单位，这是按空间本身的性质得出来的，但现在当我们说“在三维世界里普朗克体积并不是它的空间基本单位，基本单位应该是储存了1比特信息的那个体积”时，在逻辑上就暗含了“信息第一”的思想，让1比特的信息反过来决定空间的最小单位了。如果“信息第一”的思想是正确的，那么我们对于许多物理问题和现象可能都要不得不重新考虑了。如此一来，一场新的物理学革命也许就要来了。
