摘要：其实这理论跟咱们平时在科技馆看到的全息投影有点像，但比那个要玄乎多了。普通的全息图是把3D的图像信息存在2D的胶片上，比如有些信用卡上的小图案，倾斜着看能看到立体的样子，那就是简单的全息技术。
咱们先搞明白第一个事儿：什么是全息宇宙理论？
其实这理论跟咱们平时在科技馆看到的全息投影有点像，但比那个要玄乎多了。普通的全息图是把3D的图像信息存在2D的胶片上，比如有些信用卡上的小图案，倾斜着看能看到立体的样子，那就是简单的全息技术。
而全息宇宙理论说的是，咱们生活的这个3D宇宙，可能所有的信息——不管是天上的星星、地上的房子，还是咱们自己的一举一动——其实都不是直接存在3D空间里的，而是以一种类似“编码”的形式，存在于宇宙边界的一个2D平面上。
咱们感受到的3D世界，就像是这个2D平面上的信息“投影”出来的。不是说宇宙是“假的”，而是它的信息存储方式跟全息图一个道理，3D的内容能被2D的表面完全描述，这就是全息宇宙理论最核心的意思。
1974年霍金搞出来的“霍金辐射”。在那之前，科学家们都觉得黑洞是个“只进不出”的狠角色——不管是光还是物质，只要靠近到一定距离（也就是黑洞的“事件视界”），就再也逃不出来了，所以黑洞应该永远都是越来越大，不会变小。
但霍金当时琢磨量子力学的时候，发现事情可能不是这样。
咱们平时说“真空”，其实不是真的空无一物，量子世界里会不断冒出一对对“正反粒子”——比如一个正电子和一个电子，这俩刚冒出来就会马上撞到一起“湮灭”，所以平时咱们看不到。可如果这对粒子刚好在黑洞的事件视界边上冒出来呢？就有可能出现一种情况：
其中一个粒子被黑洞吸进去了，另一个没被吸住，就这么逃了出来。逃出来的这个粒子，在咱们看来就是从黑洞里“辐射”出来的光或者能量，这就是霍金辐射。而且更关键的是，黑洞吸进去的那个粒子其实带着“负质量”（量子力学里的特殊情况），所以每逃出去一个粒子，黑洞的质量就会减少一点。就这么一点点往外辐射，时间长了，黑洞最后会完全“蒸发”掉，消失不见。
但霍金辐射一出来，新的问题就来了——这就是咱们要聊的“霍金辐射悖论”。这里得先提个量子力学里的规矩：信息是不能凭空消失的。
什么叫“信息”？比如一本书烧了，纸变成灰，烟散到空气里，但书里写的字、每页的内容这些“信息”并没有消失，只是变成了其他形式，比如灰里的分子排列、烟里的粒子运动，理论上只要能把这些东西都收集起来分析，还是能还原出书里的内容。
可黑洞蒸发的事儿就打破这个规矩了：如果一个东西，比如一颗星星，被黑洞吸进去了，星星的所有信息（比如它的质量、成分、结构）也跟着进了黑洞。然后黑洞慢慢通过霍金辐射蒸发，最后没了——那星星的那些信息去哪了？总不能跟着黑洞一起消失吧？这就矛盾了：量子力学说信息不能消失，可黑洞蒸发后信息又找不着了，这就成了一个大谜团，也就是霍金辐射带来的悖论。
这时候，有个叫萨斯坎德的物理学家站出来了，他坚决不认同霍金说的“信息会跟着黑洞消失”，还专门琢磨出了一套推理过程。
萨斯坎德觉得，问题出在咱们对黑洞“内部”的理解上——可能咱们以为信息被吸进黑洞内部了，但其实根本不是这么回事。他说，当一个东西靠近黑洞的事件视界时，它的信息不会掉进黑洞里面，而是会像“盖章”一样，印在事件视界的表面上。
你可以想象一下，就像咱们把一份文件扫进电脑，文件本身可能被删了，但电脑里存的扫描件还在，扫描件就是文件的信息。黑洞的事件视界就像电脑的硬盘，那个被吸进去的东西，它的所有信息都会以一种非常复杂的“编码”形式，留在视界的2D表面上，变成视界的一部分。
等黑洞通过霍金辐射蒸发的时候，这些存在视界上的信息就会跟着辐射一起释放出来，虽然释放出来的信息可能已经变得非常混乱，就像把扫描件弄成了一堆乱码，但信息本身并没有消失，只是换了一种形式存在和传播。所以萨斯坎德觉得，根本不存在“信息消失”这回事，霍金的说法是错的。
正是因为琢磨黑洞信息的问题，萨斯坎德后来跟另一个物理学家特霍夫特一起，提出了“全息原理”。这个原理其实是从黑洞的情况推广开来的：
他们发现，黑洞这种3D的天体，它所有的信息都能被存在它的2D事件视界上，而且2D视界的面积越大，能存的信息就越多，刚好能跟3D黑洞里的所有信息对应上。于是他们就想，这会不会不是黑洞独有的情况，而是宇宙的一个普遍规律？
然后就提出了全息原理：在任何一个3D的空间区域里，所有的物理信息，都可以被完全描述在这个区域边界的2D表面上。简单说就是，3D空间里的一切，都能在它的2D边界上找到对应的“编码”，就像咱们看3D电影，屏幕是2D的，但能显示出3D的画面，屏幕上的每个像素就对应着3D画面里的信息。
这里要注意，全息原理不是说3D空间是“假的”，而是说3D空间的信息和它2D边界的信息是“等价”的，知道了2D边界的信息，就能算出3D空间里发生的一切。
那问题就来了：既然黑洞这种极端的天体都遵循全息原理，咱们整个宇宙是不是也遵循呢？现在科学家们大多觉得，这事儿很有可能，但目前还只是推测，没法完全证实。
大家想，黑洞有自己的边界（事件视界），咱们的宇宙其实也有“边界”——就是“可观测宇宙边界”，因为宇宙在膨胀，远处的光永远到不了地球，咱们能看到的宇宙范围是有限的，这个范围的边界就是可观测宇宙的边界。
如果全息原理是普遍规律，那咱们这个3D的可观测宇宙里，所有的信息——从银河系到咱们手里的手机，从恐龙化石到咱们的DNA——应该也能被完全编码在可观测宇宙边界的2D表面上。就像一个巨大的全息胶片，铺在宇宙的最边缘，咱们感受到的所有3D事物，都是这个胶片投影出来的。但为啥说只是推测呢？
因为咱们根本没法跑到宇宙边界去验证——那个边界离咱们太远了，光都要走138亿年，而且宇宙还在膨胀，咱们永远到不了。所以只能通过理论推导去猜，还没法拿出实打实的证据。
不过，也不是所有科学家都认同这个推测，比如阿根廷的物理学家马尔达西就提出了不同的看法。
他觉得全息原理不是万能的，它有自己的适用范围——只适用于“负曲率空间”。什么是负曲率空间呢？你可以想象一下马鞍，马鞍的表面就是负曲率的，中间往下凹，两边往上翘，在这种空间里画三角形，三个角加起来会小于180度。
但咱们通过观测发现，咱们生活的宇宙其实是“平坦的”——就像一张平桌子的表面，画三角形的话，三个角加起来刚好是180度，这是通过测量宇宙微波背景辐射（宇宙大爆炸留下的“余热”）得出来的结论，可信度很高。
马尔达西说，既然全息原理只在负曲率空间里有用，而咱们的宇宙是平坦的，那之前说的“宇宙全息投影”就只是个想法而已，不能当真。
也就是说，黑洞的情况特殊，它可能处于负曲率空间里，所以遵循全息原理，但咱们的平坦宇宙不一定适用，现在说宇宙是全息投影，还太早了，只是人类一厢情愿的推测。
来源：老刘的科学大讲堂