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激光全息生物学如何复兴 |
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| 激光全息生物学如何复兴 |
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作者：叶眺新 新闻来源：科学网 点击数： 更新时间：2007-5-24  |
21世纪，当我国曾极为热门的生物全息研究走入低潮时，我们看到西方的全息学变得越来越重要和越来越可信，我们感到了一种未完成的责任。中国和西方的全息学都来源于全息术的启发。它可分为三个方向的延伸：
第一个是我们提出的自然全息律，它抓住的是激光摄影中需要两束相干光线。这种两者相干的注意，来自我们初中学物理研究斜面上的球体运动时，看见的球体会在斜面上自然滚下；这直觉地使我们想到：运动起源于A、B两种界面的效应，也加深了我们对当时国家哲学一分为二的理解。
激光摄影全息学科普的介绍，使20世纪60年代初我们对从早期端上的发育可以从后端上的发育看见的类似宇宙蛋界面的类比研究，一下升腾为自然全息的理智：即自然全息是一种由此及彼的自然联系与思维联系的印记。
第二个是张颖清的生物全息，是抓住与激光摄影的全息效应部分与部分、部分与整体相似的联系。
第三个就是西方全息学抓住激光摄影把3维物体变为2维胶片，而可以用激光随时复现该3维图景的联系。1993年荷兰的特荷夫特提出的全息原理，后来得到索斯金德的进一步阐述。全息术造出全息图形，是一种特殊的胶片，当用合适的方法将它曝光时，它就将产生一个真正3维的影像。描述3维图景的所有信息都被编码到2维胶片上的明暗相间的图样上。用这个胶片随时都可以复现该3维图景。所以全息原理指出，这一激光视觉的原理，可以类推到对任何一个占据3维区域的系统的所有物理学描述之中；另一个在该区域的2维边界上定义的物理学理论，能完全描述该3维区域的物理学。如果一个3维系统能被运作于其2维边界上的物理理论所完全描述，我们就有理由推测该系统的信息容量不可能超越其边界上的描述。
第三个方向延伸的全息原理，被国内外一些著名专家广泛发挥和应用。如近年来包括超弦理论在内的量子引力研究认为，宇宙就像一幅全息图：正如将全3维图像记录在一片扁平胶片上一样，我们这个看似3维的宇宙，连同完全等效变换后的量子场和物理定律，也可以画到遥远的巨大表面上。对黑洞物理学原理的研究表明，决定某一区域最大熵或者信息容量的不是其体积而是表面积。通过研究黑洞的神秘特性，物理学家已经推导出了某一部分空间或一定量的物质和能量所能包含信息量的绝对限度。结果表明，我们的宇宙也许并不是一个我们所认为的那种三维空间，它很有可能是某种写在二维表面上的全息图形。其次，近期还发展成的全息暗能量理论，其全息暗能量模型，能将所谓的宇宙学巧合问题归结为宇宙暴涨延展时间。
1990年代中期，西方全息原理的思想刚刚出现不久时，支持这一理论的观点还相当抽象和模糊。当时全部是基于黑洞的特性：黑洞熵取决于其表面积。进而推论，也许自由度也取决于表面积；进一步，也许这对于所有具有视界的区域都成立；也许在整个宇宙范畴内都是成立的；再进一步，也许我们所居住的宇宙区域的自由度取决于远方的边界。而且在弦论中，有明显的证据表明，我们认为是真实的时空范围内的物理定律，可以完全等效于其边界上发生的物理定律；两套定律都可以真实地描述发生在我们周围的一切。这一点上二者毫无区别，但是具体的解释细节却可能存在着极大的不同。其中一套定律也许在五维上生效，而另一个却只有四维。所以即使是维数也不是什么重要的事情，因为可以找到另外一套准确反应你所观察的物理世界的描述。
但是我们拿哪个界面，做为宇宙的边界呢？要实现这些想法，我们需要首先研究比真实宇宙更简单的那些模型。所谓的反德西特时空就是一类全息原理能成立的具体例子。原始的德西特时空是荷兰天文学家德西特于1917年根据爱因斯坦方程式导出的一个解，其中包括了被称为宇宙常量的斥力。德西特时空是空旷的，以一定的加速度膨胀并且是高度对称的。1997年，宇宙学家在研究遥远的超新星爆发时得出结论：我们的宇宙正在加速膨胀，未来它有可能变得越来越像一个德西特时空。如果我们将爱因斯坦方程式中的斥力换成引力，那么德西特解将变成一个反德西特时空，它和德西特时空具有相同的对称性。
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