“裸眼3D”都是假的？！从全息投影到空间立体影像，裸眼3D是如何实现的？

物理学专业的来简单科普一下关于全息 (holography) 的相关概念。首先视频中通过玻璃反射造成的物体悬空图像的现象，从物理学角度讲和任何物理学分支中的 “全息” 概念都不同。这种现象本质上只是一系列特殊的反射而已。

物理学中有两种 “全息” 的概念：一种是全息术 (holography)，指的是通过波的干涉记录并还原二维物体表面信息 (波前) 的技术；另一种是高能物理中的全息原理 (holographic principle)，指的是 n+1 维的经典引力与 n 维的量子场论存在对应关系，从而允许引力系统中的信息可以被记录在低一维度的量子系统中。

全息术于上世纪 40 年代由物理学家 Gábor Dénes 发明。他因此获得了 1971 年诺贝尔物理学奖。视频中短暂提到的全息术指的是光学全息术，通常是通过记录两束激光的干涉来记录物体表面信息。这已经不算是太过新奇的技术了。相关的实验已经属于物理学本科的基础教学实验之一。大部分物理学本科生应该都在教学实验室里操作过 — 虽然很多时候由于设备原因还原的效果多半并不理想...

从信息论的角度说，虽然全息术能够还原出一个相当真实的三维图像，但它记录的信息仍然是一个二维表面。也就是说，它只是把一个三维空间中的二维曲面通过一些途径记录在了一个二维平面上而已。而高能物理中的全息原理，则是实打实的把 n+1 维的引力信息完全记录在了 n 维的量子场论中。

全息原理始于我们对黑洞信息的研究。上世纪 70 年代，物理学家 Jacob Bekenstein 与 Stephen Hawking (是的，就是那位著名的霍金) 发现黑洞信息熵并不正比与其体积，而是正比于它的表面积。也就是说，被黑洞吞噬的三维物体的信息，被记录在了黑洞表面这么一个二维的曲面上。1997 年，物理学家 Juan Maldacena 发现了著名的 AdS/CFT 对偶，也即一个 AdS5 背景的经典超引力与 N=4 的 Yang-Mills 规范理论存在对偶关系。在之后的二十几年里，这一对偶被推广为规范/引力对偶，也即量子规范理论与经典引力理论存在对应关系。由于对偶一端的引力要比另一端高一个纬度，这种对偶关系的存在也被称为全息原理。

全息原理允许我们利用高一纬度的引力理论来研究量子规范理论所描述的系统。这是一种很强力的方法论。量子规范理论是我们目前最强大的描述量子相互作用的理论 (没有之一)。然而，它在面对带有极强相互作用的系统时往往力不从心。全息原理的出现给我们提供了研究强关联系统的全新思路。也许在不久的将来，我们会看到高能物理学家利用广义相对论指导材料物理学家设计全新的高温超导材料这种神奇的景象。