1980 年代半ばに大学生として初めてホログラムを購入したことを覚えています。それは釘のベッドを示しました。当時、世界の宇宙の装身具の首都だったサンフランシスコのヘイトストリートにあるギャラリーで、私はそれを見つけました。手に取ってみると特徴のない一枚のフィルムに見えたホログラムですが、正しい照明の下で正しい角度で持ってみると、爪が勢いよく飛び出しました。ホログラムは、人々から衝撃的な反応を得たことはありませんでした。爪のイメージがフィルム全体に塗りつけられたため、さまざまな角度からわずかに異なる方法で再構成され、奥行き感を呼び起こすため、これが機能しました。
90 年代初頭、理論物理学者はホログラフィック原理のアイデアを思いつきました。これは、私たちの周りの世界も一種のホログラフィック プロジェクションであることを示唆しています。私たちが体験する 3D 空間は、2 次元の現実、または空間に存在するとはまったく考えられないゼロ次元のシステムによって生成されている可能性があります。この急進的な命題は、ブラック ホールとその周辺、つまり事象の地平線における量子発泡の研究から生まれました。ブラック ホールは、物を保持するためのスペースがたくさんある空間のボリュームのように見えますが、その容量はボリュームのように拡大しません。埋めようとしても、不思議なことにそれができないことに気づきます — 私のホログラムの爪に触れたとき、空虚な空気しか感じず、幻想を裏切ったのと同じように.
ホログラフィックの原理は非常に実り多いアイデアであり、物理学者は過去 20 年間、その改良と拡張に費やしてきました。それを通じて、彼らは時空の構造と量子コンピューティングの間の予想外のつながりを発見しました。ホログラムは、データの整合性を維持するエラー修正コードのように、冗長な方法で画像を保存します。
このアイデアを開発した人物の 1 人である Leonard Susskind は、彼と数人の同僚がスタンフォード大学の廊下で通過したホログラムからインスピレーションを得たと語っています。冗談であって冗談ではない。」しかし、私は疑問に思いました:ホログラムは便利な比喩に過ぎないのでしょうか? それとも、実際のホログラムを見ることで抽象的な原理を理解するのに役立つのでしょうか?そこで私は、バーモント州バーリントンにある彼のスタジオで、一流のホログラム メーカーであるジョン ペリーを訪ねました。彼は、ホログラフィック プロジェクションがどのように徐々に広がっていくかをデモンストレーションし、より深い現実から空間の次元がどのように出現するかを模倣しました.
ペリーは、赤いレーザー ビームで照らされた鉛筆のホログラム (前列の鉛筆の先端と後列の鉛筆消しゴム) を使用しました。最初に、彼は通常、ホログラムと照明をどのように配置するかを示しました。鉛筆に触れるにはフィルムを通して手を伸ばさなければならないかのように、画像はフィルムの後ろに現れました。
次に、ペリーはホログラムをひっくり返して画像を前面に出し、プラスチック製のスクリーンを一定の距離を置いて配置しました (右の写真を参照)。このようにして、画像の 1 つの平面のみを選択的に表示し、投影をスライスして、その構造を明らかにすることができました。鉛筆の文字「Ticonderoga」が鏡像になっているため、ホログラムが反転していることがわかります。
このセットアップでは、ホログラムの一部のみを照らす効果を見ることができました。最初に生のレーザー ビームをフィルムに向けることから始めました。標準的な写真にそのような細い光を当てた場合、シーンのごく一部しか見えません。残りは暗闇の中に横たわるでしょう。ただし、ホログラムでは、部分的な照明でもシーン全体が表示されます。各部分には全体が含まれます。写真では、フィルムと画像の間のマッピングは局所的です。フィルムの各スポットは、シーンの特定の部分に対応しています。しかし、ホログラムでは、マッピングは非局所的です。鉛筆の先と消しゴムは、フィルム上で互いに重なり合っていますが、3D プロジェクションでは別々の場所にあります。
狭い照明で失ったのは奥行き感です。シーン全体に焦点が合っているため、鉛筆の先と消しゴムは視聴者から同じ距離にあるように見えました。三次元はまだ出現していませんでした。レンズと段ボールのマスクを使用して、ペリーはビームを徐々に拡大しました。鉛筆の先はピントが合ったままでしたが、消しゴムはぼやけました。映画のより広い領域を照らすことで、シーンをさまざまな視点から見ることができました。投影はいくらか深くなっています.
これらと同じ原理が、基礎物理学のホログラフィック原理に適用されます。私たちの 3D 宇宙と推定される 2D 現実の間のマッピングも、非常に非局所的です。あなたの体は限られた 3 次元空間に広がっていますが、低次元システムの全幅に広がっています。ホログラムの比喩が失敗するのは、レーザーやプロジェクターがないことです。ホログラフィック イメージはスペースを埋めません。宇宙です。 2 次元システムは、飛び出す本の図のように 3 次元がその中に押し込まれているように動作します。
理論家は当初、ホログラフィックの原理を高次元領域と低次元領域の間の静的な等価性として考えていましたが、動的なプロセスである可能性があると考える人もいます。 2 次元システムは、最初は無秩序な状態から始まり、さまざまなコンポーネント間の調整が不足している可能性があります。ペリーの部分的に照らされたホログラムのように、それは 3 次元を呼び起こしません。あたかもホログラムがより広い領域で照らされているかのように、システムは徐々に整然とし、3 次元が展開されます。それが、ビッグバンで宇宙が出現した方法であり、逆にブラック ホールに沈む方法かもしれません。
なによりホログラムがすごい。爪でも、鉛筆でも、銀河でも、「うわー」と思わずにはいられない。そして、それこそまさに、宇宙が無空間から実体化するときに物理学者があなたに望んでいる反応です.
George Musser は、受賞歴のあるサイエンス ライターであり、 の著者でもあります。 そして離れた不気味なアクション Compete Idiot's Guide to String Theory. @gmusser で彼をフォロー
