為何有些物理學家認為我們生活在黑洞之中？

黑洞是由巨大恆星坍縮形成的，在這些區域，引力極其強大，連光都無法逃脫。從熱力學角度研究黑洞時，它們的存在引出了一個問題。當黑洞達到平衡時，其最終狀態僅取決於三個引數：質量、角動量和電荷。

法國天體物理學家尚-皮埃爾·呂米內（Jean - Pierre Luminet）在2016年的一篇評論中解釋道：「在經典廣義相對論中，黑洞就像一個宇宙監獄，阻止任何粒子或輻射形式逃脫。對於外部觀測者而言，當一個物質體穿過事件視界時，其所有物質特性的資訊都會消失，僅剩下質量（M）、角動量（J）和電荷（Q）的新值。因此，黑洞吞噬了大量的資訊。」

這聽起來挺簡單的，至少在物理學領域算簡單的了。但根據熱力學第一定律，如果黑洞有質量（而且它們質量很大），那麼它們應該有溫度；再根據熱力學第二定律，它們應該會散發熱量。史蒂芬·霍金證明瞭黑洞應該會發出輻射，也就是現在所稱的霍金輻射，這種輻射在黑洞邊界形成。

呂米內接著說：「霍金隨後指出了一個悖論。如果黑洞會蒸發，那麼它所包含的部分資訊將永遠消失。黑洞發出的熱輻射中所含的資訊是退化的，它無法重現黑洞先前吞噬物質的資訊。這種資訊的不可挽回的損失與量子力學的基本假設之一相衝突。根據薛丁格方程式，隨時間變化的物理系統不能創造或破壞資訊，這一特性稱為么正性。」

這就是所謂的黑洞資訊悖論，由於它似乎違反了我們目前對宇宙的理解，因此一直是大量研究和討論的主題。

在弦理論的背景下研究黑洞的熱力學，找到了一種解決方案。傑拉德·特·胡夫特（Gerard 't Hooft）證明，黑洞內部的總自由度與其視界的表面積成正比，而非與其體積成正比，這便可以用來研究黑洞的熵。

呂米內繼續說：「從資訊的角度來看，每一個以0或1形式存在的位元對應於四個普朗克面積，這使得我們可以得出貝肯斯坦 - 霍金熵公式。對於外部觀測者而言，曾經由穿過事件視界的物體的三維結構所攜帶的黑洞熵的資訊似乎消失了。但從這個觀點來看，資訊被編碼在黑洞的二維表面上，就像全息圖一樣。因此，特·胡夫特得出結論，黑洞吞噬的資訊在量子蒸發過程中可以完全恢復。」

從某方面來說，這讓人安心（黑洞並不違反熱力學第二定律，讚），但這也引出了一個相當離奇的想法，即三維空間的物理現象可以在其二維邊界上描述。

雖然在黑洞之外的空間並非如此，但有觀點認為宇宙本身可能就是一個黑洞，所有過程都發生在邊界上，而我們所觀測到的現象則是這些相互作用的結果。這是一個非常大膽的想法，甚至還衍生出更奇特的附屬理論。例如，有人認為引力可能是邊界上的糾纏熵所產生的一種突現力。

這個理論並不是解釋宇宙的最有說服力的觀點，標準物理學仍然能最好地描述我們所看到的宇宙。但人們認真對待它也是有原因的。

一方面，要使這個模型成立，宇宙的哈伯半徑（即我們可觀測宇宙的半徑）必須與其史瓦西半徑相同，也就是如果將其中所有物質壓縮到一個點時所形成的黑洞的大小。事實上，這兩個數值驚人地接近，不過這也可能只是一種宇宙巧合。

還有其他原因，比如這張涵蓋萬物的圖表就暗示我們可能生活在一個更大宇宙的黑洞之中。但在這個理論提出超越我們目前物理學理解的有力證據和預測之前，我們建議先不要陷入存在主義危機，無論你是傳統時空中的三維物體，還是更大宇宙中二維邊界的全息投影。