1.2 面积律的推导 (The Derivation of Area Law)
“如果你想知道一块布由多少根线织成,你不需要称它的重量,你只需要拿起剪刀,横着剪一刀,然后数一数断口处露出了多少个线头。宇宙也是如此。我们衡量信息的尺子不是体积,而是面积。因为面积,就是那是被切断的纠缠丝线的横截面。”
在上一节中,我们建立了“空间即纠缠网络“的定性图像。现在,我们需要给这个图像一个定量的数学证明。
在经典物理和我们的日常直觉中,信息似乎是存储在 体积 (Volume) 里的。
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一个书架能放多少本书,取决于它的长宽高。
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一个硬盘能存多少数据,取决于它内部磁性颗粒的数量。
但是,现代物理学最令人震惊的发现之一——黑洞熵的面积律 (Area Law)——彻底粉碎了这个直觉。黑洞的信息量不与体积成正比,而与 表面积 成正比。
本节将利用 张量网络 (Tensor Networks) 的逻辑,推导出著名的 柳-高柳公式 (Ryu-Takayanagi Formula),并揭示其背后的几何真理:我们之所以生活在一个全息宇宙中,是因为空间本身就是由纠缠丝线“缝“出来的。
想象一把剪刀:纠缠熵的定义
为了测量一部分空间包含多少信息,物理学家发明了一种特殊的测量方法:纠缠熵 (Entanglement Entropy)。
假设我们将宇宙划分为两个区域:区域 A(比如我们要研究的一个球体内部)和 区域 B(球体外部的环境)。
在量子力学中,A 和 B 并不是独立的,它们通过无数根看不见的 贝尔对 (Bell Pairs) 连接在一起。
要计算 A 的熵 ,我们需要做一个思想实验:
拿起一把“想象的剪刀“,沿着 A 的边界(表面),将 A 与 B 彻底切开。
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切断了什么? 我们切断了连接 A 与 B 的所有纠缠丝线。
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留下了什么? 每一根被切断的线,都在 A 的表面留下了一个“线头“(未配对的量子比特)。
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熵是什么? 熵就是这些 线头的数量。
柳-高柳公式:几何与信息的等式
这个思想实验直接导出了 AdS/CFT 对偶 中最著名的公式——柳-高柳公式。
其中:
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:区域 A 的纠缠熵(信息量)。
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:将 A 包裹起来的 最小曲面 (Minimal Surface) 的面积。
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:牛顿引力常数(在普朗克单位制下, 对应于一个普朗克面积的 4 倍)。

这个公式的物理意义震耳欲聋:
它证明了 “信息 = 几何”。
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左边是 量子信息量(熵)。
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右边是 经典几何量(面积)。
为什么它们相等?
因为 面积 (Area) 本质上就是 “穿过该截面的纠缠丝线的总束数”。
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表面积越大,意味着需要切断的线越多,意味着 A 与 B 的联系越紧密。
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如果表面积为零(没有连接),熵就为零,空间就断裂了。
这就像是光纤电缆的截面。电缆越粗(面积越大),能传输的信号(熵)就越多。空间几何,就是纠缠流量的物理外壳。
体积的幻觉:我们生活在全息图上
既然信息只与面积有关,那么 “体积” 去哪了?
如果把一个黑洞填满书,书的信息量(体积正比)怎么可能只存储在表面(面积正比)上?
答案是:体积是全息投影的幻觉。
在 张量网络 (MERA) 的模型中,空间内部的所谓“深度“维度,实际上是 重整化流 (Renormalization Flow) 的方向。
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边界:是高分辨率的微观数据。
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内部(体积):是对边界数据的低分辨率 压缩。
当我们深入空间内部时,我们并不是在走进一个真实的“房间“,我们是在查看数据的 “粗粒化版本”。
就像你在电脑屏幕上看到的 3D 游戏场景。虽然你觉得房子里面有空间,但所有的数据其实都平铺在 2D 的显存里。
结论:
并没有真正的三维体积。
只有二维的 全息屏幕 (Holographic Screen),以及屏幕上纠缠像素之间复杂的 连线关系。
我们感觉到的“空间深度“,只是我们作为观察者,在解码这张全息图时产生的一种 “计算深度”。
结论:缝合的代价
至此,我们理解了为什么引力常数 存在。
不是一个随意的数字,它是 “时空织物的韧性”。
代表了 “单位面积所能容纳的最大纠缠线数”(也就是普朗克像素密度)。
如果我们试图撕裂空间(比如制造虫洞),我们需要克服的阻力,就是这亿万根纠缠丝线的 张力。
这解释了为什么引力如此难以被操控——因为你是在对抗整个宇宙最底层的 连接协议。
既然我们已经知道空间是由线缝起来的,而且信息存储在表面上,那么这整张网是如何从无到有“生长“出来的?它是一个平铺的网格,还是一棵分形的树?
这引出了下一章的主题:MERA 架构。我们将深入张量网络的拓扑结构,看看宇宙是如何利用 “多尺度纠缠”,将普朗克尺度的像素,逐层放大为宏观尺度的星系的。