NGUYÊN LÝ TOÀN ẢNH
Có khả năng chúng ta chỉ là những vật thể 2 chiều trong một vũ trụ 2 chiều. Cảm nhận 3 chiều chỉ là ảo giác, giống như khi ta vào rạp đeo kính phân cực mà xem phim 3D vậy thôi - trong khi mọi hình ảnh vẫn đang diễn ra trên màn chiếu 2D phẳng dẹt. Tôi và bạn, dù bụng bia béo hay 6 múi săn chắc cũng chỉ là những cá thể mỏng dính trên một bề mặt biên. Một đôi lứa khi yêu thực ra đang vuốt ve cái bóng ảo giác của nhau, trong khi thực tại chỉ là 2 cá thể bẹt dí đang tìm cách tương tác. Bài dưới đây, dù được viết dưới hình thức phổ biến khoa học và người dịch đã lược bớt nhiều những đoạn mang tính chuyên môn sâu nhưng vẫn còn rất trừu tượng, xin đừng cố đọc nếu không hiểu. Hy vọng sẽ giúp một số bạn quan tâm cảm nhận được bản chất triết học lý thú của nguyên lý toàn ảnh (holography) - một phương pháp mới đầy hứa hẹn cho việc xây dựng nên lý thuyết thống nhất lớn của vật lý.

1.Juan Maldacena
Về tác giả: JUAN MALDACENA là giáo sư ở Trường Khoa học tự nhiên thuộc Viện Nghiên cứu Cao cấp tại Princeton, N.J. Trước đây ông đã từng làm việc ở Khoa vật lí, trường Đại học Harvard từ năm 1997 đến năm 2001. Ông hiện đang nghiên cứu các đặc tính khác nhau của giả thuyết đối ngẫu được mô tả trong bài viết này. Các nhà lí thuyết dây đã rất ấn tượng với giả thuyết của ông nên tại hội nghị Strings '98 họ đã tiếp đón ông với một bài hát, “The Maldacena”, được hát và nhảy theo giai điệu của bài “The Macarena”
Lý thuyết toàn ảnh (Holography) liên kết một tập các định luật vật lý tác động trong một vùng không gian với một tập các định luật vật lý khác tác động lên một mặt biên, như được thể hiện trong hình bởi nghệ sĩ xiếc tung hứng và bức ảnh màu 2 chiều của cô ta. Những định luật trên mặt biên chi phối các hạt lượng tử có "màu" và tương tác rất giống như các hạt quark và gluon trong Mô hình chuẩn. Những định luật của vùng không gian trong là một dạng của lý thuyết dây vốn bao gồm cả lực hấp dẫn (được trải nghiệm bởi nghệ sĩ xiếc tung hứng), và rất khó được mô tả theo cách của cơ học lượng tử. Tuy nhiên, vật lý mặt biên và vùng không gian trong là hoàn toàn tương đương, cho dù chúng có những mô tả khác biệt.

Ba chiều của không gian là hoàn toàn cảm thấy được xung quanh ta - lên/xuống, trái/phải và trước/sau. Trộn thêm chiều thời gian vào sẽ thu được một dạng 4 chiều của không gian và thời gian, được gọi là là không-thời gian. Như vậy chúng ta đang sống trong một vũ trụ bốn chiều. Phải vậy chăng?
Điều đáng ngạc nhiên là vài lý thuyết vật lý mới đây lại dự đoán rằng một trong số ba chiều của không gian có thể chỉ là một dạng ảo giác - rằng thật ra tất cả các hạt và các trường vốn tạo nên thực tại lại đang vận động trong một thế giới hai chiều, như trong cuốn sách “Flatland –Thế giới phẳng” của tác giả Edwin A. Abbott. Lực hấp dẫn cũng vậy, sẽ là một phần của ảo giác: một lực không hiện diện trong thế giới hai chiều nhưng được thực thể hóa cùng với sự xuất hiện của chiều ảo giác thứ ba.
Hay nói một cách chính xác hơn, các lý thuyết tiên đoán rằng số lượng chiều trong thực tế có thể chỉ là vấn đề quan điểm: các nhà vật lý có thể chọn cách mô tả thực tại như là sự tuân thủ một tập các định luật vật lý (bao gồm lực hấp dẫn) trong ba chiều, hoặc tương đương, như là sự tuân theo một tập các định luật vật lý khác tác động trong hai chiều (không có lực hấp dẫn). Dù các diễn tả này là hoàn toàn khác nhau, cả hai lý thuyết đều mô tả mọi thứ chúng ta đang thấy, cũng như mọi dữ liệu có được về cách thức vũ trụ đang hoạt động. Chúng ta không có cách nào để xác định lý thuyết nào mới "thực sự" là đúng.
Một kịch bản như vậy thường làm rối trí tưởng tượng. Tuy nhiên một hiện tượng tương tự vẫn xảy ra trong cuộc sống hàng ngày. Một bức tranh toàn ảnh (hologram) là một đối tượng hai chiều, nhưng khi được quan sát dưới những điều kiện chiếu sáng đúng đắn, nó sẽ tạo ra một hình ảnh ba chiều đầy đủ. Toàn bộ thông tin mô tả hình ảnh ba chiều về bản chất đã được mã hóa trong một hologram hai chiều. Tương tự như vậy, theo những lý thuyết vật lý mới, toàn bộ vũ trụ có thể là một hologram.
Sự mô tả toàn ảnh không đơn thuần chỉ là sự tò mò trí tuệ hay triết học. Lý thuyết toàn ảnh có thể hữu ích trong việc phân tích những kết quả thực nghiệm gần đây của vật lý năng lượng cao, cũng như mang lại một phương pháp mới mẻ để bắt đầu xây dựng lý thuyết hấp dẫn lượng tử, một lý thuyết về tương tác hấp dẫn mà vẫn tôn trọng các nguyên tắc của cơ học lượng tử. Lý thuyết hấp dẫn lượng tử là thành phần then chốt trong mọi nỗ lực để thống nhất tất cả các tương tác trong tự nhiên, và nó sẽ giúp giải thích cả những gì đang diễn ra trong một lỗ đen, cũng như những gì đã xảy ra vài nano giây sau Vụ nổ lớn. Lý thuyết toàn ảnh cung cấp những lời giải tiềm năng cho những bí ẩn sâu xa đã bám sát mọi nỗ lực để hiểu cách một lý thuyết hấp dẫn lượng tử có thể vận hành.

2.Một cuộc hôn nhân khó khăn
Lý thuyết hấp dẫn lượng tử là chiếc chén thánh của các nhà vật lý, bởi vì toàn bộ lý thuyết vật lý, ngoại trừ tương tác hấp dẫn, đều được mô tả rất phù hợp với cơ học lượng tử. Sự mô tả lượng tử của vật lý là một hệ hình (paradigm) đầy đủ cho các lý thuyết vật lý, nhưng lại không có ý nghĩa đối với một lý thuyết: hấp dẫn không phù hợp với mô tả lượng tử. Với gần 80 năm tồn tại, cơ học lượng tử đã được phát triển lần đầu tiên để mô tả hành vi của các hạt và các tương tác trong lĩnh vực nguyên tử và hạ nguyên tử. Đó là ở những thang kích thước mà hiệu ứng lượng tử trở nên quan trọng. Trong lý thuyết lượng tử, các đối tượng không có vị trí và vận tốc xác định, mà thay vào đó được mô tả bởi hàm sóng và xác suất phân bố trong không gian. Trong thế giới lượng tử, ở mức cơ bản nhất mọi vật đều nằm trong trạng thái thay đổi liên tục, ngay cả chân không thực tế cũng được lấp đầy bởi các hạt ảo liên tục được sinh ra rồi biến mất.
Ngược lại, lý thuyết hấp dẫn tốt nhất của các nhà vật lý - thuyết tương đối tổng quát, là một lý thuyết cổ điển nội tại (có nghĩa là phi lương tử). Kiệt tác vĩ đại này của Einstein, thuyết tương đối tổng quát, đã giải thích rằng mật độ vật chất hay năng lượng chính là nguyên nhân làm cong không-thời gian, và sự cong này làm lệch quỹ đạo của các hạt, đúng như sẽ xảy ra như khi các hạt ở trong một trường hấp dẫn. Thuyết tương đối tổng quát là một lý thuyết đẹp, và nhiều dự đoán của nó đã được thử nghiệm với độ chính xác rất lớn.
Trong một lý thuyết cổ điển như thuyết tương đối tổng quát, các vật thể có vị trí và vận tốc xác định, giống như các hành tinh quay xung quanh mặt trời. Ta có thể đưa các đại lượng vị trí và vận tốc (và khối lượng của các vật thể) vào các phương trình của thuyết tương đối tổng quát, và suy ra được độ cong của không-thời gian, từ đó suy ra các tác dụng của hấp dẫn lên quỹ đạo của vật thể. Hơn nữa, không-thời gian trống rỗng là hoàn toàn trơn tru bất kể xem xét chúng kỹ đến mức nào – là một sân khấu nhẵn đều trong đó vật chất và năng lượng có thể đóng các vai diễn của mình.
Vấn đề khi đưa ra một phiên bản lượng tử của thuyết tương đối tổng quát không chỉ là vấn đề khi ở thang kích thước nguyên tử và electron, các hạt sẽ không có các vị trí và vận tốc xác định. Điều làm cho vấn đề trở thành nan giải hơn là ở thang bậc độ lớn nhỏ hơn nữa được xác lập bởi chiều dài Planck (10-33 cm), các nguyên lý lượng tử buộc rằng không thời gian tự nó sẽ là một đám bọt sôi sục, tương tự như đại dương các hạt ảo vẫn lấp đầy chân không. Khi vật chất và không-thời gian liên tục biến động như vậy thì các phương trình của thuyết tương đối tổng quát sẽ suy ra được điều gì? Câu trả lời là các phương trình không còn phù hợp nữa. Nếu giả định rằng vật chất tuân theo các định luật của cơ học lượng tử, còn tương tác hấp dẫn tuân theo định luật của thuyết tương đối tổng quát, ta sẽ gặp bế tắc với những mâu thuẫn toán học. Một lý thuyết hấp dẫn lượng tử (phù hợp trong hệ hình của lý thuyết lượng tử) sẽ là cần thiết.
Trong hầu hết các trường hợp, những yêu cầu trái ngược nhau của cơ học lượng tử và thuyết tương đối tổng quát không đặt ra vấn đề gì, vì hoặc là hiệu ứng lượng tử, hoặc là hiệu ứng hấp dẫn rất nhỏ nên có thể bỏ qua hay được xử lý bằng phương pháp xấp xỉ. Nhưng khi độ cong của không-thời gian rất lớn thì các đặc tính lượng tử của hấp dẫn sẽ trở nên đáng kể. Cần một khối lượng rất lớn, hoặc mật độ vật chất cực cao để tạo ra một không-thời gian rất cong. Ngay cả độ cong của không-thời gian được tạo ra gần mặt trời cũng là quá nhỏ so với mức để các hiệu ứng lượng tử là rõ nét.

( 2+ ) Tổng quan / Các vũ trụ tương đương
-Một vũ trụ tồn tại trong không gian hai chiều và không có hấp dẫn là hoàn toàn tương đương với một vũ trụ ba chiều với lực hấp dẫn. Vũ trụ của không gian ba chiều sẽ xuất hiện từ vật lý của vũ trụ hai chiều, có phần giống như một ảnh nổi ba chiều được trình chiếu từ một hologram.
-Vũ trụ hai chiều tồn tại trên biên của vũ trụ ba chiều. Các vật lý trên biên giống như các hạt quark và gluon trong tương tác mạnh. Vật lý của vũ trụ ở vùng trong bao gồm lý thuyết hấp dẫn lượng tử - lý thuyết mà các nhà lý thuyết dây đã phát triển trong nhiều thập kỷ qua.
-Sự tương đương này cung cấp một phương pháp mới để hiểu được bản chất của lỗ đen, vốn đòi hỏi sự phối ghép phù hợp của cơ học lượng tử và lý thuyết hấp dẫn. Toán học của lý thuyết này vẫn chưa được chứng minh chặt chẽ, nhưng có vẻ hữu ích trong việc phân tích kết quả thực nghiệm gần đây của vật lý năng lượng cao.
Một cách tiếp cận đầy hứa hẹn cho hấp dẫn lượng tử là lý thuyết dây, mà một số nhà vật lý lý thuyết đã phát triển từ những năm 1970. Lý thuyết dây đã vượt qua một số trở ngại để xây dựng nên một lý thuyết hấp dẫn lượng tử logic và nhất quán. Nhưng dù vậy, lý thuyết dây vẫn còn đang được tiếp tục phát triển và chưa được hiểu một cách đầy đủ. Đó là vì các nhà lý thuyết dây đã tìm được các phương trình dây gần đúng, nhưng chưa biết được các phương trình chính xác. Họ cũng chưa tìm ra được nguyên tắc định hướng tiềm ẩn giúp giải thích được dạng thức của các phương trình này, và có vô số các đại lượng vật lý cũng chưa biết làm sao để tính được từ các phương trình đó.

3. Những không-thời gian có độ cong âm
Tất cả đều đã quen thuộc với hình học Euclide, mô tả không gian phẳng (nghĩa là không cong). Đó là hình học của những vật được minh họa trên những tờ giấy phẳng. Với sự gần đúng rất tốt, hình học Euclide cũng là hình học của thế giới quanh ta: đường thẳng song song không bao giờ gặp nhau, cũng như tất cả các tiên đề khác của Euclid đều có hiệu lực.
Không gian hyperbolic được mô tả trong bức tranh của họa sĩ MC Escher (ở trên). Mỗi con cá đều có cùng kích thước, và vòng tròn biên của đĩa là điểm biên nằm ở xa vô cùng. Hình chiếu từ không gian hyperbolic thực lên bức ảnh nén kích thước các con cá ở xa lại sao cho cả không gian vô hạn lọt vừa vào bên trong một vòng tròn hữu hạn. Nếu vẽ mà không có hiệu ứng nén này, không gian là cực kỳ cong, với từng phần nhỏ (ảnh dưới) có phần giống một hình yên ngựa với những nếp gấp.
Chúng ta cũng rất quen thuộc với một số không gian cong. Độ cong có hai dạng, dương và âm. Không gian đơn giản nhất có độ cong dương là bề mặt của một quả cầu. Một quả cầu có độ cong dương không đổi. Nghĩa là quả cầu có cùng một mức độ cong tại mỗi điểm (không giống như quả trứng gà, có độ cong lớn hơn ở phía đầu nhọn).
Không gian đơn giản nhất có độ cong âm được gọi là không gian hyperbolic, được định nghĩa như là một không gian với độ cong âm không đổi. Loại không gian này từ lâu đã mê đắm các nhà khoa học cũng như các nghệ sĩ. Thật vậy, họa sĩ MC Escher đã vẽ nhiều bức tranh đẹp mô tả không gian hyperbolic, một trong số đó được minh họa ở trên. Bức tranh của ông cũng giống như tấm bản đồ phẳng của không gian. Cách mà các con cá trở nên nhỏ hơn và nhỏ hơn nữa chỉ là phương thức sao cho không gian cong được nén lại để vừa trên một tấm giấy phẳng, tương tự như cách mà các nước ở gần các địa cực được vẽ trên tấm bản đồ thế giới (vốn là một hình cầu).
Bằng việc bổ sung thêm chiều thời gian vào trò chơi, các nhà vật lý có thể xem xét một cách tương tự các không-thời gian với độ cong dương hoặc âm. Không-thời gian đơn giản nhất với độ cong dương được gọi là không gian de Sitter, sau khi Willem de Sitter, nhà vật lý người Hà Lan đã giới thiệu về nó. Nhiều nhà vũ trụ học tin rằng vũ trụ ở thời kỳ rất sớm đã gần như là một không gian de Sitter. Trong tương lai xa xôi cũng có thể giống không gian de Sitter vì khả năng giãn nở có gia tốc của vũ trụ. Ngược lại, không-thời gian đơn giản nhất với độ cong âm được gọi là không gian anti-de Sitter. Không gian này tương tự như không gian hyperbolic, ngoại trừ việc chứa thêm một chiều thời gian. Không giống như vũ trụ của chúng ta đang tiếp tục giãn nở, không gian anti-de Sitter không giãn nở và cũng không co lại. Không gian này giống như nhau ở mọi thời điểm. Dù có khác biệt này, không gian anti-de Sitter tỏ ra khá hữu ích trong việc tìm kiếm để hình thành lý thuyết lượng tử của không-thời gian và hấp dẫn.
Nếu chúng ta hình dung không gian hyperbolic như là chiếc đĩa trong bức tranh của Escher, thì không gian anti-de Sitter sẽ giống như một chồng đĩa, tạo thành một hình trụ đặc [xem minh họa ở trên]. Thời gian chạy dọc theo hình trụ. Không gian hyperbolic có thể có nhiều hơn hai chiều không gian. Không gian anti-de Sitter mà giống nhất với không-thời gian của chúng ta (với ba chiều không gian) sẽ có một "bức in Escher" ba chiều như mặt cắt của “hình trụ”.
Vật lý trong không gian anti-de Sitter có một số đặc điểm kỳ lạ. Nếu bạn được thả trôi tự do ở bất cứ nơi nào trong không gian anti-de Sitter, bạn sẽ cảm thấy như đang ở dưới đáy của một chiếc giếng hấp dẫn. Bất kỳ vật thể nào bạn ném ra sẽ quay trở lại như một chiếc boomerang. Điều lạ là thời gian cần thiết cho vật thể quay trở lại sẽ không phụ thuộc vào việc bạn ném mạnh hay nhẹ. Sự khác biệt chỉ là khi bạn ném càng mạnh, vật thể sẽ càng đi xa hơn trên quỹ đạo vòng lại. Nếu bạn gửi đi một tia sáng, gồm các photon chuyển động với tốc độ lớn nhất có thể (là vận tốc ánh sáng), tia sáng sẽ thực sự đạt đến vô cực và trở về lại với bạn, tất cả trong một thời gian hữu hạn! Điều này có thể xảy ra bởi vì vật thể chịu một loại co ngắn của thời gian thậm chí càng lớn khi vật thể đi càng xa.

4. Bức tranh toàn ảnh (Hologram)
Diễn giải ý tưởng này một cách đơn giản như sau: một lý thuyết hấp dẫn lượng tử ở bên trong không-thời gian anti-de Sitter là hoàn toàn tương đương với một lí thuyết lượng tử hạt thông thường ở trên biên. Nếu đúng như vậy, sự tương đương này đồng nghĩa với việc có thể sử dụng một lý thuyết hạt lượng tử (đã được hiểu tương đối tốt) để xác lập nên một lý thuyết hấp dẫn lượng tử (còn chưa được hiểu).
Tương tự, hãy tưởng tượng bạn có hai bản sao của một bộ phim, một được lưu trên cuộn phim 70 mm và một trên đĩa DVD. Hai định dạng này là hoàn toàn khác nhau, cái đầu là một cuộn nhựa cellulo với mỗi khung hình đều liên quan đến những cảnh trong phim như ta đã biết, còn cái thứ hai là một đĩa hai chiều ,với các vòng chấm được từ hóa sẽ tạo ra một chuỗi các bit 0 và 1 - nếu chúng ta có thể đọc được chúng. Tuy nhiên, cả hai đều "mô tả" cùng một bộ phim.
Tương tự như vậy về hai lý thuyết mà vẻ ngoài hoàn toàn khác nhau về nội dung, lại mô tả cùng một vũ trụ. Các đĩa DVD trông giống như một đĩa kim loại với một những tia sáng óng ánh cầu vồng. Lý thuyết hạt trên biên "trông giống như" lý thuyết hạt khi vắng mặt hấp dẫn. Từ đĩa DVD, hình ảnh chi tiết chỉ hiện hữu khi các bit thông tin được xử lý và giải mã đúng cách. Từ lý thuyết hạt trên biên, hấp dẫn lượng tử và một chiều không gian bổ sung sẽ xuất hiện khi các phương trình được phân tích đúng cách.
Sự tương đương sẽ được giải thích chi tiết hơn dưới đây. Các hạt nằm trên biên tương tác với nhau theo cách rất giống các hạt quark và gluon trong thực tế (quark là hạt thành phần cấu tạo nên proton và nơtron; gluon là hạt tạo ra lực tương tác mạnh và gắn kết các quark lại). Quark có một loại tích mà có tới 3 giá trị, được gọi là các màu, nên tương tác mạnh còn được gọi là sắc động học. Sự khác biệt với các quark và gluon thông thường chính là các hạt trên biên có số lượng lớn các màu, mà không chỉ là ba.
Gerard 't Hooft của Đại học Utrecht tại Hà Lan đã nghiên cứu những lý thuyết kiểu như vậy từ khá lâu, cỡ năm 1974 và dự đoán rằng các gluon sẽ tạo thành các chuỗi và hành xử giống như các dây của lý thuyết dây. Bản chất chính xác của những dây này vẫn chưa được hiểu rõ, nhưng vào năm 1981 Alexander M. Polyakov, hiện ở Đại học Princeton, nhận ra rằng các dây tồn tại thực sự trong một không gian có số chiều cao hơn so với các gluon. Như sẽ thấy trong lý thuyết toàn ảnh không gian có số chiều cao hơn chính là vùng trong của không gian anti-de Sitter.

Điều đó chỉ ra rằng có một dạng của chuỗi gluon hành xử trong không-thời gian bốn chiều như là graviton, hạt lượng tử cơ bản của hấp dẫn. Trong mô tả này, tương tác hấp dẫn trong bốn chiều là một hiện tượng mới đột sinh từ các tương tác hạt trong thế giới ba chiều không có hấp dẫn. Sự hiện diện của các hạt graviton trong lý thuyết không có gì đáng ngạc nhiên - các nhà vật lý đã biết từ năm 1974 rằng các lý thuyết dây luôn dẫn đến hấp dẫn lượng tử. Các dây được hình thành bởi các gluon không là ngoại lệ, nhưng lực hấp dẫn hoạt động trong không gian có số chiều cao hơn.

Như vậy sự tương ứng toàn ảnh không chỉ là một khả năng mới lạ cho lý thuyết hấp dẫn lượng tử. Thay vào đó, một cách cơ bản, sự tương ứng đó kết nối lý thuyết dây, phương pháp tiếp cận hấp dẫn lượng tử được nghiên cứu nhiều nhất, với các lý thuyết của hạt quark và gluon, vốn là nền tảng của vật lý hạt cơ bản. Hơn thế nữa lý thuyết toàn ảnh dường như cung cấp một cách nhìn sâu sắc về các phương trình chính xác khó nắm bắt được của lý thuyết dây. Lý thuyết dây đã thực sự được tìm ra vào cuối những năm 1960 với mục đích để mô tả tương tác mạnh, nhưng sau đó đã bị bỏ rơi (cho mục đích này), trong khi lý thuyết sắc động học lại độc chiếm sân khấu. Sự tương ứng giữa lý thuyết dây và sắc động học ngụ ý rằng những nỗ lực ban đầu này là không sai; hai cách mô tả chính là hai mặt khác nhau của cùng một đồng xu.
Thay đổi lý thuyết sắc động học trên mặt biên bằng việc đổi các chi tiết về cách các hạt trên mặt biên tương tác làm phát sinh một lớp lý thuyết vùng không gian trong. Lý thuyết vùng không gian trong thu được có thể chỉ có lực hấp dẫn, hoặc là hấp dẫn cộng thêm một vài lực bổ sung chẳng hạn như tương tác điện từ, và cứ như vậy. Thật không may là ta vẫn chưa tìm được một lý thuyết trên biên dẫn đến một lý thuyết vùng trong bao gồm chính xác cả bốn loại tương tác tồn tại trong vũ trụ của chúng ta.

Đầu tiên tôi đã phỏng đoán rằng sự tương ứng toàn ảnh có thể đúng đối với một lý thuyết cụ thể (một sắc động học đơn giản hóa trong một không-thời gian biên bốn chiều) vào năm 1997. Điều này ngay lập tức đã tạo ra sự quan tâm lớn từ cộng đồng lý thuyết dây. Giả thuyết đã được thực hiện chính xác hơn bởi Polyakov, Stephen S. Gubser và Igor R. Klebanov của Princeton và Edward Witten của Viện Nghiên cứu Cao cấp ở Princeton, NJ. Kể từ đó, nhiều nhà nghiên cứu đã góp phần khai thác các giả thuyết và khái quát nó cho các chiều khác và các lý thuyết sắc động học khác, cung cấp bằng chứng rằng phỏng đoán là đúng đắn. Cho đến nay, dầu vậy, vẫn chưa có ví dụ nào được chứng minh một cách chặt chẽ - bởi vì các phép tính là quá khó.
Cho đến nay vẫn chưa có ví dụ nào về sự tương ứng toàn ảnh đã được chứng minh một cách chặt chẽ - các phép tính là quá khó.

5. Các bí ẩn của lỗ đen
Làm sao để sự mô tả toàn ảnh của hấp dẫn giúp giải thích được các đặc tính của lỗ đen? Các lỗ đen được tiên đoán sẽ phát ra bức xạ Hawking, đặt theo tên của Stephen W. Hawking của Đại học Cambridge, người đã tiên đoán kết quả này. Bức xạ này ra khỏi lỗ đen ở một nhiệt độ nhất định. Đối với tất cả các hệ vật lý thông thường, một lý thuyết được gọi là cơ học thống kê sẽ giải thích nhiệt độ như là sự chuyển động của các thành phần vi mô. Lý thuyết này giúp giải thích nhiệt độ của một ly nước hoặc nhiệt độ của mặt trời. Nhưng biết nói gì về nhiệt độ của một lỗ đen? Để hiểu được nhiệt độ lỗ đen, chúng ta cần phải biết những thành phần vi mô của lỗ đen là gì và cách hành xử của chúng . Chỉ có lý thuyết hấp dẫn lượng tử mới có thể nói cho chúng ta về điều này.
Một số đặc tính của nhiệt động lực học lỗ đen đã làm dấy lên những nghi ngờ về việc liệu một lý thuyết cơ học lượng tử của hấp dẫn có thể được phát triển nói chung hay không. Dường như cơ học lượng tử tự nó sẽ bị sụp đổ khi đối mặt với những hiệu ứng diễn ra bên trong các lỗ đen. Đối với một lỗ đen trong một không-thời gian anti-de Sitter, hiện người ta đã biết rằng cơ học lượng tử vẫn còn nguyên giá trị, nhờ vào lý thuyết trên biên. Một lỗ đen như vậy tương ứng với một cấu hình của các hạt trên biên. Số lượng của các hạt là rất lớn, và tất cả chúng đều chuyển động hỗn loạn, vì vậy mà các nhà lý thuyết có thể áp dụng các quy tắc thông thường của cơ học thống kê để tính toán nhiệt độ lỗ đen. Kết quả giống như nhiệt độ mà Hawking tính được bằng các phương pháp khác, cho thấy các kết quả này có thể đáng tin cậy. Quan trọng nhất, lý thuyết trên biên tuân theo các quy tắc thông thường của cơ học lượng tử; không có mâu thuẫn phát sinh.
Các nhà vật lý cũng đã sử dụng sự tương ứng toàn ảnh theo cách ngược lại - khi dùng các tính chất đã được biết đến của các lỗ đen trong vùng trong để suy ra hành vi của các hạt quark và gluon ở nhiệt độ rất cao trên biên. Đàm Thanh Sơn của Đại học Washington và các cộng sự đã nghiên cứu một đại lượng gọi là độ nhớt trượt, độ nhớt này là nhỏ đối với một chất lỏng chảy rất dễ dàng và là lớn đối với một chất giống như mật đường. Họ phát hiện ra rằng các lỗ đen có một độ nhớt trượt cực kỳ thấp - nhỏ hơn so với bất kỳ chất lỏng nào được biết. Do sự tương ứng toàn ảnh, các quark và gluon của mô hình tương tác mạnh ở nhiệt độ cao cũng cần phải có độ nhớt rất thấp.
Một kiểm nghiệm cho dự đoán này đến từ Máy gia tốc RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) tại Phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven, bắn phá các hạt nhân vàng ở mức năng lượng rất cao. Phân tích sơ bộ các thí nghiệm này cho thấy những va chạm tạo ra một chất lỏng có độ nhớt rất thấp. Mặc dù Sơn và các đồng nghiệp đã nghiên cứu một phiên bản đơn giản của sắc động học, nhưng họ dường như đã đưa ra một tính chất được chia sẻ bởi thế giới thực. Điều này liệu có nghĩa rằng RHIC đã tạo ra các lỗ đen nhỏ năm chiều? Thực sự là quá sớm để kết luận, đối với cả thực nghiệm lẫn lý thuyết. (Thậm chí nếu đúng như vậy cũng không có gì đáng lo sợ từ những lỗ đen siêu nhỏ đó - bởi chúng sẽ bốc hơi nhanh cũng như khi chúng được tạo thành, và chúng "sống" trong không-thời gian năm chiều chứ không phải trong thế giới bốn chiều của chúng ta). Nhiều câu hỏi về lý thuyết toàn ảnh vẫn còn tồn tại chờ được trả lời. Nói riêng liệu có một điều gì tương tự sẽ đúng cho vũ trụ của chúng ta vào chỗ không gian anti-de Sitter? Một đặc tính quan trọng của không gian anti-de Sitter là có một biên nơi mà thời gian được xác định rõ. Biên đã tồn tại và sẽ tồn tại mãi mãi. Một vũ trụ giãn nở, giống như vũ trụ của chúng ta, được sinh ra từ một vụ nổ lớn sẽ không có một biên với những tính chất như vậy. Do đó, không phải quá rõ ràng về cách xác định một lý thuyết toàn ảnh cho vũ trụ của chúng ta; không có một nơi nào thuận tiện để đặt hologram.

Một bài học quan trọng có thể rút ra từ giả thuyết toàn ảnh, dù vậy, là hấp dẫn lượng tử, cái đã làm bối rối nhiều bộ não tốt nhất hành tinh trong nhiều thập kỷ, có thể lại rất đơn giản khi sử dụng các biến số đúng. Hi vọng chúng ta sẽ sớm tìm thấy một mô hình đơn giản cho Big Bang!