全息论的介绍

1. 全息论的介绍

全息论是研究事物间所具的全息关系的特性和规律的学说。它具有部分是整体的缩影规律；反映事物之间的全息关系的全息等式。它本质上是事物之间的相互联系性，本文从自然现象，古代著作，计算机科学以及生物学等狭义信息方面对这个问题进行探讨，引出全息论的认识方法，从而丰富科学哲学的认识论。

2. 全息论的全息论综述

 全息论的基本原理是：从潜显信息总和上看，任一部分都包含着整体的全部信息。宇宙全息统一论已更名为“全息大统一论”，发展为“一元宇宙全息论”。核心思想和主要观点是：宇宙是一个各部分之间全息关联的统一整体。在宇宙整体中，各子系与系统、系统与宇宙之间全息对应，凡相互对应的部位较之非相互对应的部位在物质、结构、能量、信息、精神与功能等宇宙要素上相似程度较大。可以通俗地说，一切事物都具有时空四维全息性；同一个体的部分与整体之间、同一层次的事物之间、不同层次与系统中的事物之间、事物的开端与结果、事物发展的大过程与小过程、时间与空间，都存在着相互全息的对应关系；每一部分中都包含着其它部分，同时它又被包含在其它部分之中；物质普遍具有记忆性；全息是有差别的全息。全息论很好地解释了超距作用的原理与机制。全息论已成为极为重要的方法论。运用这一新的方法去认识世界、改造世界,可以收到事半功倍的效果。全息原理是 “一个系统原则上可以由它的边界上的一些自由度完全描述”，是基于黑洞的量子性质提出的一个新的基本原理。其实这个基本原理是联系量子元和量子位结合的量子论的。其数学证明是，时空有多少维，就有多少量子元；有多少量子元，就有多少量子位。它们一起组成类似矩阵的时空有限集，即它们的排列组合集。全息不全，是说选排列数，选空集与选全排列，有对偶性。即一定维数时空的全息性完全等价于少一个量子位的排列数全息性；这类似“量子避错编码原理”，从根本上解决了量子计算中的编码错误造成的系统计算误差问题。而时空的量子计算，类似生物DNA的双螺旋结构的双共轭编码，它是把实与虚、正与负双共轭编码组织在一起的量子计算机。这可叫做“生物时空学”，这其中的“熵”，也类似“宏观的熵”，不但指混乱程度，也指一个范围。时间指不指一个范围？从“源于生活”来说，应该指。因此，所有的位置和时间都是范围。位置“熵”为面积“熵”，时间“熵”为热力学箭头“熵”。其次，类似N数量子元和N数量子位的二元排列，与N数行和N数列的行列式或矩阵类似的二元排列，其中有一个不相同，是行列式或矩阵比N数量子元和N数量子位的二元排列少了一个量子位，这是否类似全息原理，N数量子元和N数量子位的二元排列是一个可积系统，它的任何动力学都可以用低一个量子位类似N数行和N数列的行列式或矩阵的场论来描述呢？数学上也许是可以证明或探究的。

3. 全息论的全息论两类

 全息论，实际上与中国古代的“天人合一”的概念相一致。中医理论上认为，人体是一个有机整体，内脏有病可以反映到体表。《灵枢·本脏》“有诸内者，必形诸外”，故曰：“视其外应，以知其内脏，则知所病矣”。中国的扁鹊、华佗等都是望诊的“高手神医”。深入全息论可以看到该理论有几点特性是应该特别注意的：1，所谓的“机体的每一个局部都是整体”，当中的“局部”和“整体”两者应该都是相对独立的系统，而不是任意范围、任意大小的局部都能与整体存在信息的对应性。2，全息论未必只能应用于在“整体”里面寻找浓缩的信息的“局部”，也能反过来，寻找“整体”所隶属“整体”，并运用其之间存在的信息对应性。3，“整体”与“局部”的信息变化速度存在“同步性”或“成比例性”。——同步性：指两系统相应的信息变化速度基本一样。成比例性：指相两系统的信息变化速度不一致，但各种相应信息之间的变化速度比值基本恒定。这个恒定的比值，具体由系统特性决定。

4. 全息的相关理论

普通照相，只能记录物体光场的强度（复振幅模的平方），它不能表征物体的全部信息。采用全息方法，同样也是记录光场的强度，但它是参考光和物光干涉后的强度。对采用如此方法记录下来的光强（晶体或全息胶片中），利用参考光再现时，可以将全面表征物体信息的物光的复振幅表现出来。其制作过程如下。对一束相干光（频率严格一致，表现为可以产生明显的干涉作用）进行1：1分光，照射到拍摄物体的称为物光，另一束称为参考光。保证光程（光走的距离）近似相同的情况下，使在物体上反射的物光和参考光在晶体（或者全息底片）上进行干涉。观察的时候只要使用参考光照射全息底片，即可在全息底片上观测到原来的三维物体。这是最简单的全息图原理，此外，还有白光（指非相干光源，例如灯光、日光）即可再现的全息图（广泛应用于防伪标识），彩色全息图（可以用白光再现被摄物体的颜色）等等。这些全息图的制作过程相当复杂。虽然全息图通常指三维光学全息图，但这是一个误解。除此之外，声场也可以被制作成全息图。全息应用投影全息投影是一种无需配戴眼镜的3D技术，观众可以看到立体的虚拟人物。这项技术在一些博物馆、舞台之上的应用较多，而在日本的舞台上较为流行。(初音未来是世界第一个应用全息技术的虚拟歌手).全息立体投影设备不是利用数码技术实现的，而是投影设备将不同角度影像投影至国外进口的MP全息投影膜上，让你看不到不属于你自身角度的其他图像，因而实现了真正的全息立体影像。360度幻影成像系统360度幻影成像是一种将三维画面悬浮在实景的半空中成像，营造了亦幻亦真的氛围，效果奇特，具有强烈的纵深感，真假难辩。形成空中幻象中间可结合实物，实现影像与实物的结合。也可配加触摸屏实现与观众的互动 。可以根据要求做成四面窗口，每面最大2-11米。可做成全息幻影舞台，产品立体360度的演示；真人和虚幻人同台表演；科技馆的梦幻舞等。适合表现细节或内部结构较丰富的个体物品， 如名表、名车、珠宝、工业产品、也可表现人物、卡通等，给观众感觉是完全立体的。照相的拍摄要求为了拍出一张满意的全息照片，拍摄系统必须具备以下要求：通过前面分析知道，全息照相是根据光的干涉原理，所以要求光源必须具有很好的相干性。激光的出现，为全息照相提供了一个理想的光源。这是因为激光具有很好的空间相干性和时间相干性，实验中采用He-Ne激光器，用其拍摄较小的漫散物体，可获得良好的全息图。由于全息底片上记录的是干涉条纹，而且是又细又密的干涉条纹，所以在照相过程中极小的干扰都会引起干涉条纹的模糊，甚至使干涉条纹无法记录。比如，拍摄过程中若底片位移一个微米，则条纹就分辨不清，为此，要求全息实验台是防震的。全息台上的所有光学器件都用磁性材料牢固地吸在工作台面钢板上。另外，气流通过光路，声波干扰以及温度变化都会引起周围空气密度的变化。因此，在曝光时应该禁止大声喧哗，不能随意走动，保证整个实验室绝对安静。我们的经验是，各组都调好光路后，同学们离开实验台，稳定一分钟后，再在同一时间内曝光，得到较好的效果。物光和参考光的光程差应尽量小，两束光的光程相等最好，最多不能超过2cm，调光路时用细绳量好；两束光之间的夹角要在30°～60°之间，最好在45°左右，因为夹角小，干涉条纹就稀，这样对系统的稳定性和感光材料分辨率的要求较低；两束光的光强比要适当，一般要求在1∶1～1∶10之间都可以，光强比用硅光电池测出。因为全息照相底片上记录的是又细又密的干涉条纹，所以需要高分辨率的感光材料。普通照相用的感光底片由于银化物的颗粒较粗，每毫米只能记录50～100个条纹，天津感光胶片厂生产的I型全息干板，其分辨率可达每毫米30000条，能满足全息照相的要求。冲洗过程也是很关键的。我们按照配方要求配药，配出显影液、停影液、定影液和漂白液。上述几种药方都要求用蒸馏水配制，但实验证明，用纯净的自来水配制，也获得成功。冲洗过程要在暗室进行，药液千万不能见光，保持在室温20℃在右进行冲洗，配制一次药液保管得当可使用一个月左右。相关应用综上所述，全息照相是一种不用普通光学成象系统的录象方法，是六十年代发展起来的一种立体摄影和波阵面再现的新技术。由于全息照相能够把物体表面发出的全部信息(即光波的振幅和相位)记录下来，并能完全再现被摄物体光波的全部信息，因此，全息技术在生产实践和科学研究领域中有着广泛的应用〔2，3〕。例如：全息电影和全息电视，全息储存、全息显示及全息防伪商标等。除光学全息外，还发展了红外、微波和超声全息技术，这些全息技术在军事侦察和监视上有重要意义。我们知道，一般的雷达只能探测到目标方位、距离等，而全息照相则能给出目标的立体形象，这对于及时识别飞机、舰艇等有很大作用。因此，备受人们的重视。但是由于可见光在大气或水中传播时衰减很快，在不良的气候下甚至于无法进行工作。为克服这个困难发展出红外、微波及超声全息技术，即用相干的红外光、微波及超声波拍摄全息照片，然后用可见光再现物象，这种全息技术与普通全息技术的原理相同。技术的关键是寻找灵敏记录的介质及合适的再现方法。超声全息照相能再现潜伏于水下物体的三维图样，因此可用来进行水下侦察和监视。如图(3)。由于对可见光不透明的物体，往往对超声波透明，因此超声全息可用于水下的军事行动，也可用于医疗透视以及工业无损检测测等。

5. 全息理论

结合东方整体的、联系的哲学思想，玻姆将宇宙中全部物体及其运动与相互作用表达成“全运动”（holomovement）。在某些情况下，我们可以抽象出全运动的特殊方面（如光、电子、声音等），但是一般地说，全运动的所有形式都结合在一起，不能分开所以，全运动是无法规定的、无法测度的。
  
  
 
  
 这样，玻姆提出了显展序和隐卷序（implicate order）的概念来解释量子态和这个宇宙的基本结构，在本文中为了不拗口，图省事儿我姑且暂时称之为显序和隐序。
  
  
 理论大致可以描述为：客观世界存在两个层次或两个维，一个维在生物学和物理学的层面上显示自己，而另一个则在比较深的层次，我们无法直接认识，只能间接地了解它。对宇宙的正确描述必须包括后者这个根本的层次，玻姆称之为隐序。隐序的基本特征是，在时间和空间（显序）中所发生的一切事都被折迭在内。基本粒子看上去是实体，实际上它们来自基本的“折迭”隐序。
  
  
 前面提出的全运动是无处不在的，丰富的，处于卷入与展出的无终止的动态状态中，在全运动中存在“总法则”（holonomy）或“整体的规律”。总法则是隐含的，不可测的，它必须通过万物所有的序来表现，玻姆也称之为“必然性的力量”，它决定全运动的过程，引起隐卷序和显展序的相互转化。
  
  
 
  
 油桶中的显、隐序
  
  
 玻姆用来说明隐序与显序的典型例子是油墨滴—甘油的实验，当然，我们也知道这个例子是他从偶然电视上抄的。这种实验装置由两个同轴的玻璃筒组成，在两个玻璃筒的空隙之间加上很稠的流体如甘油，然后很缓慢地转动外面的玻璃筒，使粘稠的流体轻微地扩散开来。这时将一滴不易溶解的油墨加入粘稠的流体，再转动外面的玻璃筒，油墨滴就被托成一条线，“随机地”扩展到整个流体中。但是，如果反向转动外面的玻璃筒，这根线一样的东西又向后缩，突然变成了看得见的与原来基本一样的一滴油墨。这个实验说明，油墨滴（染色滴）在似乎是随机分布的时候仍然具有某种序，这种序被“卷入”或“隐含”在可看见的“灰色片”的流体中，这就是隐卷序；而当外面的玻璃筒反转时，隐序会逐渐变成显序：即可看到的油墨滴复现。
  
 同样，在量子态的粒子问题上，粒子的波函数使之以一种虚无的概率形式弥散于整个空间中，我们的测量活动又使其坍缩回到一个实体的粒子状态，正如反转甘油桶一样，油墨由薄雾般的弥散状态又回到了实在的一滴墨水的状态。而这种随机性以及粒子位置的无数可能性其实并不杂乱无章也绝没有偶然性，他们其实受到了甘油桶旋转规律的引导，在未来的固定时间内存在固定的显示位置和状态。
  
  
 当我们先后把无数滴油墨滴入甘油桶中再加以旋转，就犹如我们这个世界上的无数物质在时空中的运动状态，每一个物体都有化为波函数无限弥散出去的可能性，但由于隐序在背后引导其运转，物体在空间上导致由波函数坍缩成唯一的稳定存在，在时间上同样也受其引导而产生万事万物都是注定的结果。
  
  
 
  
   玻姆认为，宇宙中的物体运动无不涉及显序和隐序的相互作用。在可以观察到的显序世界中，物质粒子的运动不断地受到隐序的引导。这种引导通过一种叫做量子潜能的“引导波”（pilot wave）发生，这种量子潜能就像引力常数一样充满整个时空，甚至超越了时空，能够同时作用于过去和未来。因为时间作为一个维，它的序同样也来自于隐序，也是被注定了的。由此玻姆提出了全息宇宙的理论，其核心思想是，宇宙是一个不可分割的、各部分之间紧密关联的整体，任何一个部分都包含整体的信息。
  
     全息理论很好地解释了量子纠缠的超距作用原理。为了便于理解，玻姆用“鱼缸里的鱼”来做比喻（个人认为这个例子比油桶的好的多）：在一个长方体玻璃鱼缸中放进一条鱼，两台相互垂直的摄像机"观察"鱼的活动，图像直接在两台电视机上播放出来。在电视机里我们可以看到，“两”条鱼分别作着方向相反、速度相等的游动。玻姆以此展开对超距作用的解释：“两个纠缠粒子应当被视为同一高维现实的两个不同的低维投影，在三维空间看来，二者没有相互接触，毫无因果关联; 而实际情况是，两个粒子之间相互关联的方式，非常类似于上面所说的鱼的两个电视图像之间相互关联的方式。因此普遍地说，隐序必须被扩展到一个高维现实，这个高维原则上是不可分割的整体，其包含整个具有其全部‘场’和‘粒子’的整体宇宙。于是我们必须说，全运动在高维空间中卷入与展出，其维数实际上是无限的。”
  
         在玻姆所构想的宇宙的本体论图景中，宇宙真空的高维隐秩序被激发而展开和投影为三维物质世界的显秩序，而这种物质显秩序又不断卷入为宇宙真空中的隐秩序。用简单的话说，就是我们肉眼直接可见的三维物质世界的独立个体，实际上是更高维整体的一个投映，我们由于不能理解更高维度的整体性而误以为我们所看到的一个个人或物是独立的个体。
  
  
 通过量子潜能的作用，现实世界的整体成了隐序产生的表现形式。进一步说，因为所有的东西都在隐序中产生，所以在自然界中就不存在偶然事件；显序中发生的每一件事都是隐序王国中序的表现。银河系、有机体、原子和夸克永远都是包含于观察和经验世界中序的组成部分，它们的过去、现在和未来都被隐序所指引，而隐序背后还有隐序，无法穷尽。
  
         玻姆的理论给量子纠缠提供了一种比较有说服力的解释，使人们能更为直观地把握量子实在的本质特征。对于量子力学本体解释的重新表述使量子势的形式特征得到了强调，致使量子势因果解释能较好地推广到相对论领域和量子场论的情形之中。他寓西方科学精神与东方哲学于一体，坚持受到现代科学支持的整体性实在观，超越了传统科学与传统哲学的疆域，对于科学和人类文明的未来具有潜在的深远影响力。为此后来美国政府特地恢复了他的护照，但玻姆毫不犹豫的拒绝了这种见风使舵的马后炮行为，在英国大学继续耕耘直到1992年去世。

6. 全息理论的介绍

全息理论是研究事物间所具的全息关系的特性和规律的学说。它具有部分是整体的缩影规律； 反映事物之间的全息关系的全息等式。它本质上是事物之间的相互联系性，全息论既是理论科学又是应用科学，既是研究一般的全息理论，又研究一切科学领域的全息现象与全息规律。

7. 全息理论的主要内容

全息理论过于笼统，可分开为三方面，物理信息性性质、 生物性质联系性，数学或哲学性质I 全息一词，现代最早用在激光照片里，是光学应用的描述。但是理论物理中还有更高应用：同谋粒子间互动的即时性和距离无关性仍使人们深深困惑:难道两个粒子还能知道彼此的距离并随时调整信息的传播速度?这时，物理学家大卫.玻姆(DavidBohm1917-1992)给出了独到的解释。DavidBohm是现代全息理论之父。什么叫全息呢?比如一张照片，里面有一个人像;如果我们把这照片切成两半，从任何一半中我们都能看到原先完整的人像;如果我们再把它撕成许多许多的碎片，我们仍能从每块小碎片中看到完整的影像。这样的照片就叫全息照片。全息论的核心思想是，宇宙是一个不可分割的、各部分之间紧密关联的整体，任何一个部分都包含整体的信息。全息理论很好地解释了超距作用的原理。为了便于理解，玻姆用“鱼缸里的鱼”来做比喻:在一个长方体玻璃鱼缸中放进一条鱼，两台相互垂直的摄像机观察鱼的活动，图象直接在两台电视机上播放出来。在电视机里我们可以看到，两条鱼分别作着方向相反、速度相等的游动。如果其中一条鱼的状态改变了，另一条鱼的状态也立即随之改变。玻姆以此展开对超距作用的解释:两个同谋粒子应当被视为同一六维现实的两个不同的三维投影，在三维空间看来，二者没有相互接触，毫无因果关联;而实际情况是，两个粒子之间相互关联的方式，非常类似于上面所说的鱼的两个电视图像之间相互关联的方式。因此普遍地说，隐秩序必须被扩展到一个高维现实，这个高维原则上是不可分割的整体，其包含整个具有其全部‘场’和‘粒子’的整体宇宙。于是我们必须说，全运动在高维空间中卷入与展出，其维数实际上是无限的。”在玻姆所构想的宇宙的本体论图景中，宇宙真空的高维隐秩序被激发而展开和投影为三维物质世界的显秩序，而这种物质显秩序又不断卷入为宇宙真空中的隐秩序。用简单的话说，就是我们肉眼直接可见的三维物质世界的独立个体，实际上是更高维整体的一个投映，我们由于不能理解更高维度的整体性而误以为我们所看到的一个个人或物是独立的个体。DavidBohm不仅用他的理论来解释量子跃迁与EPR关联等量子力学现象，而且用它来解释宇宙的演化和人类意识等一系列科学与哲学难题。事实上，玻姆本人在发明全息技术前已对佛教华严宗理论有着非常深的造诣，其全息理论正是《华严经》于一微尘中，悉见诸世界一句的极好印证。光学本身的更新发展：阿道尔夫·罗曼教授发明了使用计算机制作全息图，为光学信息处理找到了一种制作各种滤波器的方法，使光学信息处理进入了一个新时代。此种全息图又可应用于非球面等面型的透镜检测，他的计算全息理论也是当今光学一新领域——“二元光学”的基础。II 全息生物学是我国著名生物学家张颖清教授创立的，是研究全息胚生命现象的科学，是生物学的一个重要分支。从胚胎学观点看，由于在受精卵通过有丝分裂分化为体细胞的过程中，DNA经历了半保留复制过程，所以体细胞也获得了与受精卵相同的一套基因，它也有发育成一个新机体的潜能。这在植物界表现得十分明显，如在吊兰长出软藤的末端或节枝处，可以萌发出一棵棵完整的植株。又如切下一块长芽的马铃薯，便可培育出一棵马铃薯，而更有力的证据是用胡萝卜的一个分离细胞或细胞团成功地培养成一棵胡萝植株。在动物界也可发现许多证据，如出芽繁殖，全息学说认为，每一个机体包括成体都是由若干全息胚组成的。任何一个全息胚都是机体的一个独立的功能和结构单位；或者说，机体的一个相对完整而独立的部分，就是一个全息胚。在每个全息胚内部镶嵌着机体各种器官或部位的对应点，或者全息胚上可以勾画出机体各器官或部位的定位图谱。全息胚犹如整体的缩影。这些对应点分别代表着相应的器官或部位，甚至可以把它们看做是处于滞育状态的器官或部位。在全息内，各个对应点有不同的生物学特性，但是每一个对应点的特性都与其对应器官或部位的生物学特性相似。也可以把全息胚看做是处于某种滞育阶段的胚胎。这样就可以用在足疗，耳针治疗全身疾病。III 分维和分形的大相似而小区别，股票市场看几分钟有人就能感觉整天的行情气氛，看一个人就知道如何和一村人相处的宗教人士。最后更广泛的是任何联系都可哲学地看作整体局部相似关联度问题，关联度高，则可以开发出新的全息理论来指导。三旋教主王德奎也将全息的思想纳入体旋面旋和线旋中:全息原理是说，一定维数时空的全息性完全等价于少一个量子位的排列数全息性。甚至有人整出全息经济学三旋经济学(叶眺新)，其实都和方法论有关。

8. 宇宙全息论的介绍

宇宙是一个各部分之间全息关联的统一整体。在宇宙整体中，各子系与系统、系统与宇宙之间全息对应。凡相互对应的部位较之非相互对应的部位，在物质、结构、能量、信息、精神与功能等宇宙要素上相似程度较大。在潜态信息上，子系包含着系统的全部信息，系统包含着宇宙的全部信息。在显态信息上，子系是系统的缩影，系统是宇宙的缩影。