图示：一个被称为事件地平线望远镜的全球射电望远镜网络在2019年发布了这张有史以来第一张黑洞的照片——位于附近星系Messier87中心的超大质量黑洞 。
天文学家、模拟研究人员和理论家的合作发现 ， EHT的实际照片显示了附近星系Messier87中心的黑洞 ， 虽然离光子环不远 ， 但还不够清晰 。 他们在2020年的一篇论文中认为 ， 未来的、更高分辨率的望远镜应该更容易看到光子环 。
一个令人惊讶的对称性
绕着黑洞转了一圈 ， 然后向地球飞去的光子 ， 在我们看来是一个单一的光环 。 绕着黑洞转两圈的光子会在第一圈中显示为一个更暗、更细的子圈 。 而绕着黑洞转三圈的光子则是作为该子环中的一个子环出现 ， 以此类推 ， 形成嵌套的环 ， 每一个环都比上一个环更暗、更细 。
来自内部子环的光已经绕过更多的轨道 ， 因此在来自外部子环的光之前就被捕获 ， 从而形成了一系列周围宇宙的时间延迟快照 。 这组子环在一起 ， 就像一部电影的画面 ， 捕捉了从黑洞看到的可见宇宙的历史 。
图示：在飞离黑洞之前围绕黑洞做一次转圈的光子会形成一个环的图像 ， 在视频中标注为n=1 。 在飞离黑洞前转了两次的光子在第一个环内形成了一个较薄的环的图像 ， 在视频中标为n=2 ， 以此类推 。
研究人员意识到 ， 该环的同心结构暗示了一组对称性 ， 即共形对称性 。 一个具有共形对称性的系统表现出\"尺度不变性\" ， 这意味着当你放大或缩小时它看起来是一样的 。 在这种情况下 ， 每个光子子环都是前一个子环的精确的拷贝 。 此外 ， 一个共形对称系统在时间上向前或向后平移时 ， 以及在所有空间坐标被倒置、移位 ， 然后再倒置时 ， 都保持不变 。
斯特罗明格在20世纪90年代遇到了共形对称 ， 当时它出现在他研究的一种特殊的五维黑洞中 。 通过精确地理解这种对称性的细节 ， 他和同事发现了一种新的方式来连接广义相对论和量子世界 ， 至少在这些极端类型的黑洞中是这样 。 他们想象把黑洞切掉 ， 用他们所谓的全息板代替它的事件视界 ， 这个表面包含一个尊重共形对称性的粒子量子系统 。 他们表明 ， 该系统的属性与黑洞的属性相对应 ， 就好像黑洞是保形量子系统的高维全息图 。 这样 ， 他们在根据广义相对论对黑洞的描述和其量子力学描述之间建立了一座桥梁 。
1997年 ， 马尔达塞纳将这一全息原理扩展到宇宙 。 他发现了一个\"瓶中宇宙\" ， 其中生活在瓶子表面的保形对称量子系统与瓶子内部的时空和引力特性完全对应 。 就好像内部是一个\"宇宙\" ， 像全息图一样从其低维表面投射出来 。
这一发现使许多理论家相信 ， 真正的宇宙是一个全息图 。 问题是 ， 马尔达塞纳的瓶中宇宙与我们的不同 。 它充满了一种负弯曲的时空 ， 这使它有一个类似表面的外部边界 。 我们的宇宙被认为是平坦的 ， 而理论家们几乎不知道平坦时空的全息对偶是什么样子 。 \"斯特罗明格说：\"我们需要回到现实世界 ， 同时从我们从这些假想世界学到的东西中获得灵感 。
于是 ， 该小组决定研究一个坐落在平坦时空中的现实的旋转黑洞 ， 就像事件视界望远镜所拍摄的那些黑洞 。 首先 ， 问题是：全息对偶在哪里？对称性又是什么？
寻找全息对偶
从历史上看 ， 在寻找全息映射到有引力的系统上的量子系统方面 ， 共形对称被证明是一个值得信赖的指南 。
从广义相对论中对旋转的黑洞的描述（称为克尔度规）开始 ， 该小组开始寻找共形对称的暗示 。 他们想象着用锤子敲击黑洞 ， 让它像钟一样响 。 这些缓慢消逝的振动就像比如说两个黑洞碰撞时产生的引力波 。 黑洞会以一些共振频率响起 ， 这些共振频率取决于时空的形状（也就是克尔度规） ， 就像钟的铃声取决于它的形状 。
弄清确切的振动模式是不可行的 ， 因为克尔度规是如此复杂 。 因此 ， 研究小组通过只考虑高频振动来近似计算该模式 ， 高频振动是由黑洞受到强烈撞击而产生的 。 他们注意到在这些高能量的波的模式和黑洞的光子环的结构之间有一种关系 。
一个关键的时刻出现在2020年夏天新冠大流行期间 。 在哈佛大学杰斐逊物理实验室外的草地上摆放了黑板和长椅 ， 研究人员终于可以相互见面了 。 他们研究出 ， 就像共形对称性将每个光子环与下一个子环联系在一起一样 ， 环形黑洞的连续色调也是通过共形对称性相互联系的 。 斯特罗明格说 ， 光子环和黑洞振动之间的这种关系可能是全息论的一个\"预兆\" 。
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