W当你照镜子时，你看到的影像和你很像——并不完全一样，因为当你举起右手时，镜子中的自己也会举起左手。更重要的是，镜像仅仅是反射光的集合，后面并没有一个实体。尽管有这些差异，你可以看到你和你的倒影之间的重要联系。
这种镜像关系是一种熟悉而有力的对称形式。我们可以说情人节心形是对称的，因为左心是右心的反映。但是你镜像的对称性是不同的，而且更深。心脏是对称的，因为它的左右两侧恰好有相似的形状。你和你的倒影之间的对称性是由物理定律决定的。光的本质需要你的倒影与你是对称的。这是一种强大而微妙的对称，即所谓的二元性的一个例子。
二元性是两个事物之间的联系，其中一个事物的属性定义了另一个事物的属性。例如，想象一本书躺在桌子上，封面上贴着钉子，指向上。不管你怎么拿这本书，钉子都会从封面向外指。如果你知道钉子指向什么方向，你也知道书的方向。如果你知道书的方向，你就知道钉子指向哪里了。因此，钉子和书之间存在着二元性。
那么是钉子决定了书的方向，还是书决定了钉子的方向?这似乎是一个荒谬的问题。钉子和书之间的二元性不是指一个物体决定另一个物体的方向，而是指钉子和书的两个基本属性之间的联系，两者都不是由另一个物体引起的。当有人问光是粒子还是波时，你也可以用同样的话来解释量子理论。
这个粒子与波的对偶性是量子理论的核心部分。光显然是一种波:它的波长决定了它的颜色，光波可以相互作用产生激光之类的东西。光显然也是一种粒子:它以离散光子的形式与原子相互作用;单个光子可以像台球一样偏转。粒子波二象性意味着像光这样的量子物体在粒子和波之间具有对称性。它们是具有波属性的粒子和具有波属性的波。两者都是，两者都不是。量子理论的力量在于你不需要区分粒子和波。它们只是粒子和波动性质之间具有二象性的量子物体。
这是否意味着宇宙是一幅全息图？不完全是。这意味着存在二元性…
也许物理学中最强大的二元性是全息原理。这个原则经常被误解为宇宙实际上是一个全息图，但更准确地说，在一个空间体积和包围这个体积的表面之间有一个二元性。全息原理表明，包含在空间区域内的所有信息都可以由包含它的表面上的信息来决定。从数学上讲，这意味着空间的体积可以用表面的全息图来表示，因此这个想法得名。
这个想法并没有听起来那么疯狂。想象一下，一家酒店入口处有警卫。因为每个人进出酒店都必须通过保安，他可以计算进出的人数来知道酒店里有多少人。因此，守卫(表面)收集的信息告诉我们(体积)内部的数字。(这个例子显然比考虑要简单得多全部的在三维空间中的信息，但它说明了如何将这些信息印在表面上。）
全息原理将这一概念扩展到一般的体积和表面，它适用于从黑洞到宇宙学的一切事物。以黑洞为例，我们无法观察其内部，因为黑洞附近的引力太强，光无法逃脱。但是黑洞有一个被称为视界的“表面”，我们可以观察到视界之外的一切。因此，从视界附近的信息，我们可以了解黑洞的内部。
这是否意味着宇宙是一个全息图?不完全是。这意味着存在二元性:我们的宇宙是一个具有全息特性的宇宙，或者是一个具有宇宙特性的全息图。在数学形式主义中，你不需要区分两者，这就是全息原理的力量所在。
当然，我们是在照镜子的时候想到这个主意的。我们和镜子之间的二元性是否意味着镜子里的影像和我们一样真实?在某种程度上确实如此。假设镜子——你是真实的(不只是你在镜子里的形象，而是真实的镜像版的你)，而你只是镜像。“左”和“右”的含义将会颠倒，你手表上的刻度盘将会以widdershins而不是顺时针方向移动，但基本的物理原理是一样的。你和你的镜像之间的二元性意味着我们可以像描述我们自己的宇宙一样简单地描述镜像宇宙。
布莱恩·科伯林是一位天体物理学家，也是哈佛大学的物理学教授罗切斯特理工学院. 他在博客上写天文学和天体物理学一次一个宇宙. 在推特上找到他@BrianKoberlein.
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看:麻省理工学院的物理学家马克斯·特马克（Max Tegmark）解释了几个数字如何描述宇宙的诞生。
这篇经典的事实如此浪漫的文章最初发表于2014年5月。
