Физиците предполагат, че може да живеем в гигантска холограма

Пол Сътър е астрофизик в Държавния университет в Охайо и старши сътрудник в Изследователския център COSI. Sutter е и управител на Ask the Spaceman and Space Radio и ръководи офисите на AstroTours по целия свят. Ученият представи интересна статия в списание "Expert Voices".

В края на 90-те години теоретичните физици откриват забележителна връзка между две привидно несвързани понятия в своята наука. Тази връзка е почти неразбираема от техническа гледна точка, но може да има дълбоки последствия за разбирането ни за гравитацията и дори за вселената. За да илюстрираме тази връзка, нека започнем с черна дупка.

Влиянието на черна дупка върху потока от информация

Изследователите установяват, че когато една част от информацията навлезе в черна дупка, площта на нейната повърхност се увеличава с много точно количество: квадрата на дължината на Planck, равна на невероятно малка 1,6 x 10^-35 м.

Първоначално, тя може да изглежда не съвсем Интересно е, че черната дупка става по-голям в случаите, когато веществото или енергията прониква в нея, но най-изненадващо е, че площта на повърхността, а не обем, увеличава правопропорционално на достоверна информация. Това е напълно различно от повечето други известни обекти във Вселената.

Живеем ли в триизмерно пространство?

За повечето обекти, с които сме запознати, има един закон: ако "погълне" малко информация, неговият обем ще нарасне с един и площта му - само с една малка част. Но с черни дупки ситуацията се променя драстично. Това е подобно на факта, че информацията не се намира в черна дупка, а вместо това се придържа към нейната повърхност.

Така че, черна дупка е напълно триизмерен обект в нашата триизмерна вселена и може да бъде напълно представена от двуизмерна повърхност.

Как работят холограмите?

Холограмата е система, използваща по-малък брой измервания. Той може да опакова цялата информация от изходната система.

Например, живеем в три измерения. Когато позирате пред камерата, записва двуизмерно изображение на лицето ви, но не заснема цялата информация. Когато по-късно разгледате работата си и използвате филтър, не можете например да виждате гърба на главата си, независимо от това, как въртите изображението. Но холографското записване ще запази цялата тази информация. Въпреки факта, че това е двуизмерен изглед, все още можете да го изучавате от всички триизмерни ъгли.

Черна дупка като холограма

Описването на черна дупка под формата на холограма може да осигури решение на т. Нар. Парадокс на информация за черна дупка, загадката на мястото, където се ражда информация, когато дадено вещество се консумира от черна дупка. Но това е друга тема. Концепцията за "черна дупка като холограма" също е добър пример, който трябва да вземем предвид, когато се опитаме да разгледаме цялата вселена.

Решаване на конкретни проблеми

Кореспонденцията между привидните несвързани клонове на физиката, която се споменава в началото на тази статия, е друго приложение на холографските методи, което се дължи на невероятния модел AdS-CFT.

AdS означава "анти-де Sitter". Този модел представлява конкретно решение на общата теория на относителността на Айнщайн. Описва абсолютно празна вселена с отрицателна пространствена кривина.

Това е доста скучна вселена: тя не съдържа материя или енергия и паралелни линии в крайна сметка се отклоняват от позицията на основната геометрия. Въпреки че този процес може да не описва вселената, то поне предполага, че животът на земята има начало. Този малко спокоен модел на вселената има необходимите математически свойства, за да направи теорията на връзките релевантна.

Теория на полетата

Другата страна на кореспонденцията е структура, наречена теория на конформното поле. Теоретичната физика отблъсква полевите си теории. Това са лостовете, използвани от учените, за да създадат набор от квантови теории, използвани за описване на три от четирите сили на природата.

Електромагнетизмът, силната ядрена сила и слабата ядрена сила могат да бъдат описани благодарение на теорията на полето, а за последното половин век човечеството често е практикувало тяхното използване.

Трябва да разберете защо тази връзка е толкова важна. Да речем, че се опитваме да решим наистина трудните проблеми, като например квантовата гравитация, с помощта на струнната теория, която е опит да се обясни на всички основни сили и частици във Вселената от гледна точка на миниатюрни вибриращи струни. Всъщност това е толкова труден проблем, че никой не е намерил решение за него, въпреки опитите от много десетилетия.

Кореспонденцията AdS-CFT ни казва, че можете да използвате холографски техники, за да освободите света от това главоболие.

Вместо да се опитваме да решим проблема с квантовата гравитация в нашата триизмерна вселена, AdS-CFT ни позволява да преминем към еквивалентен проблем на границата на Вселената, която е представена само от две измерения и не съдържа гравитация.

Уравненията на теорията на полето

Почти невъзможното математическо калкулиране на струнната теория се замества от набор от просто безумно трудни уравнения на теорията на полето. Това ни позволява да намерим решения на проблеми без никаква гравитация, което пречи на прехвърлянето на решението обратно в нормалната триизмерна вселена и прави някакво предсказване. Всичко това изглежда като прекрасна идея и начин да заблудим природата, като заобиколим гравитационните механизми. И това може да се окаже блестящ метод за "решаване" на квантовата гравитация.

Съществуващи противоречия

Но в момента има някои противоречия. Първо, ние не живеем в анти-де Sitter вселената. Нашата Вселена е пълна с материя, радиация и тъмна енергия и има почти напълно плоска геометрия.

Има ли подобна кореспонденция, която работи в нашата истинска вселена? Може би, както и теоретици се работи усилено, за да се намери на "границата", приета за изпълнение AdSa-CFT космологичния хоризонт - на границата на това, което можем да видим в наблюдаемата Вселена.

Всичко би било ясно, освен в момента, в който живеем в динамично пространство-време с непрекъснато растящ космос и тази граница непрекъснато се променя. Тази разпоредба не е много добре обяснена в съвременните теории.

Всъщност, когато се преместим от модела, описан от астрофизикът Sitter до опростен граничен модел, където се прилага теория на конформалното поле, новите системи на уравненията са фундаментално разрешими.

Те все още имат място, но често изглеждат фантастични, пагубни, плашещи и неразрешими.

Има ли холограма?

Дори ако връзката ADS-CFT оказа полезна за решаване на проблема на квантовата гравитация и физика може да намери начин да се справи с предизвикателствата и да направи този метод, свързана с Вселената, в която живеем, това не означава, че ние живеем в холограма.

Грешка е да вярваме, че моделът AdS-CFT е удобен начин за решаване на гравитационните проблеми на нашата вселена с гравитация в три измерения.

Всичко това е илюзия и наистина живеем в двумерно пространство без гравитация. Математическата адаптация, толкова удобна, колкото и това, не променя нашите възгледи за фундаменталната природа на реалността.

Ако холографските принципи са полезни за решаване на проблеми, това не означава, че живеем в холограма. И ако наистина живеем в холограма, не бихме могли по никакъв начин да определим разликата.