Живем ли мы в голограмме — Naked ScienceNaked Science
8 января
14 минут
Naked Science
168

Живем ли мы в голограмме

Одна из самых интересных гипотез о природе реальности на сегодня — так называемый голографический принцип, согласно которому наша реальность — голограмма.

14676390490_e385dbdc91_k

В конце 1990-х физики-теоретики обнаружили примечательную связь между двумя, казалось бы, несвязанными концепциями в теоретической физике. Эта связь имеет принципиально технический характер, но она может иметь далеко идущие последствия для нашего понимания гравитации и даже всей Вселенной.

 

Чтобы проиллюстрировать эту связь, мы начнем… с черной дыры. Исследователи обнаружили, что при попадании одного бита информации в черную дыру, площадь ее поверхности увеличивается на очень точное значение: квадрат планковской длины (около 1,6 х 10-35 метра).

 

Поначалу факт увеличения черной дыры при падении в нее вещества или энергии может показаться не особо интересным. Однако удивительно здесь то, что в прямой пропорции с попавшей в черную дыру информацией увеличивается именно площадь ее поверхности, а не объем, что в корне отличается от любого другого из известных объектов во Вселенной. В случае большинства известных нам объектов справедливо утверждать, что при «поглощении» одного бита информации, объем объекта вырастет на единицу, а площадь его поверхности – всего на долю. Но в случае с черными дырами ситуация обстоит иначе. Как будто эта информация попадает не внутрь компактного объекта, а остается на его поверхности.

 

Голограмма черной дыры

 

Голограмма – это изображение системы, полученное при помощи меньшего количества измерений, способное вместить в себя всю информацию из оригинальной системы. Например, мы живем в трех (пространственных) измерениях. Когда вы делаете селфи, камера смартфона делает двухмерный снимок вашего лица, но при этом не запечатлевает всю информацию, и когда позже вы рассматриваете ваш снимок и подбираете фильтр, вы не можете, например, увидеть свой затылок, как бы вы ни крутили изображение.

 

Иллюстрация излучения Хокинга / © Communicate Science

 

Запись голограммы сохранила бы всю эту информацию. Даже будь она двухмерной, вы все равно смогли бы исследовать ее со всех углов в трех измерениях.

 

Описание черной дыры как голограммы может предоставить решение так называемому информационному парадоксу черных дыр – проблемы, связанной с тем, куда девается информация при попадании вещества за горизонт событий. Однако, это отдельная тема, статью на которую вы можете прочесть здесь. Концепция черной дыры, как голограммы также является хорошим примером, который стоит помнить при рассмотрении всей Вселенной.

 

Жизнь на границе

 

Связь между ответвлениями физики на первый взгляд не связанных между собой, о которой говорилось в начале это статьи – это другое применение голографических приемов, известное как AdS/CFT-соответствие.

 

AdS означает «антидесситоровское пространство» – частное решение уравнений Общей теории относительности Эйнштейна, описывающее абсолютно пустую вселенную с отрицательной кривизной пространства. Это довольно скучная вселенная: в ней нет вещества или энергии, а параллельные линии в итоге расходятся из-за геометрии, лежащей в ее основе. Пусть оно и не описывает Вселенную, в которой мы живем, для начала это уже какая-то вселенная. И у этой модели есть необходимые математические свойства для осуществления связей, необходимых теоретикам.

 

Слева: модель антидеситтеровского пространства. Справа: модель нашей Вселенной / © The Physics Mill

 

Другой стороной этого соответствия является система, известная как конформная теория поля (conformal field theory, CFT). Теоретическая физика не очень аккуратна с теориями полей – это те самые молоты, при помощи которых ученые забивают множество квантовых гвоздей, используемых для описания трех из четырех сил природы. У электромагнетизма, сильного ядерного взаимодействия и слабого ядерного взаимодействия есть описания в теории поля, которые активно использовались в течение последних 50 лет.

 

Теперь, когда мы разобрались со всеми нужными определениями, давайте рассмотрим, почему эта связь так важна.

 

Скажем, вы пытаетесь решить очень сложную задачу вроде квантовой гравитации при помощи теории струн, которая в свою очередь является попыткой объяснить все фундаментальные взаимодействия и частицы во Вселенной с точки зрения маленьких вибрирующих струн. На самом деле, это настолько сложная задача, что до сих пор никто не нашел ей решения, несмотря на десятилетия попыток. AdS/CFT-соответствие говорит нам, что для того, чтобы избежать невероятной головной боли, можно использовать голографический прием.

 

Вместо того, чтобы пытаться решить проблему квантовой гравитации в нашей трехмерной Вселенной, AdS/CFT-соответствие позволяет нам переключиться на эквивалентную проблему на границе вселенной, где:

 

А) присутствует всего два измерения;

Б) отсутствует гравитация.

 

Именно, на границе нет гравитации. Умопомрачительно сложная математика теории струн замещается набором просто безумно сложных уравнений теории поля. Далее у вас появляется возможность решить свои задачи без того, чтобы в них вмешивалась гравитация, и перенести полученный результат в нормальную трехмерную Вселенную и сделать предсказания.

 

Структура оболочки и космологической границы вселенной, расширяющейся в пустоту / © DPons

 

Не так быстро!

 

Звучит все это, как чудесная идея: обмануть природу, обойдя гравитационные махинации. Более того, это может оказаться замечательным способом «решить» квантовую гравитацию. Однако тут есть несколько моментов. Во-первых, вы не живете во вселенной с антидесситоровским пространством. Наша Вселенная полна вещества, излучения и темной энергии, и обладает практически идеальной плоской геометрией. Существует ли похожее соответствие, которое работает в нашей реальной Вселенной? Возможно, и теоретики усердно работают над ее поисками.

 

Модель голографической вселенной в AdS/CFT-соответствии / © Alfred T. Kamajian

 

Во-вторых, «граница», о которой говорится в AdS/CFT-соответствии, – это космологический горизонт, граница того, что мы можем видеть в нашей наблюдаемой Вселенной. И все бы ничего, но мы живем в динамическом пространстве-времени с постоянно расширяющимся пространством, где граница постоянно смещается. Современные теории пока не очень хорошо справляются с этим моментом.

 

И в-третьих, когда вы переходите от полностью описанной антидеситтеровской вселенной к более простой пограничной модели, к которой применима конформная теория поля, новые наборы уравнений разрешимы только в принципе. И они вполне могут оставаться такими же невероятно сложными для решения. Так что, если вы срезали угол и обошли гравитацию, это не означает, что вы уже со всем разобрались. А иначе теоретики, работающие в этой области, давно бы уже нашли единое решение этой проблемы.

 

Жизнь в голограмме?

 

Итак, живем ли мы в голограмме? Даже, если связь AdS/CFT-соответствия окажется плодотворной для работы с квантовой гравитацией, и если ученые смогут найти способ обойти сложности и сделают эту технику соответствующей Вселенной, в которой мы живем, это не будет значить, что мы действительно живем в голограмме. Другими словами, если AdS/CFT-соответствие предоставляет удобный способ решения проблем с гравитацией, это вовсе не означает, что наша Вселенная с гравитацией и тремя пространственными измерениями – иллюзия, и мы на самом деле живем на двухмерной границе без гравитации.

 

Математические аппараты, насколько бы полезными они не были, не обязательно точно диктуют то, как нам следует воспринимать фундаментальную природу реальности. Если голографические принципы полезны для решения задач, это не означает, что мы живем в голограмме. И даже, если бы мы действительно жили в голограмме, мы все равно вряд ли смогли бы заметить разницу.

17 октября
3 минуты
Мария Азарова

Ярко-желтый организм по имени Капля способен ползать со скоростью до четырех сантиметров в час.

Сегодня, 12:41
3 минуты
Никита Шевцов

Международная группа ученых обнаружила никогда не встречавшееся ранее соединение — пентаоксид плутония. Выяснилось, что оно очень стабильно.

17 октября
10 минут
ФизТех

Исследователи российской ГК «Нейроботикс» и Лаборатории нейроробототехники МФТИ научились воссоздавать по электрической активности мозга изображения, которые человек видит в данный момент. Это позволяет создавать новый тип устройств для постинсультной реабилитации, управляемых сигналами мозга.

17 октября
4 минуты
Илья Ведмеденко

Согласно представленным данным, вместо космического аппарата «Космос-2535» на орбите сейчас находятся пять объектов.

16 октября
3 минуты
Никита Шевцов

Биологи обнаружили вирус, который не может самостоятельно заражать клетки. Предполагается, что он пользуется помощью других вирусов.

16 октября
2 минуты
Илья Ведмеденко

Ученые сравнили состояние мозга женщин, имеющих детей, и тех, у кого их никогда не было. Выводы оказались более чем интересны.

17 октября
4 минуты
Илья Ведмеденко

Согласно представленным данным, вместо космического аппарата «Космос-2535» на орбите сейчас находятся пять объектов.

16 октября
3 минуты
Никита Шевцов

Биологи обнаружили вирус, который не может самостоятельно заражать клетки. Предполагается, что он пользуется помощью других вирусов.

16 октября
2 минуты
Илья Ведмеденко

Ученые сравнили состояние мозга женщин, имеющих детей, и тех, у кого их никогда не было. Выводы оказались более чем интересны.

[miniorange_social_login]

Комментарии

4 Комментарий
9 месяц назад
0
"Чёрная дыра" по идее - это полный коллапс известного нам вещества. Это нечто меньше "точки". О какой площади "поверхности" можно говорить? А для создания голограммы нужно иметь вещественный, материальный носитель, с которого и снимается электромагнитная копия-голограмма. "Голографическая вселенная", в которой возможна жизнь - это дилетантская чушь!
    Alex Isakov
    8 месяц назад
    -
    0
    +
    Есть такое понятие в физике - горизонт чёрной дыры, слышали? Это и есть та площадь поверхности. Кроме того, само вещество это - молекулы, атомы, частицы, струны, проекции частиц их фазы колебаний - градиенты температуры и градиенты энтропии, а в результате - энтропийные силы это та информация которая представлена без потерь на поверхности голографического экрана. Вот то, что на экране - информация это то, что материально, остально - иллюзия. Леонард Сасскинд, физик мирового уровня из Стэнфорда, который является одним из основателей теории: «Это не считается диким предположением среди большинства физиков-теоретиков. «Это стало рабочим, повседневным инструментом для решения проблем в физике». Сегодня Голографический принцип - это сотни теоретических работ известных физиков мирового уровня: Г. т'Хофта, Л. Сасскинда, Я. Д. Бекенштейна, Э. Верлинде, Дж. М. Мальдасена, Р. Буссо .... Уже есть экспериментальные исследования, подтверждающие работу Голографического Принципа. С 1997 года было опубликовано более 10000 работ в поддержку этой идеи. Назвать их "дилатантами", это....ну дальше Вы знаете.
ulogin_vkontakte_1114062
9 месяц назад
-
0
+
Есть гипотеза, что реальность некоторых физиков есть не голограмма, а галлюцинация.
Alex Isakov
9 месяц назад
-
0
+
"Математические аппараты, насколько бы полезными они не были, не обязательно точно диктуют то, как нам следует воспринимать фундаментальную природу реальности". Тогда и любые известные законы физики можно поставить под сомнение, там полезный математический аппарат описывает фундаментальную природу 3D+1 (3D) реальности. Для решения дилеммы предлагаю воспользоваться любимым оружием физиков - теоретиков - известной бритвой Оккамы и применить её к описанию трёхмерного пространства-времени. Если математический аппарат позволяет описать трёхмерный мир 3D как голограмму на поверхности 2D, то нет необходимости привлекать для описания окружающего мира ещё одно голографически возникающее измерение. Это означает, что мы живём таки в голограмме, построненной светом и силами на 2D поверхности и это открывает огромные перспективы по использованию голографической идеи в практических целях.
    Ванечка
    9 месяц назад
    -
    0
    +
    Доказательством теории голограммы как раз и будет хоть одно полезное применение.
      Alex Isakov
      9 месяц назад
      -
      0
      +
      Если все силы и взаимодействия находятся на поверхности голографическлого экрана, то размер любой закрытой физической системы, в которой выполняются законы сохранения, увеличивается до размеров этого голографического экрана, что позволяет не нарушая фундаментальных законов управлять гравитацией, получать энергию вакуума, обмениваться информацией без ограничения расстоянием и скоростью света... .
ulogin_vkontakte_5184780
9 месяц назад
-
0
+
Жаль, что рисунки без русского перевода... А ещё то, что физики теоретики не имеют право говорить о двумерности голографии... Все взаимодействия на расстоянии и все о чем мы можем говорить, только о свойствах. Пусть лучше расскажут о равенстве между свойствами и о том, почему масса не меняется. Но, нам об этом никогда не расскажут, им еще денег заработать надо...
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.