• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
08.01.2019
Редакция Naked Science
11
22 708

Живем ли мы в голограмме

3.5

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

Голограмма планеты
©Wikipedia / Автор: Михаил Григорьев

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.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 17:30
Юлия Трепалина

Борщевик Сосновского, распространение которого грозит экологической катастрофой, ранее практически не имел естественных врагов. Недавно группа ученых из Российской академии наук и МГУ выяснила, что корни борщевика могут повреждать сциариды Bradysia impatiens — мелкие двукрылые насекомые, уничтожающие растения в теплицах.

30 ноября
Редакция Naked Science

Последние полвека темпы развития науки снижаются. В быту это пока незаметно, потому что от фундаментального открытия до его реализации в технике проходят десятки лет. Но замедление длится слишком долго, то есть вскоре мы столкнемся с замедлением развития техники в целом. Naked Science решил дать перевод видео физика и популяризатора Сабины Хоссенфельдер на эту тему. Что же не так с современной наукой и можно ли что-то исправить?

Позавчера, 10:43
Андрей

Группа астрономов изучила десятки панорамных снимков, сделанных марсоходом Curiosity в 2019 и 2021 годах, и заметила на них уникальное атмосферное явление. Перистые облака на большой высоте переливались красным, зеленым и синим цветами в лучах закатного Солнца. На Земле такие облака называют перламутровыми и на Красной планете наблюдают впервые. Ученые также обнаружили сезонность этих переливов.

28 ноября
Елизавета Александрова

Обсерватории постоянно улавливают «мигающие» радиосигналы из глубин Вселенной. Чаще всего их источниками оказываются нейтронные звезды, которые за это и назвали пульсарами. Но к недавно обнаруженному источнику GLEAM-X J0704-37 они, по мнению астрономов, отношения не имеют.

27 ноября
Елизавета Александрова

Под названием «космические лучи» скрывается не только свет, то есть фотоны, но и протоны, электроны и другие частицы. Все они летят к нам от звезд. Иногда ученые могут даже с уверенностью сказать, от каких именно. К примеру, в земную атмосферу постоянно врываются солнечные протоны. Недавно одна из обсерваторий уловила прибывшие на нашу планету электроны и позитроны с беспрецедентной энергией. Они точно «родом» не с Солнца, но у ученых есть предположения, откуда они могут быть.

28 ноября
Полина Меньшова

Принято считать, что большой мозг, характерный для человека, появился как результат резких скачков развития от одного вида к другому. Однако ученые из Великобритании изучили самый большой в истории набор данных об окаменелостях древних людей и обнаружили, что эволюция мозга происходила по-другому.

16 ноября
Evgenia

Международная коллаборация физиков под руководством ученых из Йельского университета в США представила самые убедительные на сегодня подтверждения существования нового типа сверхпроводящих материалов. Доказательство существования нематической фазы вещества — научный прорыв, открывающий путь к созданию сверхпроводимости совершенно новым способом.

25 ноября
Полина Меньшова

Многие одинокие люди считают, что окружающие не разделяют их взглядов. Психологи из США решили проверить, так ли это на самом деле, и обнаружили общую особенность у людей с недостаточным количеством социальных связей.

28 ноября
Елизавета Александрова

Обсерватории постоянно улавливают «мигающие» радиосигналы из глубин Вселенной. Чаще всего их источниками оказываются нейтронные звезды, которые за это и назвали пульсарами. Но к недавно обнаруженному источнику GLEAM-X J0704-37 они, по мнению астрономов, отношения не имеют.

[miniorange_social_login]

Комментарии

11 Комментариев
Марина Мыльникова
2 дня назад
-
0
+
Почему голографическая Вселенная есть дилетантская чушь? Потому, что полный коллапс вещества есть переход данного вещества в другой пространственно-временной континуум, а для нашего времени момент перехода времени в пространстве - это точка. И даже не просто точка, это место отсутствия точки в нашем пространстве времени. То, что мы называем "горизонтом чёрной дыры", не вещество, а его энергетическое отражение в нашем времени и пространстве. То есть, корпускулярно-волновой дуализм свойствен и чёрной дыре. Голограмма - это энергетическое изображение вещества, ушедшего за горизонт времени и пространства, ну, ладно, голограмма. Но это вещество находится в другом времени, поэтому мы можем регистрировать только его энергетические характеристики. И ещё, идея, что на границе Вселенной отсутствует гравитация, связана с нашим понятием о том, что скорость света - предел. Просто мы изучаем излучение, доступное нашему пониманию, с помощью того же излучения. Поэтому наши познания конечны.
Т.е. каждая черная дыра является носителем голограммы? Тогда наша вселенная состоит из лоскутков голограмм? И что происходит при поглащении звезд черными дырами, они просто выпадают из голограммы? Жаль не понял)
DELETED
15.01.2019
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
    27.01.2019
    -
    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.
    +
      ещё комментарии
      Марина Мыльникова
      2 дня назад
      -
      0
      +
      Alex, сотни работ всех физиков, доказывающих, что Вселенная - голограмма, основаны на том, что все эти учёные получили свои данные с помощью инструментов, регистрирующих излучение, тот или иной его вид, и эти инструменты сами основаны на генерации тех или иных излучений. Но по существу, гравитация, пространство и время - это виды иных излучений, неосмысленных нами, а все объекты, доступные нам для изучения, мы изучаем не по собственно объектам, А ПО ИХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ ИЗОБРАЖЕНИЯМ, ИЛИ, ЕСЛИ ХОТИТЕ, ПО ИХ ГОЛОГРАММАМ. Почему так? Потому, что мы пользуемся инструментами, основанными на применении конечной величины: скорости света. Ещё чуточку: поскольку наш инструмент не может заглянуть за горизонт скорости света, большинство объектов, изучаем нами, уже в прошлом, и мы можем "видеть" только их энергию. С этого места сделаю поподробнее: прошлое не исчезает, а будущее уже есть, и все объекты времени то и дело переходят в пространственные, и наоборот. Вот и потому находим горизонт Вселенной, и он ещё и плоский. Ну, братцы, для жителей Вселенной, находящихся на ее горизонте, Земля плоская...Простейшая модель чёрной дыры - зрачок глаза. На его горизонте все плоское. И далее, изображение через эту плоскость переходит в сознание человека, то есть в иную Вселенную. Поэтому наше изучение чёрной дыры уподоблено изучению зрачка глаза...
    Sergei Inyushkin
    10.11.2019
    -
    0
    +
    Офисный планктон с рассуждениями на уровне сковородок по акции называет дилетантами физиков-теоретиков. Спасибо, посмеялся)
-
0
+
Есть гипотеза, что реальность некоторых физиков есть не голограмма, а галлюцинация.
Alex Isakov
09.01.2019
-
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
    10.01.2019
    -
    0
    +
    Доказательством теории голограммы как раз и будет хоть одно полезное применение.
    +
      ещё комментарии
      Alex Isakov
      10.01.2019
      -
      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... .
-
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?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно