Pols Sutters ir Ohaio štata universitātes astrofiziķis un COSI zinātnes centra galvenais zinātnieks. Sutters ir arī Ask Spaceman un Space Radio rīkotājdirektors un vada AstroTours visā pasaulē. Zinātnieks iepazīstināja ar interesantu rakstu žurnālā Expert Voices.
Deviņdesmito gadu beigās teorētiskie fiziķi zinātnē atklāja ievērojamu saikni starp diviem šķietami nesaistītiem jēdzieniem. Šis savienojums ir gandrīz neizprotami tehnisks, taču tam var būt tālejoša ietekme uz mūsu izpratni par smagumu un pat uz Visumu. Lai ilustrētu šo savienojumu, sāksim ar melno caurumu.
Melnā cauruma ietekme uz informācijas plūsmu
Pētnieki atklāja, ka tad, kad viens informācijas bits nonāk melnajā caurumā, tā virsmas laukums palielinās par ļoti precīzu daudzumu: Planka garuma kvadrāts, kas vienāds ar neticami mazu 1,6 x 10-35 m.
Sākotnēji var nelikties pilnīgi interesanti, ka melnais caurums kļūst lielāks, kad tajā nonāk viela vai enerģija, taču visvairāk pārsteidzoši ir tas, ka virsmas laukums, nevis apjoms, pieaug tieši proporcionāli ticamai informācijai. Tas ir pilnīgi atšķirībā no citiem zināmajiem objektiem Visumā.
Reklāmas video:
Vai mēs dzīvojam trīsdimensiju telpā?
Lielākajai daļai objektu, kas mums ir pazīstami, ir viens likums: ja tas "patērē" vienu informācijas bitu, tā apjoms pieaugs par vienu vienību, un tā virsmas laukums pieaugs tikai par daļu. Bet ar melnajiem caurumiem situācija dramatiski mainās. It kā informācija neatrodas melnajā caurumā, bet gan paliek pie tā virsmas.
Tādējādi melnais caurums ir pilnībā trīsdimensiju objekts mūsu trīsdimensiju Visumā, un to var pilnībā attēlot ar divdimensiju virsmu.
Kā darbojas hologrammas?
Hologramma ir sistēma, kurā izmanto mazāk dimensiju. Tas var iesaiņot visu informāciju no sākotnējās sistēmas.
Piemēram, mēs dzīvojam trīs telpiskās dimensijās. Kad jūs pozējat kameras priekšā, tas reģistrē jūsu sejas divdimensiju attēlu, taču tas neuztver visu informāciju. Kad vēlāk pārbaudāt savu darbu un izmantojat filtru, jūs, piemēram, nevarat redzēt galvas aizmuguri neatkarīgi no tā, kā pagriežat attēlu. Bet hologrammas ierakstā visa šī informācija tiks saglabāta. Pat ja tas ir 2D skats, jūs joprojām varat to izpētīt no visiem 3D leņķiem.
Melnais caurums kā hologramma
Aprakstot melno caurumu kā hologrammu, varētu rast risinājumu tā dēvētajam melnā cauruma informācijas paradoksam - noslēpumam, kur rodas informācija, kad matēriju patērē melnais caurums. Bet tā ir cita raksta tēma. Jēdziens “melnais caurums kā hologramma” ir arī labs piemērs, kas jāpatur prātā, mēģinot apskatīt visu Visumu.
Privātu problēmu risināšana
Šā raksta sākumā minētā korespondence starp šķietami nesaistītajām fizikas nozarēm ir vēl viens hologrāfisko paņēmienu pielietojums, kas nāk no neticamā AdS-CFT modeļa.
AdS nozīmē Anti-De Sitter. Šis modelis ir īpašs risinājums Einšteina vispārējai relativitātes teorijai. Tas raksturo pilnīgi tukšu Visumu ar negatīvu telpisko izliekumu.
Tas ir diezgan garlaicīgs Visums: tas satur vienalga vai enerģiju, un paralēlas līnijas galu galā novirzās, pamatojoties uz pamatā esošās ģeometrijas stāvokli. Kaut arī šis process, iespējams, neapraksta Visumu, tas vismaz liek domāt, ka dzīvei uz zemes ir sākums. Šim nedaudz atvieglinātajam Visuma modelim ir nepieciešamās matemātiskās īpašības, lai savienojumu teorija būtu būtiska.
Lauka teorija
Otra sarakstes puse ir struktūra, ko sauc par konformāla lauka teoriju. Teorētiskā fizika atgrūž ar savām lauka teorijām. Tās ir sviras, kuras zinātnieki izmanto, lai izveidotu dažādas kvantu teorijas, kuras izmanto, lai aprakstītu trīs no četriem dabas spēkiem.
Elektromagnētismu, spēcīgu kodolenerģijas spēku un vāju kodolenerģijas spēku varēja aprakstīt, izmantojot lauka teoriju, un pēdējā pusgadsimta laikā cilvēce bieži ir praktizējusi to izmantošanu.
Ir jāsaprot, kāpēc šis savienojums ir tik svarīgs. Teiksim, ka jūs mēģināt atrisināt tik smagu problēmu kā kvantu gravitācija, izmantojot stīgu teoriju, kas ir mēģinājums izskaidrot visus Visuma pamat spēkus un daļiņas mazo vibrējošo virkņu izteiksmē. Patiesībā šī ir tik sarežģīta problēma, ka, neskatoties uz gadu desmitiem ilgo mēģinājumu, neviens tam nav atradis risinājumu.
AdS-CFT sarakste stāsta, ka hologrāfiskās tehnikas var izmantot, lai atbrīvotu pasauli no šīm galvassāpēm.
Tā vietā, lai mēģinātu atrisināt kvantu gravitācijas problēmu mūsu trīsdimensiju Visumā, AdS-CFT ļauj mums pāriet uz līdzvērtīgu problēmu Visuma malā, kuru attēlo tikai divas dimensijas un kas nesatur gravitāciju.
Lauka teorijas vienādojumi
Gandrīz neiespējamo virkņu teorijas matemātisko aprēķinu aizstāj ar vienkārši ārprātīgi sarežģītu lauka teorijas vienādojumu kopumu. Tas ļauj jums atrast problēmu risinājumus bez jebkāda smaguma, kas neļauj jums pārnest risinājumu atpakaļ uz parasto trīsdimensiju Visumu un veikt jebkādas prognozes. Tas viss izskatās kā lieliska ideja un veids, kā izkrāpt dabu, apejot gravitācijas mehānismus. Un tas varētu izrādīties izcils veids, kā "atrisināt" kvantu gravitāciju.
Esošās pretrunas
Bet šobrīd ir dažas pretrunas. Pirmkārt, mēs nedzīvojam anti-de Sitter pasaulē. Mūsu Visums ir pilns ar matēriju, radiāciju un tumšo enerģiju, un tam ir gandrīz pilnīgi plakana ģeometrija.
Vai ir līdzīga sarakste, kas darbojas mūsu reālajā Visumā? Varbūt teorētiķi smagi strādā, lai atrastu “robežu”, kas paņemta AdCa-CFT sarakstei ar kosmoloģisko horizontu - robežu tam, ko mēs varam redzēt mūsu novērojamajā Visumā.
Viss būtu saprotams, izņemot brīdi, kad mēs dzīvojam dinamiskā laika telpā ar pastāvīgi augošu telpu, un šī robeža nepārtraukti mainās. Šī nostāja nav labi izskaidrota mūsdienu teorijās.
Patiešām, pārejot no astrofiziķa Sittera aprakstītā modeļa uz vienkāršāku robežu modeli, izmantojot konformalā lauka teoriju, jaunās vienādojumu sistēmas ir principiāli risināmas.
Viņi joprojām pastāv, taču tie bieži izskatās fantastiski, postoši, biedējoši un nešķīstoši.
Tātad vai pastāv hologramma?
Pat ja AdS-CFT saite izrādījās noderīga kvantu gravitācijas problēmas risināšanā, un fiziķi varētu atrast veidu, kā orientēties problēmās un padarīt šo metodi atbilstošu visumam, kurā mēs dzīvojam, tas nenozīmē, ka mēs faktiski dzīvojam hologrammā.
Ir kļūdaini domāt, ka AdS-CFT modelis ir ērts veids, kā ar visnotaļ trīs dimensijām atrisināt mūsu Visuma gravitācijas problēmas.
Tā visa ir ilūzija, un mēs patiešām dzīvojam divdimensionālā telpā bez gravitācijas. Tikpat ērta matemātiska ierīce nemaina mūsu uzskatus par realitātes fundamentālo raksturu.
Ja hologrāfiskie principi ir noderīgi problēmu risināšanā, tas nenozīmē, ka mēs dzīvojam hologrammā. Un pat ja mēs patiešām dzīvotu hologrammā, mēs tik un tā nevarētu pateikt atšķirību.
Maija Muzašvili