Viena įdomiausių hipotezių apie tikrovės prigimtį šiandien yra vadinamasis holografinis principas, pagal kurį mūsų tikrovė yra holograma.
Dešimtojo dešimtmečio pabaigoje teoriniai fizikai atrado nepaprastą ryšį tarp dviejų iš pažiūros nesusijusių teorinės fizikos sąvokų. Šis ryšys iš esmės yra techninio pobūdžio, tačiau jis gali turėti didelę įtaką mūsų suvokimui apie gravitaciją ir net visą visatą.
Norėdami parodyti šį ryšį, pradėsime … nuo juodosios skylės. Mokslininkai nustatė, kad kai viena informacijos dalis patenka į juodąją skylę, jos paviršiaus plotas padidėja labai tiksliai: Planko ilgio kvadratu (apie 1,6 x 10-35 metras).
Iš pradžių tai, kad juodoji skylė auga, kai į ją patenka medžiaga ar energija, gali atrodyti ne itin įdomu. Tačiau čia stebina tai, kad tiesiogiai proporcingai informacijai, patekusiai į juodąją skylę, didėja jos paviršiaus plotas, o ne tūris, kuris iš esmės skiriasi nuo bet kurio kito žinomo Visatos objekto. Kalbant apie daugumą mums žinomų objektų, teisinga sakyti, kad „įsisavinus“vieną informacijos bitą, objekto tūris padidės vienu vienetu, o jo paviršiaus plotas - tik dalimi. Tačiau juodųjų skylių atveju situacija yra kitokia. Tarsi ši informacija nepatektų į kompaktiško objekto vidų, o liktų jo paviršiuje.
Juodosios skylės holograma
Holograma yra sistemos vaizdas, gautas naudojant mažiau matmenų, galintis talpinti visą informaciją iš pradinės sistemos. Pavyzdžiui, mes gyvename trimis (erdviniais) matmenimis. Kai darote asmenukę, išmaniojo telefono kamera nufotografuoja jūsų veidą 2D, tačiau ji neužfiksuoja visos informacijos, o vėliau peržiūrėję savo nuotrauką ir pasirinkę filtrą negalite, pavyzdžiui, matyti pakaušio, nesvarbu, kaip sukate vaizdą.
Įrašant hologramą visa ši informacija būtų išsaugota. Net jei jis būtų dvimatis, vis tiek galėtumėte jį ištirti trimis matmenimis visais kampais.
Juodosios skylės apibūdinimas kaip holograma gali padėti išspręsti vadinamąjį juodųjų skylių informacijos paradoksą - problemą, susijusią su tuo, kur informacija patenka, kai medžiaga patenka į įvykių horizontą. Tačiau tai yra atskira tema, straipsnį apie kurį galite perskaityti čia. Juodosios skylės, kaip hologramos, samprata taip pat yra geras pavyzdys, kurį reikia prisiminti, kai atsižvelgiama į visą visatą.
Gyvenimas pasienyje
Ryšys tarp iš pažiūros nesusijusių fizikos šakų, aptartų šio straipsnio pradžioje, yra dar vienas holografinių metodų, žinomų kaip AdS / CFT atitikimas, taikymas.
„AdS“reiškia „anti -desertinė erdvė“- ypatingas Einšteino bendrosios reliatyvumo teorijos lygčių sprendimas, apibūdinantis absoliučiai tuščią visatą su neigiamu erdvės kreivumu. Tai gana nuobodi visata: joje nėra materijos ar energijos, o lygiagrečios linijos ilgainiui išsiskiria dėl jos pagrindu esančios geometrijos. Net jei ji neapibūdina visatos, kurioje mes gyvename, pradžiai tai jau yra tam tikra visata. Ir šis modelis turi būtinų matematinių savybių, kad sukurtų ryšius, kurių reikia teoretikams.
Kita šios korespondencijos pusė yra sistema, žinoma kaip konforminio lauko teorija (CFT). Teorinė fizika nėra labai tiksli su lauko teorijomis - tai yra tie plaktukai, kuriais mokslininkai kala į daugybę kvantinių vinių, naudojamų apibūdinti tris iš keturių gamtos jėgų. Elektromagnetizmas, stipri branduolinė jėga ir silpna branduolinė jėga turi lauko teorijos aprašymus, kurie buvo plačiai naudojami per pastaruosius 50 metų.
Dabar, kai jau išsiaiškinome visus mums reikalingus apibrėžimus, pažiūrėkime, kodėl šie santykiai yra tokie svarbūs.
Tarkime, jūs bandote išspręsti labai sudėtingą problemą, tokią kaip kvantinė gravitacija, naudodami stygų teoriją, kuri yra bandymas paaiškinti visas esmines sąveikas ir daleles visatoje mažų vibruojančių stygų prasme. Tiesą sakant, tai yra tokia sunki užduotis, kad, nepaisant dešimtmečių bandymų, niekas dar nerado jos sprendimo. „AdS / CFT“atitiktis mums sako, kad norint išvengti neįtikėtinų galvos skausmų galima naudoti holografinę techniką.
Užuot bandę išspręsti kvantinės gravitacijos problemą mūsų 3D visatoje, „AdS / CFT“atitikimas leidžia mums pereiti prie lygiavertės problemos prie visatos ribos, kur:
A) yra tik du matmenys;
B) gravitacijos nėra.
Būtent, pasienyje nėra gravitacijos. Neįtikėtinai sudėtinga stygų teorijos matematika pakeičiama krūva tiesiog beprotiškai sudėtingų lauko teorijos lygčių. Tada jūs turite galimybę išspręsti savo problemas, joms netrukdydami gravitacijai, ir gautą rezultatą perkelti į įprastą trimatę Visatą ir prognozuoti.
Ne taip greitai
Visa tai skamba kaip nuostabi idėja: apgauti gamtą, apeinant gravitacines machinacijas. Be to, tai gali būti puikus būdas „išspręsti“kvantinę gravitaciją. Tačiau čia yra keletas punktų. Pirma, jūs negyvenate visatoje, kurioje yra nedesitorinė erdvė. Mūsų visata yra pilna medžiagos, spinduliuotės ir tamsios energijos, ir ji turi beveik tobulą plokščią geometriją. Ar yra panaši korespondencija, kuri veikia mūsų tikrojoje visatoje? Galbūt teoretikai sunkiai dirba, kad tai surastų.
Antra, „riba“, nurodyta „AdS / CFT“korespondencijoje, yra kosmologinis horizontas, riba to, ką galime pamatyti savo stebimoje visatoje. Ir viskas būtų gerai, bet mes gyvename dinamiškame erdvės laike su nuolat besiplečiančia erdve, kur siena nuolat kinta. Šiuolaikinės teorijos dar nelabai gerai sprendžia šį klausimą.
Ir trečia, kai pereinate nuo visiškai aprašytos „anti-de Sitter“visatos prie paprastesnio pasienio modelio, kuriam taikoma konformacinio lauko teorija, naujosios lygčių rinkiniai yra išsprendžiami tik iš esmės. Ir juos išspręsti gali būti neįtikėtinai sunku. Taigi vien todėl, kad nukirtote kampą ir aplenkėte gravitaciją, dar nereiškia, kad tai jau supratote. Priešingu atveju šioje srityje dirbantys teoretikai jau seniai būtų radę vieningą šios problemos sprendimą.
Gyvenimas hologramoje?
Taigi ar mes gyvename hologramoje? Net jei pasirodys, kad „AdS / CFT“susirašinėjimo santykiai yra naudingi dirbant su kvantine gravitacija, ir jei mokslininkai gali rasti būdą, kaip apeiti sudėtingumą, ir pritaikyti šią techniką tinkamai visatai, kurioje mes gyvename, tai nereiškia, kad mes tikrai gyvename hologramoje. Kitaip tariant, jei „AdS / CFT“susirašinėjimas yra patogus būdas išspręsti gravitacijos problemas, tai nereiškia, kad mūsų visata su gravitacija ir trimis erdvinėmis dimensijomis yra iliuzija, ir mes iš tikrųjų gyvename ant dvimatės sienos be gravitacijos.
Matematika, kad ir kokia naudinga ji būtų, nebūtinai tiksliai nurodo, kaip turėtume suvokti esminę tikrovės prigimtį. Jei holografiniai principai yra naudingi sprendžiant problemas, tai nereiškia, kad gyvename hologramoje. Ir net jei tikrai gyventume hologramoje, vargu ar galėtume pasakyti skirtumą.