Paulius Sutteris yra Ohajo valstijos universiteto astrofizikas ir COSI mokslo centro vyriausiasis mokslininkas. Sutteris taip pat yra „Ask the Spaceman“ir „Space Radio“generalinis direktorius ir veda „AstroTours“visame pasaulyje. Mokslininkas pateikė įdomų straipsnį žurnale „Expert Voices“.
- „Salik.biz“
Dešimtojo dešimtmečio pabaigoje teoriniai fizikai atrado puikų ryšį tarp dviejų iš pažiūros nesusijusių sąvokų savo moksle. Šis ryšys yra beveik nesuprantamai techninis, tačiau jis gali turėti didelę reikšmę mūsų supratimui apie sunkumą ir net visatą. Norėdami iliustruoti šį ryšį, pradėkime nuo juodosios skylės.
Juodosios skylės įtaka informacijos srautui
Tyrėjai išsiaiškino, kad kai viena informacijos dalis pateko į juodąją skylę, jos paviršiaus plotas padidėja labai tiksliai: Planko ilgio kvadratas, lygus neįtikėtinai mažam 1,6 x 10–35 m.
Iš pradžių gali neatrodyti visiškai įdomu, kad juodoji skylė tampa didesnė, kai į ją patenka materija ar energija, tačiau labiausiai stebina tai, kad paviršiaus plotas, o ne tūris, auga tiesiogiai proporcingai patikimai informacijai. Tai visiškai nepanaši į daugelį kitų žinomų objektų Visatoje.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Ar mes gyvename trimatėje erdvėje?
Daugeliui objektų, su kuriais mes esame susipažinę, galioja vienas įstatymas: jei jis „sunaudos“vieną informacijos bitą, jo tūris padidės vienu, o jo paviršiaus plotas padidės tik trupmena. Tačiau atsiradus juodosioms skylėms, situacija kardinaliai keičiasi. Tarsi informacija būtų ne juodosios skylės viduje, o prilipusi prie jos paviršiaus.
Taigi, juodoji skylė yra visiškai trimatis objektas mūsų trimatėje visatoje ir gali būti visiškai pavaizduota dvimatiu paviršiumi.
Kaip veikia hologramos?
Holograma yra mažiau matmenų sistema. Jis gali supakuoti visą informaciją iš originalios sistemos.
Pavyzdžiui, mes gyvename trijose erdvinėse dimensijose. Kai jūs pozuojate prieš kamerą, jis užfiksuoja dvimatį jūsų veido vaizdą, tačiau jame nėra užfiksuota visa informacija. Vėliau, kai apžiūrėsite savo darbą ir naudosite filtrą, jūs, pavyzdžiui, negalėsite pamatyti savo galvos galo, nesvarbu, kaip pasukate vaizdą. Bet hologramos įraše bus išsaugota visa ši informacija. Nors tai yra 2D vaizdas, vis tiek galite jį tyrinėti iš visų 3D kampų.
Juodoji skylė kaip holograma
Juodosios skylės apibūdinimas holograma galėtų padėti išspręsti vadinamąjį juodosios skylės informacijos paradoksą - paslaptį, kur gimsta informacija, kai materiją sunaudoja juodoji skylė. Bet tai jau kito straipsnio tema. „Juodosios skylės kaip hologramos“sąvoka taip pat yra geras pavyzdys, kurį reikia atsiminti bandant apžvelgti visą visatą.
Privačių problemų sprendimas
Straipsnio pradžioje minimas iš pažiūros nesusijusių fizikos šakų atitikimas yra dar vienas holografinių metodų pritaikymas, kilęs iš neįtikėtino „AdS-CFT“modelio.
„AdS“reiškia „Anti-De Sitter“. Šis modelis parodo ypatingą Einšteino bendrosios reliatyvumo teorijos sprendimą. Tai apibūdina visiškai tuščią visatą su neigiamais erdviniais kreivėmis.
Tai gana nuobodi visata: joje nėra materijos ar energijos, o lygiagrečios linijos ilgainiui skiriasi, atsižvelgiant į pagrindinės geometrijos padėtį. Nors šis procesas negali apibūdinti visatos, jis bent jau rodo, kad gyvenimas žemėje turi pradžią. Šis šiek tiek atsipalaidavęs Visatos modelis turi būtinas matematines savybes, kad junginių teorija būtų tinkama.
Lauko teorija
Kita korespondencijos pusė yra struktūra, vadinama konformaliojo lauko teorija. Teorinė fizika atstumia savo srities teorijas. Tai yra svertai, kuriuos mokslininkai naudoja kurdami įvairias kvantines teorijas, naudojamas apibūdinti tris iš keturių gamtos jėgų.
Elektromagnetizmas, stipri branduolinė jėga ir silpna branduolinė jėga galėtų būti apibūdinami pasitelkiant lauko teoriją, ir per pastarąjį pusšimtį metų žmonija dažnai praktikavo jų naudojimą.
Reikėtų suprasti, kodėl šis ryšys yra toks svarbus. Tarkime, kad jūs bandote išspręsti tokią sunkią problemą kaip kvantinė gravitacija, naudodami stygų teoriją, kuri yra bandymas paaiškinti visas pagrindines jėgas ir daleles Visatoje mažomis vibruojančiomis stygomis. Tiesą sakant, tai yra tokia sudėtinga problema, kad nepaisant dešimtmečius trukusių bandymų, niekas jos nerado sprendimo.
„AdS-CFT“susirašinėjimas mums sako, kad holografiniai metodai gali būti naudojami norint atsikratyti šio galvos skausmo pasaulio.
Užuot bandę išspręsti kvantinės gravitacijos problemą mūsų trimatėje visatoje, „AdS-CFT“leidžia mums pereiti prie lygiavertės problemos Visatos pakraštyje, kuriai atstovauja tik dvi dimensijos ir kurioje nėra gravitacijos.
Lauko teorijos lygtys
Beveik neįmanomas matematinis stygų skaičiavimas yra pakeičiamas tiesiog beprotiškai sunkių lauko teorijos lygčių rinkiniu. Tai leidžia jums rasti problemų sprendimus be jokio sunkumo, o tai neleidžia jums sprendimo perkelti atgal į įprastą trimatę visatą ir daryti bet kokias prognozes. Viskas atrodo kaip puiki idėja ir būdas apgauti gamtą apeinant gravitacinius mechanizmus. Ir tai gali pasirodyti kaip puikus būdas „išspręsti“kvantinę gravitaciją.
Esami prieštaravimai
Tačiau šiuo metu yra tam tikrų prieštaravimų. Pirma, mes negyvename anti-de Sitter visatoje. Mūsų Visata yra pilna materijos, radiacijos ir tamsiosios energijos, jos geometrija yra beveik visiškai lygi.
Ar yra panašus susirašinėjimas, veikiantis mūsų tikrojoje visatoje? Gal teoretikai sunkiai dirba norėdami rasti „sieną“, paimtą AdCa-CFT korespondencijai kosmologiniame horizonte - tai, ką galime pamatyti savo stebimoje Visatoje, riba.
Viskas būtų suprantama, išskyrus tą momentą, kai mes gyvename dinaminiame erdvės laike su nuolat augančia erdve, ir ši riba nuolat keičiasi. Ši pozicija nėra gerai paaiškinta šiuolaikinėse teorijose.
Iš tiesų, kai pereiname nuo astrofiziko Sitterio aprašyto modelio prie paprastesnio ribų modelio, naudodamiesi konforminio lauko teorija, naujos lygčių sistemos iš esmės yra išsprendžiamos.
Jie vis dar egzistuoja, tačiau dažnai atrodo fantastiški, pražūtingi, bauginantys ir neišsprendžiami.
Taigi ar egzistuoja holograma?
Net jei „AdS-CFT“saitas pasirodė esąs naudingas sprendžiant kvantinės gravitacijos problemą, o fizikai galėtų rasti būdą naršyti problemas ir padaryti šį metodą aktualų visatai, kurioje gyvename, tai nereiškia, kad mes iš tikrųjų gyvename hologramoje.
Klaidinga manyti, kad „AdS-CFT“modelis yra patogus būdas mūsų visatos gravitacines problemas išspręsti trimis dimensijomis.
Visa tai yra iliuzija, ir mes tikrai gyvename dvimatėje erdvėje be sunkio jėgos. Taip patogus matematinis prietaisas nekeičia mūsų požiūrio į esminį tikrovės pobūdį.
Jei holografiniai principai yra naudingi sprendžiant problemas, tai dar nereiškia, kad gyvename hologramoje. Ir net jei mes iš tikrųjų gyventume hologramoje, mes vis tiek negalėtume pasakyti skirtumo.
Maya Muzašvili