0 просмотров

Некоторые физики считают, что мы живем в гигантской голограмме, и это не так уж неправдоподобно.

Некоторые физики на самом деле считают, что Вселенная, в которой мы живем, может быть голограммой.

Идея не в том, что Вселенная — это какая-то фальшивая симуляция из Матрица, скорее, даже если кажется, что мы живем в трехмерной вселенной, она может иметь только два измерения. Это называется голографическим принципом.

Мысль выглядит так: некая отдаленная двумерная поверхность содержит все данные, необходимые для полного описания нашего мира, и, как и в голограмме, эти данные отображаются в трех измерениях. Подобно персонажам на экране телевизора, мы живем на плоской поверхности, которая кажется глубокой.

Это может звучать абсурдно. Но когда физики предполагают, что это правда в своих расчетах, все виды крупных физических проблем, таких как природа черных дыр и согласование гравитации и квантовой механики, становятся намного проще. Короче говоря, кажется, что законы физики имеют больше смысла, когда они написаны в двух измерениях, чем в трех.

Статья в тему:  Когда Вселенная пытается тебе что-то сказать

«Большинство физиков-теоретиков не считают это дикой спекуляцией», — говорит Леонард Сасскинд, физик из Стэнфорда, впервые официально сформулировавший эту идею несколько десятилетий назад. «Он стал рабочим повседневным инструментом для решения задач в физике».

Но здесь необходимо сделать важное различие. Нет прямых доказательств того, что наша Вселенная на самом деле является двумерной голограммой. Эти расчеты не то же самое, что математическое доказательство. Скорее, это интригующие предположения о том, что наша Вселенная может быть голограмма. И пока еще не все физики верят, что у нас есть хороший способ проверить эту идею экспериментально.

Откуда взялась идея, что Вселенная может быть голограммой?

Идея первоначально возникла из пары парадоксов, касающихся черных дыр.

1) Проблема потери информации черной дырой

В 1974 году Стивен Хокинг, как известно, обнаружил, что черные дыры, вопреки тому, что долгое время считалось, на самом деле испускают небольшое количество радиации с течением времени. В конце концов, когда эта энергия уйдет за горизонт событий — внешний край черной дыры — черная дыра должна полностью исчезнуть.

черная дыра

Однако эта идея породила так называемую проблему потери информации черной дырой. Долгое время считалось, что физическую информацию нельзя уничтожить: все частицы либо сохраняют свою первоначальную форму, либо, если они изменяются, это изменение влияет на другие частицы, поэтому в конце можно вывести первый набор исходного состояния частиц.

Статья в тему:  Какова судьба вселенной

В качестве аналогии представьте стопку документов, пропущенных через шредер. Несмотря на то, что они разрезаны на крошечные кусочки, информация, присутствующая на листах бумаги, все еще существует. Он был порезан на крошечные кусочки, но не исчез, и, если бы у вас было достаточно времени, документы можно было бы собрать заново, чтобы вы знали, что было написано на них изначально. В сущности, то же самое считалось и с частицами.

Но была проблема: если черная дыра исчезает, то информация, присутствующая в любом объекте, который мог быть втянут в нее, по-видимому, тоже исчезает.

Одно из решений, предложенное Сасскиндом и голландским физиком Джерардом т Хофтом в середине 90-х годов, заключалось в том, что когда объект втягивается в черную дыру, он оставляет после себя своего рода двухмерный отпечаток, закодированный на горизонте событий. Позже, когда излучение покидает черную дыру, оно принимает на себя отпечаток этих данных. Таким образом, информация на самом деле не уничтожается.

И их расчеты показали, что только на двухмерной поверхности черной дыры можно хранить достаточно информации, чтобы полностью описать любые, казалось бы, трехмерные объекты внутри нее.

«Аналогией, о которой мы оба независимо думали, была голограмма — двумерный кусок пленки, который может кодировать всю информацию в трехмерной области пространства», — говорит Сасскинд.

Проблема энтропии: Была также связанная с этим проблема расчета количества энтропии в черной дыре, то есть количества беспорядка и случайности среди ее частиц. В 70-х Джейкоб Бекенштейн подсчитал, что их энтропия ограничена, и что предел пропорционален двумерной площади горизонта событий черной дыры.

Статья в тему:  Какова временная шкала заклинания вселенной

«Для обычных систем материи энтропия пропорциональна объему, а не площади», — говорит Хуан Малдасена, аргентинский физик, занимающийся изучением голографического принципа. В конце концов, он и другие увидели, что это тоже указывает на идею о том, что то, что выглядит как трехмерный объект — черная дыра — лучше всего можно понять, используя только два измерения.

Как эта идея распространилась от черных дыр до всей вселенной?

Ничто из этого не было доказательством того, что черные дыры были голограммами. Но с самого начала, говорит Сасскинд, физики осознали, что рассматривая всю вселенную как двумерный объект, выглядит трехмерность может помочь решить некоторые более глубокие проблемы теоретической физики.И математика работает одинаково хорошо, говорите ли вы о черной дыре, планете или всей вселенной.

В 1998 году Малдасена продемонстрировал, что гипотетическая вселенная может быть голограммой. Его конкретная гипотетическая вселенная находилась в так называемом пространстве анти-де Ситтера (которое, для упрощения, имеет изогнутую форму на огромных расстояниях, в отличие от нашей вселенной, которая считается плоской):

анти де ситтер пространство

Более того, рассматривая эту вселенную в двух измерениях, он нашел способ привести все более популярную идею теории струн — широкую структуру, в которой основными строительными блоками вселенной являются одномерные струны, а не частицы, — четко согласовываться с общепризнанные законы физики элементарных частиц.

И что еще более важно, тем самым он объединил две чрезвычайно важные, разрозненные концепции в физике в рамках одной теоретической основы. «Голографический принцип связал теорию гравитации с теориями физики элементарных частиц», — говорит Малдасена.

Статья в тему:  Почему христианские фундаменталисты не верят в глобальное потепление

Объединение этих двух фундаментальных идей в единую связную теорию (часто называемую квантовой гравитацией) остается одним из святых Граалей физики. Так что голографический принцип, делающий это возможным в этой гипотетической вселенной, имел большое значение.

Конечно, все это все равно сильно отличается от утверждения, что наша реальная Вселенная — а не эта странная гипотетическая — является голограммой.

Но может ли наша Вселенная на самом деле быть голограммой — или эта идея применима только к гипотетическим?

Это все еще предмет активных дискуссий. Но недавно была опубликована теоретическая работа, предполагающая, что голографический принцип может работать и для нашей Вселенной, включая нашумевшую статью австрийских и индийских физиков, вышедшую в мае этого года.

Как и Малдасена, они также стремились использовать этот принцип, чтобы найти сходство между разрозненными областями квантовой физики и теории гравитации. В нашей Вселенной эти две теории обычно не совпадают: они предсказывают разные результаты в отношении поведения любой данной частицы.

Но в новой статье физики рассчитали, как эти теории будут предсказывать степень запутанности — причудливое квантовое явление, при котором состояния двух крошечных частиц могут коррелироваться, так что изменение одной частицы может повлиять на другую, даже если они ре далеко. Они обнаружили, что, рассматривая одну конкретную модель плоской Вселенной как голограмму, они действительно могли получить совпадение результатов обеих теорий.

Статья в тему:  Вселенная обеспечивает то, что вы должны иметь

Тем не менее, хотя это было немного ближе к нашей вселенной, чем та, с которой работал Малдасена, это был всего лишь один конкретный тип плоского пространства, и их расчеты не учитывали время — только три других пространственных измерения. Более того, даже если бы это применимо непосредственно к нашей Вселенной, это только показало бы, что это возможный это может быть голограмма. Это не будет веским доказательством.

Как мы можем доказать, что Вселенная является голограммой?

голометр

Наилучший тип доказательства будет начинаться с некоторого проверяемого предсказания, сделанного голографической теорией. Затем физики-экспериментаторы могли бы собрать доказательства, чтобы увидеть, соответствуют ли они предсказанию. Например, теория Большого Взрыва предсказывала, что мы можем найти некоторую форму остаточной энергии, излучаемой по всей Вселенной в результате сильного расширения 13,8 миллиардов лет назад, и в 1960-х годах астрономы обнаружили именно это, в виде космический микроволновый фон.

На данный момент не существует общепризнанного теста, который предоставил бы убедительные доказательства этой идеи. Тем не менее, некоторые физики считают, что голографический принцип предсказывает, что существует предел тому, сколько информации может содержать пространство-время, потому что наше кажущееся трехмерным пространство-время закодировано ограниченным количеством двумерной информации. Как недавно сказал Крейг Хоган из Fermilab в интервью Motherboard: «Основной эффект заключается в том, что реальность имеет ограниченный объем информации, как фильм Netflix, когда Comcast не дает вам достаточной пропускной способности. Поэтому все немного размыто и нервно».

Статья в тему:  Как попросить у вселенной знак

Хоган и другие используют инструмент под названием голомотер, чтобы искать такого рода размытость. Он полагается на мощные лазеры, чтобы увидеть, существует ли — на сверхмалом, субмикроскопическом уровне — фундаментальный предел объема информации, присутствующей в самом пространстве-времени. Если есть, говорят они, это может свидетельствовать о том, что мы живем в голограмме.

Тем не менее, другие физики, в том числе Сасскинд, отвергают предпосылку этого эксперимента и говорят, что он не может предоставить никаких доказательств голографического принципа.

Скажем, мы докажем, что вселенная является голограммой. Что бы это значило для моей повседневной жизни?

Повседневная жизнь в голографической вселенной. (Shutterstock.com)

Строго говоря, это мало что значило бы. Те же самые законы физики, с которыми вы жили всю свою жизнь, казалось бы, останутся точно такими же. Ваш дом, собака, машина и тело будут выглядеть как трехмерные объекты, как всегда.

Но в более глубоком смысле это открытие произвело бы революцию в нашем существовании на глубоком уровне.

Для вашей повседневной жизни не имеет большого значения, что Вселенная формировалась 13,8 миллиардов лет в результате внезапного бурного расширения из одной точки материи. Но открытие Большого взрыва играет важную роль в нашем нынешнем понимании истории Вселенной и нашего места в космосе.

Точно так же причудливые принципы квантовой механики — такие как запутанность, при которой две отдаленные частицы каким-то образом влияют друг на друга — также не меняют вашу повседневную жизнь. Вы не можете видеть атомы и не замечать, как они это делают. Но эти принципы — еще одна основная истина, которая сообщает нам нечто совершенно неожиданное о фундаментальной природе Вселенной.

Статья в тему:  Где находится зона 51 во вселенной dc

Доказательство голографического принципа было бы почти таким же. Живя нашей обычной жизнью, мы, вероятно, не будем много думать о странном, противоречивом факте, что мы живем в голограмме. Но открытие послужит важным шагом на пути к полному пониманию законов физики, которые определяют каждое действие, которое вы когда-либо предпринимали.

Понимание политической сферы Америки может быть ошеломляющим. Вот где Vox приходит на помощь. Мы стремимся предоставить основанную на исследованиях, интеллектуальную и доступную информацию всем, кто в ней нуждается.

Подарки читателей поддерживают эту миссию, помогая сохранить нашу работу свободной — независимо от того, добавляем ли мы нюансы контекста к неожиданным событиям или объясняем, как наша демократия дошла до этого. Несмотря на то, что мы стремимся сохранить Vox бесплатным, наш отличительный стиль объяснительной журналистики требует много ресурсов. Одной рекламы недостаточно для ее поддержки. Помогите сделать такую ​​работу бесплатной для всех, сделав подарок компании Vox сегодня.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x
Adblock
detector