Наша Вселенная – это голограмма? И при чем тут черные дыры?

Одна из наиболее многообещающих попыток объяснить гравитацию – это попытка взглянуть на нее иначе, например, как на что-то вроде голограммы — трехмерного эффекта, который появляется на плоской двумерной поверхности. Идея заключается в том, что нам лишь кажется, что мы живем в трехмерной вселенной – на самом деле изменений может быть только два. Такой взгляд на мир называется голографическим принципом. Итак, представим, что некоторая удаленная двумерная поверхность содержит все данные, необходимые для полного описания нашего мира, и, как и в голограмме, эти данные проецируются в трех измерениях. Подобно персонажам на экране телевизора, мы живем на плоской поверхности, которая выглядит так, будто у нее есть глубина.

Как понять Вселенную

Безусловно, голографическая Вселенная кажется абсурдом. Но когда физики, исходя из расчетов, предполагают нечто подобное, это означает, что всевозможные фундаментальные физические проблемы — например природа черных дыр и согласование гравитации и квантовой механики — становятся проще. Если совсем просто, то законы физики имеют больше смысла, когда описаны в двух измерениях, а не в трех.

Однако существуют важные различия. Во-первых, не существует прямых доказательств того, что наша Вселенная является двумерной голограммой. Во-вторых, подобные вычисления – не то же самое, что математическое доказательство.

Голограмма – это изображение системы, полученное при помощи меньшего количества измерений, способное вместить в себя всю информацию из оригинальной системы.

Скорее, это интригующие предположения. Сомнения вызывает также тот факт, что проверить эту теорию экспериментальным путем невозможно. И все же, сама идея того, что наша Вселенная – голограмма, возникла из пары парадоксов, которые касаются странной физики черных дыр.

Хранят ли черные дыры информацию?

В 1974 году знаменитый физик-теоретик Стивен Хокинг обнаружил, что черные дыры испускают небольшое количество излучения с течением времени. Когда эта энергия уйдет с горизонта событий — внешнего края черной дыры — черная дыра должна полностью исчезнуть. Эта идея породила так называемую проблему потери информации в черной дыре.

Долгое время считалось, что физическая информация не может быть уничтожена: все частицы сохраняют свою первоначальную форму, а если они изменяются, то влияют на другие частицы. Таким образом в конце жизненного цикла черной дыры можно определить исходное состояние набора частиц.

Кто знает, быть может наш мир и вся Вселенная – это голограмма

Но тут возникает проблема: если черная дыра исчезает, то вся информация, присутствующая в любом поглощенном объекте, по-видимому, исчезает тоже.

В конце ХХ века исследователи предположили, что когда объект оказывается внутри черной дыры, то оставляет после себя своего рода 2D-отпечаток, информация о котором закодирована на горизонте событий. Позже, когда излучение покидает черную дыру, оно улавливает отпечаток этих данных.

Таким образом информация на самом деле не исчезает бесследно. Проведенные расчеты показали, что хранить информацию можно только на двумерной поверхности черной дыры. И с помощью этой информации можно полностью описать любые, казалось бы, трехмерные объекты внутри нее.

Вся информация, содержащаяся в некой области пространства, может быть представлена как «голограмма»

Напомним, что черные дыры ведут себя в соответствии с Общей теорией относительности Эйнштейна. Но крошечные частицы за пределами черных дыр играют по правилам Стандартной модели физики элементарных частиц, которая описывает Вселенную в абсолютных мельчайших масштабах.

От черных дыр до всей Вселенной

Взгляд на всю Вселенную как на двумерный объект, который лишь кажется трехмерным, может помочь решить некоторые более серьезные проблемы в теоретической физике. Дело в том, что математика работает вне зависимости от того, идет ли речь о черной дыре, планете или целой Вселенной.

Более того, рассматривая вселенную в двух измерениях, исследователи смогли создать теорию струн — широкую структуру, в которой основными строительными блоками Вселенной являются одномерные струны, а не частицы – четко согласованной с хорошо установленными законами физики элементарных частиц. Можно даже сказать, что голографический принцип объединил теорию гравитации с теориями физики частиц.

И да, все это все сильно отличается от утверждения о том, что наша Вселенная — а не эта странная гипотетическая — является голограммой.

Математически, Вселенная требует только двух измерений. Все остальное – лишь иллюзия

Но несмотря на отсутствие доказательств, голографический принцип предсказывает, что существует предел того, сколько информации может содержать пространство-время, потому что наше кажущееся трехмерным пространство-время кодируется ограниченным количеством 2D-информации.

Голографическая двойственность также предполагает, что трехмерная вселенная, подобно пространству внутри черных дыр, математически связана с двумерной вселенной. И если математика действительно является языком Вселенной, то когда-нибудь ученые найдут ответы на многочисленные вопросы о том, является ли наш мир симуляцией, частью бесконечной Мультивселенной или чем-то совершенно иным, о чем никто на нашей голубой планете пока не знает.