Paul Sutter on Ohio Riikliku Ülikooli astrofüüsik ja teaduskeskuse COSI juhtivteadur. Sutter on ka Ask Spacemani ja Space Radio raadiodirektor ning juhib AstroTours'i kogu maailmas. Teadlane esitas ajakirjas Expert Voices huvitava artikli.
1990. aastate lõpus avastasid teoreetilised füüsikud oma teaduses tähelepanuväärse seose kahe näiliselt omavahel mitteseotud mõiste vahel. See seos on peaaegu arusaadavalt tehniline, kuid sellel võib olla kaugeleulatuv mõju meie arusaamale gravitatsiooni ja isegi universumi kohta. Selle seose illustreerimiseks alustame musta auku.
Musta augu mõju teabe liikumisele
Teadlased leidsid, et kui üks natuke teavet tabab musta auku, suureneb selle pindala väga täpselt: Plancki pikkuse ruut võrdub uskumatult väikese 1,6 x 10-35 m-ga.
Esialgu ei pruugi tunduda täiesti huvitav, kui must auk muutub materjali või energia sisenemisel suuremaks, kuid kõige üllatavam on see, et pindala, mitte maht, kasvab otseses proportsioonis usaldusväärse teabega. See erineb enamikust teistest universumis teadaolevatest objektidest.
Reklaamvideo:
Kas me elame kolmemõõtmelises ruumis?
Enamiku meile tuttavate objektide jaoks kehtib ühtne seadus: kui see "tarbib" ühte bitti teavet, kasvab selle maht ühe ühiku võrra ja selle pindala kasvab ainult murdosaga. Kuid mustade aukudega olukord muutub dramaatiliselt. Justkui teave ei asu musta augu sees, vaid kleepub selle pinnale.
Seega on must auk meie kolmemõõtmelises universumis täielikult kolmemõõtmeline objekt ja seda saab täielikult esindada kahemõõtmeline pind.
Kuidas hologrammid toimivad?
Hologramm on süsteem, mis kasutab vähem mõõtmeid. See võib pakkida kogu teabe algsest süsteemist.
Näiteks elame kolmes ruumilises mõõtmes. Kui poseerite kaamera ette, salvestab see teie näo kahemõõtmelise pildi, kuid see ei kata kogu teavet. Hiljem oma tööd uurides ja filtrit kasutades ei näe te näiteks oma pea tagumist osa, vaatamata sellele, kuidas pilti pöörate. Kuid hologrammi salvestus säilitab kogu selle teabe. Kuigi see on kahemõõtmeline vaade, saate seda siiski vaadata kõigi 3D-nurkade alt.
Must auk hologrammina
Musta augu kirjeldamine hologrammina võiks pakkuda lahenduse niinimetatud musta augu teabe paradoksile, mis on mõistatus, kus teave sünnib, kui ainet kasutab must auk. Kuid see on teise artikli teema. Mõiste "must auk kui hologramm" on ka hea näide, mida kogu universumi vaatlemisel silmas pidada.
Eraprobleemide lahendamine
Selle artikli alguses mainitud näiliselt sõltumatute füüsikaharude omavaheline vastavus on holograafiliste tehnikate veel üks rakendus, mis pärineb uskumatust AdS-CFT mudelist.
AdS on Anti-De Sitter. See mudel esindab konkreetset lahendust Einsteini üldisele relatiivsusteooriale. See kirjeldab negatiivse ruumilise kõverusega täiesti tühja universumit.
See on üsna igav universum: see ei sisalda ainet ega energiat ja paralleelsed jooned erinevad lõpuks aluseks oleva geomeetria asukoha põhjal. Ehkki see protsess ei pruugi universumit kirjeldada, viitab see vähemalt sellele, et maakera elul on algus. Sellel pisut lõdvestunud universumi mudelil on vajalikud matemaatilised omadused ühenditeooria oluliseks muutmiseks.
Põlluteooria
Kirjavahetuse teine külg on struktuur, mida nimetatakse konformaalseks väljateooriaks. Teoreetiline füüsika tõrjub oma valdkonnateooriatega. Need on hoovad, mida teadlased kasutasid mitmesuguste kvantteooriate loomiseks, mida kasutati kolmest loodusjõust neljast.
Elektromagnetismi, tugevat tuumajõudu ja nõrka tuumajõudu võiks kirjeldada väljateooria abil ja viimase poole sajandi jooksul on inimkond nende kasutamist sageli praktiseerinud.
Tuleks aru saada, miks see seos on nii oluline. Ütleme, et proovite lahendada sellist keerulist probleemi nagu kvantgravitatsioon, kasutades stringiteooriat, mis on katse selgitada kõiki universumi põhijõude ja osakesi pisikeste vibreerivate stringidena. Tegelikult on see nii keeruline probleem, et hoolimata aastakümnetepikkustest püüdlustest pole keegi sellele lahendust leidnud.
AdS-CFT-i kirjavahetus ütleb meile, et holograafilisi tehnikaid saab kasutada selle peavalu maailmast vabanemiseks.
Selle asemel, et proovida lahendada kvantgravitatsiooni probleemi meie kolmemõõtmelises universumis, võimaldab AdS-CFT liikuda universumi servas asuva samaväärse probleemi juurde, mida esindab ainult kaks mõõdet ja mis ei sisalda gravitatsiooni.
Väljateooria võrrandid
Lülitusteooria peaaegu võimatu matemaatiline arvutamine asendatakse lihtsalt meeletult raskete väljateooria võrrandite komplektiga. See võimaldab teil probleemidele lahendusi leida ilma igasuguse raskuseta, mis takistab teil lahenduse ülekandmist tagasi tavalisse kolmemõõtmelisse universumisse ja ennustuste tegemist. See kõik näeb välja suurepärane idee ja viis looduse trükkimiseks, kui minna mööda gravitatsioonilistest mehhanismidest. Ja see võib osutuda geniaalseks viisiks kvantgravitatsiooni "lahendamiseks".
Olemasolevad vastuolud
Kuid praegu on mõned vastuolud. Esiteks, me ei ela anti-de Sitter-universumis. Meie Universum on täis ainet, kiirgust ja tumedat energiat ning sellel on peaaegu täiesti tasane geomeetria.
Kas on olemas sarnane kirjavahetus, mis töötab ka meie reaalses universumis? Võib-olla teevad teoreetikud kõvasti tööd, et leida "piir", mida võetakse AdCa-CFT-i vastavusena kosmoloogilisele horisondile - selle piir, mida me oma vaadeldavas universumis võime näha.
Kõik oleks mõistetav, välja arvatud hetk, mil elame dünaamilises aegruumis, kus on pidevalt kasvav ruum, ja see piir muutub pidevalt. Seda seisukohta pole tänapäevastes teooriates hästi seletatud.
Tõepoolest, kui liikuda astrofüüsik Sitteri kirjeldatud mudeli juurest konformaalse välja teooria abil lihtsama piirimudeli juurde, on uued võrrandisüsteemid põhimõtteliselt lahendatavad.
Neid on endiselt olemas, kuid sageli näevad nad välja fantastilised, katastroofilised, hirmutavad ja lahendamatud.
Kas hologramm eksisteerib?
Isegi kui AdS-CFT-link osutus kvantgravitatsiooni probleemi lahendamisel kasulikuks ja füüsikud võiksid leida viisi probleemides navigeerimiseks ja selle meetodi muutmiseks selle universumi jaoks, milles me elame, asjakohaseks, ei tähenda see, et me tegelikult hologrammis elaksime.
Viga on arvata, et AdS-CFT mudel on mugav viis lahendada meie universumi gravitatsiooniprobleeme raskusjõuga kolmes mõõtmes.
See kõik on illusioon ja me elame tõesti kahemõõtmelises ruumis ilma gravitatsioonita. Nii mugav matemaatiline seade kui see ei muuda meie vaateid reaalsuse põhimõttelise olemuse kohta.
Kui holograafilised põhimõtted on probleemide lahendamisel kasulikud, ei tähenda see, et elame hologrammis. Ja isegi kui me tõesti elaksime hologrammis, ei saaks me niikuinii erinevust öelda.
Maya Muzashvili
