Paul Sutter este astrofizician la Universitatea de Stat din Ohio și om de știință la Centrul științific COSI. Sutter este, de asemenea, directorul companiei Ask the Spaceman și Space Radio și conduce AstroTours la nivel mondial. Savantul a prezentat un articol interesant în revista Expert Voices.
La sfârșitul anilor 90, fizicienii teoretici au descoperit o legătură remarcabilă între două concepte aparent nelegate în știința lor. Această conexiune este aproape incomprensibil tehnică, dar poate avea implicații de anvergură pentru înțelegerea noastră a gravitației și chiar a universului. Pentru a ilustra această conexiune, să începem cu o gaură neagră.
Influența unei găuri negre asupra fluxului de informații
Cercetătorii au descoperit că atunci când un pic de informație lovește o gaură neagră, suprafața sa crește cu o cantitate foarte precisă: pătratul lungimii lui Planck, egal cu 1,6 x 10-35 m incredibil de mic.
Inițial, poate să nu pară în întregime interesant faptul că o gaură neagră devine mai mare atunci când materia sau energia intră în ea, dar cel mai surprinzător este faptul că suprafața, nu volumul, crește în proporție directă cu informații fiabile. Acest lucru este complet diferit de majoritatea celorlalte obiecte cunoscute din univers.
Video promotional:
Trăim în spațiul tridimensional?
Pentru majoritatea obiectelor cu care suntem familiari, există o singură lege: dacă „consumă” un bit de informație, volumul său va crește cu o unitate, iar suprafața sa va crește doar cu o fracție. Dar, cu găuri negre, situația se schimbă dramatic. Este ca și cum informația nu se află în interiorul găurii negre, ci în schimb se lipește de suprafața sa.
Astfel, o gaură neagră este un obiect tridimensional complet în universul nostru tridimensional și poate fi reprezentată pe deplin de o suprafață bidimensională.
Cum funcționează hologramele?
O hologramă este un sistem care folosește mai puține dimensiuni. Poate împacheta toate informațiile din sistemul original.
De exemplu, trăim în trei dimensiuni spațiale. Când pozezi în fața camerei, înregistrează o imagine în două dimensiuni a feței tale, dar nu captează toate informațiile. Atunci când vă examinați mai târziu munca și utilizați filtrul, nu puteți, de exemplu, să vedeți partea din spate a capului, indiferent de cum rotiți imaginea. Însă înregistrarea hologramă va păstra toate aceste informații. Chiar dacă aceasta este o vedere 2D, puteți să o explorați încă din toate unghiurile 3D.
Gaură neagră ca hologramă
Descrierea unei găuri negre ca o hologramă ar putea oferi o soluție la așa-numitul paradox al informațiilor cu gaura neagră, misterul în care informațiile se nasc atunci când materia este consumată de o gaură neagră. Dar acesta este un subiect pentru un alt articol. Conceptul de „gaură neagră ca hologramă” este, de asemenea, un bun exemplu de care trebuie să țineți cont atunci când încercați să vedeți întregul univers.
Rezolvarea problemelor private
Corespondența dintre ramurile aparent fără legătură ale fizicii menționate la începutul acestui articol este o altă aplicație a tehnicilor holografice care provine din incredibilul model AdS-CFT.
AdS reprezintă Anti-De Sitter. Acest model reprezintă o soluție particulară la teoria generală a relativității a lui Einstein. Descrie un univers complet gol, cu o curbură spațială negativă.
Este un univers destul de plictisitor: nu conține materie sau energie, iar liniile paralele devin în cele din urmă bazate pe poziția geometriei de bază. Deși acest proces nu poate descrie universul, cel puțin sugerează că viața pe pământ are un început. Acest model oarecum relaxat al universului are proprietățile matematice necesare pentru a face ca teoria compusului să fie relevantă.
Teoria câmpurilor
Cealaltă parte a corespondenței este o structură numită teoria câmpului conformal. Fizica teoretică se respinge cu teoriile sale de teren. Acestea sunt pârghiile utilizate de oamenii de știință pentru a crea o varietate de teorii cuantice utilizate pentru a descrie trei dintre cele patru forțe ale naturii.
Electromagnetismul, forța nucleară puternică și forța nucleară slabă ar putea fi descrise prin teoria câmpurilor, iar în ultima jumătate de secol, omenirea a practicat adesea utilizarea lor.
Trebuie înțeles de ce această conexiune este atât de importantă. Să spunem că încercați să rezolvați o problemă cu adevărat grea, cum ar fi gravitația cuantică, folosind teoria șirurilor, care este o încercare de a explica toate forțele și particulele fundamentale din univers în termeni de șiruri vibrante minuscule. De fapt, aceasta este o problemă atât de complexă, încât nimeni nu a găsit o soluție pentru aceasta, în ciuda deceniilor de încercare.
Corespondența AdS-CFT ne spune că tehnicile holografice pot fi folosite pentru a scăpa lumea de această durere de cap.
În loc să încerce să rezolve problema gravitației cuantice în universul nostru tridimensional, AdS-CFT ne permite să trecem la o problemă echivalentă la marginea universului, care este reprezentată doar de două dimensiuni și nu conține gravitație.
Ecuațiile teoriei de câmp
Aproape imposibilul calcul matematic al teoriei șirurilor este înlocuit de un set de ecuații de teorie de câmp pur nesimțit de dificile. Acest lucru vă permite să găsiți soluții la probleme fără nicio gravitate, ceea ce vă împiedică să transferați soluția înapoi în universul tridimensional normal și să faceți predicții. Totul pare o idee grozavă și o modalitate de a păcăli natura ocolind mecanismele gravitaționale. Și asta s-ar putea dovedi o modalitate genială de „rezolvare” a gravitației cuantice.
Contradicții existente
În acest moment însă există unele contradicții. În primul rând, nu trăim într-un univers anti-Sitter. Universul nostru este plin de materie, radiație și energie întunecată și are o geometrie aproape complet plană.
Există o corespondență similară care funcționează în universul nostru real? S-ar putea ca teoreticienii să muncească din greu pentru a găsi „granița” luată pentru corespondența AdCa-CFT la orizontul cosmologic - limita a ceea ce putem vedea în Universul nostru observabil.
Totul ar fi de înțeles, cu excepția momentului în care trăim într-un spațiu-timp dinamic, cu un spațiu în continuă creștere, iar această graniță este în continuă schimbare. Această poziție nu este bine explicată în teoriile moderne.
Într-adevăr, atunci când trecem de la modelul descris de astrofizicist Sitter la un model de graniță mai simplu, folosind teoria câmpurilor conformale, noile sisteme de ecuații sunt în mod fundamental rezolvabile.
Există în continuare, dar par adesea fantastice, dezastruoase, înspăimântătoare și insolubile.
Deci există o hologramă?
Chiar dacă legătura AdS-CFT s-a dovedit a fi utilă pentru rezolvarea problemei gravitației cuantice și fizicienii ar putea găsi o modalitate de a naviga problemele și de a face această metodă relevantă pentru universul în care trăim, acest lucru nu înseamnă că trăim de fapt într-o hologramă.
Este o greșeală să ne gândim că modelul AdS-CFT este o modalitate convenabilă de a rezolva problemele gravitaționale ale universului nostru cu gravitația în trei dimensiuni.
Aceasta este o iluzie și trăim cu adevărat într-un spațiu bidimensional fără gravitație. Un dispozitiv matematic la fel de convenabil ca acesta nu ne schimbă părerile cu privire la natura fundamentală a realității.
Dacă principiile holografice sunt utile pentru rezolvarea problemelor, aceasta nu înseamnă că trăim într-o hologramă. Și chiar dacă am trăi cu adevărat într-o hologramă, oricum nu am fi capabili să spunem diferența.
Maya Muzashvili
