Запаморочлива теорія голографічного дуалізму може привести нас у найглибші й найтемніші порожнечі Всесвіту. Якби ви впали в чорну діру, ваша подорож має приблизно такий вигляд.
Спочатку ви вдивляйтеся в насичений червоний горизонт подій безодні. За цей бар'єр світло не може проникнути. У міру наближення ваше тіло розтягується, як жувальна гумка, доки не розсиплеться в порожнечу.
Якщо в цей момент ви ще у свідомості, ви побачите, як спотворений всесвіт стискається з кожною секундою. Це вже не буде ваш всесвіт. Це буде чорна діра.
Однак, цілком ймовірно, вас швидко розірве на шматки.
Внаслідок цієї жахливої катастрофи ми, найімовірніше, ніколи не отримаємо свідчень про те, що ховається за межами горизонту подій.
Але в роботі, опублікованій цього місяця в журналі PRX Quantum, астрономи розглядають обчислювальні алгоритми, які допоможуть більш детально описати теорію, відому як "голографічний дуалізм".
Така теорія передбачає, що тривимірний всесвіт, зокрема, простір усередині чорних дір, математично пов'язаний з двовимірним всесвітом - площиною частинок і магнітними полями. По суті, він являє собою тканину простору-часу, тривимірну голограму, "спроектовану" на двовимірні мережі. Тут голографічний дуалізм пов'язаний із чистою математикою.
"Вона не була формально доведена, з точки зору суворої математики, але ми знаємо багато прикладів, коли ця дуальність справді працює", - каже провідний автор дослідження Енріко Рінальді, науковий співробітник Мічиганського університету.
Якщо голографічний дуалізм дійсно створює Всесвіт, то вченим не доведеться лізти всередину чорної діри, щоб сфотографувати її. Замість цього вони можуть вивчати легкодоступний двовимірний простір навколо об'єкта, а потім екстраполювати тривимірну архітектуру, що ховається всередині недосяжного простору.
"Часто буває так, що те, що складно обчислити з одного боку, легко отримати з іншого, - пояснює Рінальді. - Ось чому ця подвійність дуже важлива і корисна".
Учений порівнює цю ідею зі словником, у якому можна знайти слово на одній сторінці та дізнатися його значення на іншій. Нам просто потрібен якийсь покажчик, щоб з'єднати двовимірний простір-слова з їхнім тривимірним простором-визначенням. Тобто нам потрібно з'ясувати математичний зв'язок, або алгоритми Рінальді.
Однак перш ніж ми "проникнемо" всередину чорної діри, необхідно зробити кілька дивних кроків.
"Дуальність у її нинішньому вигляді застосовується до певного простору-часу, який відрізняється від простору-часу нашого Всесвіту", - стверджує Рінальді.
Іншими словами, голографічна дуальність обмежена якимось альтернативним теоретичним світом, який вчені використовують як пісочницю.
Ігровий майданчик у просторі-часі
1916 рік був важливим роком для фізики. Альберт Ейнштейн опублікував першу роботу, яка назавжди змінила світ: хроніку загальної теорії відносності. Відтоді ця теорія заслужила репутацію незламної. Але в ній є теоретичні підстави голографічного дуалізму.
Припустимо, ви власник батут і ви кидаєте в нього футбольний м'яч. Плоска поверхня змінюватиметься залежно від того, куди він упаде. Тепер додайте в сцену крихітний мармур. Він розташований уздовж кривої батута і приземлиться поруч із футбольним м'ячем.
У цій аналогії мармур - це ви, футбольний м'яч - Земля, батут - нематеріальна тканина простору і часу, просторовий час.
Згідно із загальною теорією відносності, гравітація - це "крива", якою ми падаємо, поки не опинимося на землі.
У нашому всесвіті, який, на думку експертів, відомий як "всесвіт де Сіттера", кривизна простору-часу позитивна. Це проблема.
Позитивна модель не дуже підходить для математичних рівнянь, пояснює Рінальді. Але є просте рішення. Науковці просто обчислюють матеріал у теоретичному всесвіті з негативною кривизною - у всесвіті анти-де Ситтера. Потім вони переводять свої результати назад у нашу реальність.
Перенесемося в кінець 1960-х років. Народжується теорія струн.
Допускаючи спрощення, теорія струн стверджує, що якщо розкласти атоми на елементарні частинки, а потім роздрібнити їх на ще дрібніші частинки і так далі, то в кінцевому підсумку ми отримаємо нескінченно малі вібруючі "струни".
Імовірно, з цих струн складається все, що ми знаємо: частинки, поля, просторовий час. Якщо теорія правильна, то навіть ми з вами складаємося з вихляючих шматочків. Ось чому ця концепція має таке велике значення. Можливо, вона найближче підійшла до теорії всього.
Однак, з іншого боку, деякі фізики вважають теорію струн тупиковою, оскільки ми досі не знайшли конкретних доказів і навіть передумов. Це просто красива математична модель, не більше того.
Але незалежно від цього, вона вимагає незбагненних 11-вимірних рівнянь - це означає, що "струни" кореняться у всесвіті анти-де Сіттера. А голографічний дуалізм, згідно з Рінальді, спирається на теорію струн.
"Чорні діри, які ми можемо досліджувати просто зараз за допомогою цього дуалізму, - це не ті чорні діри, які ми собі уявляємо, - каже Рінальді. - Такі чорні діри - свого роду математичний ігровий майданчик, який ми можемо використовувати для формулювання подвійності та її перевірки".
Простіше кажучи: у цьому математично ідеальному всесвіті Рінальді аналізує умоглядні об'єкти, щоб зрозуміти голографічний дуалізм. По суті, він має справу з грою в навчальному режимі. Зрозумілою як всесвіт Сьтвена Гокінга, фізична реальність.
Досягнення цього рівня, однак, є суттю всієї цієї процедури.
"Якщо ми можемо зробити це для "анти-де Сіттера", - вважає Рінальді, - тоді ми повинні зробити це для де Сіттера".
"Кінцева мета все ще полягає в тому, щоб мати можливість описати гравітацію і чорні діри в нашому Всесвіті".
Дорога в чорну діру
Спочатку коротке резюме: голографічний дуалізм може показати нам, що перебуває всередині чорної діри, оскільки він передбачає, що двомірний всесвіт пов'язаний із тривимірним всесвітом за допомогою математики.
Ми просто повинні побудувати індекс, щоб з'єднати два виміри. Але голографічний дуалізм заснований на теорії струн. Тож спершу ми маємо промальовувати індекси в нашому всесвіті-пісочниці - теоретичному, анти-де-Сіттерівському всесвіті.
Як ми прокреслимо основи? Рінальді каже: почніть із легшого боку. Це сутність, що має два виміри. Але навіть якщо виключити один бік, для аналізу нам потрібні потужні обчислювальні методи. Чим і займається фізик-теоретик.
Уявіть собі Всесвіт як ковдру, зв'язану з ниток, які мають безліч точок. Алгоритми Рінальді використовують квантові методики, щоб розрахувати, де знаходяться шукані точки і як вони пов'язані одна з одною. Мета полягає в тому, щоб намалювати "струни", а потім зібрати їх разом.
Однак дослідники все ще перебувають на стадії доведення загальних принципів. Вони позначили кілька прототипних точок за допомогою свого методу, які насправді вони нічого собою не являють. Можливо, у майбутньому метод буде розширено для вивчення складних точок, присутніх на струнах анти-де Ситтера, включно з тими, що мають відношення до чорних дір анти-де Ситтера.
Тоді ми будемо на шляху до створення індексу переходу анті-де Сіттера з 2D у 3D, який відкриє простір теоретичних чорних дір.
Потім, якщо індекс буде досить точним, його можна буде перевести в наш реальний, спостережуваний всесвіт.
Тільки після цього з'явиться остаточний індекс, що описує "нутрощі" реальних чорних дір.
Нова теорія всього?
Резонно виникає запитання: а навіщо докладати таких грандіозних зусиль?
"Ми думаємо, що дуже близькі до пояснення інформаційного парадоксу чорних дір, - сподівається Рінальді. - Якщо інформація потрапляє всередину чорної діри, то загальна теорія відносності говорить: "все зникне назавжди".
Але квантова механіка, інший основоположний принцип нашого Всесвіту, стверджує, що втратити інформацію неможливо. Вона завжди зберігається.
Можливо, вона може змінюватися, трансформуватися або адаптуватися, але вона не може зникнути. То що ж відбувається з інформацією, зануреною в космічні порожнечі?
Стівен Гокінг припускав, що ЧД повільно, але все ж випаровуються.
"Це дуже, дуже велика проблема у фізиці, - каже Рінальді. - І люди використовують дуальність, щоб зрозуміти цей парадокс".
Якщо ми зможемо зрозуміти, що знаходиться всередині екстремальних астрономічних об'єктів, то, можливо, ми зможемо довести, що так звана втрачена інформація дійсно знаходиться всередині цих об'єктів.
Джерело cnet.com
