Paul Sutter je astrofyzik na Štátnej univerzite v Ohiu a hlavný vedec vo vedeckom centre COSI. Sutter je tiež výkonným riaditeľom spoločnosti Spaceman a Space Radio a vedie spoločnosť AstroTours po celom svete. Vedec predstavil zaujímavý článok v časopise Expert Voices.
Koncom 90. rokov teoretickí fyzici objavili pozoruhodné spojenie medzi dvoma zdanlivo nesúvisiacimi koncepciami vo svojej vede. Toto spojenie je takmer nepochopiteľne technické, ale môže mať ďalekosiahle dôsledky pre naše pochopenie gravitácie a dokonca aj vesmíru. Na ilustráciu tohto spojenia začnime čiernou dierou.
Vplyv čiernej diery na tok informácií
Vedci zistili, že keď jeden kúsok informácií zasiahne čiernu dieru, jej povrchová plocha sa zväčší o veľmi presné množstvo: štvorec Planckovej dĺžky, ktorý sa rovná neuveriteľne malým 1,6 x 10 - 35 m.
Spočiatku sa nemusí zdať úplne zaujímavé, že čierna diera sa zväčší, keď do nej vstúpi hmota alebo energia, ale najviac prekvapujúce je, že plocha povrchu, nie objem, rastie v priamom pomere k spoľahlivým informáciám. Toto je úplne na rozdiel od väčšiny ostatných známych objektov vo vesmíre.
Propagačné video:
Žijeme v trojrozmernom priestore?
Pre väčšinu predmetov, ktoré poznáme, existuje jediný zákon: ak „spotrebuje“jeden bit informácie, jeho objem porastie o jednu jednotku a jeho povrchová plocha porastie iba o zlomok. Ale s čiernymi dierami sa situácia dramaticky mení. Je to, akoby sa informácie nenachádzali vo vnútri čiernej diery, ale aby sa lepili na jej povrch.
Čierna diera je teda plne trojrozmerným objektom v našom trojrozmernom vesmíre a môže byť plne reprezentovaná dvojrozmerným povrchom.
Ako fungujú hologramy?
Hologram je systém, ktorý používa menej rozmerov. Dokáže zabaliť všetky informácie z pôvodného systému.
Žijeme napríklad v troch priestorových dimenziách. Keď stojíte pred kamerou, zaznamená dvojrozmerný obraz vašej tváre, ale nezachytí všetky informácie. Keď neskôr preskúmate svoju prácu a použijete filter, nemôžete napríklad vidieť zadnú časť hlavy bez ohľadu na to, ako otočíte obrázok. Ale záznam hologramu si zachová všetky tieto informácie. Aj keď ide o 2D zobrazenie, stále ho môžete preskúmať zo všetkých 3D uhlov.
Čierna diera ako hologram
Opísanie čiernej diery ako hologramu by mohlo poskytnúť riešenie tzv. Paradoxu informácií o čiernych dierach, záhade, kde sa zrodia informácie, keď hmotu spotrebuje čierna diera. Ale to je téma pre iný článok. Koncept „čiernej diery ako hologramu“je tiež dobrým príkladom, ktorý treba mať na pamäti pri pokuse o zobrazenie celého vesmíru.
Riešenie súkromných problémov
Zhoda medzi zdanlivo nesúvisiacimi odvetviami fyziky uvedenými na začiatku tohto článku je ďalšou aplikáciou holografických techník, ktorá vychádza z neuveriteľného modelu AdS-CFT.
AdS znamená Anti-De Sitter. Tento model predstavuje konkrétne riešenie Einsteinovej všeobecnej teórie relativity. Opisuje úplne prázdny vesmír s negatívnym priestorovým zakrivením.
Je to dosť nudný vesmír: neobsahuje žiadnu hmotu ani energiu a paralelné čiary sa nakoniec líšia podľa polohy základnej geometrie. Aj keď tento proces nemusí popisovať vesmír, prinajmenšom naznačuje, že život na Zemi má začiatok. Tento trochu uvoľnený model vesmíru má potrebné matematické vlastnosti, aby bola teória zložených látok relevantná.
Teória poľa
Druhou stranou korešpondencie je štruktúra nazývaná teória konformného poľa. Teoretická fyzika sa odpudzuje svojimi teóriami v teréne. Toto sú páky, ktoré používajú vedci na vytvorenie množstva kvantových teórií, ktoré sa používajú na opis troch zo štyroch prírodných síl.
Elektromagnetizmus, silná jadrová sila a slabá jadrová sila sa dajú opísať pomocou teórie poľa a za posledné polstoročie ľudstvo často praktizovalo ich použitie.
Malo by byť zrejmé, prečo je toto spojenie také dôležité. Povedzme, že sa snažíte vyriešiť skutočne ťažký problém, ako je kvantová gravitácia, pomocou teórie strún, čo je pokus vysvetliť všetky základné sily a častice vo vesmíre pomocou malých vibračných reťazcov. V skutočnosti je to taký zložitý problém, že nikto nenájde riešenie napriek desaťročiam pokusov.
Korešpondencia AdS-CFT hovorí, že holografické techniky možno použiť na zbavenie sveta bolesti hlavy.
Namiesto toho, aby sme sa snažili vyriešiť problém kvantovej gravitácie v našom trojrozmernom vesmíre, AdS-CFT nám umožňuje prejsť k rovnocennému problému na okraji vesmíru, ktorý predstavuje iba dve dimenzie a neobsahuje gravitáciu.
Teórie poľa
Takmer nemožný matematický počet teórie strún sa nahrádza skupinou jednoducho šialene zložitých rovníc teórie poľa. To vám umožní nájsť riešenia problémov bez gravitácie, čo vám zabráni preniesť riešenie späť do normálneho trojrozmerného vesmíru a urobiť akékoľvek predpovede. Vyzerá to ako skvelý nápad a spôsob, ako oklamať prírodu obchádzaním gravitačných mechanizmov. A to by sa mohlo ukázať ako vynikajúci spôsob „riešenia“kvantovej gravitácie.
Existujúce rozpory
V súčasnosti však existujú určité rozpory. Po prvé, nežijeme vo vesmíre anti-de Sitter. Náš vesmír je plný hmoty, žiarenia a temnej energie a má takmer úplne plochú geometriu.
Existuje podobná korešpondencia, ktorá funguje v našom skutočnom vesmíre? Je možné, že teoretici tvrdo pracujú na tom, aby našli „hranicu“, ktorá sa berie za korešpondenciu AdCa-CFT s kozmologickým horizontom - hranicu toho, čo vidíme v našom pozorovateľnom vesmíre.
Všetko by bolo pochopiteľné, až na to, že žijeme v dynamickom časopriestore s neustále rastúcim priestorom a táto hranica sa neustále mení. Táto pozícia nie je v moderných teóriách dostatočne vysvetlená.
Keď sa presunieme z modelu, ktorý opísal astrofyzik Sitter, na jednoduchší model hraníc využívajúci teóriu konformného poľa, nové systémy rovníc sú v zásade riešiteľné.
Stále existujú, ale často vyzerajú fantasticky, katastrofálne, desivo a nerozpustne.
Existuje teda aj hologram?
Aj keď sa ukázalo, že odkaz AdS-CFT je užitočný na vyriešenie problému kvantovej gravitácie a fyzici by mohli nájsť spôsob, ako tieto problémy navigovať a urobiť túto metódu relevantnou pre vesmír, v ktorom žijeme, neznamená to, že skutočne žijeme v holograme.
Je chybou si myslieť, že model AdS-CFT je pohodlný spôsob, ako gravitačné problémy nášho vesmíru vyriešiť pomocou gravitácie v troch rozmeroch.
To všetko je ilúzia a my skutočne žijeme v dvojrozmernom priestore bez gravitácie. Matematické zariadenie tak pohodlné, ako to nemení naše názory na základnú podstatu reality.
Ak sú holografické princípy užitočné pri riešení problémov, neznamená to, že žijeme v holograme. A aj keby sme skutočne žili v holograme, rozdiel by sme nedokázali povedať.
Maya Muzashvili