Метка: Космология

Опубликовано

Вселенная как одна большая голограмма

В середине декабря 2013 года ряд специализированных научных и научно-популярных ресурсов буквально взорвался заголовками «Результаты компьютерного моделирования подтверждают, что наша Вселенная – голограмма». Всему виной – редакторы сайта Nature News, заметившие две публикации японских физиков-теоретиков, поступившие в репозиторий ArXiv ещё в ноябре 2013 года.

Эта история началась еще в конце прошлого века, когда Стивен Хокинг и Джейкоб Бекенстайн показали, что черные дыры на самом деле не такие уж и черные – чуть-чуть, но все же они излучают. Практически одновременно с ними, в 1973 году, советские физики Яков Зельдович и Алексей Старобинский, решая релятивистские уравнения квантовой механики для частного случая вращающихся черных дыр, пришли к выводу, что они должны испускать частицы в процессе поглощения вещества. В 1974 году Стивен Хокинг объяснил этот эффект квантовыми флуктуациями вблизи горизонта событий – грубо говоря, края того, что мы сегодня называем черной дырой. Но самое интересное даже не это – а то, что, глядя на спектральные характеристики излучения Хокинга, физики пришли к выводу о необратимой утрате информации, попадающей в черную дыру. Впрочем, далеко не все – так, в 1997 году состоялся знаменитый спор Торна, Хокинга и Прескилла, в котором, кстати, поучаствовал и мой научный руководитель, сотрудничавший с группой Кипа Торна в проекте по обнаружению гравитационно-волнового излучения.

Почему этот вопрос так важен для физиков? Все дело в том, что, во-первых, информация неразрывно связана с энтропией – важнейшей термодинамической величиной. Напомню, что Планк вывел свою формулу излучения черного тела решая задачу об энтропии, и эта формула стала одной из основ квантовой механики, да и упомянутый выше Бекенстайн также пришел к выводу об излучении черной дыры, пытаясь рассчитать её энтропию. А, во-вторых, получалось так, что физики нашли область экстремальных состояний, каковым является сингулярность (если по-простому – очень много массы в очень маленьком объеме), в которых постулаты общей теории относительности противоречат постулатам квантовой механики, в частности, квантовому детерминизму. При этом и та, и другая теория весьма неплохо подтверждаются практикой, особенно квантовая механика, без которой современное развитие техники было бы просто невозможно. В поисках решения парадокса Хокинга многие ученые надеялись также продвинуться в создании теории квантовой гравитации. Ну, а в-третьих, большинство физических законов может быть выведено… из уравнений, связывающих с собой информацию и энтропию. Тем, кто хочет погрузиться глубже в эту тематику, рекомендую ознакомиться с вышедшей в этом году научно-популярной книгой Сета Ллойда «Программируя Вселенную. Квантовый компьютер и будущее науки» и убедиться в том, что «защита информации = защита Вселенной» – не только замечательный лозунг нашей компании, но и научно достоверное утверждение.

В том же 1997 году, когда Хокинг, Торн и Прескилл заключили свое пари о судьбе информации в недрах черной дыры, аргентинский физик Хуан Малсадена высказал гипотезу, что общую теорию относительности, квантовую теорию, и набиравшую в те годы популярность теорию суперструн можно связать преобразованием, аналогичным голографическому. И вот в конце ноября этого года группа японских теоретиков во главе с Йошифуми Хьяфутаке опубликовала в ArXiv сразу две статьи, в которых они рассчитали массу и энергию черной дыры, границу горизонта событий и свойства проходящих через него частиц – и свойства хокинговского излучения. В одной статье ученые использовали постулаты теории струн, а во второй моделировали Вселенную как голографическое изображение низкоразмерного пространства, в котором отсутствует гравитация. Результаты расчетов двух статей хорошо согласуются друг с другом – и постулируют, что информация в черной дыре действительно не исчезает необратимо. Это, впрочем, Стивен Хокинг и сам признал в 2004 году, признав свое поражение в споре с Прескиллом и Торном.

Выводы японских теоретиков еще будут подвергнуты всесторонней проверке и обсуждению, но если они верны, то ученые получат в свое распоряжение еще один ключ к пониманию того, как устроена наш мир. А мы – еще одно подтверждение нашего лозунга о том, что защищая информацию – защищаем Вселенную!

Владимир Брагинский (мой научный руководитель, у которого я защищался на физфаке), кстати, в том споре Хокинга, Торна и Прескилла выиграл бутылку коньяка.

Ссылки по теме: