Paul Sutter je astrofyzik na Ohio State University a hlavní vědec ve vědeckém centru COSI. Sutter je také generálním ředitelem společnosti Ask the Spaceman and Space Radio a vede společnost AstroTours po celém světě. Vědec představil zajímavý článek v časopise Expert Voices.
Koncem 90. let teoretičtí fyzici objevili pozoruhodné spojení mezi dvěma zdánlivě nesouvisejícími pojmy ve své vědě. Toto spojení je téměř nepochopitelně technické, ale může mít dalekosáhlé důsledky pro naše pochopení gravitace a dokonce i vesmíru. Pro ilustraci tohoto spojení začněme černou dírou.
Vliv černé díry na tok informací
Vědci zjistili, že když jeden kousek informace zasáhne černou díru, její povrchová plocha se zvětší o velmi přesné množství: čtverec Planckovy délky, rovný neuvěřitelně malému 1,6 x 10-35 m.
Zpočátku se nemusí zdát úplně zajímavé, že černá díra se zvětší, když do ní vstoupí hmota nebo energie, ale nejpřekvapivější je, že plocha povrchu, nikoli objem, roste v přímém poměru ke spolehlivým informacím. To je úplně na rozdíl od většiny ostatních známých objektů ve vesmíru.
Propagační video:
Žijeme v trojrozměrném prostoru?
Pro většinu objektů, které známe, existuje jediný zákon: pokud „spotřebuje“jeden kousek informace, jeho objem poroste o jednu jednotku a jeho plocha se zvětší pouze o zlomek. Ale s černými dírami se situace dramaticky mění. Je to, jako by informace neseděla uvnitř černé díry, ale místo toho se lepila na její povrch.
Černá díra je tedy plně trojrozměrným objektem v našem trojrozměrném vesmíru a může být plně reprezentována dvourozměrným povrchem.
Jak fungují hologramy?
Hologram je systém, který používá méně rozměrů. Dokáže zabalit všechny informace z původního systému.
Žijeme například ve třech prostorových dimenzích. Když se postavíte před kameru, zaznamená se vám dvojrozměrný obraz vaší tváře, ale nezachytí všechny informace. Když později prozkoumáte svou práci a použijete filtr, nemůžete například vidět zadní část hlavy, bez ohledu na to, jak otočíte obrázek. Ale hologramový záznam si všechny tyto informace uchová. I když se jedná o 2D pohled, můžete jej prozkoumat ze všech 3D úhlů.
Černá díra jako hologram
Popis černé díry jako hologramu by mohl poskytnout řešení tzv. Paradoxu informací o černé díře, tajemství, kde se informace rodí, když je hmota spotřebována černou dírou. Ale to je téma pro další článek. Koncept „černé díry jako hologramu“je také dobrým příkladem, který je třeba mít na paměti při pokusu o zobrazení celého vesmíru.
Řešení soukromých problémů
Shoda mezi zdánlivě nesouvisejícími fyzikálními odvětvími, která byla zmíněna na začátku tohoto článku, je další aplikací holografických technik, které vycházejí z neuvěřitelného modelu AdS-CFT.
AdS znamená Anti-De Sitter. Tento model představuje zvláštní řešení Einsteinovy obecné teorie relativity. Popisuje zcela prázdný vesmír s negativním prostorovým zakřivením.
Je to poněkud nudný vesmír: neobsahuje žádnou hmotu ani energii a paralelní linie se nakonec liší podle polohy základní geometrie. I když tento proces nemusí popisovat vesmír, alespoň naznačuje, že život na Zemi má začátek. Tento poněkud uvolněný model vesmíru má nezbytné matematické vlastnosti, aby byla teorie směsí relevantní.
Teorie pole
Druhou stranou korespondence je struktura nazývaná teorie konformního pole. Teoretická fyzika se odrazuje od svých polních teorií. Toto jsou páky, které vědci používají k vytváření různých kvantových teorií používaných k popisu tří ze čtyř přírodních sil.
Elektromagnetismus, silná jaderná síla a slabá jaderná síla by se daly popsat pomocí teorie pole a za poslední půlstoletí lidstvo často praktikovalo jejich použití.
Je třeba pochopit, proč je toto spojení tak důležité. Řekněme, že se snažíte řešit opravdu těžký problém, jako je kvantová gravitace, pomocí strunové teorie, což je pokus vysvětlit všechny základní síly a částice ve vesmíru z hlediska malých vibračních řetězců. Ve skutečnosti je to tak složitý problém, že jej nikdo nenalezl řešení navzdory desetiletím pokusů.
Korespondence AdS-CFT nám říká, že holografické techniky lze použít k zbavení světa této bolesti hlavy.
Místo toho, abychom se pokusili vyřešit problém kvantové gravitace v našem trojrozměrném vesmíru, nám umožňuje AdS-CFT přejít k rovnocennému problému na okraji vesmíru, který je představován pouze dvěma rozměry a neobsahuje gravitaci.
Rovnice teorie pole
Téměř nemožný matematický počet teorie strun je nahrazen sadou jednoduše šíleně obtížných rovnic teorie pole. To vám umožní najít řešení problémů bez gravitace, což vám zabrání v přenosu řešení zpět do normálního trojrozměrného vesmíru a provedení jakýchkoli předpovědí. Vypadá to jako skvělý nápad a způsob, jak podvádět přírodu obcházením gravitačních mechanismů. A to by se mohlo ukázat jako skvělý způsob „vyřešení“kvantové gravitace.
Existující rozpory
V současné době však existují rozpory. Nejprve nežijeme ve vesmíru anti-de Sitter. Náš vesmír je plný hmoty, záření a temné energie a má téměř úplně plochou geometrii.
Existuje podobná korespondence, která funguje v našem skutečném vesmíru? Možná teoretici tvrdě pracují na nalezení „hranice“, považované za korespondenci AdCa-CFT s kosmologickým horizontem - hranici toho, co můžeme vidět v našem pozorovatelném vesmíru.
Všechno by bylo pochopitelné, až na to, že žijeme v dynamickém časoprostoru s neustále rostoucím prostorem a tato hranice se neustále mění. Tato pozice není v moderních teoriích dostatečně vysvětlena.
Když se přesuneme z modelu popsaného astrofyzikem Sitterem k jednoduššímu modelu hranice používajícímu teorii konformního pole, nové systémy rovnic jsou v zásadě řešitelné.
Stále existují, ale často vypadají fantasticky, katastrofálně, děsivě a nerozpustně.
Existuje tedy hologram?
I když se ukázalo, že odkaz AdS-CFT je užitečný pro řešení problému kvantové gravitace a fyzici by mohli najít způsob, jak navigovat problémy a učinit tuto metodu relevantní pro vesmír, ve kterém žijeme, neznamená to, že skutečně žijeme v hologramu.
Je chybou si myslet, že model AdS-CFT je vhodný způsob, jak řešit gravitační problémy našeho vesmíru gravitací ve třech rozměrech.
To vše je iluze a my opravdu žijeme v dvourozměrném prostoru bez gravitace. Matematické zařízení tak pohodlné, jak to nemění naše názory na základní podstatu reality.
Pokud jsou holografické principy užitečné pro řešení problémů, neznamená to, že žijeme v hologramu. A i kdybychom skutečně žili v hologramu, stejně bychom nebyli schopni rozeznat rozdíl.
Maya Muzashvili