Голографическая вселенная приоткрывает вход в черные дыры

Умопомрачительная теория голографического дуализма может привести нас в самые глубокие и темные пустоты Вселенной, передает Альтернативная наука.

Если бы вы упали в черную дыру, ваше путешествие выглядит примерно так.

Сначала вы всматривайтесь в насыщенный красный горизонт событий бездны. За этот барьер свет не может проникнуть. По мере приближения ваше тело растягивается, как жевательная резинка, пока не рассыпется в пустоту.

Если в этот момент вы еще в сознании, вы увидите, как искаженная вселенная сжимается с каждой секундой. Это уже не будет ваша вселенная. Это будет черная дыра.

Однако, по всей вероятности, вас быстро разорвет на куски.

Вследствие этой ужасающей катастрофы мы, скорее всего, никогда не получим свидетельств о том, что скрывается за пределами горизонта событий.

Но в работе, опубликованной в этом месяце в журнале PRX Quantum, астрономы рассматривают вычислительные алгоритмы, которые помогут более детально описать теорию, известную как "голографический дуализм".

Такая теория предполагает, что трехмерная вселенная, в частности, пространство внутри черных дыр, математически связана с двумерной вселенной, - плоскостью частиц и магнитными полями. По сути, она представляет собой ткань пространства-времени, трехмерную голограмму, "спроецированную" на двухмерные сети. Здесь голографический дуализм связан с чистой математикой.

"Она не была формально доказана, с точки зрения строгой математики, но мы знаем много примеров, когда эта дуальность действительно работает", - говорит ведущий автор исследования Энрико Ринальди, научный сотрудник Мичиганского университета.

Если голографический дуализм действительно создает Вселенную, то ученым не придется лезть внутрь черной дыры, чтобы сфотографировать ее. Вместо этого они могут изучать легкодоступное двумерное пространство вокруг объекта, а затем экстраполировать трехмерную архитектуру, скрывающуюся внутри недостижимого пространства.

"Часто бывает так, что то, что сложно вычислить с одной стороны, легко получить с другой, - поясняет Ринальди. - Вот почему эта двойственность очень важна и полезна".

Ученый сравнивает эту идею со словарем, в котором можно найти слово на одной странице и узнать его значение на другой. Нам просто нужен какой-то указатель, чтобы соединить двумерное пространство-слова с их трехмерным пространством-определением. То есть нам нужно выяснить математическою связь, или алгоритмы Ринальди.

Однако прежде чем мы «проникнем» внутрь черной дыры, необходимо предпринять несколько странных шагов.

"Дуальность в ее нынешнем виде применяется к определенному пространству-времени, которое отличимо от пространства-времени нашей Вселенной", - утверждает Ринальди.

Другими словами, голографическая дуальность ограничена неким альтернативным теоретическим миром, который ученые используют в качестве песочницы.

Игровая площадка в пространстве-времени

1916 год был важным годом для физики. Альберт Эйнштейн опубликовал первую работу, которая навсегда изменила мир: хронику общей теории относительности. С тех пор эта теория заслужила репутацию несокрушимой. Но в ней есть теоретические основания голографического дуализма.

Предположим, вы владелец батут и вы бросаете в него футбольный мяч. Плоская поверхность будет меняться в зависимости от того, куда он упадет. Теперь добавьте в сцену крошечный мрамор. Он расположен вдоль кривой батута и приземлится рядом с футбольным мячом.

В этой аналогии мрамор - это вы, футбольный мяч - Земля, батут - нематериальная ткань пространства и времени, пространственное время.

Согласно общей теории относительности, гравитация - это "кривая", по которой мы падаем, пока не окажемся на земле.

В нашей вселенной, которая, по мнению экспертов, известна как "вселенная де Ситтера", кривизна пространства-времени положительна. Это проблема.

Положительная модель не очень подходит для математических уравнений, объясняет Ринальди. Но есть простое решение. Ученые просто вычисляют материал в теоретической вселенной с отрицательной кривизной - во вселенной анти-де Ситтера. Затем они переводят свои результаты обратно в нашу реальность.

Перенесемся в конец 1960-х годов. Рождается теория струн.

Допуская упрощения, теория струн утверждает, что если разложить атомы на элементарные частицы, а затем раздробить их на еще более мелкие частицы и так далее, то в конечном итоге мы получим бесконечно малые вибрирующие "струны".

Предположительно, из этих струн состоит все, что мы знаем: частицы, поля, пространственное время. Если теория верна, то даже мы с вами состоим из вихляющих кусочков. Вот почему эта концепция имеет такое большое значение. Возможно, она ближе всего подошла к теории всего.

Однако, с другой стороны, некоторые физики считают теорию струн тупиковой, поскольку мы до сих пор не нашли конкретных доказательств и даже предпосылок. Это просто красивая математическая модель, не больше того.

Но независимо от этого, она требует непостижимых 11-мерных уравнений - это означает, что "струны" коренятся во вселенной анти-де Ситтера. А голографический дуализм, согласно Ринальди, опирается на теорию струн.

"Черные дыры, которые мы можем исследовать прямо сейчас с помощью этого дуализма, - это не те черные дыры, которые мы себе представляем, - говорит Ринальди. - Такие черные дыры - своего рода математическая игровая площадка, которую мы можем использовать для формулировки двойственности и ее проверки".

Проще говоря: в этой математически идеальной вселенной Ринальди анализирует умозрительные объекты, чтобы понять голографический дуализм. По сути, он имеет дело с игрой в обучающем режиме. Понимаемой как вселенная Сьтвена Хокинга, физическая реальность.

Достижение этого уровня, однако, является сутью всей этой процедуры.

"Если мы можем сделать это для «анти-де Ситтера», - полагает Ринальди, - тогда мы должны сделать это для де Ситтера".

"Конечная цель все еще состоит в том, чтобы иметь возможность описать гравитацию и черные дыры в нашей Вселенной".

Дорога в черную дыру

Сначала краткое резюме: голографический дуализм может показать нам, что находится внутри черной дыры, так как он предполагает, что двухмерная вселенная связана с трехмерной вселенной с помощью математики.

Мы просто должны построить индекс, чтобы соединить два измерения. Но голографический дуализм основан на теории струн. Поэтому сначала мы должны прорисовать индекса в нашей вселенной-песочнице - теоретической, анти-де Ситтеровской вселенной.

Как мы прочертим основания? Ринальди говорит: начните с более легкой стороны. Это сущность, имеющая два измерения. Но даже если исключить одну сторону, для анализа нам нужны мощные вычисленные методы. Чем и занимается физик-теоретик.

Представьте себе Вселенную как одеяло, связанное из нитей, которые имеют множество точек. Алгоритмы Ринальди используют квантовые методики, чтобы рассчитать, где находятся искомые точки и как они связаны друг с другом. Цель состоит в том, чтобы нарисовать "струны", а затем собрать их вместе.

Однако исследователи все еще находятся на стадии доказательства общих принципов. Они обозначили несколько прототипных точек с помощью своего метода, которые на самом деле они ничего собой не представляют. Возможно, в будущем метод будет расширен для изучения сложных точек, присутствующих на струнах анти-де Ситтера, включая те, которые имеют отношение к черным дырам анти-де Ситтера.

Тогда мы будем на пути к созданию индекса перехода анти-де Ситтера из 2D в 3D, который откроет пространство теоретических черных дыр.

Затем, если индекс будет достаточно точным, его можно будет перевести в нашу реальную, наблюдаемую вселенную.

Только после этого появится окончательный индекс, описывающий «внутренности» реальных черных дыр.

Новая теория всего?

Резонно возникает вопрос: а зачем прилагать столь грандиозные усилия?

"Мы думаем, что очень близки к объяснению информационного парадокса черных дыр, - надеется Ринальди. - Если информация попадает внутрь черной дыры, то общая теория относительности гласит: "все исчезнет навсегда".

Но квантовая механика, другой основополагающий принцип нашей Вселенной, утверждает, что потерять информацию невозможно. Она всегда сохраняется.

Возможно, она может меняться, трансформироваться или адаптироваться, но она не может исчезнуть. Так что же происходит с информацией, погруженной в космические пустоты?

Стивен Хокинг предполагал, что ЧД медленно, но все же испаряются.

"Это очень, очень большая проблема в физике, - говорит Ринальди. - И люди используют дуальность, чтобы понять этот парадокс".

Если мы сможем понять, что находится внутри экстремальных астрономических объектов, то, возможно, мы сможем доказать, что так называемая потерянная информация действительно находится внутри этих объектов.