 «Голографический принцип», идея, что Вселенная с гравитацией может быть описана с помощью теории квантового поля в измерениях меньшего количества, был использован в течение многих лет в качестве математического аппарата в странных искривленных пространствах. Новые результаты показывают, что голографический принцип имеет место и в плоских пространствах. Наша собственная Вселенная на самом деле может быть двухмерной и только на вид кажется трехмерной - так же, как голограмма.
На первый взгляд, нет не малейшего сомнения: наша Вселенная выглядит трехмерной. Но одной из самых плодотворных теорий теоретической физики в течение последних двух десятилетий является вызов этому предположению. Согласно «голографическому принципу», математическое описание вселенной на самом деле требует на одно измерение меньше, чем кажется. То, что мы воспринимаем как трехмерное, может быть просто изображением двух одномерных процессов на огромном космическом горизонте.
До сих пор этот принцип только изучались в экзотических пространствах отрицательной кривизны. Это интересно с теоретической точки зрения, но такие пространства весьма отличаются от пространства в нашей собственной вселенной. Результаты, полученные учеными в Вене, в настоящее время предполагают, что голографический принцип даже применяется в плоском пространстве-времени.
Голографический принцип
Всем известны голограммы от кредитных карт или банкнот. Они являются двумерными, но для нас они выглядят трехмернымы. Наша Вселенная может вести себя совершенно аналогично: «В 1997 году физик Хуан Малдасена предложил идею, что есть соответствие между теориями гравитации в искривленном пространстве, с одной стороны, и теориями квантового поля в пространствах с на одно измерение меньше по сравнению с другим», говорит Дэниел Грумиллер, ученый из Вены
Гравитационные явления описываются в теории с тремя пространственными измерениями, в то время как поведение квантовых частиц рассчитывается в теории с помощью всего двух пространственный измерений - и результаты обоих расчетов могут быть отображены друг на друге. Такая «аналогия» является довольно удивительной. Это как узнать, что уравнения из учебника астрономии также может быть использованы для восстановления CD-плеера. Но этот метод оказался очень успешным. Более десяти тысяч научных работ о «аналогии AdS-CFT» Малдасены были опубликованы на сегодняшний день.
Аналогия даже в плоских пространствах
Для теоретической физики это очень важно, но это, кажется, не имеют много общего с нашей собственной Вселенной. По-видимому, мы не живем в таком «антипространстве де-Ситтера». Эти пространства имеют весьма странные свойства. Они отрицательно изогнуты, и любой предмет, брошенный в сторону на прямой, в конечном счете вернется обратно. «Наша Вселенная, напротив, довольно плоская - и на астрономических расстояниях, она имеет положительную кривизну», говорит Дэниел Грумиллер.
Тем не менее, Грумиллер заподозрил в течение достаточно долгого времени, что принцип аналогии может также быть справедливым и для нашей реальной Вселенной. Чтобы проверить эту гипотезу, должны быть построены гравитационные теории, которые не требуют экзотических антипространств де-Ситтера, но расположены в плоском пространстве. В течение трех лет он и его команда в Венском техническом университете работают с этим в сотрудничестве с Университетом Эдинбурга, Гарвардом, университетом Пуны Массачусетским технологическим институтом и Университетом Киото. Теперь Грумиллер и его коллеги из Индии и Японии опубликовали статью в журнале Physical Review Letters, подтверждающие обоснованность принципа аналогии в плоской Вселенной.
Два расчета, один результат
«Если квантовая гравитация в плоском пространстве позволяет составить голографическое описание по стандартной квантовой теории, то должны быть физические величины, которые могут быть рассчитаны в обеих теориях - и результаты должны совпадать», говорит Грумиллер. Особенно одна ключевой особенностью квантовой механики, квантовая запутанность, должен появиться в теории гравитации.
Когда квантовые частицы запутаны, они не могут быть описаны по отдельности. Они образуют единый квантовый объект, даже если они находятся далеко друг от друга. Существует мера для количества запутанности в квантовой системе, называемая «энтропией запутывания». Вместе с Арджуном Багхи, Рудранилом Басу и Максом Риглером, Даниэлю Грумиллеру удалось показать, что эта энтропия запутывания принимает одинаковые значения в плоской квантовой гравитации и в малых размерностях квантовой теории поля.
«Этот расчет подтверждает наше предположение о том, что голографический принцип может быть реализован в плоских пространствах. Это свидетельство в пользу этой аналогии в нашей Вселенной», говорит Макс Риглер (ТУ Вена). «Тот факт, что мы можем даже говорить о квантовой информации и энтропии запутанности в теории гравитации поражает сам по себе, и вряд ли такое можно было бы себе представить еще несколько лет назад. То, что мы теперь в состоянии использовать это как инструмент, чтобы проверить правильность голографического принципа, и то, что этот тест работает, является весьма примечательным», говорит Дэниел Грумиллер.
Это, однако, еще не доказывает, что мы действительно живем в голограмме - но, видимо, появляется все больше доказательств для действия принципа аналогии в нашей собственной Вселенной.
|
