Голограмма вместо Вселенной? Что физики узнали о п

Наука с Глебом Соломиным

Голограмма вместо Вселенной? Что физики узнали о природе реальности
30 сентября

Черные дыры и «космический чемодан»
Голографический принцип
Иллюзия объема и квантовые поля

Мы живем в голографии. По крайней мере, так выглядит одна из самых странных идей современной физики. Все, что происходит в нашей трехмерной Вселенной, может быть записано на ее двумерной границе — как изображение на голографической пластинке.

Физик Алексей Семихатов объясняет, почему черные дыры ставят предел информации и как это приводит к выводу, что наш объемный мир может быть всего лишь иллюзией.


Черные дыры и «космический чемодан»
Если выделить кусок космоса и представить его в виде чемодана, то он не может вместить больше информации, чем поместится на поверхности этого чемодана. Почему?

Если концентрация становится слишком высокой, материя схлопывается в черную дыру. А у черной дыры количество информации определяется ее поверхностью горизонта.

Так работает фундаментальное ограничение: объем не может содержать больше, чем позволяет поверхность, которая его ограничивает.


Голографический принцип
Теперь вообразим не чемодан, а всю наблюдаемую Вселенную. У нее тоже есть граница — это предел, откуда до нас успел дойти свет.

Идея в том, что вся информация обо всем, что происходит во Вселенной, может быть размещена на этой воображаемой границе.

Это похоже на голографическую пластинку: двумерная рябь хранит трехмерное изображение. Так и здесь — трехмерный мир может быть переписан на двумерную поверхность.

Иллюзия объема и квантовые поля
Но что именно там «перезаписывается»? Нет, не образы кошек или деревьев. Перезаписываются квантовые поля, их которых состоит наш мир. Из них собираются атомы, молекулы, белки — и в итоге предметы и живые существа. Например, те же кошки. В уравнениях квантовых полей слова «кошка» нет, но принципиально она из них и состоит.

Таким образом, голографический принцип говорит о том, что фундаментальная физика может быть переформулирована на границе, без объема.


Дуальность и сильные взаимодействия
Семихатов поясняет: пока взаимодействия между частицами слабые, мы можем описывать процессы шаг за шагом. Но когда все связано со всем, когда взаимодействие слишком сильное, теория перестает работать.

Здесь появляется голографическая дуальность. Некоторые теории сильной связи можно переписать в более простые — на поверхности. Там расчеты становятся возможными, потому что взаимодействия оказываются контролируемыми.

Результат потом переводится обратно, на язык нашего трехмерного мира.

Где это можно применить
Голографическая картина интересна принципиально. Она позволяет работать с тем, что невозможно описать напрямую.

Но Семихатов честно говорит: все это применимо не к нашей Вселенной. Теории работают в моделях с отрицательной космологической постоянной. В нашей Вселенной — положительная космологическая постоянная.

Тем не менее, сам факт, что трехмерный мир может быть описан через двумерную поверхность, ставит вопросы о том, что лежит в основании реальности.

Это контринтуитивно и звучит как фантастика. Но именно такие идеи меняют наше понимание устройства мира.

Голографический принцип не доказывает, что мы живем в симуляции. Но он показывает: реальность может быть устроена совсем не так, как мы привыкли ее воспринимать.