Вселенная – голограмма? Физики нашли способ проверить

Сто лет назад уравнение Эрвина Шрёдингера дало физикам ключ к микромиру, но одновременно породило фундаментальный раскол: квантовая механика и общая теория относительности Эйнштейна отказываются «дружить». Этот конфликт — главная головная боль теоретической физики, и, как выясняется, решение может лежать на поверхности. Буквально. Группа ученых из Университета штата Юта предложила новый способ проверки голографического принципа — идеи о том, что вся наша трехмерная реальность может быть всего лишь проекцией информации с двумерной границы.

Почему Эйнштейн и Шрёдингер не могут договориться

Квантовая механика блестяще описывает вероятностный мир частиц, их квантовые скачки и странные взаимодействия. Общая теория относительности, в свою очередь, рисует гравитацию как искривление пространства-времени. Каждая из теорий безупречна в своей области, но при попытке применить их одновременно, например, для описания черной дыры или первых мгновений Большого Взрыва, математический аппарат одной рушится там, где властвует другая.

В поисках «Теории Всего»

Мечта о единой теории, объединяющей квантовый мир с гравитацией, получила название «квантовая гравитация». Это Святой Грааль физики, но, как признают исследователи, «мы по сей день не знаем, что она собой представляет». Основные кандидаты — теория струн и петлевая квантовая гравитация — сталкиваются с непреодолимой проблемой: их невозможно проверить экспериментально.

Математика как лаборатория

Эффекты квантовой гравитации проявляются при энергиях, на много порядков превышающих возможности коллайдеров. Физики-теоретики вынуждены создавать «эксперименты в уме»: они ищут математические принципы, которым должна подчиняться любая верная теория, и проверяют на их соответствие существующие гипотезы. Точная математическая модель для них — аналог аппаратуры для физика-экспериментатора.

Голографический принцип: Вселенная на ладони

Впервые предложенный Герардом ’т Хоофтом и развитый Леонардом Сасскиндом, голографический принцип гласит, что вся информация о трехмерном объеме пространства может быть полностью описана на его двумерной границе. Это контринтуитивно: максимальное количество информации в области пространства пропорционально площади ее границы, а не объему. Для многих физиков это свойство является обязательным для любой состоятельной теории квантовой гравитации.

Команда из Университета штата Юта — Абхай Катьял, Оскар Варела и Ритабрата Бхаттачарья — опубликовала в Physical Review Letters математическую модель, позволяющую глубже понять, как работает голографический принцип. Их работа не создает новую теорию, но задает критерии, которым должна соответствовать будущая «Теория Всего».

Исследования, подобные этому, не сулят немедленных прорывов. Они питают вечное стремление понять устройство мира. Каждый такой шаг, каждое математическое озарение приближает нас к разгадке одной из величайших тайн природы. Возможно, идея о том, что наша реальность — это проекция информации с далекой двумерной «границы», окажется не такой уж фантастической.