Вселенная — это голограмма: почему теория Стивена Хокинга может оказаться верной

Центральной идеей теории черных дыр Стивена Хокинга является утверждение, что черные дыры могут только расти. Благодаря наблюдениям, проведенным с помощью гравитационно-волновой обсерватории LIGO, эта теория была подтверждена. Возможно, будущие наблюдения могут даже показать, что Вселенная — это голограмма, пишет Фокус.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Голографическая Вселенная

С конца XX века существует теория, предполагающая, что в основе привычной реальности пространства и времени может скрываться голограмма. Физики до сих пор не пришли к единому мнению о том, какую форму может принять эта голограмма, но сама идея голограммы изменили теоретическую физику до неузнаваемости.

В течение десятилетий физики пытались объединить общую теорию относительности Эйнштейна и квантовую теорию, а голографическая как раз может это сделать. Эта теория показывает, что гравитация и квантовая теория не обязательно должны существовать отдельно, а могут быть разными, но взаимодополняющими описаниями одной и той же физической реальности. Физические системы могут быть одновременно гравитационными и квантовыми, утверждает теория голографии, хотя и в разных измерениях.

Возможно, вся наша расширяющаяся Вселенная может быть голограммой, как считал физик Стивен Хокинг. В голограммах, с которыми мы знакомы, третье измерение пространства возникает из света, проецируемого на поверхность. Но в идее космоса как голограммы голографическое кодирование может происходить в измерении времени. То есть эволюция Вселенной может быть голографической проекцией.

Хокинг предполагал, что время может возникать из голографической проекции, состоящей из бесчисленных запутанных квантовых битов или кубитов. Как будто над запутанными кубитами работает код, который порождает Вселенную, и этот процесс мы воспринимаем как течение времени. Если это правда, то до Большого взрыва ничего не существовало.

Если эта теория Хокинга верна, то она может привести к переосмыслению рождения Вселенной, а также к решению того, как возникло само время. Идея космоса как голограммы предполагает, что Большой взрыв знаменует не только начало времени, но и появление знакомых законов физики.

Черные дыры — это голограммы?

Стивен Хокинг обнаружил, что черные дыры — это не пустые бездонные ямы, как предполагает общая теория относительности Эйнштейна. Они хранят огромное количество информации о своей истории и всех объектах, которые в них попали. Хокинг предположил, что черные дыры на самом деле являются самыми эффективными жесткими дисками во Вселенной.

Физик даже вывел точную математическую формулу для количества информации, или энтропии, содержащейся в черных дырах.

Она подразумевает, что энтропия черных дыр растет как площадь поверхности их горизонта событий, а не как их внутренний объем. Это удивительно. Объем памяти, который можно получить в любой известной системе, например, в библиотеках, зависит от внутреннего объема, а не от площади ограничивающей поверхности. Например, чтобы оценить объем информации в библиотеке, нужно посчитать количество книг на всех полках, а не только на тех, что стоят вдоль стен.

Однако, с черными дырами дело обстоит иначе. Для вычисления квантового информационного содержания черной дыры Хокинг предложил рассмотреть площадь поверхности горизонта событий и покрыть ее сеткой из крошечных ячеек, каждая из которых имеет длину в один квант, всего 10⁻³³ см. При этом каждый квант на горизонте событий несет один бит информации. Совокупность всех этих битов будет содержать все, что нужно знать о черной дыре.

Это была первая идея теории голографии в современной физике: емкость черных дыр определяется не их внутренним объемом, а площадью поверхности их горизонта событий. Как будто с квантовой точки зрения у черных дыр нет внутреннего пространства, а они являются голограммами.

Энтропия также является мерой степени беспорядка в физической системе. Высокая энтропия означает, что система находится в сильно неупорядоченном состоянии, а низкая энтропия — в сильно упорядоченном.

Когда происходит столкновение двух черных дыр их массы объединяются, увеличивая площадь поверхности их горизонта событий. Но они также теряют энергию в виде выброса гравитационных волн.

Новые наблюдения за космосом

Теория Хокинга утверждает, что при любых обстоятельствах общая площадь поверхности горизонта событий черных дыр, которые учувствуют в слиянии должно быть меньше площадь более крупной черной дыры, в которую они превратились.

В прошлом году ученые с помощью обсерватории LIGO обнаружили чрезвычайно мощную гравитационную волну, возникшую в результате слияния двух черных дыр, что позволило позволил подтвердить теорию Хокинга.

Как выяснили ученые слияние произошло на расстоянии примерно в 1,3 миллиарда световых лет от Земли и в нем участвовали черные дыры, масса которых в 30–40 раз превышает массу Солнца. Они столкнулись и объединились в еще большую черную дыру.

Астрофизики определили, что площадь поверхности горизонта событий новой черной дыры действительно больше, чем сумма горизонтов событий двух исходных черных дыр.

И все же даже самые сильные гравитационные волны абсолютно ничего не говорят нам о таинственной микроструктуре, в которой черные дыры предположительно хранят гигабайты информации. Что представляют собой кубиты черной дыры? Действительно ли они ограничены поверхностью горизонта событий, как предполагает формула Хокинга, голографически проецируя все, что находится внутри? Пока что на эти вопросы ответов нет. Но возможно, предположение о том, что Вселенная является голограммой будет получено во время будущих наблюдений за черными дырами.

Как уже писал Фокус, физики создали новую форму материи, которой не должно существовать.

При написании этого материала использованы источники: Science Focus.