Paul Sutter az Ohio Állami Egyetemen asztrofizikus és a COSI Tudományos Központ tudós. Sutter az Ask Spaceman és az Space Radio ügyvezetõ igazgatója, és az AstroTours vezetõ szerte a világon. A tudós érdekes cikket írt a Expert Voices magazinban.
Az 1990-es évek végén az elméleti fizikusok figyelemre méltó kapcsolatot fedeztek fel tudományukban két látszólag egymással nem összefüggő fogalom között. Ez a kapcsolat szinte érthetetlenül technikai jellegű, de messzemenő következményekkel járhat a gravitáció és még az univerzum megértésében is. A kapcsolat szemléltetéséhez kezdjük egy fekete lyukkal.
A fekete lyuk hatása az információáramlásra
A kutatók azt találták, hogy amikor egy kis információ eléri a fekete lyukat, annak felülete nagyon pontos mértékben növekszik: a Planck hosszúságának négyzete megegyezik egy hihetetlenül kicsi 1,6 x 10-35 m-rel.
Kezdetben nem tűnik teljesen érdekesnek, hogy egy fekete lyuk nagyobbvá válik, amikor anyag vagy energia kerül rá, de a legmeglepőbb dolog az, hogy a felület nem térfogata, hanem a megbízható információk közvetlen arányában növekszik. Ez teljesen eltér az univerzum többi ismert objektumától.
Promóciós videó:
Háromdimenziós térben élünk?
A legtöbb ismert tárgyunk esetében egy törvény létezik: ha egy kis információt elfogyaszt, akkor térfogata egy egységgel növekszik, és felülete csak töredékével növekszik. A fekete lyukakkal azonban a helyzet drámaian megváltozik. Úgy tűnik, hogy az információ nem a fekete lyuk belsejében helyezkedik el, hanem a felületéhez tapad.
Tehát egy fekete lyuk egy teljesen háromdimenziós tárgy a háromdimenziós univerzumunkban, és teljes mértékben ábrázolható egy kétdimenziós felülettel.
Hogyan működnek a hologramok?
A hologram olyan rendszer, amely kevesebb méretet használ. Csomagolhatja az összes információt az eredeti rendszerből.
Például három térbeli dimenzióban élünk. Amikor a fényképezőgép előtt pózol, rögzíti az arcod kétdimenziós képét, de nem tartalmazza az összes információt. Ha később megvizsgálja a munkáját és használja a szűrőt, akkor például nem láthatja a fejét, függetlenül attól, hogy miként forgatja a képet. De a hologram felvétele megőrzi ezeket az információkat. Annak ellenére, hogy ez egy 2D nézet, mégis megvizsgálhatja azt minden 3D-s szögből.
Fekete lyuk, mint hologram
A fekete lyuk hologramként való leírása megoldást nyújthat az úgynevezett fekete lyuk információs paradoxonjára, amely rejtély abban, hol születik az információ, amikor az anyagot egy fekete lyuk elfogyasztja. De ez egy másik cikk témája. A "fekete lyuk hologramként" fogalma szintén jó példa, amelyet szem előtt kell tartani, amikor az egész világegyetemet meg akarják nézni.
Magánproblémák megoldása
A látszólag független fizikaágazatok közötti, a cikk elején említett kapcsolat a holografikus technikák egy másik alkalmazása, amely a hihetetlen AdS-CFT modellből származik.
Az AdS az Anti-De Sitter kifejezést jelenti. Ez a modell egy speciális megoldást jelent Einstein általános relativitáselméletére. Ez egy teljesen üres univerzumot ír le, negatív térbeli görbülettel.
Ez egy meglehetősen unalmas univerzum: nem tartalmaz anyagot vagy energiát, és a párhuzamos vonalak a mögöttes geometria helyzetétől függően eltérnek egymástól. Noha ez a folyamat nem írja le az univerzumot, ez legalább azt sugallja, hogy a földi életnek van kezdete. Az univerzum e kissé lazított modelljének matematikai tulajdonságai vannak, hogy a vegyületelmélet releváns legyen.
Terepi elmélet
A levelezés másik oldala a konformális terelméletnek nevezett struktúra. Az elméleti fizika a mezőelméleteivel visszatér. Ezeket a karokat használják a tudósok különféle kvantumelméletek létrehozására, amelyek a természet négy erő közül három leírására szolgálnak.
Az elektromágnesesség, az erős nukleáris erő és a gyenge nukleáris erő leírható a teoretikus elmélet segítségével, és az elmúlt fél évszázadban az emberiség gyakran gyakorolta ezek használatát.
Meg kell érteni, hogy miért olyan fontos ez a kapcsolat. Tegyük fel, hogy egy igazán nehéz problémát próbál megoldani, mint például a kvantum gravitáció, húr elmélettel, amely egy próbálkozás magyarázni az univerzumban az összes alapvető erőt és részecskét apró, rezgő húrokkal. Valójában ez olyan összetett probléma, hogy senki sem talált megoldást erre évtizedek óta tartó próbálkozások ellenére.
Az AdS-CFT levelezés azt mondja nekünk, hogy a holografikus technikák felhasználhatók a fejfájás világának megszabadítására.
Ahelyett, hogy megkísérelnénk megoldani a kvantitatív gravitáció problémáját háromdimenziós univerzumunkban, az AdS-CFT lehetővé teszi, hogy egy hasonló problémára lépjünk az univerzum szélén, amelyet csak két dimenzió képvisel és nem tartalmaz gravitációt.
A terepi elmélet egyenletei
A húrelmélet szinte lehetetlen matematikai számítását egy egyszerűen őrülten bonyolult terelméleti egyenlettel helyettesíti. Ez lehetővé teszi, hogy gravitáció nélkül megoldásokat találjon a problémákra, ami megakadályozza, hogy a megoldást visszaszállítsák a normál háromdimenziós univerzumba, és bármilyen előrejelzést tegyen. Úgy néz ki, mint egy nagyszerű ötlet és a természet becsapásának módja a gravitációs mechanizmusok megkerülésével. És ez ragyogó módszerré válhat a kvantum gravitáció „megoldására”.
Meglévő ellentmondások
De jelenleg vannak ellentmondások. Először is, nem élünk anti-de Sitter univerzumban. Világegyetemünk tele van anyaggal, sugárzással és sötét energiával, és szinte teljesen lapos geometriájú.
Van-e hasonló levelezés, amely működik a mi valódi világegyetemünkben? Talán a teoretikusok keményen dolgoznak annak érdekében, hogy megtalálják az AdCa-CFT kozmológiai horizonthoz való megfelelésének „határát”, amely a megfigyelhető világegyetemben láthat.
Minden érthető lenne, kivéve azt a pillanatot, amikor dinamikus tér-időben élünk, egy folyamatosan növekvő térrel, és ez a határ folyamatosan változik. Ezt a helyzetet nem fejti ki jól a modern elméletek.
Valójában, amikor az Strof asztrofizikus által leírt modellről egy egyszerűbb határmodellre térünk át a konformális teoretikus elmélet alkalmazásával, az új egyenletrendszerek alapvetően megoldhatók.
Még mindig léteznek, de gyakran fantasztikusnak, katasztrofálisnak, félelmetesnek és oldhatatlannak tűnnek.
Tehát létezik-e hologram?
Még ha az AdS-CFT kapcsolat is hasznosnak bizonyult a kvantitatív gravitáció problémájának megoldásában, és a fizikusok megtalálhatnák a módszert a problémák navigálására, és ezt a módszert relevánssá tehetnék az univerzumban, amelyben élünk, ez nem azt jelenti, hogy valójában hologramban élünk.
Hibás azt gondolni, hogy az AdS-CFT modell kényelmes módszer univerzumunk gravitációs problémáinak háromdimenziós gravitációval történő megoldására.
Ez mind illúzió, és valójában kétdimenziós térben élünk gravitáció nélkül. Olyan kényelmes matematikai eszköz, amely nem változtatja meg a valóság alapvető természetével kapcsolatos véleményünket.
Ha a holografikus alapelvek hasznosak a problémák megoldásában, ez nem jelenti azt, hogy hologramban élünk. És még akkor is, ha tényleg hologramban élünk, egyébként nem tudnánk megmondani a különbséget.
Maya Muzashvili