moris_levran (moris_levran) wrote,
moris_levran
moris_levran

Голографический принцип Вселенной.


Одна из самых сложных загадок физики – голографический принцип Вселенной. Пожалуй, более запутанней только вопрос о сущности времени, но и эта загадка может быть связанной с этим принципом.
Всё наелось со спора Леонарда Сасскинда со Стивеном Хокингом. Хокинг открыл фундаментальный механизм испарения чёрной дыры. Согласно этому механизму, в результате излучения чёрные дыры теряют массу, и в конечном итоге исчезают из Вселенной. Но как тогда быть с информацией, которая "упала" в чёрную дыру? Исчезает ли она? Допустим что-то падает в черную дыру, а потом черная дыра испаряется, то она забирает всю информацию вместе с собой, не оставляя никаких следов, ни одного бита информации.
Но тогда возникает противоречие с квантовой механикой, которая постулирует, что начальное состояние может быть восстановлено по конечному состоянию. Нарушение этого принципа способно разрушить всё основание квантовой механики, точность которой неоспорима. При этом предсказания, сделанные на основе квантовой механики, выглядели бы абсурдно, так как сумма вероятностей оказалась бы когда-то меньше, а когда-то и больше единицы.
С другой стороны теория относительности утверждает, что информация должна теряться после падения в чёрную дыру. Информация, как и материальные тела, как и свет не может выбраться из внутренностей черной дыры, потому что пересечение горизонта в обратном направлении потребует сверхсветовой скорости.
Существует только одна возможность - информация никогда не пересекает горизонта событий чёрной дыры. "Горизонт как-то препятствует ее прохождению в царство теней."
Этот сценарий, однако, нарушает принцип эквивалентности, краеугольный камень общей теории относительности. Самой счастливой находкой Эйнштейна была мысль о том, что свободно падающий наблюдатель всегда ощущает себя находящимся в инерциальной системе отсчета, свободной от сил тяготения, что неизбежно подтвердит любой физический эксперимент.
Из принципа эквивалентности следует, что если вы находитесь в окрестности, где кривизна пространства-времени невелика, то с вами не должно происходить ничего странного или неожиданного, — объяснил Сасскинд. — Кривизна вблизи горизонта небольшая, поэтому, проваливаясь сквозь горизонт, никто не должен испытывать ничего странного. Информация, чтобы не быть потерянной, никогда не должна пересекать горизонт. С другой стороны, принцип эквивалентности говорит, что горизонт — это не какое-то особое место, поэтому информации ничто не мешает пройти прямо через него.
Если размер черной дыры достаточно велик, пояснил Сасскинд, то гравитационные приливные силы на горизонте будут ничтожно малы. А при произвольном размере черной дыры у вас всегда есть возможность выбрать настолько малый участок поверхности горизонта, что пространство вблизи него окажется в достаточной мере плоским, чтобы не мешать потоку информации и не изменять предписаниям Эйнштейна.
Единственный выход для преодоления этого парадокса в том, что информация дублируется: она находится и внутри чёрной дыры (для наблюдателя повалившегося под горизонт событий) так и остаться на границе чёрной дыры (для набюдателя вне сферы горизонта ). Но тогда возникает следующий парадокс: если бы квантовую частицу можно было клонировать, то можно было бы перехитрить принцип неопределенности. Вы бы могли измерить положение в пространстве одного клона и импульс другого, и тогда вы бы точно знали значения сопряженной пары, — и принцип неопределенности оказался бы нарушен. ( Теорема Журека о запрете клонирования). Как тогда быть?
Сасскинд говорит о том, что информация находится как в чёрной дыре, так и вне её. Но парадокса в этом нет. Информация остаётся с каждым наблюдателем, но не существует система отсчёта (наблюдателя), который может одновременно наблюдать информацию в обоих местах. Никто не может быть и над горизонтом событий, и под ним одновременно. Не существует системы отсчёта, в которой информация бы клонировалась. Более того, у каждого наблюдателя своя история.
Ещё один интересный вывод - Бекенштейн обнаружил, что энтропия черной дыры пропорциональна площади ее горизонта. Сасскинд пошёл дальше – он предположил, что для любой точки пространства верно это утверждение Он назвал эту гипотезу голографическим принципом, поскольку именно так бывает с голограммами, когда на двухмерной пленке содержится вся информация, необходимая для воссоздания трехмерного изображения. Возникло предположение, что планковская длина определяет одну из сторон поверхности, которая может содержать только 1 бит информации. Голографический принцип утверждает, что существует некое максимальное количество информации, содержащееся в областях, прилегающих к той или иной поверхности.
Основываясь на голографическом принципе утверждающего, что для математического описания какого-либо мира достаточно информации, которая содержится на его внешней границе: представление об объекте большей размерности в этом случае можно получить из «голограмм», имеющих меньшую размерность. Предложенный в 1993 году нидерландским физиком Герардом’т Хоофтом принцип применительно к теории струн (называемой также M-теорией или современной математической физикой) воплотился в идее AdS/CFT-соответствия, на которое в 1998 году указал американский физик-теоретик аргентинского происхождения Хуан Малдасена.
В этом соответствии описание гравитации в пятимерном пространстве анти-де Ситтера — пространстве отрицательной кривизны (то есть с геометрией Лобачевского) — при помощи теории суперструн оказывается эквивалентным некоторому пределу четырехмерной суперсимметричной теории Янга-Миллса, определенной на четырехмерной границе пятимерия. В несуперсимметричном случае четырехмерная теория Янга Миллса составляет основу Стандартной модели — теории наблюдаемых взаимодействий элементарных частиц. Теория же суперструн, базирующаяся на предположении существования на планковских масштабах гипотетических одномерных объектов — струн — описывает пятимерие. Приставка «супер» при этом означает наличие симметрии, в которой у каждой элементарной частицы имеется свой суперпартнер с противоположной квантовой статистикой.
Согласно идее AdS/CFT-соответствия между пятимерным внутренним объемом и ограничивающей его четырехмерной поверхностью можно найти соответствие чёрной дыры меньшим по размерности объектом. Как будет выглядеть чёрная дыра без гравитации?
Малдасена нашел ответ. Она будет выглядеть как горячий газ обыкновенных частиц. Точнее, она будет выглядеть как кварк-глюонная плазма. И это ещё один аргумент в пользу того, что информация не теряется в чёрной дыре.

http://elementy.ru/bookclub/chapters/433949/Na_luzhayke_Eynshteyna_Glava_iz_knigi
http://www.astronet.ru/db/msg/1380936
http://razumru.ru/science/popular/zloschastiev.htm
http://www.e-reading.club/chapter.php/78063/131/Grin_-_Elegantnaya_vselennaya_%28superstruny%2C_skrytye_razmernosti_i_poiski_okonchatel%27noii_teorii%29.html
Как снимался фильм:
https://geektimes.ru/post/272908/
https://polymus.ru/ru/pop-science/news/interstellar-spetseffekty-po-nauke/
https://lenta.ru/articles/2014/11/18/interstellar/
https://medialeaks.ru/2805yt_thorn/
https://hi-news.ru/space/intervyu-kristofer-nolan-i-kip-torn-rasskazali-o-tom-kak-snimali-interstellar.html
Tags: interstellar, Астрофизика, Физика
Subscribe
promo moris_levran december 22, 2014 02:45 7
Buy for 10 tokens
Византийская принцесса Анна – Великая княгиня Киевской Руси. В. Васнецов. "Крещение князя Владимира". В 1988 году в Советском Союзе отмечалась знаменательная дата – 1000-летие Крещения Руси. Минуло 26 лет, и сейчас можно рассмотреть подробнее эти события, поскольку к религии советская власть…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments