Naujausi fizikų skaičiavimai atskleidė – Visata gali būti milžiniška holograma

Iš pirmo žvilgsnio nėra jokių abejonių: Visata atrodo trijų matmenų. Tačiau viena vaisingiausių teorinės fizikos teorijų per praėjusius du dešimtmečius kvestionuoja šią idėją.

Holografinis principas teigia, kad matematiniam Visatos apibūdinimui reikia vienu matmeniu mažiau. Tai, ką mes suvokiame kaip tris matmenis, iš tiesų gali būti dviejų dvimačių procesų vaizdas milžiniškame kosminiame horizonte.

Iki šiol šis principas buvo studijuotas egzotinėse teorijose su neigiamomis kreivėmis. Tai labai įdomu iš teorinės fizikos perspektyvos, tačiau tokie teoriniai skaičiavimai labai skiriasi nuo vietų mūsų Visatoje. O mokslininkai iš Vienos technologijų (TU Wien) universiteto dabar teigia, kad holografinis principas gali egzistuoti plokščiame erdvėlaikyje.

Holografinis principas

Pirmą kartą holografinis principas buvo pasiūlytas fiziko Leonardo Suskindo devintajame dešimtmetyje. Kaip atrodo holograma, žino visi, matę kreditines korteles ar banknotus. Jos yra dviejų matmenų, tačiau mums atrodo lyg būtų trijų.

Mūsų Visata gali atrodyti labai panašiai: 1997 m. fizikas Juanas Maldacena pasiūlė idėją, kad yra ryšys tarp išlenktų anti-de-sitter (jos yra tik neigiamos) erdvių ir kvantinio lauko teorijų erdvėse, turinčiose vienu matmeniu mažiau.

Gravitaciniai reiškiniai aprašyti teorijose su trimis erdvės matmenimis, o kvantinių dalelių elgesys yra paskaičiuotas teorijoje su dviem matmenimis ir abiejų skaičiavimų rezultatai gali būti pažymėti vienas ant kito.

Tokia analogija stebina. Tai būtų maždaug tas pats, kas suprasti, kad skaičiavimai iš astronomijos vadovėlio galėtų būti panaudoti kompaktinių diskų grotuvo taisymui. Tačiau jau ne kartą įrodyta, kad šis metodas yra labai sėkmingas. Iki šiol buvo išspausdinta jau tūkstančiai mokslinių tyrimų apie Maldacenos atitikimą.

Teoretiniams fizikams tai labai svarbu, tačiau visa tai menkai susiję su mūsų Visata. Mes negyvename anti-de-sitter erdvėje. Šios erdvės turi keletą labai keistų savybių – jos yra neigiamai išlenktos, o bet koks objektas išmestas tiesia linija, galiausiai grįžta.

„Mūsų Visata, priešingai, yra ganėtinai plokščia, ir, skaičiuojant astronominiais atstumais, ji turi teigiamą išlinkimą“, – sakė Danielis Grumilleris iš Vienos technologijų universiteto.

Tačiau Grumilleris ilgą laiką įtarė, kad šį atitikimo principą būtų galima pritaikyti ir mūsiškėje Visatoje. Tam, kad jo hipotezė būtų patvirtinta, turi būti sukurtos gravitacinės teorijos, kurioms nereikia egzotinių arba anti-de-sitter erdvių ir kurios egzistuotų plokščiose erdvėse.

Trejus metus jis ir jo vadovaujamų mokslininkų grupė dirbo bendradarbiaudama su Harvardo, Masačusetso, Edinburgo ir kitais universitetais. Dabar Grumilleris ir jo kolegos iš Indijos ir Japonijos „Physical Review Letters“ išspausdino straipsnį, patvirtindami atitikimo principo egzistavimą.

Toks pats rezultatas

„Jeigu kvantinė gravitacija plokščioje erdvėje leidžia holografinį aprašymą pagal standartinę kvantinę teoriją, tuomet turi būti fiziniai kiekiai, kurie gali būti paskaičiuoti abiejose teorijose – ir rezultatai turi sutapti“, – sakė Grumilleris.

Ypač turi išryškėti vienas esminis kvantinės mechanikos bruožas – kvantinis susietumas. Kai kvantinės dalelės yra susietos, jos negali būti apibūdintos atskirai. Jos suformuoja vieną objektą, net jei yra atskirose vietose. Kvantinėje sistemoje yra matmuo, kuris gali nusakyti susietumą – jis vadinamas susietumo entropija.

D.Grumilleris su kitais mokslininkais sugebėjo įrodyti, kad susietumo entropija plokščioje kvantinėje gravitacijoje ir mažesnių matmenų kvantinio lauko teorijoje yra tokia pati.

„Šis skaičiavimas patvirtina mūsų prielaidą, kad holografinis principas taip pat gali būti realizuotas ir plokščiose erdvėse. Jis įrodo atitikimą mūsų Visatoje. Faktas, kad galime kalbėti apie kvantinę informaciją ir susietumo entropiją gravitacijos teorijoje, pats savaime yra jaudinantis ir dar prieš kelerius metus galėjo būti sunkiai numanomas. Tai, kad galime šitai panaudoti kaip įrankį, kad patikrintume holografijos principo tikrumą mūsų Visatoje, yra neįtikėtina.“

Šie mokslininkų rezultatai neįrodo, kad gyvename milžiniškoje hologramoje, tačiau daugėja atitikimo principo įrodymų mūsų Visatoje.