Представете си, че всичко, което виждате, усещате и познавате –

Представете си, че всичко, което виждате, усещате и познавате – от чашата кафе на бюрото ви до далечните галактики – в действителност е проекция. Сложна, детайлна, само че въпреки всичко заблуда, разгърната в три измерения от плосък, двуизмерен „ код “, записан на ръба на нашата галактика. Звучи като сюжет на научнофантастичен разказ, само че за някои водещи физици-теоретици това не е научна фантастика, а работна догадка.

Идеята, че нашата действителност може да е холограма, известна като холографския принцип, не се е родила от нищото. Тя е насилствена реакция на един от най-дълбоките парадокси на актуалната физика. Но главният въпрос остава: дали тази доктрина е прозорец към същинската природа на действителността, или е просто грациозен математически инструмент, който ни оказва помощ да решаваме комплицирани уравнения, само че не разказва света, в който живеем?

Първата цепнатина във фундамента: тайната на черните дупки

Всичко стартира с черните дупки – тези галактически чудовища, чиято гравитация е толкоз мощна, че даже светлината не може да се измъкне от тях. Дълго време се смяташе, че всичко, което попадне в черна дупка, изчезва вечно. Заедно с обекта изчезва и цялата информация за него: неговата маса, състав, конструкция. Но във физиката съществува фундаментален закон: информацията не може да бъде унищожена без диря. Можете да изгорите една книга, само че теоретично, като съберете цялата пепел, пушек и топлота, можете да възстановите първичното ѝ наличие.

През 70-те години на предишния век Стивън Хокинг сподели, че черните дупки не са безконечни. Те постепенно се „ изпаряват “, като излъчват радиация. Проблемът е, че тази радиация е изцяло инцидентна и не носи никаква информация за това, което в миналото е попадало вътре. Получава се абсурд: информацията попада в черна дупка, а след изпаряването ѝ изчезва от Вселената. Това подронва самите основи на физиката.

Революционната подсказка пристигна от непредвидена посока. Физиците откриха, че осведомителният потенциал на черната дупка (нейната ентропия) е симетричен не на нейния тримерен размер, а на площта на двуизмерната ѝ повърхнина – хоризонта на събитията. Той бил безусловно друг от всеки различен обект във Вселената. Информационният потенциал на компютъра ви зависи от размера на неговите дискове, а не от площта на корпуса. При черната дупка всичко е записано на нейната повърхнина. Именно този чудноват факт се трансформира в насочна точка за холографския принцип: ами в случай че цялата ни триизмерна Вселена, сходно на черна дупка, в действителност е закодирана на някаква далечна двуизмерна граница?

Математически трик, трансфорат в действителност?

Това, което може да наподобява като безумна нечиста сделка, придобива математическа плът през 1997 година с помощта на работата на аржентинския физик Хуан Малдасена. Той открива така наречен AdS/CFT сходство, един тип „ двуезичен речник “ за Вселената.

Представете си хипотетична петизмерна галактика, извита по специфичен метод (това е пространството анти-де Ситер, или AdS). Описването на гравитацията в него на квантово равнище е необикновено сложна задача, с която физиците се борят от десетилетия. Малдасена сподели, че този проблем може да бъде математически трансформиран в изцяло друг, само че равностоен проблем. Този нов проблем се разпростира на четириизмерната граница на тази галактика и към този момент не се разказва от гравитацията, а от добре изучената квантова доктрина на полето (CFT). В нея няма гравитация, само че има комплицирани взаимоотношения на квантовите частици.

Трикът се състои в това, че всички процеси, протичащи в комплицираната петизмерна галактика с гравитация, имат тъкмо сходство в по-простата четириизмерна галактика без гравитация. Решавайки задачата на „ плоската “ граница, вие автоматизирано получавате отговора за „ обемната “ галактика.

Именно тук някои физици започнаха смела стъпка: ами в случай че това не е просто математически трик, а изложение на структурата на действителния свят? Ами в случай че гравитацията и самото пространство-време не са фундаментални същности, а емерджентни, т.е. зараждащи, феномени? Точно както налягането на един газ поражда от безредното придвижване на милиарди обособени молекули, може би нашата триизмерна действителност с нейната гравитация „ поражда “ от квантовите взаимоотношения на далечна двуизмерна повърхнина.

Да охладим пристрастеностите: за какво нашата Вселена (все още) не е холограма

Тук обаче ентусиазмът на теоретиците се сблъсква със студената действителност. Въпреки цялата си грациозност холографският принцип има редица съществени проблеми, които ни пречат да заявим решително: „ Живеем в Матрицата “.

Не е тази Вселена. Моделът на Малдасена работи за една доста характерна, екзотична Вселена – петизмерна, празна и с негативна кривина. Нашата Вселена, въпреки това, има три пространствени измерения, изпълнена е с материя и сила и се уголемява с ускорени темпове. Все още не е открито сходство с нашата действителна Вселена. Къде е „ дисплеят “? Ключовият детайл на холограмата е повърхността, върху която тя е записана. Съответствието AdS/CFT допуска, че Вселената има ясна граница. Но нашата Вселена, доколкото ни е известно, няма граница. Къде тогава се намира оня двуизмерен „ диск “, от който се проектира нашата действителност? На този въпрос няма отговор. Хипотезата си остава догадка. Самото сходство AdS/CFT, макар многото калкулации в негова поддръжка, към момента няма строго математическо доказателство. Тя към момента е догадка, въпреки и доста авторитетна.

Заключение: заблуда за действителност или действителност на модела?

И по този начин, какво съставлява холографският принцип? Отговорът на този въпрос ни води в областта на философията на науката. Може би в никакъв случай няма да можем да кажем сигурно дали Вселената „ в действителност “ е холограма. Всяка физична доктрина е единствено модел, карта, описваща територията на действителността.

Да разгледаме общата доктрина на относителността на Айнщайн. Тя разказва гравитацията като деформиране на пространство-времето. Дали пространство-времето „ в действителност “ е гъвкава тъкан? Или е просто извънредно сполучлив математически модел, който ни разрешава да предсказваме придвижването на планетите и светлината на звездите с невероятна акуратност? Приемаме този модел за действителност, тъй като той работи.

Може би същата орис чака и холографския принцип. Дори да се окаже единствено математически инструмент, той ще бъде инструмент с невиждана мощ, който ще ни разреши да решаваме проблеми, считани преди за нерешими. Но същинската му стойност може да се крие другаде. Като ни принуждава да сложим под въпрос най-основните понятия – пространство, време, действителност – тази концепция уголемява границите на нашето въображение и допуска, че структурата на Вселената може да е доста по-странна и изненадваща, в сравнение с в миналото сме си представяли. А търсенето на отговори на тези въпроси е същинската същина на науката.