Главная > Наука и вселенная

Модели вселенной

Ruslan / Фев.8.2011. / / Комментариев нет

Что, если весь мир является гигантской иллюзией? Объём и глубина пространства, сила гравитации, возможно не являются настолько фундаментальными как нам кажется…Вся наша реальность и законы природы может быть записаны на некой поверхности, как на гигантской странице книги, или лучше на плёнке, через которую проецируется мир, который мы воспринимаем.

Это утверждается в модели вселенной, выдвинутой несколько десятков лет назад голландским физиком Джерардтом Хофтом, лауреатом нобелевской премии 1999 г. Такая модель недавно снова стала активно обсуждаться учёными, поскольку была удачно применёна к «Теории струн» — называется она «Голографический принцип«.

Записано на сфере.

голографический принцип

Голографическая модель вселенной.

Корни этой идеи идут из 70-х годов, когда физики начали изучать небесные тела, называемые чёрными дырами (массивные звёзды, всё вещество которых, в конце их жизни, обрушилось в одну центральную точку, называемую «сингулярность»). Сингулярность окружена воображаемой сферой, называемой «горизонтом событий»: всё, что попадает внутрь этой сферы, даже свет, никогда не сможет выйти из неё из-за чудовищной силы гравитации. Предполагается что информация, содержащаяся в чёрных дырах (в форме частиц), может быть полностью прочитана на поверхности сферы «горизонта событий». Эта поверхность разделена на ячейки минимально возможного во вселенной размера, это «длина Планка», и они являются как бы пикселями, на которые как в компьютере может быть записана информация. Идея такая, что на поверхности чёрной дыры остаётся информация обо всём, что на неё упало.

Эти рассуждения привели Джерардта Хофта к гипотезе о «голографическом принципе». Он предположил, что можно «спроецировать» в обратную сторону информацию с поверхности чёрной дыры и «реконструировать» то, что на неё упало. Как в обычных голограммах — картинки, записанные на плёнку проецируются, создавая трёхмерное изображение.

Чёрная дыра и двухмерное яблоко.

Чтобы объяснить как это возможно, Хофт предложил такой мысленный эксперимент: представим себе объект, например яблоко, которое падает в сингулярность. Отдалённый наблюдатель не может увидеть как яблоко пересекает «горизонт событий«, потому что, согласно закону относительности, возле горизонта время останавливается, он видит застывшее в пространстве яблоко. Происходит странная вещь — яблоко, трехмерный объект, в некотором пункте ( на горизонте событий ) становится двухмерным объектом. Информация о яблоке, которая была записана в его молекулах, перераспределяется на сферическую поверхность, трансформируясь в биты информации.

«Это предположение, — уточняет учёный — но оно базируется на солидной теории. По физическим законам, которые мы знаем, это должно произойти, вопрос только как это произойдёт.»

Такая трансформация происходит только с объектами, падающими в  чёрные дыры? Не обязательно. Хофт считает, что это относится ко всему универсуму, только мы пока не можем увидеть поверхность, с которой производится проекция.

чёрная дыра

Космический корабль, падающий в сингулярность, трансформируется в объект 2D. Теоретически может быть воспроизведён в обратном порядке в объект 3D.

Гравитация? Это иллюзия.

Джерардт Хофт предположил, что этот принцип можно использовать при конструировании «Теории всего» как альтернативный «Теории струн», но голографический принцип недавно сам «выкристаллизовался» при работе над «Теорией струн». Он подтвердился в теоретических выкладках при изучении свойств так называемых «мембран». Эти «мембраны» являются как бы пузырями в пространстве в которых пространство и время деформируются. Идея такая, что то что происходит внутри пузыря эквивалентно тому, что происходит на его поверхности. В теории физики чётко продемонстрировали действие голографического принципа, получив удивительный результат — в этих случаях гравитация является силой, действующей в мире 3D, но она исчезает в эквивалентном мире на плоской поверхности.

Если всё это можно приложить к нашей вселенной, то можно было бы прибегнуть к одному трюку — трансформировать ( теоретически, конечно ) наш 3D мир в мир 2D.. Зачем? Затем, что в мире 2D исчезает один «неудобный» ингредиент — гравитация, а это очень упрощает задачу учёных на пути к «Теории всего». Действительно, сила гравитации труднее всего стыкуется с другими силами природы. Физики могли бы решить самые трудные задачи теории в мире 2D, а затем спроецировать его на нашу вселенную.

Падающие яблоки.

Для наших предков природа казалась очень загадочной, были, например, явления от которых буквально вставали дыбом волосы — статическое электричество. Были странные камни ( магниты ), которые таинственным образом притягивали железо. Никто не представлял, что эти две вещи имеют что-то общее. Однако в 1873 году британский учёный Джеймс Клерк Максвелл продемонстрировал, что эти явления — две стороны одной медали. То есть электрические силы и магнитные являются проявлениями одной силы — электромагнетизма. Толчок к объединению, то есть к объяснению разных явлений одним принципом, обозначил самые выдающиеся достижения в физике.

Первым, совершившим большое объединение, был отец-основатель физики Исаак Ньютон. До него считалось, что небесная сфера наполнена волшебными линиями, которые управляют ходом светил по совершенным божественным законам, а земной мир считался несовершенным и непредсказуемым. Ньютон первым нашел закон, который объяснял одновременно причину, по которой яблоки падают с деревьев и Луна крутится вокруг земли. То есть он первый объединил земные и небесные явления, объяснив их на базе одного принципа — силы гравитации.

Красота вселенной.

Его закон всемирного тяготения настолько точен, что используется даже сейчас для расчёта траекторий космических кораблей. Но это не совершенная теория, о её переформулировке позаботился Альберт Эйнштейн, когда в 1915 году создал теорию относительности. Эйнштейн был убеждён, что физические законы отражают божественный проект мира, поэтому они должны выглядеть красиво с точки зрения математики. Так же он был убеждён, что вселенная имеет математическое объяснение, и долго искал «Теорию всего», которая объединяла бы обе, известные на тот момент, силы природных взаимодействий — гравитацию и электромагнетизм. Но ему всё испортило открытие ещё двух сил — слабое и сильное ядерные взаимодействия. Поэтому теория, которую создавал Эйнштейн, не могла быть «Теорией всего», так как не включала в себя эти две новые силы. Учёный упорно продолжал свои поиски, но его смерть, 18 апреля 1955 г., не оставила никого на планете, кто бы мог создать «Теорию всего».

Слишком много частиц.

Шелдон Глейшоу

Шелдон Глейшоу. Нобелевский лауреат 1979 г.

В самом деле, в тот период физики были взбудоражены открытием новых частиц. Их было открыто даже слишком много и, в связи с этим, возникала некоторая путаница. В 60-е годы, в течение нескольких лет, в физике произошёл громадный прорыв. Были открыты фундаментальные кирпичики атомных ядер и многих других частиц. Ими оказались кварки, что очень упростило ситуацию. Так же группе физиков, среди которых был Шелдон Глейшоу, удалось сделать то, что не смог Эйнштейн, — объединить две силы природы, и сделать так, чтобы они вытекали из одного, более общего принципа.

Сила — в объединении.

Объединение коснулось электромагнетизма и слабого ядерного взаимодействия. Было открыто, что силы, отвечающие за электрический ток, движение магнитной стрелки в компасе и та, которая делает уран радиоактивным, имеют общую природу и могут быть названы одним термином — «электрослабые взаимодействия«. Почему раньше это было неясно? Потому, что эта общность проявляется только при сверхвысоких температурах — в миллионы и миллиарды градусов. Но, в любом случае, это был успех. Немедленно стали думать как же объединить все остальные силы и получить то, что было названо «Великим объединением». Физики упорно пытались это сделать до середины 80-х годов, но напрасно, им удалось только привести все знания, накопленные до тех пор, в так называемую «Модель Стандарт». Они сдались? Нет, они поменяли методы работы и принялись дискутировать о концепциях «пространства», «времени», и «материи».

Эра струн.

Перелом произошёл в 1985 г., когда было продемонстрировано, что одна из теорий, до сих пор почти неизвестная, «Теория струн«, потенциально была способна объединить все 4 силы природы. А так же разрешить противоречие между двумя великими теориями прошлого столетия — теорией относительности и квантовой механикой. Газеты снова, впервые после времён Эйнштейна, начали говорить о «Теории всего«. Началась новая эра в физике — эра струн.

Оставить комментарий