Голографическая вселенная
Сравнительно не так давно физики представили расчеты, в соответствии с которым пространства с плоской метрикой (а это среди них и отечественная Вселенная) смогут быть голограммами. В собственной работе авторы применяли идею AdS/CFT-соответствия (anti-de Sitter / conformal field theory correspondence) между гравитацией и конформной теорией поля.
На частном примере для того чтобы соответствия ученые продемонстрировали эквивалентность описания этих двух теорий. Так что же такое голографическая Вселенная и при чем тут черные дыры, теория и дуальность струн?
В базе данной работы лежит так называемый голографический принцип, утверждающий, что для математического описания какого-либо мира хватает информации, которая содержится на его внешней границе: представление об объекте большей размерности в этом случае возможно взять из «голограмм», имеющих меньшую размерность. Предложенный в первой половине 90-ых годов двадцатого века нидерландским физиком Герардом’т Хоофтом принцип применительно к теории струн (именуемой кроме этого M-теорией либо современной математической физикой) воплотился в идее AdS/CFT-соответствия, на которое во второй половине 90-ых годов двадцатого века указал американский физик аргентинского происхождения Хуан Малдасена.
Герард ’т Хоофт
В этом соответствии описание гравитации в пятимерном пространстве анти-де Ситтера — пространстве отрицательной кривизны (другими словами с геометрией Лобачевского) — при помощи теории суперструн выясняется эквивалентным некоему пределу четырехмерной суперсимметричной теории Янга-Миллса, определенной на четырехмерной границе пятимерия. В несуперсимметричном случае четырехмерная теория Янга Миллса образовывает базу Стандартной модели — теории замечаемых сотрудничеств элементарных частиц.
Теория же суперструн, базирующаяся на предположении существования на планковских масштабах гипотетических одномерных объектов — струн — обрисовывает пятимерие. Приставка «супер» наряду с этим свидетельствует наличие симметрии, в которой у каждой элементарной частицы имеется собственный суперпартнер с противоположной квантовой статистикой.
Эквивалентность описания свидетельствует, что между замечаемыми теориями существует однозначная сообщение — дуальность. Математически это проявляется в наличии соотношения, разрешающего вычислить параметры сотрудничеств частиц (либо струн) одной из теорий, в случае если известны таковые для второй.
Наряду с этим никакого другого метода это сделать для первой теории нет. голографический принцип и Идею дуальности иллюстрируют два примера, демонстрирующие удобство таких аналогий при описания явлений в масштабах от элементарных частиц до вселенной. Возможно, такое удобство имеет фундаментальные основания и есть одним из особенностей природы.
В соответствии с голографическому принципу, две вселенные разных размерностей смогут иметь эквивалентное описание. Физики продемонстрировали это на примере AdS/CFT между пятимерным пространством анти де-Ситтера и его четырехмерной границей.
В следствии оказалось, что пятимерное пространство описывается как четырехмерная голограмма на собственной границе. Черная дыра в таком подходе, существуя в пятимерии, в четырехмерии проявляет себя в виде излучения.
Первый пример — дуальность описания черных дыр и конфайнмента кварков («невылетания» кварков — элементарных частиц, участвующих в сильных сотрудничествах — адронов). Испытания по рассеиванию на адронах вторых таких частиц продемонстрировали, что они складываются из двух (мезоны) либо трех (барионы — таких, как к примеру, нейтроны и протоны) кварков, каковые не смогут пребывать, в отличие от вторых элементарных частиц, в свободном состоянии.
Работа физиков из Индии, японии и Австрии основана на вычислении энтропии Реньи для соответствия между двумерной конформной теорией поля (обрисовывающей элементарные частицы) и гравитацией в трехмерном пространстве анти-де Ситтера. Ученые на примере квантовой запутанности (которая проявляется тогда, в то время, когда свойства объектов, первоначально связанных между собой, оказываются скоррелированными кроме того при их разнесении на расстояние между собой) продемонстрировали, что энтропия принимает однообразные значения в плоской квантовой гравитации и в двумерной теории поля.
Такая ненаблюдаемость кварка видна в компьютерных расчетах, но теоретического обоснования пока не имеет. Математическое формулировка данной задачи известна как неприятность «массовой щели» в калибровочных теориях, и это одна из семи задач тысячелетия, сформулированных университетом Клэя.
К настоящему моменту лишь одну из сформулированных задач (догадку Анри Пуанкаре) удалось решить — это сделал более десяти лет назад русский математик Григорий Перельман.
При удалении друг от друга сотрудничество между кварками лишь улучшается, в то время как при приближении их друг к другу — слабеет. Это свойство, названное асимптотической свободой, предсказали лауреаты физики-и американские теоретики Нобелевской премии Фрэнк Вильчек, Дэвид Дэвид и Гросс Политцер.
Теория струн предлагает эффектное описание этого явления с применением аналогии между «невылетанием» частиц из-под горизонта событий черной дыры и удержанием кварков в адронах. Но такое описание ведет к ненаблюдаемым эффектам и исходя из этого используется только в качестве наглядного примера.
Второй пример — соотношение, в соответствии с которому энтропия черной дыры пропорциональна квадрату площади ее горизонта событий — области пространства, откуда попавшее в черную дыру тело (кроме возможное существование и квантовые эффекты червоточин) выбраться ни при каких обстоятельствах не сможет. Израильский физик Яков Бекенштейн продемонстрировал это в первой половине 70-ых годов двадцатого века, исходя из физических мыслей, а его выводы два года спустя уточнил британец Стивен Хокинг.
Получается, что, зная данные лишь о границе черной дыры (площадь горизонта событий), возможно выяснить ее внутреннюю чёрта — энтропию, являющуюся мерой неупорядоченности внутреннего состояния совокупности.
Дуальности и голографический принцип, реализованные как AdS/CFT-соответствие, пока не нашли правильного математического обоснования, а большая часть моделей, с которыми трудятся физики, относятся к взаимодействиям и специфическим пространствам. Но остается надежда, что с течением времени Стандартная модель и гравитация физики частиц возьмут универсальное описание в настоящих пространствах, и, вероятнее, это случится как раз в теории струн.
Источник: А. Борисов lenta.ru
Майкл Талбот. Голографическая Вселенная. Часть 1
