Ако Вселената е една холограма, какво са черните дупки?

Един от най-многообещаващите опити да бъде обяснена гравитацията е опитът да се погледне по съвсем друг начин на този аспект. Едно от най-популярните предположения е, че всичко около нас е нещо като холограма - някакъв триизмерен ефект, който се проявява върху плоската двумерна повърхност. Идеята на това предположение е, че може би на нас само ни се струва, че живеем в една триизмерна вселена - всъщност измеренията могат да бъдат само две. Този съвсем друг поглед на нещата е прието да се нарича холографския принцип.

И така, нека да си представим, че дадена отдалечена двумерна повърхност съдържа всички данни, необходими за описване на нашия свят и подобно на обикновената добре позната на учените холограма, тези данни просто се проектират в трите измерения. Подобно героите на екраните на нашите телевизори, ние живеем на една плоска повърхност, която само изглежда, че има дълбочина.

Холограмата е двуизмерна повърхност, която има способността да показва подробни изображения на реални обекти в три измерения.

Как да разберем Вселената?

Разбира се, холографската вселена изглежда абсурдно. Но когато физиците, след натрупване на голямо количество данни и направени анализи предлагат нещо подобно, то това означава, че различните фундаментални физични проблеми, като например природата на черните дупки и съгласуването на гравитацията с квантовата механика - става по-лесно. Казано с други думи, известните към днешен ден на нашата наука физични закони имат по-голям смисъл, когато са описани в две измерения, а не в три.

Същевременно има огромни разлики. Първо, няма каквито и да било преки доказателства, че нашата вселена е двумерна холограма. Второ, това статистическо натрупване на данни, техният анализ и различните изчисления с помощта на суперкомпютър съвсем не са същото, каквото е например едно математическо доказателство.

По-скоро това е само едно интересно и интригуващо предположение. Съмнения предизвиква и фактът, че тази теория е невъзможно да бъде проверена по експериментален път. И все пак самата идея, че нашата вселена е една холограма, възниква от няколко парадокса, които се отнасят до странната физика на черните дупки.

Запазват ли черните дупки информацията?

През 1974 година знаменитият физик-теоретик Стивън Хокинг откри, че черните дупки с течение на времето излъчват малки количества енергия. Когато тази енергия напусне хоризонта на събитията, който всъщност е външният край на черната дупка, то тази информация би трябвало да изчезне напълно. Тази идея породи така наречения проблем със загубата на информация в черната дупка.

Дълго време се считаше, че информацията не може да бъде унищожена по физичен път. Основната идея при това схващане е, че всички частици запазват своята първоначална форма, а ако бъдат променени, то те оказват влияние и на другите частици. По такъв начин в края на жизнения цикъл на черната дупка ще може да се определи какво е било състоянието на частиците на дадено космическо тяло, погълнато от нея.

Именно в това е проблемът: ако черната дупка изчезне, то цялата информация, присъстваща във всеки погълнат от нея обект, явно също изчезва.

В края на 20-ти век учените предположиха, че когато даден обект се оказва във вътрешността на черна дупка, то той оставя след себе си нещо като 2D отпечатък, информацията за който е кодирана в хоризонта на събитията. По-късно, когато черната дупка започне да излъчва въпросните малки количества енергия, именно тези лъчи съдържат копие на тази информация.

По този начин информацията на практика не изчезва безследно. Направените подробни пресмятания показаха, че тази информация може да се съхранява единствено на двумерната повърхност на черната дупка. И с помощта на тази информация могат изцяло да бъдат описани всички, напълно произволни триизмерни обекти във вътрешността на черната дупка.

Цялата информация от определена област на пространството може да бъде представена като "холограма"

Да напомним, че черните дупки се държат в съответствие с Общата теория на относителността на Айнщайн. Но малките частици извън пределите на черните дупки спазват законите на Стандартния модел на физиката на елементарните частици, която описва Вселената до най-микроскопичните подробности.

От черните дупки към цялата вселена

Схващането, че цялата вселена е един двуизмерен обект, който само изглежда триизмерен, дава възможност да бъдат решени някои изключително сериозни проблеми в теоретичната физика. Работата е в това, че математиката работи еднакво независимо дали става дума за вътрешността на черна дупка, планета или цяла вселена.

Нещо повече, разглеждайки Вселената в две измерения, учените успяха да създадат теорията на струните. В центъра на тази идея е, че основните строителни частици на цялата вселена са едномерни струни, а не частици, като по този начин става възможно съгласуването на сега известните ни физични закони за елементарните частици. Редица учени са на мнение, че холографският принцип относно Вселената обединява  гравитацията с физиката на елементарните частици.

Въпреки липсата на каквито и да било доказателства, холографският принцип за Вселената предсказва, че съществува предел на това, колко информация може да съдържа пространство-времето, понеже нашето изглеждащо триизмерно пространство-време се кодира с ограничено количество 2D информация.

Също така, холографската двойственост предполага, че триизмерната вселена, подобно на пространството във вътрешността на черните дупки, математически е свързана с двуизмерната вселена. И ако математиката наистина е универсалният език на Вселената, то един ден учените ще намерят отговорите на многобройните въпроси за това, дали нашият свят е симулация, а може би е част от една безкрайна Мултивселена, или пък нещо съвършено друго, за което никой на нашата синя планета все още не знае.