За пределами пространства и времени. Голография, черные дыры и пределы локальности
Большинство физиков не сознают неприятный факт: их любимая наука находится в кризисе с 1927 года. Публикуем фрагмент книги «Квантовые миры и возникновение пространства-времени» физика-теоретика и одного из самых известных в мире популяризаторов науки Шона Кэрролла
ИД «Питер» выпускает книгу «Квантовые миры и возникновение пространства-времени» физика-теоретика и одного из самых известных в мире популяризаторов науки Шона Кэрролла. Он считает, что большинство физиков не сознают неприятный факт: их любимая наука находится в кризисе с 1927 года. В квантовой механике с самого начала существовали бросающиеся в глаза пробелы, которые просто игнорировались. Но в квантовой механике нет ничего мистического или необъяснимого — это просто физика.
С разрешения издательства публикуем 14-ю главу, она посвящена устройству черных дыр. «Утверждаем ли мы, что общая теория относительности совершенно неверно трактует природу недр черной дыры (и на самом деле черная дыра не пустая) и что на самом деле наблюдатель, падающий в черную дыру, врежется в голографическую поверхность прямо на горизонте событий?» — на эти и другие вопросы пытается ответить автор.
До своей смерти в 2018 году Стивен Хокинг был самым известным из ныне живущих ученых с хорошим отрывом от конкурентов. Такой известностью он пользовался совершенно заслуженно — Хокинг не только был харизматичной и влиятельной публичной фигурой с вдохновляющей биографией, но и сделал невероятно значительный вклад в науку.
Величайшее достижение Хокинга заключалось в том, что ему удалось продемонстрировать, что с учетом эффектов квантовой гравитации черные дыры оказываются «не такими уж черными», как он любил говаривать. На самом деле черная дыра непрерывно испускает в пространство частицы, и эти частицы уносят ее энергию, вследствие чего черная дыра уменьшается в размерах. Осознание этого факта привело одновременно и к глубоким открытиям (у черных дыр есть энтропия), и к нежданным загадкам (куда уходит информация, когда черная дыра сначала образуется, а затем испаряется?).
Черные дыры испускают излучение. Причем, те выводы, которые следуют из этой удивительной идеи, — наилучшая из имеющихся у нас подсказок о природе квантовой гравитации. Не подумайте, что Хокинг соорудил сначала полную теорию квантовой гравитации, а затем, воспользовавшись ею, продемонстрировал, что черные дыры излучают. Нет, он применил разумное приближение, считая само пространство-время классическим и расположив поверх него динамические квантовые поля. Тем не менее мы надеемся, что такое приближение вполне справедливо. Хотя некоторые загадочные аспекты, обнаруженные Хокингом, заставляют в этом усомниться. Через сорок пять лет после публикации первой статьи Хокинга на эту тему попытки осмыслить излучение черных дыр остаются одним из самых активных направлений в современной теоретической физике.
Тогда как до решения этой задачи еще далеко, один вывод кажется ясным: простая картина, которую мы набросали в предыдущей главе и согласно которой пространство появляется из набора запутанных ближайших степеней свободы, — это, вероятно, еще не вся история. Это очень хорошая история, и, наверное, она хороша в качестве исходной позиции для создания теории квантовой гравитации. Но она слишком серьезно полагается на идею локальности — все, что происходит в некоторой точке пространства, может непосредственно воздействовать лишь на точки, расположенные в непосредственной близости. Черные дыры, насколько мы их понимаем, указывают на то, что природа устроена тоньше. В некоторых ситуациях мир выглядит как совокупность степеней свободы, взаимодействующих только со своими ближайшими соседями, но когда гравитация усиливается, эта простая картина рассыпается. Тогда степени свободы не распределяются в пространстве, а «втискиваются» на общую поверхность, и «пространство» оказывается лишь голографической проекцией информации, содержащейся внутри черной дыры.
Подпишитесь, чтобы прочитать целиком
Оформите подписку Redefine.Media, чтобы читать Republic
Подписаться [Можно оплатить российской или иностранной картой. Подписка продлевается автоматически. Вы сможете отписаться в любой момент.]