голографичность вселенной что это
Спросите Итана: может ли наша Вселенная быть голограммой?
Голограмма – один из самых интересных «плоских» объектов, созданных человеком. Кодируя полную информацию о трёхмерной картинке на двумерной плоскости, голограммы меняют свой вид со сменой перспективы. Множество дополнений к нашему пониманию Вселенной говорят, что понятие о трёх измерениях нашего мира существует только потому, что мы можем воспринимать не больше трёх; на самом же деле их может быть больше. Более того, есть соблазнительная возможность того, что мы все представляем собой голографическую проекцию вселенной с большим числом измерений, наблюдаемую с определённой перспективы. Читатель хочет узнать больше на эту тему, и спрашивает:
Голографическая Вселенная, кажется, даёт объяснения многим вопросам. Если предположить, что такая точка зрения верна, какова взаимосвязь между двумерной поверхностью и трёхмерным представлением? Подходит ли для размышлений на эту тему пример обычной голограммы?
Мы встречали голограммы, но большинство людей не знают, как они получаются. Наука, стоящая за ними, на самом деле удивительна.
Фотография – простая вещь: нужно взять свет, испускаемый или отражённый объектом, сфокусировать его через линзу и запечатлеть на плоской поверхности. Так работает не только фотография, но и ваши глаза в любой момент времени: линза в вашем глазу фокусирует свет, и палочки с колбочками на задней его поверхности записывают его, отправляя в мозг, обрабатывающий свет и выдающий изображение.
Но используя специальную эмульсию и когерентный свет (к примеру, лазер), можно создать карту всего светового поля объекта, которое и представляет собой голограмма. Можно точно записать все изменения в плотности, текстурах, прозрачности и прочем. Если правильно подсветить эту плоскую двумерную карту, она покажет полный набор трёхмерной информации, который можно получить с вашей точки зрения, но удивительно то, что она может сделать это для любой точки зрения. Распечатав её на металлической плёнке, вы получите обыкновенную голограмму.
В воспринимаемой нами Вселенной существует три доступных нам пространственных измерения. Но что, если их больше? Может ли наша трёхмерная Вселенная содержать закодированную информацию о реальности с четырьмя или большим количеством измерений на манер того, как обычная голограмма, двумерная поверхности, кодирует полный набор информации о трёхмерной Вселенной? Оказывается, может – и из этого возникает несколько весьма забавных возможностей, но и у них есть важные для понимания ограничения.
Идея о том, что наша Вселенная может оказаться голограммой, появилась из теории струн. А теория струн появилась из предположения – струнной модели – объясняющего сильные взаимодействия, происходящие внутри протонов, нейтронов и других барионов (и мезонов), имеющих составную структуру. Правда, она выдала целую кучу бессмысленных предсказаний, не соответствующих экспериментам, например, о существовании частицы со спином, равным двум. Но люди увидели, что если очень сильно задрать энергии, до планковских масштабов, то струнная платформа может объединить все известные фундаментальные взаимодействия вместе с гравитацией – так и родилась теория струн. Но особенность (или недостаток, это как посмотреть) этой попытки достичь «святого Грааля» физики состоит в том, что ей абсолютно необходимо работать в дополнительных измерениях. Так что появился вопрос – как получить нашу Вселенную, с тремя пространственными измерениями, из теории с большим их количеством? И какая из теорий струн, ибо их может быть множество, правильная?
Возможно, эти разнообразные варианты моделей струнной теории на самом деле представляют собой разные части одной фундаментальной теории, рассматриваемой с другой точки зрения. В математике две эквивалентные системы называют дуальными, и одно из неожиданных открытий, связанных с голограммой, говорит о том, что иногда у двух дуальных систем оказывается разное количество измерений. Физики очень обрадовались этому открытию, поскольку в 1997 году физик Хуан Малдацена предложил «соответствие AdS/CFT», предполагавшее, что наша Вселенная с тремя измерениями (и временем), с теориями квантового поля, описывающими элементарные частицы и их взаимодействия, дуально пространству-времени с большим количеством измерений (пространству анти-де Ситтера), играющему роль в квантовой теории гравитации.
Пока что все открытые нами дуальности соотносят свойства пространства высших измерений и его границы с меньшим числом измерений: уменьшение измерений на единицу. Пока что непонятно, можем ли мы перейти от 10-мерной теории струн к 3-мерной Вселенной так, чтобы они были дуальны друг другу. Двумерные голограммы, создаваемые нами, кодируют только трёхмерную информацию. Мы не можем закодировать четырёхмерную информацию на двумерной голограмме, или трёхмерную Вселенную в одном измерении.
Ещё одна интересная особенность дуальности двух пространств с разными измерениями: на поверхности с меньшим количеством измерений информации меньше, чем в объёме всего пространства, ограниченного поверхностью. Поэтому, если вы можете измерить что-либо происходящее на поверхности, вы можете узнать о том, что происходит внутри объёма. То, что происходит в одной части объёма, может быть связано с тем, что происходит в другом его месте, а не происходить независимо. Это может показаться странным, но тут стоит вспомнить про квантовую запутанность, и то, как измерение свойства одного члена запутанной системы мгновенно сообщает вам информацию о другом. Возможно, что голограмма связана с этой особенностью природы.
Дуальность – математический факт и интригующая физическая возможность. Приведёт ли она к более глубокому пониманию нашей Вселенной? Возможно, но пока мы точно не знаем, как далеко простираются её последствия, и откроет ли она нам переход от калибровочной теории к такой желанной квантовой гравитации. Но надежда имеется. Если Вселенная и впрямь окажется голограммой, то у этого будут именно такие последствия!
Обнаружено первое доказательство в пользу голографической модели Вселенной
Десятилетиями ученые рассматривают идею о том, что наша Вселенная является (или когда-то являлась) гигантской и очень сложной голограммой, в которой все физические законы требуют наличия всего двух измерений, но при этом все вокруг нас действует согласно трем измерениям. Как вы понимаете, такую гипотезу совсем не просто доказать, однако физики сообщают, что наконец-то нашли первое наблюдаемое доказательство тому, что ранняя Вселенная могла идеально соответствовать так называемому голографическому принципу и это совершенно не противоречит стандартной модели Большого Взрыва.
Живем ли мы в голограмме?
Живем ли мы в голограмме
«Мы предлагаем использовать эту голографическую модель Вселенной, которая очень отличается от самой популярной стандартной модели Большого Взрыва, опирающейся на гравитацию и инфляцию», — говорит один из участников исследования Ньяешь Афшорди из канадского Университета Ватерлоо.
«Каждая из этих моделей позволяет делать различные предсказания, которые мы можем проверить, и на основе этого уточнить и дополнить наше теоретического понимание Вселенной. Более того, сделать это можно будет в течение следующих пяти лет».
Чтобы было понятно: ученые не говорят, что прямо сейчас все мы живем в голограмме. Они лишь выносят предположение о том, что на своем раннем этапе – в течение нескольких сотен тысяч лет после Большого Взрыва – все во Вселенной стало представлять собой трехмерную проекцию, изначально созданную из двумерных границ.
Что такое теория эпопей
Если вы вообще не знакомы с теоретической эпопеей «Наша Вселенная – голограмма», то вот вам небольшой экскурс в историю. Теория о том, что вся наша Вселенная является голограммой, берет свое начало в 1990-х, когда американский физик-теоретик Леонард Сасскинд стал продвигать в массы свою идею о том, что известные нам физические законы на самом деле не требуют наличия трех измерений.
Так каким образом Вселенная вокруг нас является трехмерной, но «в реальности» она представлена в виде двумерной? Основа идеи лежит в том, что объем ее пространства «закодирован» в определенных границах, или в так называемом поле гравитационного горизонта, чьи границы зависят от точки наблюдения. Перед тем как начать смеяться, учтите, что с 1997 года было написано более 10 000 работ, поддерживающих эту идею. Другими словами, она не такая уж и безумная, как может показаться на первый взгляд. Ну, если только чуть-чуть.
Все самые свежие новости из мира высоких технологий вы также можете найти в Google News.
Сейчас же Афшорди и его команда сообщили о том, что в рамках исследования неравномерности распределения реликтового излучения (остаточное излучение Большого Взрыва) они обнаружили серьезное доказательство, выступающее в поддержку объяснения голографической формы Вселенной на ее самых ранних этапах развития.
«Представьте, что все, что вы видите, чувствуете и слышите в трех измерениях (и с учетом вашего восприятия времени) на самом деле исходит из двумерного плоского поля», — говорит Костас Скендерис из Саутгемптонского университета и один из участников исследования.
«Принцип аналогичен тому, который мы можем встретить в обычных голограммах, где трехмерное изображение закодировано в двумерной плоскости. Такое, например, свойственно голограммам на тех же кредитных картах. Однако в нашем случае речь идет уже о том, что вся Вселенная закодирована таким образом».
Вот как это может выглядеть на самом деле.
Почему ученые изучаю теорию голограмм
Причина, по которой физики вообще заинтересовались голографическим принципом, в то время как стандартная модель Большого Взрыва выглядит куда понятнее и логичнее, заключается в том, что в последней есть некоторые пробелы, но эти пробелы являются настолько фундаментальными, что замедляют процесс нашего понимания всех физических законов в целом и еще в зародыше.
Согласно сценарию Большого Взрыва, химические реакции привели к очень масштабному расширению изначального пространства, приведшего к формированию нашей Вселенной. И на раннем этапе ее рождения скорость этого расширения (инфляции) была колоссальной. В то время как большинство физиков поддерживают теорию космической инфляции, пока еще никому не удалось выяснить точный механизм, отвечавший за это резкое расширение Вселенной со скоростью быстрее скорости света и роста с субатомного уровня до нынешнего. Все произошло практически мгновенно.
Чтобы не пропустить ничего интересного из мира высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Там вы узнаете много нового.
Беда в том, что ни одна из наших нынешних теорий не способна объяснить, как это все работает в связке. Взять, например, общую теорию относительности, которая отлично объясняет поведение больших объектов, но при этом не способна объяснить поведение самых маленьких. Это уже среда квантовой механики, которая, в свою очередь, не способна объяснить многие другие вещи. Все это печалит еще сильнее, когда необходимо объяснить, как в буквальном смысле вся существующая во Вселенной масса и энергия изначально были сосредоточены в крошечном пространстве. Одна гипотеза пытается объединить сразу оба явления, другая, о квантовой гравитации, говорит, что если можно отбросить одно пространственное измерение, то можно отбросить и гравитацию в ваших вычислениях, чтобы упростить задачу по расчетам.
Голографический принцип
«Все это голограмма. В том смысле, что существует описание Вселенной, говорящее о том, что вероятность даже уменьшенного числа измерений соответствует всему тому, что мы можем видеть после Большого Взрыва», — говорит Афшорди.
Чтобы проверить, насколько хорошо голографический принцип Вселенной справляется с объяснением всего того, что произошло в сам момент Большого Взрыва и уже после этого события, команда ученых создала компьютерную модель с одним временем и двумя пространственными измерениями.
Космос чертовски большой и непонятный. В нем может происходить, что угодно.
Когда исследователи ввели в эту модель известные нам данные о Вселенной, включая информацию о наблюдениях за реликтовым излучением – тепловое излучение, возникшее спустя всего несколько сотен тысяч лет после Большого Взрыва, – они не обнаружили никаких противоречий. Все подошло идеально. В том числе и реликтовое излучение. Модель на самом деле отлично воссоздала поведение тонких отрезков реликтового излучения, но не смогла воссоздать более масштабные «срезы» Вселенной шириной более 10 градусов. Для этого потребуется наличие более сложной модели.
Заходите в наш специальный Telegram-чат. Там всегда есть с кем обсудить новости из мира высоких технологий.
Ученые объясняют, что очень далеки от доказательства того, что наша вселенная на самом деле когда-то была голографической проекцией. Однако перед нами теперь имеется факт получения эмпирических данных, собранных на базе реальных знаний о Вселенной. Этот факт может в конечном итоге стать началом открытия возможности, которая позволит объяснить упущенные части в физических законах с точки зрения двумерного представления. Другими словами, работа Афшорди и его коллег лишь доказывает, что необдуманно отказываться от вероятности голографической модели Вселенной — это совсем уж непростительная роскошь.
Означает ли это, что все мы сейчас живем в сложной голограмме? Согласно Афшорди, это не совсем так. Их модель способна описать происходившее только в самой ранней эпохе Вселенной, но не нынешнее ее состояние. Тем не менее теперь стоит подумать, каким образом вещи из двумерного пространства способны проецироваться в трехмерное измерение, если, конечно же, говорить о Вселенной, а не о кредитных карточках.
«Я бы сказал, что мы не живем голограмме. Но не стоит отбрасывать вероятность того, что мы могли из нее выйти. Тем не менее в 2017 году вы определенно живете в трех измерениях», — подытожил Афшорди.
Голографическая Вселенная: возможно, все проще, чем кажется.
Иллюзия или реальность: все зависит от того, со сколькими измерениями вы имеете дело.
Современный человек стремится дотошно изучить мир, в котором мы живем, предполагая его объективную реальность. Подсознательно, отбрасывая веру в сверхъестественное, мы стремимся создать логичную картину мира, в которой все должно быть понятно: вот здесь ядерные реакции, тут излучение, а вон там молекулы, из которых сложены мы и окружающий нас мир.
Но ученые продолжают свои поиски и приходят к выводам, которые уже не укладываются в сознание. Одна из самых безумных и непонятных гипотез – это предположение, что окружающая нас Вселенная не более чем прекрасно детализированная голограмма, что для многих из нас, по большому счету, иллюзия. И это не бред сумасшедшего, все больше данных, которые подтверждают данную гипотезу.
Действительно, реальность оказывается гораздо сложнее и удивительнее чем наши фантазии. Точнее, наши фантазии – это следствие удивительной реальности.
От сложного к простому
Очень часто мы пользуемся законами природы в своих интересах, не разбираясь в них. Ну вот сейчас вы читаете этот текст на экране своего компьютера, выполненного в форме смартфона, ноутбука или настольного компьютера.
Если начать писать лекцию про компьютерные технологии для новичков, которые не работали с компьютером, проще всего рассказать, как пользоваться теми или иными программами. Уже сложнее – рассказать, как программировать сайты. Еще сложнее – рассказать, как создаются языки программирования. Ну и, наконец, самое сложное, но и самое важное – как управлять потоком сигналов. И вот тут появляются такие объяснения, как «под записью числа в память понимают размещение этого числа в ячейке по указанному адресу и хранение его там до выборки по команде программы. ». А что собой представляет число в компьютере? Ответ на этот вопрос определяет всю архитектуру компьютерной техники.
Поэтому рассказ о голографической Вселенной и о том, что дает нам «по жизни» знание этого факта (или не факта), хорошо бы начать не с далеких галактик или многочисленных измерений в черных дырах, а с определения самой голограммы. Что это вообще такое? И почему мы видим голографические наклейки на банкнотах, CD- дисках, даже на бутылках, но почему-то не видим шикарных трехмерных изображений в журналах, постерах или на экранах наших мониторов. Хотя именно трехмерность, возможность осмотреть объект с разных сторон, давно уже упоминается как одно из достоинств голографии.
Многие из нас тут же вспомнят про то, что уже существуют превосходные опыты поголографическому телевидению, однако большинство из них на самом деле голографическим можно назвать весьма условно, потому что трехмерность – далеко не самое важно свойство голографии. Самое удивительное в голограммах то, что каждая ее часть содержит информацию о целом. Но со своего особого ракурса.
Никакой техники
Основополагающим принципом голографии является интерференция, то есть взаимодействие волн. Если воспользоваться советом Козьмы Пруткова и внимательно понаблюдать за кругами, расходящимися от камня, брошенного в тихую воду, то мы увидим, как, отразившись от стенок причала, волны начнут между собой взаимодействовать. Там, где совпадут максимумы, волна еще более вырастет, а где совпадут максимумы и минимумы – исчезнет.
Свет – это тоже колебания, колебания электромагнитного поля. И он также способен к интерференции. Однако мы не видим в окружающем мире никаких всплесков и черных провалов. Главная причина в том, что вокруг нас распространяются волны самой разной длины, или, если говорить образнее, самых разных цветов. Даже свет, пропущенный через цветной светофильтр, все равно несет кванты очень разной частоты.
Поэтому появление настоящих голографических картинок стало возможным только с появлением лазера. Лазер испускает луч строго определенного цвета (то есть частоты). А это дает возможность не просто осветить предмет с одной точки, как в случае с обычной лампой или солнечным светом, но и записать интерференционную картину, которую создает предмет, отражая электромагнитные волны. Вот тут надо рассказать, почему нам нужна именно эта картина смешанной ряби, а не простое изображение объекта.
Есть много интересных объяснений явлений, связанных с голографией. Если постараться сделать это максимально кратко и просто, то можно представить упавший в бассейн шарик, который обозначим точкой (см. рис.). От него пойдут во все стороны круги – сфотографировав их, мы получим голограмму этой идеальной точки. Даже не видя самого камня, но зафиксировав круги, мы можем сказать, где именно он упал. Теперь бросим в воду одновременно два шарика, и получим две системы кругов. Теперь отрежем половину изображения, и все равно мы сможем восстановить местоположение падения обеих точек.
1 – изображение элементарной точки; 2 – интерференционная картина (голограмма) этой точки; 3 – изображение двух точек; 4 – голограмма двух точек; 5 – частично разрушенная голограмма двух точек; 6 – восстановленное изображение двух точек по частично разрушенной голограмме
Чем больше будет таких точек, тем сложнее станет картина. Пять точек формируют уже сложное поле. Что уж тут говорить о картине отражения лучей от реального предмета. Но принцип остается тем же. Каждая часть голограммы несет в себе информацию о всей картинке, но со своей точки зрения, и при этом чем меньше кусочек, тем больше неопределенность картинки, визуально – ниже качество.
Пять точек (1) создают уже весьма сложную голограмму (2), а простенькая золотая рыбка (3) – голографическое поле, в котором уже невозможно увидеть исходное изображение (4).
Голография и жизнь
Этот принцип мы проверяем в нашей жизни ежедневно. Сколько споров о тех или иных явлениях социальной, научной или политической жизни. Мы ездим на места событий, но, по сути, можем не улучшать «голограмму» события, поскольку видеть будем по-прежнему очень маленький кусочек информационного поля. А оно для каждого будет разным, то есть «все знают всё, каждый что-нибудь, никто не знает достаточно». При этом каждому кажется, что он располагает всей полнотой информации, это же так очевидно.
К тому же видим мы не глазами, а мозгом. Глаза – это только детекторы. Именно мозг формирует из имеющихся фрагментов, которые увидели ваши глаза, целостное изображение, и именно поэтому его можно обманывать, выдавая сменяемые 24 картинки в секунду за реальное движущееся изображение. Также, когда мы смотрим на подсвеченное плоское голографическое изображение, несущее в себе информацию о тенях, положении деталей и различиях в углах положения деталей для правого и левого глаза, мы ощущаем его глубину. То есть информация об объекте для мозга превращается как бы в сам объект.
Так голограмма, муароподобная интерференционная картина объекта, с помощью лазера может стать для нас удивительным по своему реализму трехмерным объектом. Но и это еще не все; зная законы интерференции, можно с помощью математики создать программу и с ее помощью рассчитать интерференционную карту для несуществующих в реальности объектов.
Теперь смотрите, что получается: можно принять, что сама программа расчета одномерна – там есть только два состояния, «0» и «1», и одно измерение – время. Созданная в результате этого голограмма будет плоской пленкой с муаровой побежалостью, то есть двухмерным объектом. И, наконец, подсвеченная внешним источником, она явит нам трехмерный объект.
Мы сами материальны, состоим из молекул, те состоят из атомов, атомы из нейтронов, протонов, электронов. И вот там, где в пропасти миниатюрности наш мир начинает исчезать, начинается совсем новая физика. В своем предельном состоянии, согласно теории суперструн, элементарные частицы – это стоячие волны квантового поля в пространстве, имеющем 11 измерений. Представить себе это крайне сложно, да и в данный момент нам не нужно; обратите внимание на другое – это стоячие волны поля. А где есть поле и волны, там есть и интерференция, то есть голограммы.
Так что словосочетание «Вселенная – это голограмма» не означает, что это оптическая иллюзия, а лишь то, что ее законы – это законы интерференционных полей-голограмм, которые на субатомном уровне формируют те или иные материальные частицы. Привычный мир устоял?
Философия и техника
Разобравшись с тем, что такое голограмма, гораздо легче воспринимать откровения ученых, которые видят в ней объяснение особенностей Вселенной. В ее основе действительно может лежать некий информационный код, который, воплощенный в гигантскую голограмму квантовых полей, и создает на каком-то уровне окружающий нас мир и нас – как частицу этого мира. Но каждая частица этого мира – всего лишь одно из отражений чего-то единого.
Такой взгляд прекрасно объясняет явление квантовой спутанности, когда так называемые спутанные, или сцепленные элементарные частицы ведут себя синхронно, независимо от расстояния. То есть изменение одной частицы ведет к мгновенному изменению другой, нарушая предел скорости света, установленный эйнштейновской теорией относительности. Это уже не теория, а экспериментально подтвержденный факт, за который в 2010 году Клаузер, Аспе и Цайлингер получили премию Вольфа, а в 2012 году Арош и Уайнлендстали нобелевскими лауреатами.
Если применить голографическую теорию в качестве объяснения этого явления, то можно сказать, что дело не в том, что существует какой-то исключительный механизм обмена информацией со скоростью, превышающей скорость света, а потому, что на более глубоком уровне реальности эти частицы представляют собой один объект. Эта идея Дэвида Бома, который работал с Оппенгеймером и Эйнштейном, как раз сейчас и находит свое фактологическое подтверждение.
Существуют и более изощренные теории, которые также используют предположения о голографической природе Вселенной, однако они требуют еще долгих экспериментальных проверок и уточнений. Кроме этого, полно мистических спекуляций на данную тему.
Что же касается техники, то, используя принцип составления целого из множества и сохранения целого в частном, инженеры вовсю работают над созданием систем голографического телевидения, которые откроют перед нами новые возможности коммуникации.
Но все же хотелось бы узнать, означает ли все это, что каждый из нас – это часть единого целого и, унижая или любя одного ближнего, мы унижаем или любим весь мир?
Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов