Като се каже "черна дупка", всеки си представя онова невероятно изображение, обиколило света преди около година.
Но според новите изследвания на международна група учени черните дупки могат да са като холограми, в които цялата информация, която съдържат, може да е кодирана на двуизмерна повърхност, способна да възпроизвежда триизмерно изображение.
По този начин тези космически тела, както се потвърждава от квантовите теории, биха могли да са невероятно сложни и да концентрират огромно количество информация в себе си в две измерения като най-големия твърд диск, който съществува в природата.
Тази идея се съгласува с теорията на относителността на Айнщайн, която описва черните дупки като триизмерни, прости, сферични и гладки, както се проявяват в това прочуто изображение. Накратко, черните дупки „изглеждат“ като триизмерни, точно като холограмите. Проучването, което демонстрира това е публикувано в списание Physical Review X.
Тайната на черните дупки
Черните дупки са от голям проблем за учените по много причини. Например те са отличен пример за големите трудности на теоретичната физика за обединяването на принципите на Общата теория на относителността на Айнщайн с тези на квантовата физика, когато става въпрос за гравитацията. Според първата теория те трябва да са прости тела без информация. Според другата, както твърдят Джейкъб Бекенщайн и Стивън Хокинг, те трябва да са "най-сложните съществуващи системи", защото трябва да се характеризират с огромна "ентропия", която измерва сложността на една система и следователно би имала много на информация вътре в себе си.
Холографският принцип, приложен към черните дупки
За да проучат черните дупки, двамата автори на изследването, Франческо Бенини (Francesco Benini), професор SISSA, научен консултант на ICTP и изследовател на INFN), и Паоло Милан (Paolo Milan), изследовател на SISSA и INFN, използват една идея на почти 30 години, но все още изненадваща, наречена „холограмен принцип".
„Този революционен и донякъде контраинтуитивен принцип предполага, че поведението на гравитацията в дадена област на космоса може да се опише алтернативно чрез различна система, която съществува само в края на този регион и следователно в едно по-ниско измерение. И по-важното е, че в това алтернативно описание (наречено холографско) гравитацията не се появява явно. С други думи, холографският принцип ни позволява да опишем гравитацията, използвайки език, който не съдържа гравитация", обясняват изследователите.
Това, което Бенини и Милан правят, "е да приложат теорията на холографския принцип върху черните дупки. По този начин техните загадъчни термодинамични свойства стават по-разбираеми - съсредоточавайки се върху предвиждането, че тези тела имат голяма ентропия, и наблюдаването им от гледна точка на квантовата механика, може да се опишат точно като холограма - те имат две измерения, в които гравитацията изчезва, но възпроизвеждат обект в три измерения".
От теория до наблюдение
„Това проучване", обясняват двамата учени, „е само първата стъпка към по-дълбоко разбиране на тези космически тела и на свойствата, които ги характеризират там, където квантовата механика се пресича с Общата теория на относителността. Това е особено важно сега, когато наблюденията в астрофизиката имат невероятно развитие - наблюдението на гравитационните вълни от сливането на черни дупки от колаборацията между LIGO и Virgo или изображението на свръхмасивната черна дупка с Event Horizon Telescope. В близко бъдеще може да стане възможно да тестваме нашите теоретични прогнози относно квантовата гравитация, като тези, направени в това изследване, чрез наблюдение. И това, от научна гледна точка, би било нещо абсолютно изключително".
Още подробности за холографския принцип
 Холограма, работа на дизайнера Oliver Laric |
Холограмите са ни познати от банкноти или кредитни карти. Те всъщност са двуизмерни, ние обаче ги виждаме като триизмерни. Има вероятност поведението на Вселената да е подобно.
Според холографския принцип, за математическото описание на Вселената е достатъчна информацията, съдържаща се във външната й граница.
Още през 1997 физикът Хуан Малдасена изказва предположението, че е налице съответствие между теориите на гравитацията в изкривени анти-де Ситер пространства (AdS) и квантовите теории на полето в пространства с едно измерение по-малко.
Гравитационните явления са описани в теория с три пространствени измерения (ОТО), поведението на квантовите частици се изчисляват по теория само с две пространствени измерения.
Според холограмният принцип може да се обединят резултатите от двете теории.
Подобна връзка първоначално изглежда изненадваща – все едно да ремонтираш CD-плейър, използвайки формулите от учебник по астрономия. Методът обаче вече е донесъл успехи. Междувременно са публикувани повече от 10 000 научни труда във връзка с описаното от Малдасена съответствие между AdS пространствата и квантовата теория на полето.
Какво означава всичко това - де Ситер, анти-де Ситер пространства и пространства плоски, с положителна и с отрицателна кривина - прочетете в статията на Хуан Малдасена "Илюзията гравитация".
 Изображение на двумерно анти-де Ситер пространство, вградено в плоско тримерно пространство. Илюстрация: wikipedia |
Малко история
През 1993 г. известният холандски физик теоретик Герард'т Хоофт (Gerard't Hooft) представя смело предположение, което прилича на алегорията на пещерата на Платон. Това предположение, известно като холографски принцип, се състои от две основни твърдения:
Твърдение 1. Първото твърдение на холографския принцип е, че цялата информация, която се съдържа в някаква област на пространството може да се представи като "холограма", която "се излъчва" от границата на тази област или може да се определи от теорията на границата на тази област.
Например, ако разглежданата област е сладкарница, холографският принцип твърди, че цялата физика в сладкарницата може да бъде представена от теория, която се определя по стените на сладкарницата.
Твърдение 2. Второто твърдение на холографския принцип е, че теорията на границата на изследваната област на пространството трябва да съдържа най-много една степен на свобода на изключително малка площ (Планковa площ), оградена със страна с дължина равна на дължината на Планк, която обикновено се обозначава като Lp.
Lp = 1.6 * 10-33 см
През 1993 г. холандският физик Герард'т Хоофт (Gerard't Hooft ) предложил този принцип, като го прилага към струнната теория под формата на т. нар. AdS/CFT-съответствие.
Междувременно AdS пространството има отрицателна кривина, а кривината на Вселената се смята за близо до нулата, т.е. тя е плоска или поне – почти плоска, но изследователи от ТУ Виена изчислиха през 2015 г., че аналог на това съответствие може да важи и за плоска Вселена.
В новото изследване учените описват свойствата на черната дупка като двуизмерна система, в която гравитацията не присъства явно и съответно няма противоречие, породено от нея. За целта те прилагат AdS/CFT-съответствие. Той се състои това, че някакво петмерно пространство с отрицателна кривина (AdS) е еквивалентно на границата на един свят с четири измерения (3 пространствени и времето). Според струнната теория тази граница, наречена брана, съдържа частици под формата на струни и поведението на тези частици е подобно на поведението на частиците в AdS с гравитацията. Учените стигат до извода, че ентропията на въртяща се заредена черна дупка в AdS наистина може да се изрази от сбора на микросъстоянията в пространството с по-малък брой измерения.
Справка: Francesco Benini et al, Black Holes in 4-D N=4 Super-Yang-Mills Field Theory, Physical Review X (2020). DOI: 10.1103/PhysRevX.10.021037
Източник:
Black holes? They are like a hologram, International School of Advanced Studies (SISSA)
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари