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!
Комментарии (51)
GennPen
08.03.2017 22:39Голограмма – один из самых интересных «плоских» объектов, созданных человеком. Кодируя полную информацию о трёхмерной картинке на двумерной плоскости, голограммы меняют свой вид со сменой перспективы.
Но, на сколько понял принцип работы голограммы (голографических пластинок в частности) то они записывают на не совсем двумерной плоскости, а имеют определенный рабочий слой в котором записывается не плоская информация. То есть, говорить что голограмма записывается на двумерную плоскость — не совсем правильно. Эксперты, поправьте если не так.Kalobok
08.03.2017 23:15+1Я не очень специалист по голографии, но, насколько помню, принцип основан на записи интерференционной картины от опорного и отраженного света. Так что теоретически информация «плоская». То, что на праткике фотоматериалы имеют ненулевую толщину, не должно быть принципиально важно.
GennPen
08.03.2017 23:47Ну, я про то, что обычную фотографию можно сделать на двумерной плоскости, свет будет отражаться от двумерной поверхности. Но голограмму на плоской поверхности нельзя сделать, рабочий слой он объемный и имеет объемную структуру Поэтому записанную голограмму нельзя называть плоской, не смотря на то, что по отношению поверхности к толщине слоя она кажется плоской.
Kalobok
09.03.2017 00:02Вот как раз насколько я знаю, важна только интерференционная картина, а она плоская. Просто в обычной фотографии записывают только амплитуду света, а в голографии еще и фазу.
GennPen
09.03.2017 00:21Вот как раз насколько я знаю, важна только интерференционная картина, а она плоская.
Ниже дали видео: https://youtu.be/tjWznlGst9M?t=6m50s
Pshir
09.03.2017 15:47Можно записать именно двумерную, плоскую, интерференционную картину, но для, так сказать, просмотра голограммы её придётся освещать монохроматичным светом с той же длиной волны и с той же точки, откуда её освещали при записи. Недостающая информация возьмётся именно из длины волны источника и его расположения. Если записать объёмную (в пластинке ненулевой толщины) интерференционную картину, то для просмотра её можно освещать рассеянным немонохроматичным светом. Собственно, поэтому «плоский» в кавычках, наверное.
Tertium
В очередной раз надежды на Итана не оправдались.
Во-первых, сторонники этой гипотезы говорят, что наоборот, НЕ меньше, и в этом парадокс как бы. Во-вторых, со следующим предложением смысловой связки нет, впечатление, что либо Итан, либо переводчик вообще не понимают, о чем пишут.
arilou_camper
Думаю, опечатка.
poxvuibr
Сторонники этой гипотезы как раз говорят, что именно меньше и в этом весь ужас положения. Можно подробнее ознакомиться в книге Сасскинда Битва при чёрной дыре.
Desprit
Это цитата из приведенной вам книги.
Вроде как раз таки одинаково же?
poxvuibr
Нет, не одинаково. Тут в явном виде сказано, что, если у вас есть куб 10x10x10, то в нём нельзя поместить более 10x10x6 едениц информации, то есть её количество зависит от площади граней. И, хотя объём, как уже сказано 10x10x10 — столько информации в него запихнуть не получится.
Desprit
Да, вы правы, спасибо!
Deosis
Тогда что произойдет, если два заполненных информацией куба поставить друг на друга?
Суммарно информации 10х10х12, а внешняя площадь 10х10х10.
poxvuibr
Честно говоря, не совсем понял, что вы имеет в виду. Если у нас будет 2 куба, один из которых находится над другим, то общий объём — 10x10x10x2, а количество информации (оно же внешняя площадь) 10x10x6x2 .
wych-elm
Это аналогия, она не полностью идентична. Это так не работает, грани которыми эти "гипотетические" кубы будут соприкасаться то же учитываются при расчете их площади, они не скрываются в совместном объеме. Именно поэтому это "гипотетические" кубы, они не обладают всеми свойствами реальных, конкретных кубов из физического материала.
KiloLeo
Вообще не понятная фраза. Об объёме какого пространства из двух идёт речь? И так ничего не понятно, так ещё и фразы корявые.