Голографическая Вселенная на пальцах™
Возможно вы слышали краем уха такие заявления, что, мол, "наш мир всего лишь голограмма". Заява сама по себе довольно мощная, но люди чаще всего неправильно ее трактуют. Им кажется, что за этой фразой стоит мысль - все вокруг иллюзия, нет ничего реального, все наши поступки, дела и стремления лишь тщета и бесплотный голографический дым. Или даже так - вокруг одни цифровые голографические декорации, а мы живем в Матрице.
Данная статья посвящена объяснению предпосылок покуда теоретической, но вполне научной парадигмы - является ли наша Вселенная голограммой, и если да, то почему, собственно. Что заставляет ученых делать такие казалось бы глупые и очевидно абсурдные заявления.
Должен признаться, тема заинтересовала меня по очень неожиданной причине. Как позитивист, материалист, почти что атеист, я всегда считал точные науки - тру наукой, предприятием занимающимся реальными, настоящими делами. Физик измеряет реальный электрический потенциал между двумя реально существующими электродами. Химик смешивает содержимое двух реально существующих колб, и получает физически ощутимый результат, в виде конкретной химической молекулы. Биолог ковыряется в реальных генах и получает настоящего, живого зайца-урода, с рогами, чешуей и ядовитыми когтями на средних лапах. Люди заняты делом, люди работают.
Только представьте, насколько это нужней и полезней, чем пусто-порожние копания всяческих искусствоведов, культурологов и конечно же худших из людей - философов! Последние вообще сущие бездельники, порождения хаоса, лишняя ветвь рода человеческого. Один говорит - дух первичен, материя вторична. Другой возражает - нет, материя первична, а дух вторичен. И вот они целый день только тем и занимаются, что спорят друг с другом, выясняя кто прав, потребляют продукты и увеличивают мировую энтропию, прекрасно понимая, что спор их в принципе неразрешим, а значит спорить можно бесконечно.
Так думал я раньше, и, кстати, в какой-то мере продолжаю думать, но в ходе размышлений появились некоторые нюансы, вызывающие долю уважения к философам и их трудам. Размышления эти основаны на попытках объединения двух принципов, утиного и голографического.
Утиный признак (утиный тест) звучит так: "Если нечто выглядит как утка, плавает как утка и крякает как утка, то это, вероятно, утка и есть." Штука довольно известная в широких кругах и достаточно самоочевидная, не требующая доказательств.
Если у нас есть некий предмет, который обладает всеми (абсолютно всеми, 100%) характеристиками утки, этот объект должен быть уткой.
Например, если перед нами черный ящик, из которого доносится утиное крякание (одна из характеристик утки), мы можем предположить, что в ящике находится утка.
Но если мы откроем ящик и увидим там магнитофон с записью утиного крякания, мы поймем, что нас жестоко обманули. Как мы это поймем? Да потому, что у магнитофона отсутствуют другие утиные характеристики - он выглядит не как утка (а как магнитофон) и плавает не как утка (а тонет).
Можно пойти дальше. Можно взять игрушечную резиновую утку, засунуть в нее магнитофон и положить в черный ящик. При этом и крякание будет аутентично утиным, и когда мы откроем ящик, то увидим, что "оно" и выглядит как утка, и даже плавает, ибо резина. Но это все равно не утка, потому, что объекта "игрушечная резиновая утка" отсутствуют другие утиные характеристики - она не живая, не несет яйца, и вообще резиновая.
Если мы будем продолжать "улучшения" характеристик, т.е. приводить их в соответствие с характеристиками утки, то в конце концов, при 100% совпадении ВСЕХ параметров мы таки придем к самой настоящей утке. Мы не можем прийти ни к чему иному, мы будем вынуждены называть и считать уткой тот предмет, к которому пришли, об этом и утверждает утиный принцип. Точнее не совсем об этом, но к этому ведет философский фундамент, лежащий под этой шуточной фразой.
Тут, конечно, можно привести еще километры философских споров является ли предмет тем, что он из себя представляет, тем, что он есть на самом деле, но диспут по умолчанию бесконечный и с какого-то момента начинает ходить по кругу, от чего предлагаю его прервать и перейти ко второй части, к голографическому принципу.
Голографический принцип Вселенной родился из обсуждения термодинамики черных дыр (суть вопроса раскрывается в статье " Сколько вселенных поместится на 16ти гигабайтную флешку на пальцах™" или гораздо более полно в книге Л. Сасскинда "Битва при черной дыре. Мое сражение со Стивеном Хокингом за мир, безопасный для квантовой механики"), хотя предпосылки существовали и ранее, протягиваясь к самому дедушке Эйнштейну, которого выводило из себя жуткое дальнодействие спутанных квантов (см. статью " Характер физических законов на пальцах™") или даже еще дальше, к еще более древнему дедушке Платону с его пещерой.
Идея в том, что вся информация, содержащаяся в черной дыре, (а ее там должно быть много, ведь все предметы, падающие в черную дыру несут с собой дикое количество информации лишь фактом своего существования, и она обязана где-то складироваться и храниться) дублируется на горизонте событий. Естественно, вся информация сохраняется там в совершенно нечитаемом виде, далеком от изначального, но она там есть. Данное утверждение базируется на фундаментальнейшем принципе физики - законе сохранения информации.
Что интересно, вы не найдете подобного закона в списке законов сохранения. Все законы сохранения известные к началу 20го века были построены на свойствах симметрии нашего мира, математически сформулированных шибко башковитой, но незаслуженно малоизвестной теткой Эмми Нёттер. Закона сохранения информации там нет, это закон правильней было бы называть "законом неуничтожимости информации", который подразумевает, что все процессы, что термодинамические, что квантовые теоретически обратимы во времени.
Если вы возьмете ДВД-диск с фильмом Матрица, поцарапаете его гвоздем, затем бросите на пол и растопчете в мелкие кусочки, кажется, что информация с диска бесследно исчезла. Но это ведь не так! Да, прочитать диск уже практически невозможно, но информация-то никуда не делась. Она остается в виде конфигурации молекул осколков диска, и то, что мы не можем эти куски засунуть в ДВД-плеер наша личная проблема, с точки зрения Вселенной ничего никуда не исчезло, информация лишь перемешана в полную кашу, но теоретически (теоретически!) можно усадить за работу двух демонов Лапласа (или 500 китайцев) и собрать диск из осколков взад. Пусть на это уйдет тысяча лет, но исходя из законов физики это вполне себе обратимый процесс, а если процесс обратим, значит информация не потеряна, она осталась, и ее можно восстановить.
Это легко понять на примере, пример будет, сами понимаете каким - аналогией на пальцах™.
Представьте себе, что мы поставили высокоскоростную камеру повышенной четкости и снимаем фильм, как ДВД-диск падает на пол. Диск упал и разбился. Его куски летят во все стороны, полная каша, ничего не понятно. По кускам даже не скажешь сразу, что это был за предмет изначально - кругом одна мелкая дребезга. Но ведь камера все засняла! Можно прокрутить эту запись в режиме замедленной (хотя правильно говорить ускоренной) съемки и четко проследить куда летит какая дребезга. Даже больше. Всегда можно прокрутить эту запись задом наперед, и увидеть какой кусок откуда прилетел. А в конечном итоге, даже как будто-бы воссоздать целый диск из разбитого, пусть не в реальности, но хотя бы на записи.
В настоящей природе никакой скоростной камеры конечно нет, но она и не нужна. Каждая мелкая песчинка сама себе кинокамера. Она всегда знает откуда прилетела и куда летит. Если провести соцопрос и опросить каждый мельчайший кусочек откуда он прилетел, по их словам и чистосердечным признаниям можно восстановить общую картину прошлого.
Именно в этом смысле я говорю о законе сохранения информации. Если у любой частицы можно проследить ее путь по времени, если этот процесс перемещения по времени обратим хотя бы в принципе, значит информация неуничтожима.
Все это хорошо и верно лишь в привычном мире хорошо знакомых песчинок и частиц. С квантовыми процессам несколько сложнее, в квантовой механике тоже формально разрешены лишь унитарные преобразования (т.е. те, что можно обратить во времени вспять и вернуться к первоначальной конфигурации), но тут нельзя не вспомнить такую штуку как "процесс измерения", который совершенно случайным образом схлопывает суперпозицию волновой функции и на счет которого ученые до сих пор так и не договорились, чем же его считать и как рассматривать. В любом случае, для нашей темы это не существенно, в случае с черной дырой закон сохранения информации обязан работать, иначе всю квантовую механику придется переписывать, чего ленивым ученым очень бы не хотелось. Ученые, по крайней мере физики, вообще еще не записали ни одного необратимого закона природы. Все формулы, все знания о поведении окружающего мира, что мы знаем - обратимы.
Вот и возникла идея, что вся информация, которая падает в черную дыру, неким образом дублируется (как это происходит разговор долгий и не совсем ясный, но это и не важно) на горизонте событий в виде каких-то загогулин, фактически рисунков прямо на поверхности горизонта событий, то есть на поверхности черной дыры. Я конечно утрирую, никаких "рисунков" там в реальности нет, но идея такая. Информация об упавшем предмете записывается битами (не настоящими битами, 1 и 0, как в компьютере, но чем-то очень похожим), помещенными в ячейки планковской длины, точнее в данном случае "планковской площади" 10-35x10-35 м2, размещенными прямо на поверхности горизонта событий. Получается, что всю информацию о трехмерном предмете - всю ту объемную конфигурацию молекул, которые составляют предмет, а так же все характеристики предмета - его массу, температуру, мягкость, пушистость и так далее, мы смогли записать в виде двухмерной картины неких загогулин, размещенных в ячейках планковских размеров.
Так получается (так должно получаться) вот по каким соображениям. Аналогия с кинокамерой и ДВД-диском понятна. Но что будет в случае с черной дырой? Вот была у нас черная дыра, и мы кинули в нее диван. Дыра сделала характерный бульк! (шутка, конечно) и увеличила свою массу, а значит увеличилась в размерах. Потом мы кинули в нее холодильник. Снова бульк! Потом телевизор. Бульк! Дальше больше - два магнитофона, два портсигара импортных, два пиджака отечественных. Замшевых. Дыра каждый раз делает бульк! и увеличивается в размерах. Прокрутим пленку назад. Из нее, из черной дыры по идее должны вылетать все эти предметы в обратном порядке. Но откуда дыра будет знать, как она может догадаться, что ей выкидывать обратно? В физике есть такая забавно звучащая концепция - "у черной дыры нет волос". Она означает, что одна черная дыра ничем, абсолютно ничем не отличается от другой такой же. У них нет и не может быть причесок. Все различия могут быть лишь в массе, электрическом заряде и моменте вращения. Т.е. черной дыре просто негде хранить информацию об упавшем диване или холодильнике, чтобы при случае вернуть ее назад. Нигде, кроме как на двухмерной поверхности черной дыры, на горизонте событий.
В привычном нам мире двухмерная картина ВСЕГДА хуже трехмерного предмета. Хуже в том смысле, что содержит меньше информации. Если перед тобой стоит трехмерная машина, ее можно обойти со всех сторон, увидеть, что сзади на бампере нацарапано неприличное слово, а передние номера не совпадают с задними (похоже, что номера перебитые, а машина ворованная). Вся эта информация отсутствует, если у нас в наличии только двухмерная картина машины, пусть даже супер-детализированная, пусть даже 100-мегапиксельная фотография. Все равно фотографию нельзя обойти вокруг, больше информации, чем есть на плоском изображении из фото не вытащить.
Однако в нашем мире существует такая штука как голография. Настоящая голография, не псевдо-голографические наклейки, которые "подмигивают". Голография это по сути двухмерный кусок прозрачной пленки, который при определенном освещении лазерным лучом воссоздает перед нашими глазами в пространстве трехмерный предмет. Тут, конечно, не все так просто. И пленка не "истинно двухмерная", вся фишка как раз таки в том, что на пленке особым образом процарапан хитрый узор из трехмерных ложбинок, которые создают интерференционную картину при облучении ее лазером определенной длины волны. Да и голограмма - трехмерное изображение, висящее в воздухе, это все же не "истинный предмет". У него нет массы, плотности, других характеристик, это лишь бесплотное изображение, к тому же не всегда четкое. Но идея как раз очень похожая. На псевдо-двухмерной пленке мы записываем БОЛЬШЕ информации, чем казалось бы могли, и если у нас есть хитрое устройство считывания (особый лазерный луч), мы можем по этой двухмерной информации воссоздать трехмерный предмет, или хотя бы его изображение. Которое, как обычный трехмерный предмет, можно обойти вокруг, посмотреть на него с разных сторон и узнать, что у него спереди и что сзади.
Так появилась идея голографической черной дыры, которая хранит информацию о падающих в нее трехмерных объектах на истинно (а вот тут уже не "псевдо", а "истинно") двухмерном горизонте событий. Причем в отличие от наших несовершенных голограмм - ВСЮ информацию об объекте, и его массу и все остальное.
Со временем от черных дыр ученые стали плавно переходить к описанию привычных вещей. По аналогии (законы-то одни и те же) можно утверждать, что любая информация, содержащаяся в неком объеме, например в черном ящике, в комнате, в Солнечной Системе, во всей Вселенной, может быть записана в виде неких загогулин, расположенных на поверхности ограничивающей этот объем. На стенках черного ящика, на стенах комнаты, на воображаемой сфере вокруг нашей Солнечной Системы, на границе нашей Вселенной.
Причем для этого не нужны какие-то особые "магические границы". Принцип-то теоретический. Теоретически заявляется, что, все происходящее в каком-то объеме, вся информация о том, что там содержится, т.е. не только все предметы, что там находятся, а все законы физики, которые работают в этом объеме, все процессы, что там происходят, вообще ВСЕ-ВСЕ-ВСЕ, что есть, что было и что будет в каком-то участке пространства эквивалентно некой записи на стенах этого объема. Ну, это в случае статической картинки, а в случае разворачивающихся во времени процессов - динамически изменяющейся двумерной записи.
Это и есть теория голографической Вселенной. Все, что мы видим вокруг, слышим, ощущаем и так или иначе наблюдаем, все это могут быть реальные предметы, процессы и события, а могут оказаться лишь "голографические" проекции неких двумерных записей на какой-то далекой "стене, ограничивающей наш мир". Обращу особое внимание на употребленные кавычки. Во-первых это не настоящая голография в человеческом понимании, не та, что расположена на прозрачном куске пленки, а только лишь схожий принцип. И во-вторых, никакой "стены, ограничивающей наш мир" в реальности, естественно, нет. Стена-то воображаемая, как экватор на глобусе.
Т.е. у нас на Земле, в нашем мире - раскачиваются деревья, падают камни, живут города, идут войны и доллар подорожал, а там на далекой стене все это выглядит как-то так:
И эти процессы эквивалентны. То есть описываются одинаковыми законами и одинаковыми формулами. И невозможно понять, какие более правильные, а какие лишь голографическое отображение. Оба описания правильные. Оба описывают одну и ту же реальность, хоть и разными способами. Оба являются истинными.
Однако долгое время все это были лишь разговоры, аналогии и предположения из серии "а вот хорошо было бы, если бы..." покуда некий мало кому известный аргентинский математик Хуан Малдасена в 1997м не привел точное математическое доказательство данной эквивалентности.
И сразу же, не отходя от кассы, несколько замечаний по поводу решений Малдасены.
1. Строго говоря, работа Малдасены состоит в доказательстве "эквивалентности пятимерного (4+1) анти-де-Ситтеровского пространства с наличием гравитации и четырехмерной проекцией (3+1), описываемой конформной теорией поля без гравитации". Звучит весьма заумно (и это только заголовок! внутрь вообще лучше не соваться, если голову бережешь), но основной смысл очень похож на то, что мы тут обсуждаем. Пятимерное многообразие, оказалось, можно представить в виде четырехмерного. Как раз практически наш случай, где мы трехмерное виде двумерного представляем. Гравитация получается как бы еще одним измерением, только "со знаком минус". Обычное измерение добавляет степеней свободы, а гравитация наоборот связывает их. Ну, если, конечно, не обращать внимания на то, что у Малдасены пространство анти-де Ситтера, а наша Вселенная как раз просто де Ситтера. Хотя и тут у ученых есть разногласия. Одни считают, что анти-де Ситтера, другие, что де Ситтера, третьи, что смесь того и другого, а четвертые вообще, что черти-что и сбоку бантик.
2. Свои доказательства Малдасена рассчитывает, используя математику Теории Струн. А Теория Струн, как многие знают, не только не полна, но и вообще не доказана. Т.е. никем не доказано, что эти струны вообще существуют, а если их на самом деле нет, то вся теория (которая, повторюсь, еще даже не до конца закончена и оформлена) и вовсе идет на свалку. Тут теорструнщики, конечно, возражают, что, мол, есть струны, или нет, это одно, а математика у нас верная, с ней все в порядке и на нее можно положиться. Ну, да. Ну, да. Только осадочек-то все равно остается. Скажите, нафига на нее ложиться-то? Зачем нам математика 11-ти мерных пространств, если вместе со струнами пропадут лишние измерения и мы вернемся к нашему привычному, родному четырехмерному пространству-времени.
3. Ну и такой момент, как элементарная ошибка в расчетах, тоже нельзя отбрасывать. Вычисления там все как один "теорструнные", проверить их могут дай бог человек сто во всем мире, где-то Малдасена прошляпил, где-то плюс на минус перепутал, никто и не заметит, ибо мало кто вообще понимает о чем там речь идет. Это шутка, конечно, однако в каждой доле шутки...
Короче "но" различной степени тяжести присутствуют. Хотя идея, если задуматься, полностью безбашенная. Конечно, лишь факт, что какой-то упоротый яйцеголовый что-то там себе на бумажке доказал, совсем не делает наш мир голограммой. То, что наш трехмерный (четырехмерный, если учитывать пространство-время) мир, со всем его многообразием явлений, событий, предметов и людей можно полностью описать при помощи двумерной пленки не делает эту двумерную пленку оригиналом нашего мира. Ведь я могу словами (а могу и пальцами™) описать какой-то предмет, но это не сделает сами слова реальностью. Скажем, один лишь факт, что я со стопроцентной точностью опишу какую-нибудь птицу, например утку... стоп. Где-то я уже слышал что-то подобное!
Весь прикол доказательства Малдасены в том, что он приводит полное и абсолютное соответствие (эквивалентность) описания того или иного явления, процесса, события, происходящего в трехмерном представлении, либо в двумерной проекции этого представления. (Точнее пятимерного и четырехмерного. Не забывайте идея полностью теоретическая и "некая натяжка на наш трехмерный мир" все-таки существует).
Однако, если все то, что встречается в нашей Вселенной, если весь наш мир можно 100% полностью описать процессами, происходящими на неких границах Вселенной, разве не делает это, согласно вышеприведенному "утиному принципу", его самым настоящим миром?
Подумайте над тем, что я вам сейчас говорю. Вот я нарисовал на листе бумаги (или экране компьютера) утку и говорю - это утка.
Вы: Ну, видим, что утка, и что?
Я: Нет, вы не поняли. Это не рисунок, не изображение утки. Это самая настоящая реальная утка.
Вы: Хорош гнать, какая, нафиг, реальная утка? Она же не живая, она же не движется!
Я: Почему же. Вот посмотрите. (делает так, что утка начала двигаться)
Вы: Но она же на ощупь не как утка, а как лист бумаги (монитор)!
Я: (делает утку на ощупь покрытой перьями) - А сейчас?
Вы: Но она же не...
Я: (делает...) А сейчас?
Понимаете, к чему клоню? А что если наш мир действительно лишь голограмма?
Данная статья посвящена объяснению предпосылок покуда теоретической, но вполне научной парадигмы - является ли наша Вселенная голограммой, и если да, то почему, собственно. Что заставляет ученых делать такие казалось бы глупые и очевидно абсурдные заявления.
Должен признаться, тема заинтересовала меня по очень неожиданной причине. Как позитивист, материалист, почти что атеист, я всегда считал точные науки - тру наукой, предприятием занимающимся реальными, настоящими делами. Физик измеряет реальный электрический потенциал между двумя реально существующими электродами. Химик смешивает содержимое двух реально существующих колб, и получает физически ощутимый результат, в виде конкретной химической молекулы. Биолог ковыряется в реальных генах и получает настоящего, живого зайца-урода, с рогами, чешуей и ядовитыми когтями на средних лапах. Люди заняты делом, люди работают.
Только представьте, насколько это нужней и полезней, чем пусто-порожние копания всяческих искусствоведов, культурологов и конечно же худших из людей - философов! Последние вообще сущие бездельники, порождения хаоса, лишняя ветвь рода человеческого. Один говорит - дух первичен, материя вторична. Другой возражает - нет, материя первична, а дух вторичен. И вот они целый день только тем и занимаются, что спорят друг с другом, выясняя кто прав, потребляют продукты и увеличивают мировую энтропию, прекрасно понимая, что спор их в принципе неразрешим, а значит спорить можно бесконечно.
Так думал я раньше, и, кстати, в какой-то мере продолжаю думать, но в ходе размышлений появились некоторые нюансы, вызывающие долю уважения к философам и их трудам. Размышления эти основаны на попытках объединения двух принципов, утиного и голографического.
Утиный признак (утиный тест) звучит так: "Если нечто выглядит как утка, плавает как утка и крякает как утка, то это, вероятно, утка и есть." Штука довольно известная в широких кругах и достаточно самоочевидная, не требующая доказательств.
Если у нас есть некий предмет, который обладает всеми (абсолютно всеми, 100%) характеристиками утки, этот объект должен быть уткой.
Например, если перед нами черный ящик, из которого доносится утиное крякание (одна из характеристик утки), мы можем предположить, что в ящике находится утка.
Но если мы откроем ящик и увидим там магнитофон с записью утиного крякания, мы поймем, что нас жестоко обманули. Как мы это поймем? Да потому, что у магнитофона отсутствуют другие утиные характеристики - он выглядит не как утка (а как магнитофон) и плавает не как утка (а тонет).
Можно пойти дальше. Можно взять игрушечную резиновую утку, засунуть в нее магнитофон и положить в черный ящик. При этом и крякание будет аутентично утиным, и когда мы откроем ящик, то увидим, что "оно" и выглядит как утка, и даже плавает, ибо резина. Но это все равно не утка, потому, что объекта "игрушечная резиновая утка" отсутствуют другие утиные характеристики - она не живая, не несет яйца, и вообще резиновая.
Если мы будем продолжать "улучшения" характеристик, т.е. приводить их в соответствие с характеристиками утки, то в конце концов, при 100% совпадении ВСЕХ параметров мы таки придем к самой настоящей утке. Мы не можем прийти ни к чему иному, мы будем вынуждены называть и считать уткой тот предмет, к которому пришли, об этом и утверждает утиный принцип. Точнее не совсем об этом, но к этому ведет философский фундамент, лежащий под этой шуточной фразой.
Тут, конечно, можно привести еще километры философских споров является ли предмет тем, что он из себя представляет, тем, что он есть на самом деле, но диспут по умолчанию бесконечный и с какого-то момента начинает ходить по кругу, от чего предлагаю его прервать и перейти ко второй части, к голографическому принципу.
Голографический принцип Вселенной родился из обсуждения термодинамики черных дыр (суть вопроса раскрывается в статье " Сколько вселенных поместится на 16ти гигабайтную флешку на пальцах™" или гораздо более полно в книге Л. Сасскинда "Битва при черной дыре. Мое сражение со Стивеном Хокингом за мир, безопасный для квантовой механики"), хотя предпосылки существовали и ранее, протягиваясь к самому дедушке Эйнштейну, которого выводило из себя жуткое дальнодействие спутанных квантов (см. статью " Характер физических законов на пальцах™") или даже еще дальше, к еще более древнему дедушке Платону с его пещерой.
Идея в том, что вся информация, содержащаяся в черной дыре, (а ее там должно быть много, ведь все предметы, падающие в черную дыру несут с собой дикое количество информации лишь фактом своего существования, и она обязана где-то складироваться и храниться) дублируется на горизонте событий. Естественно, вся информация сохраняется там в совершенно нечитаемом виде, далеком от изначального, но она там есть. Данное утверждение базируется на фундаментальнейшем принципе физики - законе сохранения информации.
Что интересно, вы не найдете подобного закона в списке законов сохранения. Все законы сохранения известные к началу 20го века были построены на свойствах симметрии нашего мира, математически сформулированных шибко башковитой, но незаслуженно малоизвестной теткой Эмми Нёттер. Закона сохранения информации там нет, это закон правильней было бы называть "законом неуничтожимости информации", который подразумевает, что все процессы, что термодинамические, что квантовые теоретически обратимы во времени.
Если вы возьмете ДВД-диск с фильмом Матрица, поцарапаете его гвоздем, затем бросите на пол и растопчете в мелкие кусочки, кажется, что информация с диска бесследно исчезла. Но это ведь не так! Да, прочитать диск уже практически невозможно, но информация-то никуда не делась. Она остается в виде конфигурации молекул осколков диска, и то, что мы не можем эти куски засунуть в ДВД-плеер наша личная проблема, с точки зрения Вселенной ничего никуда не исчезло, информация лишь перемешана в полную кашу, но теоретически (теоретически!) можно усадить за работу двух демонов Лапласа (или 500 китайцев) и собрать диск из осколков взад. Пусть на это уйдет тысяча лет, но исходя из законов физики это вполне себе обратимый процесс, а если процесс обратим, значит информация не потеряна, она осталась, и ее можно восстановить.
Это легко понять на примере, пример будет, сами понимаете каким - аналогией на пальцах™.
Представьте себе, что мы поставили высокоскоростную камеру повышенной четкости и снимаем фильм, как ДВД-диск падает на пол. Диск упал и разбился. Его куски летят во все стороны, полная каша, ничего не понятно. По кускам даже не скажешь сразу, что это был за предмет изначально - кругом одна мелкая дребезга. Но ведь камера все засняла! Можно прокрутить эту запись в режиме замедленной (хотя правильно говорить ускоренной) съемки и четко проследить куда летит какая дребезга. Даже больше. Всегда можно прокрутить эту запись задом наперед, и увидеть какой кусок откуда прилетел. А в конечном итоге, даже как будто-бы воссоздать целый диск из разбитого, пусть не в реальности, но хотя бы на записи.
В настоящей природе никакой скоростной камеры конечно нет, но она и не нужна. Каждая мелкая песчинка сама себе кинокамера. Она всегда знает откуда прилетела и куда летит. Если провести соцопрос и опросить каждый мельчайший кусочек откуда он прилетел, по их словам и чистосердечным признаниям можно восстановить общую картину прошлого.
Именно в этом смысле я говорю о законе сохранения информации. Если у любой частицы можно проследить ее путь по времени, если этот процесс перемещения по времени обратим хотя бы в принципе, значит информация неуничтожима.
Все это хорошо и верно лишь в привычном мире хорошо знакомых песчинок и частиц. С квантовыми процессам несколько сложнее, в квантовой механике тоже формально разрешены лишь унитарные преобразования (т.е. те, что можно обратить во времени вспять и вернуться к первоначальной конфигурации), но тут нельзя не вспомнить такую штуку как "процесс измерения", который совершенно случайным образом схлопывает суперпозицию волновой функции и на счет которого ученые до сих пор так и не договорились, чем же его считать и как рассматривать. В любом случае, для нашей темы это не существенно, в случае с черной дырой закон сохранения информации обязан работать, иначе всю квантовую механику придется переписывать, чего ленивым ученым очень бы не хотелось. Ученые, по крайней мере физики, вообще еще не записали ни одного необратимого закона природы. Все формулы, все знания о поведении окружающего мира, что мы знаем - обратимы.
Вот и возникла идея, что вся информация, которая падает в черную дыру, неким образом дублируется (как это происходит разговор долгий и не совсем ясный, но это и не важно) на горизонте событий в виде каких-то загогулин, фактически рисунков прямо на поверхности горизонта событий, то есть на поверхности черной дыры. Я конечно утрирую, никаких "рисунков" там в реальности нет, но идея такая. Информация об упавшем предмете записывается битами (не настоящими битами, 1 и 0, как в компьютере, но чем-то очень похожим), помещенными в ячейки планковской длины, точнее в данном случае "планковской площади" 10-35x10-35 м2, размещенными прямо на поверхности горизонта событий. Получается, что всю информацию о трехмерном предмете - всю ту объемную конфигурацию молекул, которые составляют предмет, а так же все характеристики предмета - его массу, температуру, мягкость, пушистость и так далее, мы смогли записать в виде двухмерной картины неких загогулин, размещенных в ячейках планковских размеров.
Так получается (так должно получаться) вот по каким соображениям. Аналогия с кинокамерой и ДВД-диском понятна. Но что будет в случае с черной дырой? Вот была у нас черная дыра, и мы кинули в нее диван. Дыра сделала характерный бульк! (шутка, конечно) и увеличила свою массу, а значит увеличилась в размерах. Потом мы кинули в нее холодильник. Снова бульк! Потом телевизор. Бульк! Дальше больше - два магнитофона, два портсигара импортных, два пиджака отечественных. Замшевых. Дыра каждый раз делает бульк! и увеличивается в размерах. Прокрутим пленку назад. Из нее, из черной дыры по идее должны вылетать все эти предметы в обратном порядке. Но откуда дыра будет знать, как она может догадаться, что ей выкидывать обратно? В физике есть такая забавно звучащая концепция - "у черной дыры нет волос". Она означает, что одна черная дыра ничем, абсолютно ничем не отличается от другой такой же. У них нет и не может быть причесок. Все различия могут быть лишь в массе, электрическом заряде и моменте вращения. Т.е. черной дыре просто негде хранить информацию об упавшем диване или холодильнике, чтобы при случае вернуть ее назад. Нигде, кроме как на двухмерной поверхности черной дыры, на горизонте событий.
В привычном нам мире двухмерная картина ВСЕГДА хуже трехмерного предмета. Хуже в том смысле, что содержит меньше информации. Если перед тобой стоит трехмерная машина, ее можно обойти со всех сторон, увидеть, что сзади на бампере нацарапано неприличное слово, а передние номера не совпадают с задними (похоже, что номера перебитые, а машина ворованная). Вся эта информация отсутствует, если у нас в наличии только двухмерная картина машины, пусть даже супер-детализированная, пусть даже 100-мегапиксельная фотография. Все равно фотографию нельзя обойти вокруг, больше информации, чем есть на плоском изображении из фото не вытащить.
Однако в нашем мире существует такая штука как голография. Настоящая голография, не псевдо-голографические наклейки, которые "подмигивают". Голография это по сути двухмерный кусок прозрачной пленки, который при определенном освещении лазерным лучом воссоздает перед нашими глазами в пространстве трехмерный предмет. Тут, конечно, не все так просто. И пленка не "истинно двухмерная", вся фишка как раз таки в том, что на пленке особым образом процарапан хитрый узор из трехмерных ложбинок, которые создают интерференционную картину при облучении ее лазером определенной длины волны. Да и голограмма - трехмерное изображение, висящее в воздухе, это все же не "истинный предмет". У него нет массы, плотности, других характеристик, это лишь бесплотное изображение, к тому же не всегда четкое. Но идея как раз очень похожая. На псевдо-двухмерной пленке мы записываем БОЛЬШЕ информации, чем казалось бы могли, и если у нас есть хитрое устройство считывания (особый лазерный луч), мы можем по этой двухмерной информации воссоздать трехмерный предмет, или хотя бы его изображение. Которое, как обычный трехмерный предмет, можно обойти вокруг, посмотреть на него с разных сторон и узнать, что у него спереди и что сзади.
Так появилась идея голографической черной дыры, которая хранит информацию о падающих в нее трехмерных объектах на истинно (а вот тут уже не "псевдо", а "истинно") двухмерном горизонте событий. Причем в отличие от наших несовершенных голограмм - ВСЮ информацию об объекте, и его массу и все остальное.
Со временем от черных дыр ученые стали плавно переходить к описанию привычных вещей. По аналогии (законы-то одни и те же) можно утверждать, что любая информация, содержащаяся в неком объеме, например в черном ящике, в комнате, в Солнечной Системе, во всей Вселенной, может быть записана в виде неких загогулин, расположенных на поверхности ограничивающей этот объем. На стенках черного ящика, на стенах комнаты, на воображаемой сфере вокруг нашей Солнечной Системы, на границе нашей Вселенной.
Причем для этого не нужны какие-то особые "магические границы". Принцип-то теоретический. Теоретически заявляется, что, все происходящее в каком-то объеме, вся информация о том, что там содержится, т.е. не только все предметы, что там находятся, а все законы физики, которые работают в этом объеме, все процессы, что там происходят, вообще ВСЕ-ВСЕ-ВСЕ, что есть, что было и что будет в каком-то участке пространства эквивалентно некой записи на стенах этого объема. Ну, это в случае статической картинки, а в случае разворачивающихся во времени процессов - динамически изменяющейся двумерной записи.
Это и есть теория голографической Вселенной. Все, что мы видим вокруг, слышим, ощущаем и так или иначе наблюдаем, все это могут быть реальные предметы, процессы и события, а могут оказаться лишь "голографические" проекции неких двумерных записей на какой-то далекой "стене, ограничивающей наш мир". Обращу особое внимание на употребленные кавычки. Во-первых это не настоящая голография в человеческом понимании, не та, что расположена на прозрачном куске пленки, а только лишь схожий принцип. И во-вторых, никакой "стены, ограничивающей наш мир" в реальности, естественно, нет. Стена-то воображаемая, как экватор на глобусе.
Т.е. у нас на Земле, в нашем мире - раскачиваются деревья, падают камни, живут города, идут войны и доллар подорожал, а там на далекой стене все это выглядит как-то так:
И эти процессы эквивалентны. То есть описываются одинаковыми законами и одинаковыми формулами. И невозможно понять, какие более правильные, а какие лишь голографическое отображение. Оба описания правильные. Оба описывают одну и ту же реальность, хоть и разными способами. Оба являются истинными.
Однако долгое время все это были лишь разговоры, аналогии и предположения из серии "а вот хорошо было бы, если бы..." покуда некий мало кому известный аргентинский математик Хуан Малдасена в 1997м не привел точное математическое доказательство данной эквивалентности.
И сразу же, не отходя от кассы, несколько замечаний по поводу решений Малдасены.
1. Строго говоря, работа Малдасены состоит в доказательстве "эквивалентности пятимерного (4+1) анти-де-Ситтеровского пространства с наличием гравитации и четырехмерной проекцией (3+1), описываемой конформной теорией поля без гравитации". Звучит весьма заумно (и это только заголовок! внутрь вообще лучше не соваться, если голову бережешь), но основной смысл очень похож на то, что мы тут обсуждаем. Пятимерное многообразие, оказалось, можно представить в виде четырехмерного. Как раз практически наш случай, где мы трехмерное виде двумерного представляем. Гравитация получается как бы еще одним измерением, только "со знаком минус". Обычное измерение добавляет степеней свободы, а гравитация наоборот связывает их. Ну, если, конечно, не обращать внимания на то, что у Малдасены пространство анти-де Ситтера, а наша Вселенная как раз просто де Ситтера. Хотя и тут у ученых есть разногласия. Одни считают, что анти-де Ситтера, другие, что де Ситтера, третьи, что смесь того и другого, а четвертые вообще, что черти-что и сбоку бантик.
2. Свои доказательства Малдасена рассчитывает, используя математику Теории Струн. А Теория Струн, как многие знают, не только не полна, но и вообще не доказана. Т.е. никем не доказано, что эти струны вообще существуют, а если их на самом деле нет, то вся теория (которая, повторюсь, еще даже не до конца закончена и оформлена) и вовсе идет на свалку. Тут теорструнщики, конечно, возражают, что, мол, есть струны, или нет, это одно, а математика у нас верная, с ней все в порядке и на нее можно положиться. Ну, да. Ну, да. Только осадочек-то все равно остается. Скажите, нафига на нее ложиться-то? Зачем нам математика 11-ти мерных пространств, если вместе со струнами пропадут лишние измерения и мы вернемся к нашему привычному, родному четырехмерному пространству-времени.
3. Ну и такой момент, как элементарная ошибка в расчетах, тоже нельзя отбрасывать. Вычисления там все как один "теорструнные", проверить их могут дай бог человек сто во всем мире, где-то Малдасена прошляпил, где-то плюс на минус перепутал, никто и не заметит, ибо мало кто вообще понимает о чем там речь идет. Это шутка, конечно, однако в каждой доле шутки...
Короче "но" различной степени тяжести присутствуют. Хотя идея, если задуматься, полностью безбашенная. Конечно, лишь факт, что какой-то упоротый яйцеголовый что-то там себе на бумажке доказал, совсем не делает наш мир голограммой. То, что наш трехмерный (четырехмерный, если учитывать пространство-время) мир, со всем его многообразием явлений, событий, предметов и людей можно полностью описать при помощи двумерной пленки не делает эту двумерную пленку оригиналом нашего мира. Ведь я могу словами (а могу и пальцами™) описать какой-то предмет, но это не сделает сами слова реальностью. Скажем, один лишь факт, что я со стопроцентной точностью опишу какую-нибудь птицу, например утку... стоп. Где-то я уже слышал что-то подобное!
Весь прикол доказательства Малдасены в том, что он приводит полное и абсолютное соответствие (эквивалентность) описания того или иного явления, процесса, события, происходящего в трехмерном представлении, либо в двумерной проекции этого представления. (Точнее пятимерного и четырехмерного. Не забывайте идея полностью теоретическая и "некая натяжка на наш трехмерный мир" все-таки существует).
Однако, если все то, что встречается в нашей Вселенной, если весь наш мир можно 100% полностью описать процессами, происходящими на неких границах Вселенной, разве не делает это, согласно вышеприведенному "утиному принципу", его самым настоящим миром?
Подумайте над тем, что я вам сейчас говорю. Вот я нарисовал на листе бумаги (или экране компьютера) утку и говорю - это утка.
Вы: Ну, видим, что утка, и что?
Я: Нет, вы не поняли. Это не рисунок, не изображение утки. Это самая настоящая реальная утка.
Вы: Хорош гнать, какая, нафиг, реальная утка? Она же не живая, она же не движется!
Я: Почему же. Вот посмотрите. (делает так, что утка начала двигаться)
Вы: Но она же на ощупь не как утка, а как лист бумаги (монитор)!
Я: (делает утку на ощупь покрытой перьями) - А сейчас?
Вы: Но она же не...
Я: (делает...) А сейчас?
Понимаете, к чему клоню? А что если наш мир действительно лишь голограмма?