Мы живем в голограмме: самые странные теории о Вселенной, которые могут оказаться правдой

Почему Вселенная такая, какая она есть? На протяжении многих лет ученые исследовали этот вопрос и выдвинули множество идей, которые объясняют, как устроен космос и что его ждет в будущем, пишет hightech.fm. Известно, что Вселенная состоит из скоплений галактик. В каждой галактике — десятки и сотни миллиардов звезд с вращающимися вокруг них планетами, а также газо-пылевые облака огромных размеров. Есть еще гипотетическая темная материя и темная энергия, которая отвечает за расширение Вселенной. Однако некоторые ученые считают, что все устроено гораздо сложнее.

Голографическая Вселенная

Согласно теории, которую выдвинули в 1993 году, Вселенная на самом деле — огромная голография. Концепция напоминает платоновскую аллегорию пещеры. Согласно голографическому принципу, вся материя, содержащаяся в некой области пространства, может быть представлена как «голограмма» — информация, которая находится на границе этой области. Впервые принцип предложил нидерландский физик-теоретик Джерард’т Хофт, а американский профессор физики из Стэнфорда Леонард Сасскинд объединил свои идеи с предыдущими идеями Хофта и профессора физики в Университете Флориды Чарльза Торна, предложив теорию струн.

Сам голографический принцип Вселенной родился из обсуждения термодинамики черных дыр — Леонард Сасскинд подробно писал об этом в книге «Война при черной дыре. Мое сражение со Стивеном Хокингом за мир, безопасный для квантовой механики». Идея состоит в том, что вся информация, которая когда-то попала в черную дыру (а ее там должно быть много и, согласно закону сохранения энергии, просто исчезнуть она не может) дублируется на горизонте событий. Когда что-то попадает в черную дыру, оно остается там навсегда и искажается до неузнаваемости. В итоге, вся информация сохраняется в нечитаемом виде. Это утверждение основано на фундаментальном физическом принципе. Именно благодаря Сасскинду голографический принцип разрешает информационный парадокс черной дыры (во всяком случае в рамках теории струн).

Так появилась идея голографической черной дыры, которая хранит информацию о падающих в нее трехмерных объектах на двухмерный горизонт событий. Потом ученые пошли дальше — они предположили, что вообще любая информация в любом объеме может быть записана на поверхности, ограничивающей этот объем. Если мы говорим об информации из черного ящика, то она записана на стенках черного ящика, если информация о Солнечной системе, то записать ее можно на воображаемой сфере вокруг нее, а данные обо всем, что происходит во Вселенной, записано на ее границе.

Для этого не нужны какие-то определенные границы, ведь это теоретический принцип. Если подытожить, то он гласит, что, вся информация и процессы, которые происходят на участке пространства равна какой-то записи на границе этого объема. Теория голографической Вселенной предполагает, что все, что человек видит, слышит. ощущает и наблюдает, может быть как реальностью, так и «голографической» 3D-проекцией 2D-записей на «стене, которая окружает Вселенную». Здесь очень важны кавычки — голография не похожа на ту, к которой мы привыкли, это лишь схожий принцип. И, конечно, мир не окружен настоящей стеной, она воображаемая, как экватор на глобусе.

Несмотря на то, что эта идея звучит безумно, это научно проверяемая теория. Ученые, которые провели исследование в 2017 году. Международная группа космологов из Канады, Великобритании и Италии получила данные, свидетельствующие в пользу теории голографической Вселенной. Космологи использовали двумерную модель Вселенной, которая на основе наблюдаемых ранее параметров, смогла в точности воспроизвести картину микроволнового фона — теплового излучения, равномерно заполняющего космическое пространство. Полученные результаты свидетельствуют в пользу применимости голографического принципа, хотя пока и не опровергают стандартные космологические модели.

Вселенная — это сверхтекучая жидкость

Даже если пространство имеет только три измерения, все еще существует четвертое измерение в форме времени. Именно поэтому теоретически можно визуализировать Вселенную, которая существует в четырехмерном пространстве-времени. В 1905 году Эйнштейн в своей теории относительности первым предположил, что пространство и время могут быть связаны между собой. При этом сам термин «пространство-время» придумали лишь три года спустя, его автор — математик Герман Минковский. «Отныне время само по себе и пространство само по себе становятся пустой фикцией, и только единение их сохраняет шанс на реальность» — заявил он на коллоквиуме в 1908 году.

Согласно некоторым теориям, например, предложенной итальянскими физиками Стефано Либерати и Лукой Макчионе, пространство-время — это не просто абстрактная система отсчета, содержащая физические объекты, такие как звезды и галактики. Итальянские ученые считают, что это физическая субстанция сама по себе, аналогичная океану, полному воды. Подобно тому, как вода состоит из бесчисленных молекул, согласно теории, пространство-время — состоит из микроскопических частиц на более глубоком уровне реальности.

Вообще, сама идея о том, что пространство-время ведет себя как жидкость, самая новая — теорию «сверхтекучего вакуума» предложили больше полвека назад. Но итальянские исследователи стали первыми, кто задались вопросом о вязкости такой жидкости. То, как все движется во Вселенной — одна из загадок в физике. Например волна распространяется через воду, используя ее как «среду» для перемещения. Передача энергии требует среды, но как электромагнитные волны и, например, фотоны, движутся в пространстве, где вроде нет ничего?

Либерати и Макчионе предложили решение проблемы — они разработали теорию сверхтекучего космоса. Согласно ей, Вселенная состоит из сверхтекучей жидкости с нулевой вязкостью, которая ведет себя как единое целое. Сверхтекучей можно назвать жидкость, которая может течь бесконечно, при этом не теряя энергию. Это не выдуманная концепция, такие жидкости существуют на самом деле. Сверхтекучесть — фаза вещества, в которое переходят жидкости или газы, когда остывают до температур вблизи абсолютного нуля. В этом состоянии атомы теряют индивидуальные свойства, и ведут себя, как единый супер-атом. Самая известная сверхтекучая жидкость — это гелий, но лишь охлажденный до 2 K (Кельвинов) или –271,15 ℃.

У сверхтекучих жидкостей есть несколько уникальных свойств. Они могут, например, подняться по стенкам незакрытого сосуда и «сбежать» из него. При этом, их просто невозможно нагреть — они отлично передают тепло. Жидкость со сверхтекучими свойствами просто испарится при нагреве.

Теория визуализирует пространство-время как сверхтекучую жидкость с нулевой вязкостью. Странным свойством таких жидкостей является то, что их нельзя заставить вращаться «оптом», как «работает» обычная жидкость при перемешивании. Они распадаются на крошечные вихри. В 2014 году ученые выяснили, что эти квантовые «торнадо» в ранней Вселенной объясняют возникновение галактик.

Будущее Вселенной

Над созданием таких глобальных и странных теорий работает много ученых — физики, математики, астрономы. Все эти дисциплины объединяет космология. Как науке, космологии всего сто лет, но она уже очень многое знает о том, как устроена наша Вселенная — как образовалось все, что нас окружает, от атомов до галактик, с чего все началось и чем закончится. Разные теории объясняют мир по-своему. Возможно, однажды ученые придут к единому ответу.