Голографическая тайна черных дыр
Как бы странно это ни звучало, черные дыры кажутся голограммами.
В 1980-х годах физик Джейкоб Бекенштейн смог точно рассчитать, насколько может вырасти черная дыра. Если добавить один бит информации к черной дыре, площадь ее поверхности увеличится ровно на одну планковскую единицу.
Планковская длина — это наименьшее возможное измеримое расстояние, примерно 10-35 метров, и она важна, потому что именно в этом масштабе наше понимание физики полностью разрушается. (Некоторые ученые полагают, что в этом масштабе пространство является гранулированным — его больше нельзя разделить на более мелкие приращения).
В частности, именно в этом масштабе ученые считают, что нам нужна квантовая теория гравитации, чтобы понять, что происходит. Площадь Планка равна квадрату этой длины, и именно на эту величину вырастает черная дыра. Это могло быть буквально любое другое число в космосе, но вместо этого это конкретное число.
Когда мы добавляем информацию к черной дыре, она реагирует уникальным квантово-гравитационным способом, в отличие от любой другой системы во вселенной.
Кажется, что информация, попадающая в черную дыру, больше привязана к ее поверхности, чем к ее объему. К ее двумерной поверхности. Какую бы информацию мы ни помещали на горизонт событий, похоже, она там и остается.
В 1972 году Джейкоб Бекенштейн первым предположил, что черные дыры должны иметь четко определенную энтропию. Он писал, что энтропия черной дыры пропорциональна площади ее (черной дыры) горизонта событий. Бекенштейн также сформулировал обобщенный второй закон термодинамики, термодинамику черных дыр, для систем, включающих черные дыры. Основываясь на своей работе по термодинамике черных дыр, он также продемонстрировал границу Бекенштейна: существует максимум количества информации, которая потенциально может храниться в данной конечной области пространства, имеющей конечное количество энергии (что аналогично голографическому принципу).
Кажется, будто мы кодируем всю трехмерную информацию о том, что построили и что упало в черные дыры, на их двухмерных поверхностях.
Получается, что черные дыры — это что-то типа голограммы.
Какое отношение черные дыры имеют к голограммам? Почему единственные доступные места во Вселенной, где встречаются квантовая механика и гравитация, а именно горизонты событий черных дыр, действуют противоречиво здравому смыслу, где их поверхности реагируют на информацию больше, чем их объемы?
Природа пытается нас чему-то научить. Если черные дыры — это голограммы, и если они — это проявленная квантовая гравитация, то, возможно, мы начинаем смутно видеть через туманное стекло, как Галилей, когда он впервые создал создал свой телескоп, что квантовая теория гравитации должна быть голографической по своей природе, и эта голография имеет чрезвычайно важные последствия не только для того, как мы воспринимаем тайную математическую физику, но и для масштабов самой реальности.
Такова линия рассуждений, лежащих в основе голографического принципа, и утверждения, содержащее не более трех слов, которое полностью и окончательно уничтожает наше понимание пространства, времени, материи и энергии: мы живем в голограмме.
На нас надвигается следующая и, возможно, последняя гравитационная революция. Все начинается с наблюдения о том, что черные дыры являются областями максимальной энтропии во Вселенной и что потребление ими информационного содержания приводит к пропорциональному росту площади их поверхности, а не объема.
И это заканчивается совершенно новым пониманием гравитации.