Мир физики и физика мира. Простые законы мироздания

И, прежде чем пойти дальше, я хочу еще сказать вот что. Можно озадачиться вопросом, является ли наша Вселенная бесконечной по протяженности (хотя мы и не можем заглянуть за ее горизонт) – это ведь возможно. Тогда как же бесконечное пространство помещается внутри конечного пузыря, плавающего в Мультивселенной наряду с другими вселенными-пузырями? Ответ будет неожиданным: для нас, находящихся внутри, Вселенная может быть бесконечной по протяженности, но конечной во времени. Однако это только потому, что внутри нашего пузыря искаженное представление о пространстве и времени. «Снаружи» наша Вселенная оказалась бы конечной по размеру, но бесконечной во времени (рис. 6). Это очень точный (хотя, уж простите, концептуально непростой) способ понять, как бесконечное пространство может поместиться в конечном объеме.

Информация

Один момент, о котором я еще ничего не говорил, но который объединяет все три столпа фундаментальной физики – квантовую механику, общую теорию относительности и термодинамику, касается роли информации в современной физике. Сейчас стало понятно, что информация – это больше, чем просто абстрактное понятие, ее можно точно измерить (или дать точную количественную оценку).

Некоторое время назад Стивен Хокинг сформулировал вопрос: что происходит с информацией, например с этой книгой, если бросить ее в черную дыру? Книга, конечно, пропадет, а как насчет содержащейся в ней информации? Я имею в виду информацию, которую содержат слова в книге. Дело в том, что согласно законам квантовой механики информацию нельзя уничтожить, она всегда должна сохраняться[34]. Хокинг описывает, как черная дыра медленно испаряется, теряя энергию в виде так называемого «излучения Хокинга», а согласно квантовой механике эта радиация содержит всю информацию, поглощенную черной дырой, включая информацию, необходимую для восстановления этой книги. Уверены ли мы в этом? Опять же только окончательный вариант теории квантовой гравитации позволит нам поставить точку в этом вопросе.

Исследование математики черных дыр также позволило сделать вывод, что максимальное количество информации, которое можно сохранить в определенном объеме пространства, пропорционально не самому объему, как можно было бы ожидать, а площади поверхности, ограничивающей этот объем. Эта идея известна как голографический принцип и превратилась в мощный инструмент теоретической физики. По сути, она обязана своим существованием глубинной связи между информацией и энергией. Наращивая объем информации, хранящейся в определенном объеме пространства, вы увеличиваете его энергию. А поскольку энергия – эквивалент массы, это означает и усиление гравитационного поля до того момента, пока наш пространственный объем не схлопнется в черную дыру. Голографический принцип утверждает, что теперь вся информация будет закодирована на ровном горизонте черной дыры. Считается, что эта идея работает даже для информации, необходимой для описания Вселенной. Похоже, что роль информации при попытке объединения трех столпов физики будет только возрастать.

ЭР = ЭПР

В 2013 году два ведущих физика, Хуан Мальдачена и Леонард Зюскинд, выдвинули еще одну идею, связанную с попыткой унификации гравитации и квантовой механики. Хотя еще очень рано судить об их правоте, я не могу не упомянуть об этой теории. Она известна как ЭР = ЭПР. Ее суть такова: между квантовой запутанностью (двумя связанными в пространстве частицами) и «червоточинами» в пространстве-времени может существовать глубинная связь. Замечу, однако, что ЭР = ЭПР, несмотря на то что в нем стоит знак равенства, – это не алгебраическое уравнение (иначе вам могло бы прийти в голову сократить Э и Р в обеих его частях, получив в результате П = 1, что бессмысленно). На самом деле буквами закодированы имена авторов (Эйнштейн, Подольский и Розен) двух классических работ, опубликованных в 1935 году с интервалом всего в несколько недель.

Эти две работы прежде считались совершенно не связанными друг с другом. ЭР – это Эйнштейн и Натан Розен, которые высказали предположение, что две черные дыры могут быть связаны неким туннелем, находящимся вне нашего измерения, что следует из уравнений общей теории относительности. ЭПР – это код второй статьи, которую первые два автора опубликовали вместе с Борисом Подольским. В ней они высказали свои сомнения относительно идеи запутанности в квантовой механике – того, что Эйнштейн называл жутким дальнодействием. Мальдачена и Зюскинд предположили, что обе эти фундаментальные идеи, о «червоточинах» и о запутанности, могут на самом деле быть двумя сторонами одного и того же явления. Время покажет, на правильном ли они пути.

Кризис в физике?