Для нас Вселенная выглядит трехмерной. Но одна из теорий теоретической физики ставит это предположение под сомнение. «Голографический принцип» предполагает, что для математического описания Вселенной на самом деле требуется на одно измерение меньше, чем кажется. То, что мы воспринимаем как трехмерность, может быть всего лишь изображением двумерных процессов на огромном космическом горизонте. Сейчас ученые изучают эту теорию более подробно.
До сих пор этот принцип изучался только в экзотических пространствах с отрицательной кривизной. Однако эти пространства отличаются от пространства нашей Вселенной. Теперь исследователи обнаружили, что голографический принцип применим и в плоском пространстве-времени.
Все знают о голограммах: их можно увидеть на кредитных картах и даже на долларовых купюрах. Несмотря на то, что они двухмерные, для нас они кажутся трехмерными. Теперь ученые предполагают, что наша Вселенная может вести себя подобным образом.
Гравитационные явления описываются теорией с тремя пространственными измерениями. Поведение квантовых частиц на самом деле описывается теорией всего с двумя пространственными измерениями, и результаты обоих расчетов можно сопоставить друг с другом. Это удивительно, но метод работает.
Для теоретической физики такое соответствие важно. Однако, похоже, оно не имеет особого отношения к нашей Вселенной, поскольку используемые пространства имеют отрицательную кривизну. В то же время наша Вселенная довольно плоская, а на астрономических расстояниях имеет положительную кривизну.
Чтобы выяснить, применим ли принцип соответствия к нашей реальной Вселенной, исследователи работали с гравитационными теориями, не требующими использования экзотических пространств.
«Если квантовая гравитация в плоском пространстве допускает голографическое описание с помощью стандартной квантовой теории, то должны существовать физические величины, которые можно вычислить в рамках обеих теорий, и результаты должны совпадать», — заявил в пресс-релизе один из исследователей, Дэниел Грумиллер.
Когда квантовые частицы запутаны, их нельзя описать по отдельности. Они образуют единый квантовый объект, даже если находятся на большом расстоянии друг от друга. Существует мера степени запутанности квантовой системы, называемая «энтропией запутанности». В этом последнем исследовании ученым удалось показать, что энтропия запутанности имеет одинаковое значение в плоской квантовой гравитации и в низкоразмерной квантовой теории поля.
Результаты исследования показывают, что голографический принцип может быть реализован в плоских пространствах. Это особенно важно учитывать при изучении физики нашей Вселенной.