Квантовые миры и возникновение пространства-времени

Чтобы обсудить детали AdS/CFT-соответствия, потребовалось бы написать отдельную книгу. Но стоит отметить, что в настоящее время ведется множество исследований, посвященных связи между геометрией пространства-времени и квантовой запутанностью. Как отмечали Шинсей Рю, Тадаши Такаянаги, Марк ван Раамсдонк, Брайан Свингл и другие в начале 2000-х, существует непосредственная связь между запутанностью в граничной CFT и результирующей геометрией пространства AdS. Поскольку AdS/ CFT относительно хорошо определены на уровне моделей квантовой гравитации, стремление понять эту связь является темой активных исследований, ведущихся на протяжении нескольких последних лет.

Увы, все это не касается реального мира. Все самое интересное, что связано с AdS/CFT, касается соотнесения компонентов внутренней структуры, где действует гравитация, с граничными компонентами, где гравитация отсутствует. Но существование границы – очень специфичная черта пространства анти-де Ситтера, что требует существования отрицательной энергии вакуума. А наша Вселенная, по-видимому, обладает положительной, а не отрицательной энергией вакуума.

Есть старый анекдот о пьянице, который ищет под уличным фонарем потерянные ключи. Прохожий спрашивает его, уверен ли он, что потерял ключи именно здесь, на что пьяница отвечает: «Нет, я потерял их где-то в другом месте, но здесь так хорошо видно!» В игре с квантовой гравитацией AdS/CFT-соответствие – это ярчайший в мире фонарь. Изучая эту теорию, удалось открыть множество увлекательных концепций, которые оказались полезны для физиков-теоретиков, но нет способа, который позволил бы с помощью этих знаний напрямую объяснить, почему яблоки падают с деревьев или любые другие аспекты гравитации в окружающем нас пространстве. Стоит продолжать поиски, но важно не упускать из виду нашей цели: понять тот мир, в котором мы живем.

⚪ ⚪ ⚪

Следствия голографического принципа для черных дыр, реально существующих в нашем мире, не столь очевидны, как в воображаемом AdS/CFT-мире. Утверждаем ли мы, что общая теория относительности совершенно неверно трактует природу недр черной дыры (и на самом деле черная дыра не пустая) и что на самом деле наблюдатель, падающий в черную дыру, врежется в голографическую поверхность прямо на горизонте событий? Нет, мы этого не утверждаем – ну, по крайней мере, этого не утверждают большинство приверженцев голографического принципа. На самом деле они апеллируют к родственной и не менее поразительной идее, которая называется комплементарностью черных дыр. Эта идея была выдвинута Сасскиндом и другими учеными, при этом авторы идеи намеренно пользовались терминологией, которая напоминает о боровской философии квантового измерения.

Версия комплементарности, касающаяся черных дыр, указывает, что на самом деле все устроено несколько тоньше, чем «черная дыра напоминает обычный вакуум» или «вся информация о черной дыре закодирована на горизонте событий». Фактически оба эти утверждения верны, но нельзя говорить в одном контексте сразу и о первом, и о втором. Либо, как предпочел бы выразиться физик, два эти утверждения не кажутся одновременно верными любому конкретному наблюдателю. С точки зрения наблюдателя, падающего за горизонт событий, черная дыра выглядит как обычный вакуум, а наблюдателю, находящемуся вдали от черной дыры, вся информация кажется рассредоточенной по горизонту событий.

Даже при том, что такие свойства являются фундаментально квантовомеханическими, можно сказать, что ранее был известен их аналог в классической физике. Подумайте, что происходит с книгой (или звездой, или чем угодно) при попадании в черную дыру, если рассматривать ситуацию с точки зрения классической общей теории относительности. Книге «кажется», что она падает прямо в глубины дыры. Но рядом с горизонтом событий происходит сильное искривление пространства-времени, поэтому, с точки зрения внешнего наблюдателя, все будет иначе. Он увидит, что книга постепенно замедляется, приближаясь к горизонту событий, по пути краснеет и тускнеет. Наблюдатель даже не увидит, как книга пересечет горизонт событий: ему будет казаться, что книга просто застыла, а не упала в дыру. Исходя из этого, физики разработали представление, именуемое мембранной парадигмой, согласно которому можно смоделировать физические свойства черной дыры, вообразив, что на ее горизонте событий находится мембрана, для которой можно вычислить определенные физические характеристики, например температуру и электрическую проводимость. Изначально мембранная парадигма считалась удобным упрощением, позволяющим облегчить вычисления, связанные с черными дырами. Но комплементарность постулирует, что сторонние наблюдатели действительно видят черную дыру таким образом, как будто там, где должен находиться горизонт событий, она представляет собой вибрирующую квантовую мембрану.