(43)

Прежде, чем переходить к рассмотрению ключевых особенностей голографического принципа, необходимо подчеркнуть следующее. Речь идет о таком направлении исследований, которое пока что ни в коей мере нельзя называть влиятельным или тем более доминирующим в современной науке.

Правильнее, наверное, говорить об этом как об одном из весьма экзотичных научных подходов теоретической физики, который за полтора-два десятка лет своей истории успел набрать немало сторонников среди весьма авторитетных ученых. И с каждым годом стабильно продолжает их набирать все больше и больше. Потому что на данном пути удается не только красиво объединять квантовую теорию и гравитацию с термодинамикой и теорией информации, но и попутно отыскивать новые интересные решения в других, смежных областях физики.

Причиной же появления данного необычного подхода можно считать один из тех сложных парадоксов, что в изобилии наполняют современную теоретическую науку. К началу 1990-х годов для гипотетического феномена космологии под названием «черные дыры» исследователям удалось накопить столь внушительный массив данных, что реальность этих объектов – в принципе недоступных для прямых наблюдений – уже не вызывала практически никаких сомнений. Однако физика внутри этих объектов оказывается настолько иной, что для нее совершенно не годится весь наработанный прежде инструментарий теоретиков.

Дабы стало яснее, откуда идет столь обостренный интерес ученых к этой теме, надо отметить, что черные дыры, как выяснилось, не только поглощают, но и испускают энергию. Иначе говоря, ведут себя так, что их поведение очень напоминает элементарные квантовые частицы – другие фундаментально важные объекты природы с неясной и парадоксальной внутренней структурой.[5B]

Откуда естественным образом рождаются такие вопросы. Не являются ли квантовые частицы микроскопическими черными дырами? И наоборот, не являются ли космологические черные дыры макроскопическими «элементарными частицами» природы?

Когда над данными вопросами всерьез задумался видный голландский теоретик Герард ‘т Хоофт]1[ (впоследствии лауреат Нобелевской премии 1999 года за более давнюю работу в совсем другой области физики), то он нутром, что называется, почуял в этой загадке глубины и потенциал великого открытия. Такого открытия, которое по своей значимости может сыграть для физики XXI века примерно такую же роль, какую идея о квантовании энергии сыграла для науки века двадцатого.

Базисом для начала исследований 'т Хоофт выбрал красивые результаты израильского теоретика Якоба Бекенштейна относительно термодинамических и информационных свойств черных дыр. В 1970-80-е годы Бекенштайну удалось весьма элегантно продемонстрировать, каким образом физические понятия типа энергии материи и геометрии пространства можно объединять с абстрактными прежде идеями теории информации. Сделано это было через концепцию энтропии, которая в физике выступает как мера потерянной энергии или хаотичности термодинамической системы, а в математике – как мера информационной емкости.]2[

(44)

Постулировав дискретно-гранулированную природу пространства-времени и обобщив результаты Бекенштейна, полученные для черных дыр, на произвольную область вселенной, Герард 'т Хоофт в сотрудничестве с Леонардом Сасскиндом пришли к весьма неожиданному выводу. Получалось, что вся информация, содержащаяся в произвольно заданном 3D-объеме пространства, может быть записана на 2D-поверхности, ограничивающей этот объем.

Весьма похожим образом, как известно, работает механизм голографии – когда плоская пластина с записанной на ней голограммой при надлежащем освещении воспроизводит полноценное трехмерное изображение объекта. Отталкиваясь от этой аналогии, 'т Хоофт и Сасскинд для открытого ими феномена предложили соответствующее название: голографический принцип.]3[

Поначалу необычные идеи двух теоретиков о вселенной как голограмме разделялись лишь весьма небольшой группой ученых-единомышленников. Однако вскоре, по мере прогресса разработок в теории струн и мембран различной размерности, выяснилось, что подходы голографического принципа чрезвычайно удобны и применимы к исследованиям разнообразных физических феноменов в условиях пространства-времени с произвольным числом измерений.

Суть голографического принципа в данном контексте можно свести к тому, что для физики нетривиального процесса или явления, изучаемого исследователями, удается отыскать два эквивалентных описания в пространствах разной размерности. Причем для числа измерений N природа явления может выглядеть существенно иначе, чем при размерности (N+1), однако в действительности, как свидетельствуют решения уравнений, это оказываются разные теоретические описания одного и того же.

И что самое приятное, благодаря выявляемой двойственности описаний, теперь нередко удается – переходом в пространство иной размерности – отыскивать пути к решению таких задач, которые прежде считались либо неподъемными в своей сложности, либо слишком «темными» на концептуальном уровне. С опорой на голографический принцип стало возможным, к примеру, существенно по-новому подходить к решению давних проблем в физике конденсированной материи – таких как квантовые фазовые переходы, сверхтекучесть и высокотемпературная сверхпроводимость.

Говоря об универсальности данного подхода, уместно отметить и такой факт. Изначально голографический принцип задумывался Герардом 'т Хоофтом как своего рода концептуальная альтернатива теории струн. Но по жизни, однако, вышло так, что наиболее знаменитая из работ в голографическом духе оказалась проделана струнным теоретиком Хуаном Малдасеной]4[ и ныне известна под названием AdS/CFT-соответствие.

В исследовании Малдасены продемонстрировано, что очень необычная – по нашим меркам – физика в гипотетической вселенной, имеющей 5 измерений и гиперболически вогнутую геометрию пространства (так называемая вселенная анти-де Ситтера или AdS) с математической точки зрения оказывается той же самой, что и физика на ее сферической 4-мерной границе. При этом 4D-физика границы описывается так называемой конформной теорией поля (CFT) и соответствует миру, природой своих свойств подозрительно похожему на ту вселенную, в которой довелось жить всем нам...]5[