Чорні діри як голограми

Голографічний принцип. Згідно з новими дослідженнями, чорні діри можуть бути як голограми, в яких вся інформація для створення тривимірного зображення кодується в двовимірній поверхні.

Про це розповідається в прес-релізі Міжнародної школи перспективних досліджень (SISSA).

Як підтверджують квантові теорії, чорні діри можуть бути неймовірно складними та концентрувати величезну кількість інформації у двох вимірах, як найбільші із існуючих в природі жорсткі диски. Ця ідея узгоджується з теорією відносності Ейнштейна, яка описує чорні діри як тривимірні, прості, сферични та гладки, як було показано на першому в історії зображенні чорної діри, отриманому в 2019 році. Коротше кажучи, чорні діри здаються тривимірними, як і голограми. Дослідження, яке об′єднує дві суперечливі теорії, нещодавно було опубліковане в «Physical Review X».

Таємниця чорних дір

Для вчених чорні діри з багатьох причин являють собою серйозні теоретичні проблеми. Наприклад, у теоретичній фізиці вони є чудовими представниками великих труднощів при об′єднанні принципів загальної теорії відносності Ейнштейна з принципами квантової фізики гравітації. Згідно із відносністю, чорні діри - прості тіла без інформації. Згідно з квантовою фізикою, як стверджують Джейкоб Бекенштейн та Стівен Хокінг, вони є найскладнішими існуючими системами, оскільки вони характеризуються величезною ентропією, яка вимірює складність системи, і, отже, містять багато інформації.

Голографічний принцип, застосований до чорних дір

Для вивчення чорних дір два автори нового дослідження Франческо Беніні (професор SISSA, науковий консультант Міжнародного центру теоретичної фізики та дослідник Національного інституту ядерної фізики в Італії) та Паоло Мілан (дослідник SISSA та Національного інституту ядерної фізики) використовували 30-літню ідею під назвою голографічний принцип. Дослідники пишуть: "Цей революційний і дещо контрінтуїтивний принцип передбачає, що поведінку гравітації в даній області простору можна альтернативно описати через іншу систему, яка існує лише уздовж краю цієї області і, отже, в меншому вимірі. І, що ще важливіше, в цьому альтернативному описі (який називається голографічним) гравітація не вбачається явно. Іншими словами, голографічний принцип дозволяє нам описувати гравітацію за допомогою мови, яка не містить гравітації, тим самим уникаючи незгоду з квантовою механікою".

Те, що зробили Беніні та Мілан, - це застосували теорію голографічного принципу до чорних дір. Таким чином їх загадкові термодинамічні властивості стали більш зрозумілими: зосередившись на передбаченні, що ці тіла мають велику ентропію, і спостерігаючи за ними з точки зору квантової механіки, ви можете описати їх так само, як голограму - вони мають два виміри, в яких гравітація зникає, але вони відтворюють об’єкт у трьох вимірах.

Від теорії до спостереження

Це дослідження є лише першим кроком до глибшого розуміння цих космічних тіл та властивостей, які їх характеризують, коли квантова механіка перетинається із загальною відносністю. Все є важливішим зараз у той час, коли спостереження в астрофізиці переживають неймовірний розвиток. Подумайте лише про спостереження гравітаційних хвиль від злиття чорних дір, результат співпраці LIGO і Virgo, і про чорну діру, чий надзвичайний образ був отриманий телескопом Event Horizon. У найближчому майбутньому нам, можливо, вдасться перевірити наші теоретичні прогнози щодо квантової гравітації, такі, як зроблені в цьому дослідженні, шляхом спостереження. І це, з наукової точки зору, буде чимось абсолютно винятковим.

Читайте ще цікаві факти про космос.