Смущены? Не вы одни. Гипотеза о голограммном строении Вселенной перегружена сложными математическими формулировками из области трудновоспринимаемой научной фантастики. Физик Крейг Хоган из Фермилаба возродил интерес к этой гипотезе, исследуя шумы, регистрируемые гравитационным телескопом GEO600.

Прежде чем понять, что же это за шум (не говоря уже о том, почему Вселенная может являться голограммой), необходимо разобраться, как работают детекторы гравитационных волн.

Где возникает рябь пространства-времени?

Гравитационные волны являются следствием из уравнений общей теории относительности Эйнштейна. Его знаменитая догадка о том, что пространство-время искривляется вокруг массивных объектов (таких как планеты и звёзды) послужило основой предположения, что любой движущийся космический объект должен порождать волны в пространстве-времени – аналогично тому, как лодка оставляет волновой след по мере продвижения по реке. Так как обнаружить эти волны чрезвычайно трудно, «почувствовать» мы можем только те из них, что вызваны наиболее массивными объектами, претерпевающими какие-либо бурные процессы. В надежде на обнаружение гравитационных волн, образующихся в результате слияния чёрных дыр или вспышки сверхновых, и были сооружены гравитационные телескопы. В них используется сложная конфигурация лазеров и интерферометров. Пуская луч по 600-метровой камере-«трубе», учёные, работающие с GEO600, расщепляют его и посылают в разных направлениях. Затем эти два компонента расщеплённого луча воссоединяются в сверхчувствительном интерферометре. Но стоит хотя бы одному из этих лучей сместиться на фазу – вследствие прохождения гравитационной волны сквозь космическое пространство, в котором мы живём, – как детектор обнаружит это и подаст соответствующий сигнал.

Сдвиг по фазе

Но каким образом гравитационная волна может вызывать изменения фазы лазерного луча? Согласно теории, рябь, распространяясь по пространству-времени, слегка изменяет расстояние между двумя точками. GEO600 благодаря своей высокой точности способен зафиксировать колебания атомного радиуса на участке пространства от Земли до Солнца. Следовательно, если гравитационная волна пройдёт через близлежащий (по отношению к Земле) участок космического пространства, расстояние, которое должен будет пересечь один из лазерных лучей, едва заметно изменится, - изменится фаза луча, что и будет отмечено телескопом. Однако, несмотря на такую чувствительность, GEO600 пока не обнаружил признаков волнового колебания в исследуемом космическом регионе. Зато он зафиксировал в нём шумы.

«Шумные» результаты

Крейг Хоган предложил возможное объяснение этого загадочного шума. Может быть, самый точный гравитационный телескоп в мире, сооружённый для обнаружения очень крупной ряби пространства-времени, случайно захватил «ворс» самой его ткани? Согласно представлениям Эйнштейна, она должна быть гладкой и непрерывной. Однако считается, что даже пространство-время состоит из самых крошечных пикселей, принятых в физике: 10-35 м, известных как планковская длина. Это одна десятитриллионная триллионной диаметра атома водорода. GEO600 не рассчитан на столь малые величины. Вот тут и начинается загадка.

Голограммная Вселенная?

GEO600 может проводить исследования в масштабах около 10-16 м, но если улавливаемый им шум связан со структурой пространства-времени, то что происходит? Телескоп работает с величинами в 10 000 000 000 000 000 000 больше планковской длины, так что квантовая «ворсистость» функционирует в гораздо больших шкалах, чем предполагалось ранее (если пространство-время имеет шаг квантования, то квантовые колебания должны возникать на шкале ближе к планковской длине).

А теперь мы погружаемся в область аномальной физики, где наши представления о Вселенной могут измениться раз и навсегда.

В ранние 1990-е физик из Флоридского университета Чарльз Торн выдвинул гипотезу голограммной Вселенной. Согласно видению Торна, столь знакомый и любимый нами трёхмерный мир в действительности является голограммой, спроецированной из наиболее отдалённых космических областей. Проще всего понять это, представив, что мы находимся на горизонте событий Вселенной, а любой 3D-объект, включая нас самих, спроецирован с 2D-оболочки. То есть, по сути, мы – проекция.

Идея о том, что информация в действительности закодирована в горизонте событий, берёт начало от «парадокса чёрной дыры», потрясающего спора авторитетных физиков Кипа Торна, Стивена Хокинга и Джона Прескилла. «Когда объект падает в чёрную дыру, пересекая горизонт событий, квантовая информация, содержащаяся в последнем, может быть зашифрована, чтобы раскрыть информацию о внутреннем содержании. Следовательно, информация никуда не исчезает. Если информация о содержимом чёрной дыры закодирована в её событийном горизонте, то учёные находятся на пути к проведению аналогии со Вселенной: информация о её содержимом может также быть закодирована в её горизонте событий». (Журнал Astroengine, 20.01.2009)

Голометр

Стоит отметить, что физических доказательств этой довольно спорной гипотезы пока не существует. На сегодняшний день она остаётся лишь сложным математическим следствием, вытекающим из теории чёрных дыр. Однако, вдохновлённый зафиксированными GEO600 шумами и Торновской гипотезой, Крейг Хоган в настоящее время занят сооружением улучшенной модели гравитационного телескопа, который… не будет искать гравитационные волны.

Если Вселенная действительно является проекцией с горизонта событий, то эта проекция должна быть ворсистой. Хотя вся информация в горизонте закодирована в «битах» планковской шкалы, к тому времени, когда проекция через миллиарды световых лет достигнет нашего местоположения, эти «биты» должны увеличиться – подобно свету, падающему из прожектора на стену. Чем меньше масштаб, тем более ворсиста проекция. Это можно сравнить с масштабированием изображения: чем меньше разрешение, тем менее отчетлива и более пикселизирована картинка.

Итак, Хоган с коллегами разработали голографический интерферометр, или голометр, для работы с ещё меньшими масштабами, чем «берёт» GEO600. Что он может найти? Хоган надеется обнаружить ещё более интенсивные «помехи».

Человеческий мозг вряд ли способен представить, как Вселенная может быть трёхмерным отображением её двухмерного горизонта событий. Даже если шумы существуют и на меньших шкалах, это ещё не означает, что концепция голограммной Вселенной верна. Вполне возможно, что это (шумы) – очередной феномен, который математики и физики пока не могут объяснить. Однако как бы то ни было, эта трудная для понимания теория и связанный с ней сложный проект Фермилаба, без сомнения, расширят наше представления о том, как функционирует Вселенная в наименьших своих масштабах.