[краткий путеводитель «там за облаками»]

1_погода
2.1_темно | 2.2_неясно
3.1_хью | 3.2_вольф | 3.3_клод
4.1_базис | 4.2_двумир | 4.3_суси | 4.4_фокус
5.1_тело | 5.2_душа | 5.3_целое

5.3_целое

(41)

При любых попытках науки ухватить природу реальности в итоге неизменно остается ощущение, что опять упущено что-то чрезвычайно важное. Именно то, из-за чего вся картина никак не становится цельной и хотя бы в общих чертах понятной.

Одним из очень давних признаков этой проблемы можно считать феномен, известный во множестве проявлений и под разными названиями – типа принципа дуализма, комплементарности или дополнительности. Суть всех этих терминов сводится, в общем-то, к следующему.

Для одного и того же явления или объекта имеются несколько существенно разных описаний, каждое из которых представляется по-своему верным. Но при этом различия в описаниях таковы, что предмет оказывается как бы наделен несовместимыми, взаимно исключающими свойствами. Из-за чего создается впечатление, будто описываются совершенно разные вещи, а не одно и то же.

Принципиально важной деталью этой проблемы являются неслучайные слова «как бы» и «впечатление». Проиллюстрировать важность этого нюанса можно на примере так называемого «корпускулярно-волнового дуализма» квантовых частиц – самого знаменитого, наверное, природного феномена с двойственным описанием его физических свойств.

Если повнимательнее разобраться с историей рождения и закрепления в науке этого основополагающего «дуализма», то не так уж трудно заметить вот какую вещь. Сложись исторические обстоятельства чуть иначе, и получи волновые (де Бройля и Шредингера) воззрения на квантовую механику доминирующую роль, общая картина могла бы оказаться куда более внятной и постижимой.

Странные «парадоксы дуализма» в физике квантовых объектов, которые в одних экспериментах ведут себя как волны, а в других как частицы, возникают из-за того, что по давно сложившейся традиции частицы и волны принято считать принципиально разными сущностями. Однако подлинная странность на самом деле тут в другом. Давным-давно установлено, что в действительности особой разницы между ними нет – вот только в школьных учебниках об этом как правило говорится либо мимоходом, либо не упоминается вообще.

Еще с XIX века в гидродинамике известны так называемые уединенные волны (солитоны), поведение которых во многом соответствует природе частиц ^[69]. Почему так получилось – отдельная большая история ^[56], но к исследованиям физики волн-солитонов ученые всерьез приступили лишь спустя столетие, начиная с 1960-х годов. Иначе говоря, когда квантовая физика на основе альтернативной концепции частиц уже давно находилась в стадии зрелости и триумфальных успехов.

При этом «непостижимый», якобы, корпускулярно-волновой дуализм оказался замурован в фундамент грандиозного научного здания. Став своего рода основанием для последующего возведения целой башни новых парадоксов и трудно объяснимых двойственных описаний природы. Начинать же перестраивать заново всю конструкцию на базисе чисто волновых представлений – ради концептуальной целостности и гармоничности теории – для научного большинства представлялось, мягко говоря, неактуальным…

(42)

Пример с естественным избавлением от парадоксального противоречия в корпускулярно-волновом дуализме особенно хорош и поучителен своими, так сказать, методологическими аспектами.

Во-первых, он демонстрирует, что при выстраивании любых теоретических конструкций крайне нежелательно закладывать в фундамент те или иные застывшие догмы. Ибо всякая догма – это признак ограниченности человеческого знания. А среди новых достоверных фактов, постоянно обнаруживаемых наукой, непременно находятся и такие, которые опровергают устоявшиеся догматы. Обычно эти факты принято не замечать или, как еще выражаются, «заметать под ковер». Ради истины, однако, более полезным представляется отказ от скомпрометированных догм.

Быть может, именно по этой причине в науке так долго игнорировались «неправильные» волны-солитоны и оставалась непонятой степень их важности. А осциллоны, или осциллирующие солитоны, особенно близкие по свойствам квантовым частицам, в основах квантовой теории по сию пору как бы и не существуют вовсе.

Во-вторых – для эффективного разрешения парадоксов – полезно не забывать, что ложная догма в основе умопостроений, приводящих к противоречию, далеко не всегда сформулирована в явном виде и зачастую выступает под видом самоочевидного допущения. В частности, суждение о том, что «твердые» предметы и «жидкие» волны – это существенно разные в своих свойствах объекты, никто не выдвигал как догму. Поскольку для здравомыслящих людей оно и так всегда считалось очевидным.

Имеются очень серьезные свидетельства тому, что и для другого, важнейшего «парадокса дуальности» в современной физике – двух нестыкующихся описаний природы для микромира частиц и макромира космоса – причиной неразрешимых противоречий является принятое по умолчанию неверное допущение. А именно, предположение о непрерывной природе пространства-времени. И есть отчетливые признаки, что теория квантовой гравитации – как целостное и непротиворечивое описание природы – с необходимостью должна опираться на идею о дискретном времени и гранулированном пространстве.^[8С]

И в-третьих, наконец, что еще полезного демонстрирует разгадка парадоксов с дуальными описаниями природы. Если две картины, похожих на верные, упорно не совмещаются друг с другом, значит, непременно должна быть еще одна, иная форма представления того же феномена. Форма, для которой две первых – трудно сочетаемых – проекции оказываются лишь частичными, «плоскими», отображениями разных сторон одной и той же «объемной» структуры.

Метафору с плоскими и объемными изображениями физических явлений можно, как выясняется, трактовать применительно к природе реальности и в буквальном смысле. По мере того, как в физике все более отчетливо обозначается подход к исследованиям на основе так называемого «голографического принципа», происходит удивительная вещь.

Сугубо прикладная прежде технология голографии ^[74] неожиданно становится концептуальной основой для грандиозных теоретических открытий относительно устройства мироздания. Открытий, которые не только ведут к совершенно новой картине реальности, но также объединяют материю и сознание в неразрывное целое.

(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[

(45)

Подводя итоги в рассказе о голографическом принципе, можно сказать так. Постоянно растущее число исследований в разных областях физики ясно свидетельствует, что данная идея приводит к очень богатым и интересным результатам. По этой причине, как принято в науке, концепцию «вселенной как голограммы» с высокой долей вероятности следовало бы считать верной. Большая проблема в том, однако, что на базе традиционных представлений о природе (рассматривая материю отдельно от сознания) не удается объяснить, почему этот принцип работает.

Хотя многие физики сегодня в целом признают справедливость голографической идеи – что информация на поверхностях содержит информацию обо всем в мире – они так и не знают принципиально важных вещей. Ни того, что конкретно следует считать поверхностями, кодирующими информацию. Ни того, как именно эта информация закодирована. Ни того, каким образом природа обрабатывает эти биты «единиц и нулей», словно гигантский квантовый компьютер. Ни того, наконец, каким образом в результате этой обработки порождается окружающий нас мир-голограмма…

Трюк с постижением всех этих загадок, как теперь уже несложно догадаться, кроется в целостном взгляде на реальность, где «тело» материи не существует отдельно от ее «души». То есть памяти и сознания.

Или, чуть подробнее, где мембрана космоса в каждом такте своего «биоритма» порождает очередной слой тахионного кристалла с записью всего, что происходит в мире. Где скаляр-дилатон в 5-мерных уравнениях ОТО Эйнштейна-Калуцы – это звуковое поле^[71], не только обеспечивающее энергией вибрации частиц-осциллонов, но и создающее когерентный фон для вселенной как акусто-оптической голограммы^[7C]. А 5-мерное гиперболическое пространство анти-де Ситтера – мир «черных дыр», скрывающий в себе единое сознание вселенной…

Когда идею реальности как порождаемой компьютером голограммы обсуждают в дискуссиях, то непременно возникает и тема о том, кто и зачем все это дело мог бы устроить. Как и в любых прочих метафизических спорах (около)религиозного характера, аргументированно что-либо доказать оппонентам тут невозможно в принципе.

Поэтому куда более перспективным занятием представляется нечто иное. Повнимательнее присмотреться к известным аспектам голографии и уже из них попытаться вывести полезные для себя умозаключения относительно природы «симулируемого» мира и того места, которое мы в этой симуляции занимаем.

Весьма существенным, но пока практически никак не затронутым аспектом голографии является принцип самоподобия. Из-за особенностей записи волновой информации в голограмме, любой фрагмент голографического снимка – в отличие от фотографии – воспроизводит все изображение целиком, только с меньшим, возможно, количеством деталей.

Проявления этого принципа самоподобия можно углядеть повсюду: от фрактала Мандельброта в математике и фрактальной геометрии в природе до очевидных аналогий в устройстве атома, солнечной системы и галактики. Здесь же, однако, особенно полезно привлечь менее известный пример конструктивных аналогий природы – на основе жидких кристаллов.^[75]

Чрезвычайно важная особенность этого специфического состояния материи – тесная связь жидких кристаллов с биологией. Основным компонентом живых организмов является вода, а упорядоченные органические растворы – это и есть жидкие кристаллы. Функционирование клеточных мембран и молекул ДНК, передача нервных импульсов и работа мышц, жизнь вирусов и вырабатываемая пауком паутина – все это процессы, с точки зрения физики протекающие в жидкокристаллической фазе. Со всеми присущими этой фазе особенностями – склонностью к самоорганизации при сохранении высокой молекулярной подвижности.

Особого интереса заслуживают такие формы жидкого кристалла, как биологические и клеточные мембраны. Образующие их молекулы, фосфолипиды, расположены перпендикулярно к поверхности мембраны, при этом сама мембрана демонстрирует упругое поведение, допуская эластичные растяжения или сжатия. Молекулы, образующие мембрану, могут легко перемешиваться, однако имеют тенденцию не покидать мембрану из-за высоких энергозатрат на такого рода процессы. Но при этом липидные молекулы могут регулярно перескакивать с одной стороны мембраны на другую.

Даже в столь кратком описании структуры и физики биологической мембранной системы довольно сложно не увидеть очевидное сходство с описанной чуть выше физикой мира как мембраны. Иначе говоря, конструкция самой мельчайшей живой единицы – биологической клетки – в общих чертах словно воспроизводит устройство мироздания. Откуда с опорой на голографический принцип естественно предположить, что и всю вселенную в целом можно рассматривать как единый живой организм. Также как и образующие ее космические структуры, фрактальным образом вложенные друг в друга…

В этом новом, куда более широком, спектре самоподобных живых организмов – от клетки до вселенной – человек занимает, казалось бы, довольно скромное место. Если судить по соотношению физических размеров. Однако на человека можно смотреть и по-другому – как на самоосознающий свою индивидуальность элемент вселенной, реализующий творческий потенциал эволюции в рамках отдельно обособленного тела. При таком взгляде масштаб наш значительно изменяется – в соответствии с горизонтами нашего осознания. До уровня, можно сказать, творцов, осмысленно (чаще, правда, пока бестолково) пытающихся преобразовать самоорганизующуюся природу.

И наверняка не случайность, что за последние несколько десятилетий сразу в нескольких областях математики разработан весьма мощный аппарат, строгими выкладками подкрепляющий справедливость этой идеи. Вот только сами математики-разработчики в массе своей, похоже, об этом еще не знают…^[MI]

(Читать далее)

___

[69] Развилки истории, https://kniganews.org/map/e/01-10/hex69/

[56] Как это крутится? https://kniganews.org/map/e/01-01/hex56/

[8С] Петли и сети, https://kniganews.org/map/w/10-00/hex8c/

[74] Полная запись, https://kniganews.org/map/e/01-11/hex74/

[5B] Почти мистика, https://kniganews.org/map/e/01-01/hex5b/

[71] Левитация и звук, https://kniganews.org/map/e/01-11/hex71/

[7C] Структура системы, https://kniganews.org/map/e/01-11/hex7c/

[75] Между жидкостью и кристаллом, https://kniganews.org/map/e/01-11/hex75/

[MI] Недостающая идея, https://kniganews.org/2012/11/17/langlands-plus/

Внешние ссылки:

]1[. G. ‘t Hooft, «Dimensional reduction in quantum gravity,» in «Conference on Particle and Condensed Matter Physics (Salamfest)«, edited by A. Ali, J. Ellis, and S. Randjbar-Daemi (World Scientific, Singapore, 1993), [arXiv:gr-qc/9310026]

]2[. Jacob D. Bekenstein, «Information in the Holographic Universe«. Scientific American, August 2003. Русский перевод: Якоб Бекенштейн, «Информация в голографической вселенной«, «В мире науки» №11, 2003, [http://www.modcos.com/articles.php?id=61]

]3[. L. Susskind, «The World As A Hologram,» J. Math. Phys. 36, 6377 (1995), [arXiv:hep-th/9409089] ; R. Bousso, «The holographic principle,» Rev. Mod. Phys. 74, 825 (2002), [arXiv:hep-th/0203101]

]4[. Juan Maldacena, «The Illusion of Gravity«. Scientific American, November 2005. Русский перевод: Хуан Малдасена, «Иллюзия гравитации«, «В мире науки» №2, 2006, [http://elementy.ru/lib/430191]

]5[. Edward Witten, «Anti–de Sitter Space and Holography«. Advances in Theoretical and Mathematical Physics, Vol. 2, pages 253–291; 1998, [arXiv:hep-th/9802150]

___