События научно-мистического сериала привели нас к особо важному эпизоду всей истории. К ключевым, можно сказать, сценам, где раскрываются тайны устройства той структуры, что лежит в основе единой природы сознания и материи во вселенной.

(Прочие части цикла: sm1, sm2, sm3, sm4, sm5,
sm5½, sm6, sm6½, sm7, sm7½, sm8, sm8½)

Если среди событий прошедшего лета наиболее интересным и богатым на синхронные истории был день 8 августа (день рождения отца квантовой механики П.А.М.Дирака, можно уточнить на всякий случай), то в календаре осени самой примечательной, похоже, стала дата 7 октября 2015. Для целей нашего детективного расследования, по крайней мере.

(В этот день года, кстати, родились Нильс Бор, другой отец-основоположник квантовой теории, и физ-математик Роджер Пенроуз, рассматривающий сознание как неотъемлемый феномен природы, сущностно важный для объединения квантовой физики и гравитации в единую целостную систему).

Ныне же, 7 октября 2015, одновременно и независимо друг от друга, ясное дело, в разных концах планеты произошли три тесно взаимосвязанных события, обеспечивающих «мистический фон» для нашего эпизода #9. Мероприятие первое имело место в городе Гронинген, Нидерланды. Событие второе – в столице США Вашингтоне. Ну а третья ключевая сцена – еще одна важная для следствия встреча – в большущем мегаполисе Мадрас, Индия.

Однако прежде, чем переходить к развернутому рассказу обо всех этих сценах-декорациях, весьма существенных для понимания сути происходящего, полезно сделать еще одну – дополнительную – «процедуру синхронизации». Во-первых, сопоставив ход повествования с текущими публикациями нашего регулярного попутчика, британского еженедельника New Scientist. А во-вторых, – с интересным околонаучным процессом в стране России…

(1) Сигналы, отклики… пробуждение?

Эпизод Sci-Myst #8, опубликованный 3 октября 2015, завершался, можно напомнить, свежей картиной полевого творчества в жанре Crop Circles, изображающей «круги Вилларсо», как выражаются математики, или «сакральный символ Vesica Piscis (рыбий пузырь)» в несколько иной терминологии религиозных мистиков. Попутно было сделано обещание продемонстрировать, что «на самом деле эта картинка изображает физику в основе единого голографического устройства сознания и материи во вселенной». Причем в деле этой демонстрации «непременно помогут текущие публикации научных журналов и научно-популярной прессы».

Следующий же, вспомогательный эпизод Sci-Myst #8½, опубликованный 2 ноября 2015, был посвящен серьезным психологическим проблемам науки – при постижении многослойной структуры мира и единого голографического устройства природы. А завершала текст пара следующих анонсов-идей на будущее. О том, в частности, что:

Для человечества настает пора «не на уровне редких индивидов, а в массе продемонстрировать, что мы, оперируя новыми знаниями, уже вполне способны к адекватному восприятию многослойной реальности». А также о том, что «для складывания растущего множества знаний в цельную самосогласованную картину крайне полезно было бы заранее иметь эскиз или общий набросок этой всеобъемлющей единой структуры», включающей в себя материю и сознание как разные стороны одного и того же…

Ну так вот, в промежутке между двумя этими эпизодами, 24 октября 2015, популярный британский еженедельник «Новый ученый» выпустил журнал (Issue 3044), своей темой номера не только полностью созвучный анонсам Sci-Myst, но и предоставивший расследованию весьма подходящие новые иллюстрации.

Но только с материалом этим, правда, вот какой казус приключился. Если вы посмотрите на обложку, то увидите, что тема номера называется «РЕАЛЬНОСТЬ ПО СОСЕДСТВУ. Пришельцы из другого измерения». Если посмотреть в оглавление бумажного выпуска журнала, то и там обнаружатся те же самые слова, только на английском: «The reality next door. Intruders from another dimension (page 30)». Однако, собственно на развороте соответствующей статьи (стр. 30-31) вдруг обнаруживается совершенно иное название, скорее всего, подмененное в самый последний момент…

В новом заголовке «Когда миры сталкиваются» без труда обнаруживается фирменная двусмысленность еженедельника, но вот именно это анализировать совсем не хочется. Куда интереснее для следствия выглядит другой, промежуточный вариант названия той же самой статьи – зафиксированный в заголовке и адресе соответствующей веб-страницы для онлайновой версии журнала: «Могут ли космические мегаструктуры оказаться пришельцами из иного мира?».

Короче говоря, разнообразно доносимая суть материала на самом деле ясна уже по обложке. Где мы видим человека, который один за другим – словно листы обоев – отдирает со стены комнаты-космоса слои нескольких разных реальностей, пытаясь добраться до структуры, лежащей в основе всего. А на развороте статьи – в самом центре – помещена уже хорошо знакомая нам «мегаструктура космического додекаэдра»…

Вот только в самом тексте публикации – как обычно, увы – нет ни слова про признаки додекаэдрического пространства Пуанкаре. То есть компактной структуры, в начале 2000-х годов обнаруженной (одними, а затем спрятанной другими) астрофизиками на карте микроволнового фонового излучения вселенной. Но зато теперь в New Scientist рассказано о целом ряде более новых открытий, выявивших в космосе и другие мегаструктуры, столь же серьезно подрывающие фундамент и традиции в утвердившейся научной картине мира:

Гигантская пустая дыра-супервойд в сети галактических кластеров, заполняющих космос. Колоссальных размеров цепочка квазаров, протяженностью в несколько миллиардов световых лет. Кольцо, образованное вспышками гамма-излучения высокой энергии, и растянувшееся на 6 процентов всей наблюдаемой человеком вселенной.

По мере того, как наши наблюдения космических объектов и событий обретают все более четкий фокус, астрономы начинают выявлять структуры, которые превышают в размерах все, что они видели прежде. Но есть в этих новых открытиях одна большая проблема: ничего такого в небе быть не должно – согласно имеющимся у науки устоявшимся теориям.

Ибо все устоявшиеся научные теории о вселенной в качестве фундамента имеют так называемый «космологический принцип». Согласно которому космос, выражаясь попроще, при взглядах во все стороны должен выглядеть одинаково. То есть быть однородным и не иметь в своей структуре никаких особых мест, принципиально отличающихся от прочих.

Выражаясь аккуратнее, наука допускает, конечно же, существование индивидуальных особенностей типа звездных систем, галактик и галактических кластеров – но только для относительно «небольших» масштабов порядка одного миллиарда световых лет. На всех же более далеких расстояниях космологический принцип очень жестко требует однородности пространства и равномерного распределения материи – без каких-либо структур и пустот.

Тут самое время, пожалуй, отметить, что столь сильный принцип, заложенный в основу нашей науки, на самом деле никем и никогда не был доказан. На него начали опираться еще со времен Коперника, убравшего нашу планету из «центра вселенной», и постепенно привыкли настолько, что стали считать принцип самоочевидным и не требующим доказательств. И выстроили в итоге на этом фундаменте все базовые теории об устройстве вселенной.

И именно поэтому космологическая наука чувствует себя ныне столь неуютно – когда в астрономии все больше и больше открывается фактов, доказывающих противоположное. Этими фактами являются отчетливые наблюдения разных структур, имеющих размеры и порядка двух миллиардов, и четырех миллиардов световых лет и даже более того.

Но если первые такие сигналы удавалось «заметать под ковер», списывая на погрешности измерений и статистические случайности, то теперь уже достаточно очевидно, что науку пора пересматривать на фундаментальном уровне. Очевидно это, впрочем, лишь для тех ученых, которые привыкли делать свое дело честно и открыто – без участия в разных сомнительных играх под общим названием «секретная наука».

Про замысловатые правила в странном параллельном мире секретных ученых здесь ничего рассказываться не будет – просто из-за отсутствия достоверных свидетельств и документов. Но неоспоримый факт существования этого другого мира – где работают весьма знающие и компетентные люди – определенно имеет смысл учитывать, когда вы читаете заключительные фразы статьи New Scientist о «космических мегаструктурах» и о попытках теоретиков примирить их с традиционным фундаментом.

Нынешние поиски ученых, нацеленные на то, чтобы (математическими методами теории струн) обрезать крупнейшие объекты вселенной до нужного размера, могут привести к тому, что на их месте появятся новые монстры. Обнаружение других бран-миров помимо мира нашей собственной браны, к примеру, поставит перед серьезнейшим вызовом и без того хрупкие чувства человечества о своем месте в космосе, попутно превратив в чепуху нашу концепцию космической однородности. В гигантском мультиверсе взаимодействующих мембран космологический принцип может вообще оказаться тем, спасением чего и заниматься-то не стоит, по большому счету…

И завершая, наконец, очередной рассказ о свежих двусмысленностях от «Нового ученого», осталось лишь обратить внимание на такой – прежде не упоминавшийся – трюк посланий «с двойным дном». Если вы еще раз взглянете на обложку журнала, выхватывая лишь те слова, которые набраны самым крупным шрифтом, то они сложатся в такую фразу: РЕАЛЬНОСТЬ ПО СОСЕДСТВУ – ПРОБУЖДЕНИЯ.

Это, так сказать, послание с одним знаком. Но часто бывают аналогичные сигналы в подсознание читателям и с совершенно другими командами. Для контрастного примера достаточно вернуться к эпизоду Sci-Myst #6 , в самом начале которого приведен снимок околонаучного веб-сайта The EDGE, где выступление известного физика сопровождает такое послание: СЛОИ РЕАЛЬНОСТИ – ЭТА ИДЕЯ ДОЛЖНА УМЕРЕТЬ.

Если кому-то нравится видеть здесь чисто случайные и ничего не означающие совпадения – что ж, пожалуйста, все люди имеют право воспринимать мир так, как им хочется. Ну а для всех прочих, кому хотелось бы побольше узнать о том, как наши власти пытаются манипулировать сознанием масс сразу на нескольких уровнях, включая и подсознательные, определенно будет полезна информация о следующей малоизвестной инициативе в России.

В 2014 году (когда по случайному, естественно, совпадению был запущен проект Sci-Myst) под эгидой правительства Москвы начала действовать весьма любопытная как бы медицинская структура, носящая название «Управление по работе с бессознательным» (http://uprb.ru). На сайте этого вполне официального подразделения можно обнаружить немало любопытных деталей о новой форме работы властей с той областью человеческой психики, которая не контролируется сознанием.

Подробный анализ данной инициативы лежит далеко за рамками настоящего расследования, но не отметить одну особо выразительную параллель просто никак невозможно. На веб-сайте московского «Управления Пси» всячески подчеркивается направленность инициативы на психологическую поддержку людей с целями защиты – в первую очередь – семьи и материнства. На то же намекает и герб Управления – щит с буквой Пси и две головы орла, «смотрящие в прошлое и будущее, поскольку у бессознательного нет чувства времени».

А вот как – для сравнения – выглядит соответствующий антураж «Пси-корпуса» из широко известного фантастического ТВ-сериала «Вавилон 5» о космическом будущем землян. Где у человечества тоже имеется специфическое подразделение психологической помощи, формально занимающееся задачами типа «защиты семьи» (см. табличку на стене), а фактически являющееся спецслужбой, сканирующей психику народа на предмет выявления потенциальных угроз.

Новое российское «Управление Пси» до уровня тайной спецслужбы экстрасенсов пока что явно не дотягивает, однако и от обычных служб психологической поддержки уже заметно отличается. Если скорую психологическую помощь людям обычно могут оказывать и анонимно по телефону, то здесь даже при онлайн-коммуникациях с вами будут общаться только в условиях полной идентификации личности (имя-фамилия-адрес) и никак иначе.

Судя по содержанию сайта, устроители всей этой затеи предполагают, что имеют ясное представление о «бессознательном» – как специфической области нашей психики, с которой они намерены «работать». Однако есть сильное подозрение, что даже вся наука человечества в целом пока что совершенно не понимает, с чем мы тут в действительности имеем дело. Именно об этом, собственно, и пойдет далее подробный разговор.

(2) Инфовселенная и ее части

На севере Голландии есть интересный и уютный город Гронинген – одновременно молодой и древний. Имеющий тысячелетнюю историю и один из старейших университетов страны, Гронинген почти на четверть своего населения состоит из студентов. А свыше половины транспортных нужд обеспечены здесь с помощью велосипедов и обширной сети велодорожек, прославивших город как «велосипедную столицу Европы»…

Одной же из самых новых достопримечательностей Гронингена стал построенный в 2014 году 3D-театр-планетарий Infoversum, имеющий форму сферического купола и оборудованный последними компьютерными достижениями в области цифровых медиа-представлений. Название театра переводится как «Информационная вселенная», и точно под таким же наименованием с 7 по 9 октября 2015 здесь прошла первая международная и междисциплинарная научная конференция «The Information Universe».

Главная цель и сверхзадача мероприятия сформулированы в вопрошающем лозунге конференции: «Какова роль информации в физике нашей Вселенной?». Поскольку в разных научных сообществах не только по-разному отвечают на данный вопрос, но даже сам предмет исследования трактуют далеко не одинаково, должно быть понятно, что у ученых и человечества в целом на сегодня пока что нет четкого понимания, что же это вообще такое, «информация», и какова внутренне присущая ей природа…

По этой причине считается очень полезным собирать вместе ведущих специалистов с информационных направлений исследований в разнообразных научных областях. Для чего на совместные дискуссии в Infoversum приехали ученые, занимающиеся астрономией и математикой, квантовой физикой и теорией гравитации, компьютерной наукой и биологией, квантовыми вычислениями и нейронаукой о мозге.

Учитывая сложность задачи, никто не ждет, очевидно, что истинная природа информации откроется на таких встречах легко и сама собой. Но в ходе подобных междисциплинарных конференций удается, как минимум, выделять и формулировать правильные вопросы, которые способны повести науку в сторону верных ответов. Конкретно на встрече в Гронингене (ставшей первой, но по общим впечатлениям участников далеко не последней) набор ключевых вопросов «о роли информации в природе» выглядел следующим образом:

• Есть ли более глубокий уровень у квантовой механики? Имеется ли более глубокое физическое описание мира, основанное на концепции информации?
• Насколько мы близки (или далеки) в деле разрешения информационного парадокса черных дыр?
• Является ли вселенная голограммой?
• Является ли вселенная одной большой машиной для обработки информации?
• Какова роль информации в высокоорганизованных сложных живых системах?
• Как соотносятся наша вселенная Больших Данных и реальная Вселенная природы? Отличаются ли наши компьютерные симуляции и хранилища Больших Данных от того, что происходит в реальных системах природы?
• Является ли этот подход той самой дорогой, что ведет к пониманию загадок темной материи и темной энергии?

Уже по этим вопросам можно понять, что наука со множества разных сторон приблизилась к чему-то очень большому и сильно непонятному. Причем это нечто в своих разных проявлениях крайне трудно свести к единой согласованной картине. Но по крайней мере, у ученых есть ощущение, что все они говорят об одном и том же.

Эта интересная ситуация чрезвычайно напоминает одну древнюю восточную притчу – о слепых мудрецах, никогда прежде не имевших дела со слоном, а при первой встрече получивших для ознакомления доступ лишь к одному из фрагментов животного. Пощупавший бок вообразил себе шершавую стену; подержавший хобот – сильную и гибкую змею; обхвативший ногу представил себе колонну или ствол дерева; потрогавшие ухо, бивень или хвост – вообразили свои, совершенно разные вещи…

Всем этим озадаченным мудрецам, когда они начали обсуждать то, с чем столкнулись, наверняка очень помогла бы маленькая копия слона, даже наощупь позволяющая постичь, как выглядит целое. Но только в притче о слепцах никто им такой копии не предоставил. А вот у собрания ученых, в октябре встречавшихся в Гронингене, напротив, нечто весьма похожее на образы Инфовселенной в ее уменьшенных версиях уже определенно имелось – на уровне концепции, по крайней мере.

Более того, среди главных докладчиков конференции был и нобелевский лауреат, физик Герард ‘т Хоофт, известный как один из двух (наряду с Леонардом Сасскиндом) отцов-родоначальников знаменитого ныне голографического принципа. В основе же зарождения этого принципа, можно напомнить, лежала неординарная идея ‘т Хоофта о том, что целый ряд установленных соответствий позволяет рассматривать частицы как черные дыры микромира, а черные дыры вселенной – как элементарные частицы макрокосмоса.

Если сопоставить эту идею с известной концепцией буддизма о том, что «мир это иллюзия», и о пустоте, лежащей в основе всей вселенной, то мы, фактически, получаем принцип голограммы в его полной научно-мистической реализации. Когда один и тот же элемент – в данном случае дырка – воспроизводится как порождающее начало на всех масштабах объекта: от мельчайшего элемента материи и до всей вселенной в целом.

Хотя общее представление о важности черных дыр для постижения тайн природы определенно у ученых имеется (см. тезис о необходимости разрешения информационного парадокса ЧД), конференция в Гронингене отчетливо обозначила и узловые проблемы науки на данном пути. Самая главная из которых, пожалуй, это непонимание того, каким образом все эти загадочные компоненты – или дыры – взаимосвязаны друг с другом в единую всепроникающую систему.

Или «как это сцеплено» (Entangled), прибегая к устоявшемуся термину квантовой физики.

Вопрос о сцепленности и взаимной увязанности всего, что происходит в Unus Mundus (Едином Мире), начинает выглядеть особенно интересно на фоне другого события. Произошедшего одновременно в США и совершенно независимо от голландской конференции, посвященного фактически тем же самым проблемам науки на границе физики и информации, но только с особой пристальностью сфокусированного именно на феноменах черных дыр и квантовой сцепленности.

(3) Это все из сцепленных кубитов

Поскольку история науки на нашей планете в XX веке сложилась так, что главным склепом для особо секретных научных исследований оказались Соединенные Штаты Америки, данный факт и поныне отбрасывает мощную тень на все, чем занимаются американские ученые. Даже в таких ситуациях, когда они делают нужную для человечества работу совершенно открыто.

Очередной наглядный пример чему был предоставлен в октябре 2015. Когда в стране произошло абсолютно несекретное и при этом весьма неординарное научное событие с участием известнейших ученых нации, однако средства массовой информации проигнорировали эту инициативу тотально и полностью. Фактически, известно о ней стало лишь из блогов и персональных веб-страниц исследователей.

Формулируя поаккуратнее, большая и содержательная обзорная статья – о сути коллективно ведущихся фундаментальных исследований – таки была опубликована на веб-сайте столичного американского журнала Science News («Новости науки»). Причем опубликована именно в день 7 октября 2015 – как и положено для мистических синхроний. Вот только публикация эта выдержана в лучших традициях «хождения кругами» – рассказано подробно обо всем, кроме главного.

В данной статье, озаглавленной «Сцепленность: дальнодействующая связь гравитации» («Entanglement: Gravity’s long-distance connection» by Andrew Grant, Science News Magazine, Vol. 188, No. 8, 2015), вполне доступно изложены ключевые события и факты, приведшие ученых на порог удивительного открытия. Суть которого – в той важнейшей роли, которую играет теория информации для решения «задачи задач» фундаментальной науки, где вот уже столетие ни в какую не удается согласовать два наиболее выдающихся достижения: квантовую физику и теорию гравитации (общую теорию относительности).

Как и положено качественному информативному материалу, в статье обозреваются идеи и вклады практически всех ученых, сыгравших в этом достижении видные роли. Включая, в частности, имена Леонарда Сасскинда (соавтора голографического принципа), Джо Полчински (знаменитого струнного теоретика, автора концепции бран), Хуана Малдасены (автора революционного открытия об AdS/CFT-соответствии, про что подробнее чуть далее) и Джона Прескилла (одного из главных в США специалистов по квантовым вычислениям).

Но при этом – что не может не удивлять – в статье нет ни абзаца, ни даже слова о том, что все из упомянутых ученых, работающие в разных университетах и институтах США, ныне объединили свои усилия в форме мощной коллаборации под названием «It From Qubit» (Это Все из Кубита). В рамках этого научного содружества, привлекшего силы ведущих исследователей из шести стран (с заметным отсутствием русских имен) и очень солидное финансирование из частного фонда (то есть абсолютно независимо от государства), объединившиеся теоретики поставили перед собой весьма амбициозную цель.

Судя по программным документам коллаборации, ученые намерены решить, наконец, глубочайшую проблему фундаментальной физики с нестыковкой ее самых лучших теорий. Причем создание единой теории квантовой гравитации здесь вполне определенно мыслится на основе очень глубоких идей и результатов, полученных в области квантовой информатики вообще и теории квантовых компьютеров в частности.

И что особенно любопытно, первая учредительная встреча всех участников коллаборации It From Qubit проходила в Стэнфордском университете с 12 по 14 октября 2015. Иначе говоря, в ту же самую неделю, когда 17 октября вышел бумажный номер журнала Science News с подробным рассказом обо всех этих работах – но только без упоминания о самом главном.

Крайне сложно предполагать, что тут произошел «случайный недосмотр» редакции. Тем более, что в точности такая же история затем повторилась в начале ноября – с уже хорошо знакомым нам амбивалентным еженедельником New Scientist (Issue 3046)… Но до событий ноября, впрочем, история еще доберется естественным образом. А пока куда более полезным будет развернутый рассказ о сути собственно достижений и о конкретных вопросах-задачах, поставленных перед собой коллаборацией «Это Все из Кубита».

(3.1) Парадокс

Первые сигналы о нетривиальных взаимосвязях между физикой природы и теорией информации, поначалу имевшей вид сугубо абстрактной математики, обозначились уже при рождении теории, в 1940-е годы. Клод Шеннон испытывал затруднения с выбором подходящего имени для своего детища, точнее, для количественной меры ёмкости (или иначе неопределенности) сообщения – как одной из главных информационных характеристик объекта. И тогда Джон фон Нейман посоветовал Шеннону взять название «энтропия» – сразу же углядев в его формуле структуру, общепринятую в статистической физике и термодинамике для описания степени разупорядоченности системы.

Дальше формальной аналогии, впрочем, тогда дело не пошло, а пробуждение интереса к этому любопытному соответствию началось лишь три десятка лет спустя, когда в 1970-е физики столкнулись с информационным парадоксом черных дыр. Эти загадочные космические объекты, в своих бездонных глубинах поглощающие все, включая попадающий в них свет, начали привлекать обостренный интерес теоретиков практически с момента своего открытия. Потому что вся наработанная прежде математика уравнений в экстремальных условиях черных дыр не работала, а попытки разобраться с их физикой стали порождать неразрешимые парадоксы.

В частности, выкладки Стивена Хокинга продемонстрировали, что на границе черных дыр могут рождаться пары частиц, поначалу стандартные для квантовой теории поля, но затем разделяющиеся таким образом, что одна улетает в пространство, а вторая поглощается черной дырой. Со стороны этот процесс выглядел как испускаемое черными дырами излучение, что делало их своеобразным аналогом частиц материи, главная особенность которых – это поглощение и испускание квантов энергии. Но попутно в квантовой теории обозначился и труднейший парадокс, полностью так и не разрешенный физиками за прошедшие 40 лет.

Суть информационного парадокса можно излагать на разных уровнях сложности, самое же простое, вероятно, объяснение сводится к полному «испарению» черной дыры. То есть в принципе процесс излучения черной дыры, постепенно истощающий ее массу, может дойти до полного исчезновения этого объекта. Но если черная дыра исчезнет, то тогда исчезнет и вся информация об истории ее рождения и обо всем, что когда-либо черной дырой поглощалось. Однако квантовая механика базируется на фундаментальном принципе, согласно которому информация о состояниях системы не может исчезать в никуда. Она может лишь быть преобразована – из одних форм в другие…

Хотя с вопросом о том, что же на самом деле происходит с информацией в черных дырах, наука не смогла определиться и по сию пору, этот парадокс за свою долгую историю успел породить множество самых разных гипотез и теорий. Одной же из самых многообещающих идей в этом ряду и стал голографический принцип.

(3.2) Голография

Основой для рождения голографических идей об устройстве природы стали очень красивые и неожиданные результаты теоретика Якоба Бекенштейна, полученные им в 1970-80-е годы для физики черных дыр. Сначала Бекенштейн занимался термодинамикой черных дыр и сумел показать, что
энтропия черной дыры растет пропорционально площади ее горизонта.

Иначе говоря, оказалось так, что важная термодинамическая характеристика этой трехмерной (как минимум) системы изменяется не пропорционально ее объему, что было бы естественно, а пропорционально площади ее сферической 2D-поверхности (у черных дыр именуемой «горизонтом событий»). Но это, как вскоре выяснилось, было только начало.

Когда затем, в 1980-е Бекенштейн воспользовался известным сходством между энтропией как мерой хаотичности термодинамической системы и энтропией как мерой информационной емкости, ему удалось доказать совсем уж странную вещь. По всему выходило так, что не только для черных дыр, но и вообще для любых объектов природы вся информация, необходимая для их полного описания, помещается на внешней оболочке объекта…

Одним из первых приложений этого результата стала красивая идея, в начале 1990-х предложенная Герардом ‘т Хоофтом и развитая Леонардом Сасскиндом для разрешения информационного парадокса черных дыр. Воспользовавшись известным свойством голограмм, на 2D-поверхности содержащих полную информацию о 3D-изображении, они предложили рассматривать и черную дыру (а в конечном счете и всю вселенную в целом) как своего рода космическую голограмму.

Теоретики не отрицали, что поглощаемые материя и энергия падают внутрь черной дыры. Однако с точки зрения внешнего наблюдателя этот материал все равно не исчезает за горизонтом событий. Он выглядит так, как постоянно находящийся на границе черной дыры. Иначе говоря – это голографическая оболочка-сфера, содержащая всю информацию о пространстве внутри черной дыры. С течением времени, по мере того как черная дыра испаряется, эта информация утекает вовне как излучение Хокинга. Так что в принципе, отлавливая все это излучение, есть возможность и собирать информацию о содержимом черной дыры. То есть никуда информация не исчезает…

Для того, чтобы стало понятнее, насколько неортодоксально прозвучали голографические идеи ‘т Хоофта и Сасскинда, следует напомнить, что по традиционным научным представлениям черные дыры считаются весьма простыми для внешних наблюдателей объектами. По сути дела все, что нужно для их описания – это масса да характеристики вращения. Примерно как для элементарных частиц микромира.

Ну а голографический принцип предложил не только существенно иной взгляд на черные дыры, но и на природу частиц, и на природу всей физической реальности в целом. И чем больше ученые на этот принцип стали опираться, тем все более удивительные и трудно постижимые результаты начали получать.

(3.3) AdS/CFT

Вне всяких сомнений, самым выдающимся достижением теоретиков на «голографическом пути» стало открытие 1997 года, сделанное Хуаном Малдасеной и вскоре получившее название AdS/CFT-соответствие.

В самом факте данного открытия есть немало иронии, поскольку Малдасена – это один из виднейших теоретиков физики струн. А Герард ‘т Хоофт изначально задумывал свой голографический подход как альтернативу струнной теории, которая по целому ряду концептуальных причин его не привлекала.

К середине 1990-х, впрочем, теория струн уже стала сильно другой дисциплиной, поскольку Джо Полчински оснастил ее мощнейшим инструментарием бран (благодаря чему и частицы, и пространства стало удобно описывать на едином геометрическом языке поверхностей-бран). А Эдвард Виттен на этой основе сумел показать, что пять равно непротиворечивых, но принципиально несовместимых друг с другом версий струнной теории на самом деле являются просто разными предельными случаями одной и той же – пока еще смутно понятной – физико-математической структуры, названной им М-теория.

Ну а Хуан Малдасена, в свою очередь, с помощью инструментария бран и М-теории построил чрезвычайно интригующую модель (arxiv.org/abs/hep-th/9711200), наглядно демонстрирующую, сколь поразительные вещи способен рассказать нам голографический принцип о скрытом устройстве вселенной.

Основой этой модели является мир, совершенно не похожий на наш, имеющий 5 измерений и гиперболическую, то есть отрицательной кривизы геометрию так называемого пространства анти-де-Ситтера (что технически обозначают AdS). Однако, поскольку уравнения ОТО Эйнштейна вполне допускают и такое геометрическое решение, сила гравитации в мире AdS имеется так же, как и у нас.

Оболочкой же этого мира является 4-мерное пространство, больше похожее на наше не только положительной кривизной геометрии, но и действующей на этой поверхности квантовой физикой калибровочных взаимодействий – описываемых так называемой конформной теорией поля (CFT). Это, впрочем, «не совсем наша» и более удобная для теоретиков физика. Плюс еще одно важнейшее отличие данного мира CFT от природы нашей реальности – это отсутствие силы гравитации.

Иначе говоря, в модели AdS/CFT имеется два вроде бы разных мира и две совершенно различных теории, но при этом Малдасена продемонстрировал, что при описании физики, происходящей в системе, обе теории дуально и в точности соответствуют друг другу, на разных языках описывая одно и то же. То есть квантовые взаимодействия объектов на оболочке можно аккуратно и эквивалентно описывать с помощью гравитации в том анти-де-Ситтеровом пространстве, которая оболочка окружает. А также, соответственно, и наоборот…

Несложно увидеть, наверное, что в этой картине проступают отчетливые черты голографии – когда информация на поверхности полностью соответствует информации более объемного содержимого. Причем быстро выяснилось, что голографический принцип в виде AdS/CFT-соответствия – это чрезвычайно полезный общий подход для решения многих сложных и даже неразрешимых прежде теоретических проблем, поскольку теперь их удается эквивалентно преобразовать к виду более простых задач в условиях физики дуального пространства. Причем в самых разных вариантах для размерности сочетаемых пространств.

Но даже при освоении этих новых подходов, все равно, открывшаяся картина по сию пору выглядит для научного сообщества необъяснимым волшебством, какой-то математической магией. Ну а кроме того, остается все еще совершенно непонятным, каким образом столь чудесные результаты можно было бы убедительно пристегнуть к совсем другой, конкретной физике нашего мира. Или хотя бы к абстрактной физике струн, где для работы математики струнной теории требуется как минимум 10 измерений пространства, причем сконфигурированы они существенно не так, как в AdS/CFT.

(3.4) Вечные дыры

Среди ведущих физиков-теоретиков планеты вряд ли, наверное, найдется человек, который был бы больше, чем Хуан Малдасена заинтересован в привязке математических чудес AdS/CFT к физическим реалиям нашего мира. Причем важные шаги в этом направлении ученый начал делать уже на раннем этапе исследований.

Но случилось так, что особо важная статья Малдасены с поэтичным названием «Вечные черные дыры Анти-де-Ситтера» (arxiv.org/abs/hep-th/0106112) в архиве препринтов появилась летом 2001 года. Учитывая последовавшие вскоре события 11 сентября, расколовшие новейшую историю планеты на периоды «до и после», время публикации оказалось сильно неудачным. Что еще там повлияло, трудно сказать, но в любом случае, нынешняя степень известности этой работы не идет ни в какое сравнение со статьей того же автора от 1997 года, давшей начало целой индустрии исследований вокруг AdS/CFT.

Однако именно в данной публикации Малдасены «о вечных черных дырах» были впервые выдвинуты и первично проанализированы те ключевые идеи, которые ныне очень и очень постепенно начинают приоткрывать перед учеными воистину удивительную картину. Такую картину, где основой всего оказывается гигантская сдвоенная черная дыра, из которой постоянно порождается все – и материя-пространство-время разных размерностей, и AdS/CFT, и множество миров с самой разнообразной физикой. Включая и мир нашей реальности, в частности.

В определенном смысле можно говорить, что в данной статье Хуан Малдасена сделал то, фактически, что Альберт Эйнштейн вполне мог бы и должен был сделать еще в 1935 году. Но Эйнштейн, к сожалению, всегда считал, что он лучше природы знает, как ей положено выглядеть. Отчего во множестве отвергал сильные математические результаты, им же самим с коллегами найденные, но сочтенные «неподходящими»… (Некоторые подробности на данный счет можно в тексте «ЖЭГ2: От Эйнштейна до Виттена».)

В 1935 году, можно напомнить, Альберт Эйнштейн, работавший в сотрудничестве с более молодыми ассистентами, Борисом Подольским и Натаном Розеном, опубликовал две в высшей степени замечательные статьи. В своей совокупности результаты этих двух работ, по фамилиям авторов известные ныне как «парадокс ЭПР» и «мост ЭР», могли совершить еще одну подлинную революцию в физике XX века. Могли бы – но не совершили… (Подробности см. в тексте «Сцепленность и урок природоведения».)

Почему так произошло, вполне понятно, в общем-то. При правильном на них взгляде, эти две работы в принципе позволяют объединить квантовую механику и теорию гравитации – или решить «задачу задач» современной физики. Но только делают это на очень странном фундаменте. Принять который для Эйнштейна, в силу его сильных априорных убеждений, было совершенно немыслимо.

Поэтому на парадокс ЭПР, открывший научному миру феномен квантовой сцепленности, сам Эйнштейн смотрел как на убойный аргумент, доказывающий необходимость пересмотра квантовой механики – коль скоро она предсказывает недопустимые в теории относительности мгновенные взаимодействия частиц на любых расстояниях.

Ну а на свой «мост ЭР», с другой стороны, Эйнштейн смотрел как на перспективную альтернативу для точечных частиц квантовой физики, упорно не стыкующихся с общей теорией относительности. Потому что у него частица-мост оказывалась трубкой-перемычкой, соединяющей параллельные пространства-листы и красиво укладывающейся общим решением как в уравнения теории гравитации, так и в уравнения электромагнетизма Максвелла.

Эйнштейн категорически не пожелал увидеть, что между квантовым феноменом сцепленности ЭПР и гравитационным по своей природе феноменом моста ЭР может быть хоть какая-то связь. Однако связь тут имеется самая непосредственная. И спустя 66 лет ее выявил Хуан Малдасена – теперь уже с помощью аппарата AdS/CFT и концепции черных дыр (в которые Эйнштейн также упорно «не верил»).

В силу неких мощных искажений в памяти, современная наука, именующая «мост ЭР» термином Wormhole или «кротовая нора», оперирует этим понятием исключительно как космологическим межпространственным туннелем, соединяющим разнесенные черные дыры. И ни в какую не желает вспоминать, что у Эйнштейна и Розена эта концепция рождалась как частица. Здесь, однако, этот факт желательно помнить всегда. Тем более, что это помогает лучше постичь открытие Малдасены.

Суть же открытия, если совсем вкратце, заключалась вот в чем. Задумавшись над задачей о том, как будет выглядеть на квантовой CFT-оболочке гравитационная физика черных дыр в AdS, Малдасена разделил AdS-пространство на две части, в каждой устроил по черной дыре и соединил их между собой ЭР-мостом. И вот тут-то ему открылось, что в переводе этой физики на язык уравнений CFT, данный феномен начинает выглядеть как квантовая сцепленность прежде независимых друг от друга объектов…

Это, надо подчеркнуть, оказался воистину революционный результат, впервые указавший на то, что имеется непосредственная связь между геометрией пространства-времени и феноменом квантовой сцепленности. И стало понятно, что Эйнштейн еще в 1935 году, сам того не ведая, нащупал нечто очень важное для голографического принципа. Получалось, что на всех масштабах вселенной квантовая сцепленность оказывается эквивалентна стягиванию вместе разнесенных прежде областей в ткани пространства-времени – как крошечных кусочков на уровне микрочастиц, так и гигантских космологических регионов.

Рассматривая мир, разделенный на две половины и соединенный черными дырами, Малдасена рассмотрел, в частности, такой вариант, в котором две ленты Мёбиуса сцеплены в одностороннюю поверхность без краев – так называемую «бутылку Клейна». А также продемонстрировал и космологическую эволюцию конструкции на основе сдвоенной черной дыры, где все частицы сначала падают в одну – «черную» – горловину вселенной, а затем появляются из другой горловины, «белой дыры», но уже в изменившемся состоянии.

То есть вместо начала мира от «большого взрыва», подразумеваемого научным консенсусом, здесь наблюдается нечто в корне иное. О чем в самом финале своей статьи Малдасена написал так:

«Интерпретируемая как космология, такая вселенная получает свое начало снова и снова, а начальные условия каждый раз слегка изменяются.

Было бы очень заманчиво обрести более точное понимание того, каким образом в терминах теории на оболочке описываются локальные процессы, происходящие во внутреннем пространстве такой черной дыры»…

Естественно, в статье Малдасены отмечается, что проанализированная им конструкция в своих особенностях сильно не похожа на нашу вселенную. Но от этого ничуть не менее интересным остается общий вопрос, сопровождающий всю тему AdS/CFT уже почти два десятка лет:

Что же вся эта глубокая и удивительная математика может для нас означать?

(3.5) Геометрия сцепленности

Выявленная Хуаном Малдасеной взаимосвязь между квантовой сцепленностью и геометрией пространства-времени, как уже было сказано, поначалу мало кого взволновала, оставшись где-то на обочине от магистральных интересов научного сообщества.

Понадобилось еще почти десять лет, прежде чем подросли новые молодые исследователи, которые всерьез задумались над этой проблемой. А углубившись в задачу, начали получать ошеломительные, без преувеличения, результаты. Такие результаты, в которые более старшие и опытные товарищи поначалу просто отказывались верить.

Наиболее показательным примером данного ряда стала история вокруг работы молодого канадца Марка Ван Раамсдонка (arxiv.org/abs/1005.3035). Который по прочтении статьи Малдасены не на шутку озадачился примерно таким вопросом. Если феномен сцепленности влияет, получается, на геометрию пространства, то почему бы не выяснить, а насколько большую роль квантовая сцепленность вообще может играть в формировании пространства-времени?

Для начала своего исследования МВР взял самую простейшую в условиях AdS/CFT версию пространств – вообще без черных дыр и частиц. Иначе говоря, рассмотрел окружность пустого пространства CFT, которая, соответственно, служит границей для пустого диска в пространстве анти-де-Ситтера. Согласно законам квантовой механики, однако, «пустое пространство» никогда не бывает абсолютно пустым. Там всегда имеются пары частиц, которые лишь на мгновение то появляются, то вновь исчезают в небытие. И каждая из таких мимолетных пар устроена так, что частицы в ней сцеплены между собой.

По этой причине Ван Раамсдонк решил выяснить, а что произойдет с моделью-вселенной AdS, если эту сцепленность на границе удалить? Для этого МВР провел мысленную линию, как бы разделяющую голографический мир-оболочку на две половины, а затем известными математическими методами стал аккуратно разъединять квантовую сцепленность между частицами из одной половины оболочки и теми, что оказались на другой.

Расчеты показали, что соответствующий диск в пространстве анти-де-Ситтера от этого начал разваливаться пополам. Выглядело это так, словно сцепленные частицы были как петли и пуговицы, удерживающие ткань пространства в целостном состоянии. Без них пространство тут же начинало разрываться на части.

Проанализировав открывшуюся картину, Марк Ван Раамсдонк пришел к заключению, что наличие квантовой сцепленности в природе – это, похоже, важнейший ингредиент в происхождении пространства как такового… Или формулируя чуть иными словами, пространство-время – это просто геометрическая картина того, каким образом все сцеплено в квантовой системе вселенной.

Вряд ли надо объяснять, что это было весьма и весьма сильное утверждение, абсолютно не соответствующее доминирующим взглядам науки на устройство окружающего мира. А потому неудивительно, наверное, что работу, на подготовку которой МВР потратил около года размышлений, расчетов и обсуждений с коллегами, поначалу категорически отказывались публиковать в солидных рецензируемых журналах.

Более того, с подачи авторитетных, но анонимных рецензентов на Ван Раамсдонка начали лепить ярлык «беспокойного психа» (crackpot) – из обширной категории тех сумасшедших, которые постоянно одолевают приличное научное сообщество своими безумными идеями. Однако в конкретном случае с МВР стандартная система обороны явно дала сбой, поскольку молодой и напористый ученый имел очень приличное образование, работал в солидном университете, а кроме того, был абсолютно уверен в правильности своих расчетов, проведенных на основе общепринятого математического инструментария.

Короче говоря, главный приз для его статьи на одном из научных конкурсов в 2010 году обеспечил-таки Ван Раамсдонку право напечататься в престижном журнале General Relativity and Gravitation (где чуть ранее эту его работу уже отвергали). Благодаря публикации к исследованию удалось привлечь внимание серьезного научного мира, затем примерно год-два столь удивительное открытие сообществом переваривалось, ну а после этого в науке физике начали происходить воистину интересные вещи. (О чем многие, правда, пока все еще не в курсе.)

(3.6) ER = EPR

Неоспоримые факты из жизни архива научных препринтов (arxiv.org) на сегодня таковы, что начиная с 2010 года в теоретическом разделе «hep-th», т. е. физики частиц высоких энергий, наблюдается экспоненциальный рост статей, так или иначе посвященных феномену квантовой сцепленности (что легко отследить по слову Entanglement в заголовке). Если учесть, что вплоть до конца XX века в данной области физики «эзотерическим феноменом» сцепленности вообще не интересовались практически никак, происходящие перемены выглядят особенно впечатляюще.

Нельзя сказать, что столь мощные перемены были вызваны исключительно благодаря неординарной работе Марка Ван Раамсдонка (потому что параллельно и независимо от него появились и другие, менее знаменитые работы примерно на ту же тему – ибо «идея созрела»). Но в то же время бесспорно, что эффектные результаты МВР не только подтолкнули к новому взгляду на сцепленность множество молодых ученых, но также помогли развернуть к данной теме и научных тяжеловесов, все это направление в свое время породивших.

В частности, в 2013 году весьма примечательную совместную работу подготовили Хуан Малдасена и Леонард Сасскинд (arxiv.org/abs/1306.0533). Вместе с этой их статьей в физике не только оформилась новая революционная концепция, неразрывно связывающая квантовую сцепленность и кротовые норы гравитации, но и появилась эффектная формула-лозунг – «ЭР = ЭПР» – закрепляющая данное открытие в истории науки.

Суть этого достижения, как можно понять уже по виду «формулы», сводится к логичному завершению того, что было начато, но не доделано Эйнштейном. Иными словами, Малдасена и Сасскинд показали, что две эйнштейновы концепции – мост ЭР и парадокс ЭПР – в действительности связывает намного больше, чем один и тот же год публикации.

Согласно новому взгляду на мир (в условиях AdS/CFT), если любые два объекта – от черных дыр до частиц – связаны квантовой сцепленностью, то тогда они эффективно соединены друг с другом и кротовой норой. Столь же справедливо и обратное соответствие: то соединение, которое в физике гравитации называют кротовой норой, в квантовой теории означает сцепленность.

Можно говорить, что это просто разные способы для описания одной и той же глубинной реальности, лежащей в основе феномена мгновенного сообщения между сколь угодно разнесенными в пространстве объектами… Большая проблема в том, что никто из ученых пока еще не имеет никаких внятных идей о природе и общем устройстве этой самой глубинной реальности со столь необычными свойствами.

Но мощь и красота математики, поддерживающей концепцию, неуклонно ведет к тому, что все больше и больше физиков приходит к убеждению о необходимости существования такой реальности. Все последние годы и Малдасена, и Сасскинд, и другие исследователи с самых разных сторон проверяют гипотезу ЭР=ЭПР на тот предмет, насколько она математически согласуется со всем прочим, что уже имеется известного о сцепленности и кротовых норах.

И факты таковы, что никаких принципиальных противоречий выявить тут не удается…

(3.7) Квантовый компьютер космоса

Не только для всякого обычного человека, далекого от высот теоретической науки, но даже для профессиональных физиков, мало следящих за прогрессом в интересующей нас области, наверняка должно быть сюрпризом, каким образом концепция «ЭР=ЭПР» впервые представлена в статье Малдасены и Сасскинда.

Потому что даже для профессионалов, обучавшихся основам теории относительности, квантовой физики и теории струн по стандартным учебникам, весьма необычно видеть, как квантовую сцепленность превращают в кротовую нору с помощью того, что черные дыры изображают в виде квантовых компьютеров. Таких вычислителей, иначе, которые ловят сигналы-фотоны друг от друга, согласовывают состояния кубитов в своих регистрах и в этом процессе становятся, фактически, единым компьютером…

Столь необычный концептуальный разворот – это, ясное дело, далеко не случайность. На протяжении первых двух десятилетий ученые, обратившиеся к разработке темы квантовых компьютеров, были уверены, что занимаются сугубо прикладной задачей. На основе сцепленных квантовых битов, или кубитов, они пытаются сконструировать вычислительную машину, способную решать задачи, неподъемные для традиционных компьютеров.

В процессе этой работы специалисты по квантовой информатике естественным образом стали наиболее компетентными людьми и во всем, что касается тонких манипуляций с хрупким феноменом квантовой сцепленности. Для преодоления проблем, связанных с быстрым разрушением сцепленности и с необходимостью сохранять систему в когерентном состоянии, ученые изобрели весьма продвинутые квантовые коды исправления ошибок.

Ну а затем пришло осознание, что тем же самым занимается и природа, только в своей «квантовой вычислительной системе космоса» она это сделала давным-давно и в высшей степени эффективно. Причем выяснилось, что анализ вселенной на основе модели AdS/CFT позволяет проводить очень сильные и убедительные параллели между тем, как работает голографическая физика природы, и тем, как устроены квантовые коды исправления ошибок.

В частности, в 2015 году специализирующаяся на квантовых вычислениях команда исследователей Калтеха под руководством Джона Прескилла опубликовала этапную работу именно такого рода (arxiv.org/abs/1503.06237). В терминах кодов для исправления ошибок в ней продемонстрировано, каким образом квантовая сцепленность множества частиц на голографической границе совершенно замечательно описывает то, как в дуальном пространстве анти-де-Ситтера под действием гравитации перемещается одна единственная частица.

Конечно, пока здесь речь идет лишь об «игрушечной модели», наглядно подтверждающей концепцию. Однако выразительные соответствия выглядят весьма убедительно. Как высказался о данной работе Хуан Малдасена, такого рода подходы помогают лучше понять, каким образом голограмма-запись на оболочке кодирует все детали и подробности о том пространстве-времени, которое она окружает…

(3.8) Программные вопросы

Подводя итог столь обширному обзору, вполне логично вернуться к тому, с чего он начинался. К совсем новой и весьма щедро профинансированной коллаборации «It from Qubit», объединившей под своим началом практически всех (начиная с пункта 3.3) из упомянутых ученых – дабы теперь все они могли заниматься исследованиями совместно и согласованно друг с другом (хотя и без отрыва от основного места работы).

Общий план меропритятий для этих совместных проектов уже составлен, а в предельно компактном виде цели изложены в наборе ключевых вопросов, поставленных перед собой коллаборацией.

Больших вопросов всего пять. И все они напрямую связаны друг с другом:

1. Действительно ли пространство-время нашей реальности возникает из квантовой сцепленности?
2. Имеется ли у черных дыр внутреннее содержимое? Существует ли вселенная за пределами нашего горизонта?
3. Что представляет собой информационно-теоретическая структура квантовых теорий поля?
4. Способны ли квантовые компьютеры моделировать все физические феномены? (Как положительный так и отрицательный ответ влекут за собой очень интересные выводы и последствия.)
5. Как квантовая информация течет во времени? (И что это вообще такое – время?)

Обширные комментарии как к этим вопросам, так и к конкретным проектам, запущенным для их решения, можно найти в программном документе инициативы «It from Qubit: Simons Collaboration on Quantum Fields, Gravity, and Information» (PDF).

И наконец, отдельно и особо следует отметить тот девиз, который лидеры коллаборации It from Qubit выбрали для себя в качестве программного заявления:

Один из возможных лозунгов звучит так: «Гравитация – это гидродинамика сцепленности». На сегодняшний день это не более, чем просто слова, однако мы нацелены на то, чтобы превратить их в точные формулы…

#

(4) Слоны в комнате

Столь большой и развернутый рассказ о только-только народившемся проекте и общей истории его происхождения важен для расследования вот по каким причинам.

Во-первых, полезно иметь в виду сугубо частный характер всего данного предприятия. Организаторы инициативы в своей «Программе» особо отмечают, что самые главные и интересные вещи в науке происходят ныне на стыке фундаментальной физики и квантовой информатики, однако ученый мир в своем большинстве продолжает считать, что это совершенно разные вещи. Причем фонды государственного финансирования науки структурированы так, что лишь закрепляют это жесткое разделение, никак не стимулируя междисциплинарные усилия активистов.

Во-вторых, все моменты этой большой истории в своей последовательности предоставляют удобную и естественную структуру для следующего необычного рассказа. О том, каким образом все эти огромные научные проблемы будут находить свое разрешение в недалеком будущем.

В-третьих, наконец, полезно заранее себе представлять, почему именно в том виде, в котором она сейчас запущена, коллаборация «It from Qubit» в принципе не способна решить поставленные перед собой задачи.

Дабы стала понятнее суть этого «прогноза о неразрешимости», следует напомнить и подчеркнуть такие неоспоримые факты. Не только вся классическая физика вообще (с ее особо важными здесь разделами типа гидродинамики, электромагнетизма Максвелла и общей теории относительности Эйнштейна), но также и квантовая теория поля, и построенная на ее основе Стандартная модель взаимодействий, и теория струн – все это выстроено на основе концепции о непрерывности пространства-времени.

Иначе говоря, весь теоретический фундамент физики вообще и затеи «It from Qubit», в частности, выстроен на основе никогда и никем не доказанной гипотезы, просто принятой по умолчанию как самоочевидная. Гипотезы о том, что и пространство, и время можно делить на все более и более мелкие фрагменты до бесконечности.

Ну а голографический принцип, который ныне в рамках «It from Qubit» намерены заложить в качестве основы для новой физики, призванной решить глубочайшие проблемы теоретиков, по самой природе своей утверждает нечто в корне иное. Потому что уже при рождении голографического принципа его конструировали как воплощение фундаментальной идеи о дискретности пространства-времени…

Согласно этой концепции, ткань пространства-времени по самой природе своей имеет гранулированную структуру с зернами вполне определенного минимального размера (планковского масштаба), меньше которого никакой физики реальности уже не существует. Потому что на более мелких масштабах просто нет ничего физического – ни времени, ни пространства, ни материи.

Отсюда понятно, что лучшие умы теоретической науки затевают проект, который изначально в своих основах имеет принципиально противоречащие друг другу концепции. Естественно, все грамотные физики об этой серьезнейшей нестыковке знают. Но – как можно видеть по гранд-вопросам проекта – почему-то совершенно не желают эту гранд-проблему озвучивать.

Более того, в «It from Qubit» абсолютно и явно не случайно доминируют струнные теоретики. И при этом к сотрудничеству не пригласили никого из тех известных физиков, кто разрабатывает иные модели квантовой гравитации – на основе идей о дискретной структуре пространства-времени. (Здесь, можно сказать, ярко проявилась хорошо известная агрессивность лидеров струнной теории, при любой возможности закрепляющих свой программный тезис – о том, что лишь их теория «это единственная игра на районе».)

По этой причине – для более сбалансированного взгляда на происходящее – самое время вспомнить о еще одном синхронном событии, также имевшем место в интересную для нас дату 7 октября 2015 года. Центральным персонажем этого события является видный индийско-американский физик Абэй Аштекар, известный как отец теории «петлевой квантовой гравитации», директор Института гравитационной физики и геометрии при Пенсильванском университете и просто как один из наиболее компетентных теоретиков планеты в своей профессиональной области.

Петлевая квантовая гравитация – это одна из наиболее популярных альтернативных теорий с дискретной структурой пространства-времени. В день же 7 октября Аштекар давал большое интервью индийским журналистам в стенах IIT Madras, Индийского технологического института в Мадрасе, разговор шел о жизни и проблемах физики вообще, а также о ситуации со струнной теорией и AdS/CFT в частности.

Аштекар, естественно, совсем не в восторге от подчеркнуто агрессивного поведения оппонентов, настаивающих, что они уже давно и уверенно «всех сделали». Специалисту со стороны слышать это особо неприятно по той причине, что практически все трудные вопросы, которые по сию пору имеются в области квантовой гравитации, так и не находят своего ответа в струнной теории.

Что же касается AdS/CFT-соответствия, то в принципе Аштекару очень нравится сама эта концепция, которую он считает мощным и полезным для науки принципом. Но одновременно ученый призывает всех помнить, что по сути своей это открытие – только лишь определение, констатация выявленного соответствия. Но ни в коем случае не доказательство чего бы то ни было.

Для доказательства дуальности теорий, описывающих реальность, прежде всего нужны строгие определения данных теорий. Однако именно этого ни у струнной теории, ни у науки в целом пока что нет. А есть несколько математических описаний для абстрактных вселенных, которые не только на принципиальном уровне противоречат друг другу, но и никак не ложатся на ту реальность, что наблюдаем мы.

Например, в основе AdS/CFT лежит предположение, в первую очередь, что пространство-время имеет 10 измерений. Причем именно физическое пространство-время – где действует гравитация – имеет здесь геометрию анти-де-Ситтера с отрицательной космологической константой. Если же мы оглянемся вокруг, то мы не увидим вокруг себя вообще ничего, что было бы похоже на эту физику и геометрию пространства AdS.

Еще один очень существенный момент, о котором струнные апологеты не говорят практически никогда. В теории струн, как известно, все ненаблюдаемые нами дополнительные измерения свернуты – или компактифицированы – до микроскопически малых планковских масштабов. Однако в модели AdS/CFT-дуальностей требуется, чтобы радиус внутренних измерений был таким же, как и огромный космологический радиус вселенной.

Ну а если это так, то физики-исследователи, оглянувшись вокруг, должны видеть эти десять измерений. Однако мы ничего похожего тут не видим. А потому, уверен Аштекар, модель AdS/CFT не может хоть как-то соотноситься с тем реальным миром, в котором мы на самом деле живем.

В целом же странная ситуация с игнорированием принципиальных проблем по мнению видного теоретика выглядит так:

Это, можно сказать, слоны в комнате, которые никак не упоминаются, не замечаются и не обсуждаются. <…> Все это очевидные проблемы, однако занимающиеся наукой люди просто притворяются, будто проблем этих не существует…

#

Было бы несправедливо говорить, будто разработчики AdS/CFT категорически и полностью отвергают критику реалистов в свой адрес. Хотя ключевые из затронутых Аштекаром проблем действительно стараются не обсуждать, поскольку никто сейчас понятия не имеет, как их преодолевать, о многих сильно неясных вопросах все же говорят вслух и довольно часто.

Например, никто не замалчивает и не пытается отрицать тот самоочевидный факт, согласно которому пространство анти-де-Ситтера в модели должно иметь границу, быть статичным, а свет, испущенный в AdS, в итоге возвращается к источнику. Что же касается научных наблюдений за нашей вселенной, то для ученых она представляется очевидно бесконечной, да еще при этом расширяется. Если же вы посылаете импульс света в пространство космоса, то он уже не вернется назад, обойдя пространство, а просто продолжает идти и идти в глубины вселенной.

Исследователи, работающие с математикой AdS/CFT, в большинстве своем действительно предполагают, что расчеты на основе дуальных соответствий Малдасены рассказывают нам некие глубокие истины о реальном устройстве вселенной. Вот только, к сожалению, у теоретиков пока что нет никакого согласия в том, как же именно преобразовывать результаты из одной картины вселенной к совершенно другой.

Ну а в самом фокусе наших трудностей с постижением голографической картины мира находится такая вот проблема, если цитировать собственные слова автора AdS/CFT:

«Пока что не ясно, как определить голографическую теорию для нашей вселенной. Нет никакого удобного места для того, чтобы поместить голограмму»…

Поскольку эти слова Хуана Малдасены, зафиксированные в его статье 2005 года (PDF) для научно-популярного журнала Scientific American, весьма широко продолжают цитироваться и поныне, по умолчанию предполагается, что никаких принципиальных открытий на этом направлении пока не произошло.

Однако на самом деле именно такое, очень удобное место для голограммы, конечно же, в природе имеется. Причем оно не только давно и хорошо математикам-физикам известно, но и сегодня продолжает тщательно ими изучаться с заметно нарастающим интересом. Более того, уже обнаружены и такие модели AdS/CFT, где эта геометрическая структура вполне четко просматривается.

Единственное, фактически, чего пока разглядеть не удалось, – это то, до какой степени данная структура важна для общего понимания новой голографической физики. Именно эта тема и станет основой для следующего большого рассказа.

(5) Нетривиальное расСЛОНение

(Продолжение следует)

# # #

Дополнительное чтение:

«Пещера и слон»: о математическом платонизме ученых и о притче про особенности нашего пути к знанию.

«Сцепленность и урок природоведения»: малоизвестные подробности о том, как были открыты «мост ЭР» и «парадокс ЭПР», а также о том, в какие глубины ведет нас формула «ЭР=ЭПР»

«ЖЭГ2: От Эйнштейна до Виттена»: о том, как Эдвард Виттен проводил расследование о большом открытии Эйнштейна, собственноручно им же и закрытом, а также про птиц и лягушек в науке.