Про принципи у фізиці

Прогрес у галузі фундаментальної фізики часто супроводжується введенням нового принципу, який є ключовим орієнтиром, що спрямовує теорію до успіху.

Прикладами цього можуть бути принцип відносності, принцип еквівалентності та принцип калібрувальної інваріантності. Ці принципи міцно лягли в основу будь-якої фізичної теорії.

Введення нового принципу може бути зумовлене суперечностями між наявними теоріями. Керуючись ним, можна зрозуміти, яка теорія містить елементи фундаментальної теорії, а яку необхідно вдосконалити або від якої слід відмовитися. Спеціальна теорія відносності, наприклад, примирила електродинаміку та кінематику Галілея за рахунок останньої, відмовившись від її основних принципів -- абсолютного простору та часу.

Принцип може також виникнути з деяких нещодавно запропонованих моделей, із певного фізичного факту, який стоїть осторонь і не може бути спростований або пояснений наявною фізичною теорією. За допомогою принципу цей факт може бути покладений в основу нової теорії.

У ньютонівській теорії гравітації, наприклад, пропорційність інертної та гравітаційної мас для всіх тіл здається цікавим збігом і ніяк не може бути пояснена в межах цієї теорії. Принцип еквівалентності вимагає, щоб цей факт було покладено в основу нової теорії. Це привело Ейнштейна до загальної теорії відносності, у якій рівність гравітаційної та інертної мас задається від самого початку. Тіла рухаються геодезичними лініями у викривленому просторі-часі і, отже, просто не може бути інакше.

Голографічний принцип належить до останнього класу. Непоясненим фактом у цьому разі є існування точної, загальної та напрочуд строгої межі вмісту інформації в просторово-часовій області. Цей факт уже є загальновизнаним, його найзагальніша назва — коваріантна ентропійна межа (covariant entropy bound). Голографічний принцип стверджує, що ця межа не є збігом, а має лягти в основу нової теорії.

Коваріантна ентропійна межа пов’язує поняття геометрії простору-часу з числом квантових станів матерії. Вона передбачає, що будь-яка теорія, яка включає голографічний принцип, має об’єднувати матерію, гравітацію та квантову механіку. Це має бути квантова теорія гравітації, система, що об’єднує загальну теорію відносності та квантову механіку.

Це припущення підкріплюється тісним зв’язком між коваріантною ентропійною межею та квазікласичними властивостями чорних дір. Це було підтверджено, хоча й в обмеженому контексті, нещодавніми результатами в теорії струн.

Голографічний принцип суперечить загальноприйнятій думці, що теорія має бути локальною, і в цьому сенсі він також належить до першого класу. Зазвичай теорії локальні, квантова теорія поля, наприклад, є локальною теорією -- вона має справу зі ступенями вільності в кожній точці простору. Інформація про систему зростає пропорційно до її об’єму. Голографічний принцип, з іншого боку, стверджує, що число фундаментальних ступенів вільності пов’язане з площею поверхні, яка обмежує область простору, у якій визначено теорію. Як правило, це число ступенів вільності набагато менше за те, що передбачається теорією поля.

У фізиці багато прикладів, коли такий вибір числа ступенів вільності був нездоланною перешкодою під час побудови нових теорій. Одним із найвідоміших прикладів можуть бути проблеми з розбіжностями під час побудови квантової теорії гравітації. Спроби зменшити число ступенів вільності здійснювалися постійно і зводилися або до вибору нового масштабу ультрафіолетового обрізання, або, у радикальнішому випадку, до заміни нашого неперервного простору-часу на ґратку. Цей новий підхід до побудови квантової теорії гравітації отримав назву петльової квантової теорії гравітації. Ще одним прикладом може бути величина космологічної сталої, визначена як енергія нульових коливань фізичного вакууму в межах квантової теорії поля, яка відрізняється на 120 порядків від величини, визначеної за астрономічними спостереженнями.

Практично відразу після введення голографічного принципу було порушено питання про його вплив на космологію. Січень 2010 року в цьому відношенні можна вважати початком голографічної космології. Побачила світ стаття Е. Верлінде, що пропонує абсолютно новий погляд на простір і гравітацію. У межах цього підходу було перевідкрито багато добре відомих фізичних законів.

Мета цієї роботи — показати, як у межах голографічної динаміки можна побудувати космологічну модель, вільну від деяких кількісних і якісних суперечностей Стандартної космологічної моделі (СКМ), таких як природа та величина космологічної сталої, причина прискореного розширення Всесвіту, а також деяких інших співвідношень, що не знайшли пояснення в межах СКМ.

На шляху до цієї мети з голографічного принципу буде отримано низку фізичних законів, що дають змогу побудувати практично всю фізику. На завершення буде показано, як у межах голографічної динаміки, без введення темної енергії, можна отримати прискорене розширення Всесвіту, що добре узгоджується не лише якісно, а й кількісно.

Лише зареєстровані користувачі можуть залишати коментарі. Увійдіть або зареєструйтеся.