Сучасна теоретична фізика наводить на думку, що плин часу — не більше ніж ілюзія: просто існує весь Всесвіт, без надання будь-якого особливого значення поточному моменту часу. Ця стаття показує, що такий погляд, по суті представлений звичайними просторово-часовими діаграмами, ґрунтується на оборотних у часі мікрофізичних законах, які не здатні охопити істотні риси незворотної в часі природи декогеренції та процесу квантового вимірювання, а також макрофізичної поведінки й розвитку складних систем, що виникають, зокрема життя, які існують у реальному Всесвіті. Коли їх буде враховано, незмінну картину блокового Всесвіту в просторі-часі найкраще замінити на блоковий Всесвіт, що розвивається й розширюється з плином часу, з потенційно можливим майбутнім, яке постійно стає визначеним минулим; сам простір-час еволюціонує, як і сутності, що перебувають у ньому. Однак цього разу еволюція пов’язана не з якоюсь привілейованою гіперповерхнею в просторі-часі, а радше з еволюцією власного часу вздовж сім’ї світових ліній. Від самого початку фундаментальна фізика не повинна вважати час незворотним під час еволюції фізичних станів: це постійний і незворотний розвиток самого часу.
читатиПопри очевидну практичну корисність концепції часу, часто стверджують, що часу не існує. Я дотримуюся протилежного погляду: уявімо, що час справді існує, а Всесвіт описується квантовим станом, який підкоряється звичайній залежній від часу квантовій механіці. Узгодити цю просту картину з відомими фактами про наш Всесвіт виявляється нетривіальним завданням, але, сприймаючи її серйозно, ми можемо відкрити глибокі факти про фундаментальну природу реальності. Стріла часу знаходить правдоподібне пояснення у «Всесвіті Геракліта», описуваному квантовим станом, який вічно еволюціонує в нескінченновимірному гільбертовому просторі.
читатиРівняння Дірака для електрона стало для фізики поворотним пунктом у багатьох відношеннях. У 1928 році, коли Дірак запропонував своє рівняння, з усіх елементарних частинок науці були відомі лише електрони, протони й фотони. Вільні рівняння Максвелла описують фотони, передбачені Ейнштейном у 1905 році. Цю ранню роботу поступово розвинули Ейнштейн, Бозе та інші, а в 1927 році Йордан і Паулі створили повну математичну схему для опису вільних фотонів шляхом запровадження квантування в максвеллівську теорію вільного поля. Здавалося також, що протон, як і електрон, досить добре описується рівнянням Дірака. У теорію Дірака чудово вписувалася електромагнітна взаємодія, яка описує, як фотони впливають на електрони й протони, завдяки ідеї калібрування (запровадженій Вейлем у 1918 році). Початок формулюванню повної теорії електронів (або протонів), що взаємодіють із фотонами (тобто квантової електродинаміки), поклав сам Дірак у 1927 році. Отже, здавалося, що під рукою є всі більш-менш основні засоби для опису всіх частинок, які існують у Природі, а також найочевидніших взаємодій між ними.
читатиЧи можливо поширити голографічний підхід, що сягає корінням термодинаміки чорних дір, на опис динаміки Всесвіту? Почнімо з простих оцінок. Порівняймо, наскільки Земля, Сонце і видимий Всесвіт близькі до чорної діри. Розгляньмо гравітаційний (шварцшильдівський) $r_g$ і фізичний $R$ радіуси Землі та Сонця. Для Сонця $R\simeq 7\times 10^{5}$ км, а $r_g\simeq 3$ км. Для Землі $R\simeq 6400$ км, а $r_g\simeq 0.884 $ см.
Ці об’єкти зовсім не схожі на чорну діру. Виконаймо аналогічну оцінку для видимої частини Всесвіту, взявши за її розмір габблівський радіус $R_{H}=cH^{-1}$ $$r_{g,univ}=\frac{2GM_{univ}}{c^2};$$ $$R_{H}=cH^{-1};$$ $$M_{univ}=\frac{4\pi }{3}R_H^{3}\rho;$$ $$H^2=\frac{8\pi G}{3}\rho \to \rho =\frac{3H^2}{8\pi G};$$ $$M_{univ}=\frac{4\pi }{3}R_H^3\frac{3H^2}{8\pi G}=\frac{c^2R_H}{2G};$$ $$R_H=\frac{2GM_{univ}}{c^2}=r_{g,univ}$$ Вражаючий «збіг», що дає змогу використовувати при голографічному описі
Всесвіту аргументацію термодинаміки чорних дір. Як ми бачили вище, ключовим моментом голографічного підходу є вилучення гравітації з числа фундаментальних сил і надання їй статусу ентропійної сили.
Використовуючи цю аналогію, можна приписати поверхні габблівського радіуса температуру Гокінга. Оцінимо температуру габблівської сфери, розглядаючи її як голографічний екран. Для потрібної оцінки скористаємося «близькістю» видимого Всесвіту до чорної діри. Перетворімо цю формулу, використовуючи перше рівняння Фрідмана $$T_{BH}=\frac{\hbar c^3}{8\pi Gk_{_B}M}=\frac{1}{3}\frac{\hbar c^3}{k_{_B}}\frac{\rho }{MH^2}=\frac 13\frac{\hbar c^3}{k_{_B}}\frac 1 {VH^2}$$ Підставляючи $V=\frac{4\pi }{3}R_H^3$ і враховуючи, що габблівський радіус дорівнює $R_H=cH^{-1},$ отримаємо для температури габблівської сфери $$T_{H}=\frac{\hbar H}{4\pi k_{_B}}\sim 10^{-30} K$$ Як буде показано нижче, неважко отримати рівняння Фрідмана, що описують динаміку Всесвіту, з голографічного принципу, не залучаючи уявлень про гравітацію та рівнянь Ейнштейна. Буде показано, що вони отримуються аналогічно до рівнянь Ньютона, за умови, що за голографічний екран брати габблівський радіус.
Пропозиція не розглядати гравітацію як фундаментальну силу природи має довгу історію. Першу ідею запропонував Сахаров у 1967 році. Ця ідея набула подальшого розвитку після відкриття в 70-ті роки термодинамічних властивостей чорних дір.
Геометричні особливості термодинамічних величин чорних дір привели Якобсона до цікавого запитання: чи можна вивести рівняння Ейнштейна для гравітаційного поля з термодинаміки. Виявляється, це справді можливо, і нижче ми продемонструємо, як цю можливість можна реалізувати за допомогою сучасної «голографічної техніки».
Цей огляд є продовженням
- Про принципи у фізиці
- Голографічний принцип — перша зустріч
- Термодинаміка чорних дір
- Голографічна динаміка — кроками Е. Верлінде