Готовый перевод String Theory for Dummies / Теория струн для «чайников»: Gaining Insight from the Holographic Principle

Достижение понимания Голографического приципа

Другое ключевое понимание в теорию струн приходит из голографического принципа, который связывает теорию пространства в теорию, определенную только на границе этого пространства.

Голографический принцип не является строгим аспектом теории струн (или М-теории), но применим в более широком плане к теориям о гравитации в каком-либо пространстве.

Потому что теория струн такая теория, где некоторые физики полагают, что голографический принцип будет лежать в основе ее.

Сбор многомерной информации на плоской поверхности

Оказывается, как показал Ге́рард ’т Хо́офт в 1993 (и разработал при большой помощи Леонарда Сасскинда), количество "информации", которое содержит пространство, может быть связано с участком границы области, а не с ее объемом.

(В квантовой теории поля, все может быть рассмотрено как информация.)

Короче говоря, голографический принцип сводится к последующим двум постулатам:

• Теория гравитации, описывающая область пространства, является эквивалентом теории, определенной только на поверхности участка, что охватывает эту область.

• Граница области пространства содержит не больше одной части информации на квадрат Планковской длинны.

Другими словами, голографический принцип означает, что все, что происходит в пространстве может быть объяснено в терминах информации, которая так или иначе сохранена на поверхности этого пространства.

Для примера, изобразим 3-мерное пространство, которое располагается внутри 2-мерной свернутой поверхности цилиндра, как изображено на рисунке 11-2.

Вы находитесь внутри этого пространства, но возможно нечто вроде тени или отражения располагается на поверхности.

Рисунок 11-2: Голографический принцип утверждает, что информация о пространстве содержится на поверхности.

Теперь, ключевой аспект этой ситуации, недостающий из нашего примера: Тень содержит только ваше очертание, но в голографическом принципе ’т Хо́офта, вся информация сохранена.

(смотрите ближайшую вставку "Внутри голограммы")

Другой пример, и возможно более понятный, состоит в том, чтобы представить себя внутри большого куба.

Каждая сторона куба это гигантский телевизионный экран, который содержит изображения объектов внутри куба.

Вы могли бы использовать информацию, которая содержится на 2-мерной поверхности пространства, чтобы реконструировать объекты в пространстве.

Опять же, однако, этот пример не дотягивает, потому что не вся информация закодирована.

Если бы у меня были объекты, блокирующие меня во всех шести направлениях, моего изображения не было бы на каком-либо из экранов.

Но в голографическом принципе изображения вселенной, информация на поверхности содержит всю информацию, которая существует в пространстве.

Присоединение голографического принципа к нашей реальности

Голографический принцип совершенно неожиданный.

Вам нужно было полагать, что информация, необходимая для описания пространства, должна была бы быть пропорциональна объему этого пространства.

(Обратите внимание, что в случае с более чем 3х измерений, "объема" не точный термин.

4х мерный "гиперобъем" был бы длинной умноженной на ширину умноженной на высоту и умноженной на какое-нибудь другое пространственное направление.

На данный момент, вы можете игнорировать временное измерение.)

Внутри голограммы

Голограмма, это 2х мерное изображение, которое содержит всю 3х мерную информацию объекта.

Смотря на голограмму, вы можете наклонить изображение и увидеть ориентацию формы движения.

Это как будто бы вы видите объект на картинке под другим углом.

Процесс создания голограммы называется голографией.

Это достигнуто при помощи интерференционных моделей световых волн.

Процесс предполагает использование лазера — так что весь свет имеет совершенно одинаковую длину волны — и отражение его от объекта на пленку.

(Когда я выполнял этот эксперимент в моем колледже в классе оптики, я использовал маленькую пластиковую лошадь.)

Так как свет ударяет по пленке, она записывает интерференционные модели и это, если проделано должным образом, позволяет пленке закодировать информацию о 3х мерной форме, которая подвергалась голографии.

Закодированная информация потом должна быть раскодирована, что означает, что свет лазера опять должен быть показан через пленку для того, чтобы увидеть изображение.

Существует голограммы "белого света", которые не нуждаются в свете лазер для их просмотра.

Это голограммы, с которыми вы более знакомы, и которые проявляют свое изображение при обычном свете.

Вы можете рассмотреть этот принцип двумя способами:

• Наша вселенная это 4х мерное пространство, которое эквивалентно некоторой 3х мерной границе.

• Наша вселенная это 4х мерная граница 5ти мерного пространства, которое содержит ту же информацию.

В первом сценарии, мы живем в пространстве внутри границы, а во втором сценарии - на границе, которая отражает более высокий порядок реальности, который мы напрямую не воспринимаем.

Обе теории имеют глубокие выводы о природе вселенной в которой мы живем.

Рассмотрение AdS/CFT соответствия

Несмотря на представленное в 1993, даже Леонард Сасскинд говорит, что думал, что пройдут десятилетия прежде, чем будет какой-либо способ подтвердить голографический принцип.

Потом, в 1997, аргентинский физик Хуа́н Малдасе́на, вдохновленный голографическим принципом, опубликовал статью, в которой он предложил что то, что называлось соответствие анти-де Ситтера/конформной теории поля, или AdS/CFT соответствие, которое поставило голографический принцип в центр внимания в теории струн.

В AdS/CFT соответствии Малдасена, он предложил новую дуальность между калибровочной инвариантностью, определенной на 4х мерной границе (три пространственных измерения и одно временное) и 5и мерной области (четыре пространственных измерения и одно временное).

В сущности, он показал, что существуют условия, в которых голографический принцип второго сценария возможен (смотрите предшествующий раздел).

Как обычно в теории струн, одно из тех условий это не нарушение суперсимметрии.

Фактически, теоретический мир, который он изучал, имел наибольшее количество супер симметричной возможности — это было максимально супер симметрично.

Другим условием было то, что 5ти мерная область была чем то, что называлось пространством анти-де Ситтера, что означало, что оно имело отрицательную кривизну.

Наша вселенная (по крайней мере в настоящий момент) более похожа на пространство де Ситтера, как опоминалось в главе 9.

Вообще то, не было подтверждено, что конкретно AdS/CFT соответствие (или что то подобное) применимо к нашей собственной вселенной (хотя тысячи статей были написаны по этой теме).

Даже если дуальность окажется не совсем верной, растущее число теоретической работы поддержит идею о том, что есть какое то соответствие между теорией струн и калибровочной теорией, даже если только при некоторый малых уровнях приближения.

Вычисления, которые сложны в одной версии теории, на самом деле могут быть простыми в другой, что означает, что это может быть решающим в выяснении того, как завершить теорию.

Это помогло поддержать идею, что голографический принцип может в конечном счете оказаться одним из основополагающих принципов М-теории.

Голографический принцип, и особенно AdS/CFT соответствие, может также помочь ученым глубже понять природу черных дыр.

Энтропия (или разупорядочность) черных дыр пропорционально поверхности участка черной дыры, а не объема.

Это один из аргументов в поддержку голографического принципа, потому что считается, что оно могло бы предложить более глубокое физического объяснение черных дыр.

Внимание! Этот перевод, возможно, ещё не готов.
Его статус: перевод редактируется

Переведено на Нотабеноиде
http://notabenoid.org/book/38781/145405

Переводчики: Swarlz, falcton