О происхождении времени. Последняя теория Стивена Хокинга

Рис. 54. Голографические взаимоотношения уравнивают теорию струн и гравитацию во внутреннем объеме искривленного пространства-времени с определенными квантовыми теориями частиц и полей без учета гравитации, действующей на границе этого пространства-времени.

В своей наиболее амбициозной форме голографический дуализм утверждает, что пограничный мир квантовых полей и частиц полностью определяет поведение тяготения и вещества внутри AdS, а не просто дает их классическое или полуклассическое приближение. Вдвойне поразительно при этом то, что теории частиц в дуализме Малдасены относятся к наиболее изученным и разработанным квантовым теориям поля, известным физикам еще с середины XX века. Выходит, что голография – в своей предельно смелой форме – являет собой действующий образец полной квантовой теории тяготения и вещества.

Это в корне изменило все. Десятки лет физики отчаянно пытались соединить общую теорию относительности и квантовую теорию. Теперь, после откровения Малдасены, эти две с виду противоречащие друг другу теории стали работать в симбиозе. Голографические дуальности привели к открытию, что относительность и квантовая теория не антагонистические, а всего лишь альтернативные аспекты описания одной и той же реальности. Физические системы могут быть гравитационными и квантовыми в одно и то же время, хотя и в разных измерениях. Так говорит нам голография. В этом и состоял поразительный сдвиг перспективы, вызванный открытием дуализма Малдасены.

Так же, как это происходит и с другими дуальностями в рамках M-теории, природа отношений между обеими сторонами голографического дуализма такова, что, когда вычисления с одной стороны идеально просты и однозначны, ситуация с другой стороны часто оказывается исключительно сложной и запутанной. К примеру, в случае слабой гравитации и небольшой кривизны AdS-вселенной граничное описание содержит настолько сильные квантовые взаимодействия между его составляющими, что трудности QFT становятся неразрешимыми и даже понятие индивидуальных частиц может перестать что-то значить.

Это свойство делает голографические дуальности очень трудно доказуемыми, но одновременно и необычайно мощными. Ведь это значит, что физики могут использовать эйнштейновскую теорию гравитации и ее расширение – супергравитацию, – чтобы узнать о новых явлениях в квантовом мире частиц, и наоборот. За эти годы голография стала подлинной математической лабораторией, в которой теоретики ставят самые изобретательные мысленные эксперименты с целью добиться более глубокого понимания – и приобрести интуицию – в поразительной области голографических оснований природы. Сегодня область применения голографической физики простирается далеко за пределы M-теории, из которой она появилась: широкая сеть ее приложений соединяет области, которые мы раньше считали совершенно самостоятельными областями физики, – общую теорию относительности, физику конденсированных сред, ядерную физику, квантовую теорию информации и даже астрофизику.

Но вернемся к черным дырам. Если голография дает нам полную теорию квантовой гравитации, хоть и в контексте AdS, то она, конечно, решает и сформулированный Стивеном труднейший информационный парадокс черной дыры?

Однако здесь все не так просто. Дело в том, что в связанном с граничной поверхностью описании Малдасены внутренний мир AdS закодирован крайне запутанным и трудно распознаваемым образом. Это не должно нас удивлять: даже обычная оптическая голограмма и отдаленно не похожа на закодированную в ней трехмерную картину. Поверхность обычной двумерной голограммы состоит из с виду случайно разбросанных линий и каракулей. Требуется сложная операция, обычно в форме просвечивания голографической поверхности лазерным лучом, чтобы преобразовать этот хаос в трехмерную картину.

Подобно этому, чтобы расшифровать закодированное на голографической поверхности описание того, что происходит внутри AdS-пространства, требуется сложная математическая операция. К несчастью, к открытию голографии не был приложен математический словарь, к которому можно обратиться, чтобы узнать, как именно эти две стороны реальности переходят друг в друга. Теоретикам приходится постепенно, статья за статьей, создавать этот словарь, чтобы расшифровывать голограммы и раскрывать заключенные в голографическом дуализме широчайшие возможности.

Возможно, самая первая словарная статья, которая понадобилась бы вам в словаре AdS – QFT, касалась бы, бесспорно, самого странного свойства этого дуализма: исчезающего измерения. Как частицы и поля, заключенные в пределах поверхности, могут тем не менее содержать в себе все, что происходит во глубинах внутреннего объема AdS? Каждый бит информации обо всем происходящем внутри AdS-вселенной должен каким-то образом оказаться закодированным в QFT – а иначе дуальность не была бы дуальностью. Так каким же образом квантовым теориям поля удается «поглощать» целое измерение?