Это может звучать как диковинный сюжет плохо продуманного научно-фантастического фильма. Но сейчас некоторые ученые утверждают, что человечество, Земля и все остальное во Вселенной на самом деле являются частью гигантской голографической проекции.
Хотя поклонникам "Матрицы" это может показаться слишком знакомым, эта смелая идея может решить некоторые из самых сложных вопросов физики.
От того, что произойдет, если вы упадете в черную дыру, до того, какой была Вселенная сразу после Большого взрыва, ответ может дать представление о том, что мы голографичны.
По словам профессора Марики Тейлор, физика-теоретика из Бирмингемского университета, Вселенная на самом деле двумерна.
Однако, как и при просмотре 3D-фильма на плоском экране, изображения на этой 2D-поверхности кажутся более глубокими из-за того, как они на нее проецируются.
Итак, хотя вы можете воспринимать окружающий мир как сложную трехмерную структуру, профессор Тейлор утверждает, что это всего лишь иллюзия.
Это не значит, что наша жизнь или вселенная менее реальны, но это означает, что космос может оказаться намного более странным, чем мы думали ранее.
Что такое теория голографической вселенной?
Когда вы думаете о Вселенной как о голограмме, вы можете представить себе проецируемые изображения из "Звездных войн" или "Путешествия Аввы".
Хотя это правильная основная идея, это не совсем тот тип голограммы, о котором думают физики.
Идея о том, что Вселенная представляет собой голограмму, не имеет ничего общего со светом или проекторами, как может показаться из названия.
На научном языке голограмма - это двумерная поверхность, которая, как представляется, имеет третье измерение - как голографические изображения на некоторых кредитных карточках.
Поскольку голограммы выглядят трехмерными, вы можете передвигаться по ним и видеть различные части изображения, как если бы там был реальный объект.
Однако, если бы вы протянули руку, чтобы прикоснуться к одному из них, ваша рука наткнулась бы только на плоскую поверхность.
Такие ученые, как профессор Тейлор, утверждают, что вся Вселенная в точности такая же - это двумерная поверхность, которая выглядит так, будто у нее есть три измерения.
Вместо того, чтобы представлять Вселенную как сплошной блок, профессор Тейлор говорит, что нам следует представлять ее скорее как полый шар.
Наши солнечные системы и галактики находятся в "трехмерном" пространстве внутри шара, но фактическая структура поверхности Вселенной имеет только два измерения.
Согласно "голографическому принципу", мы можем описать гравитационные движения планет и звезд внутри шара, просто рассказав о том, что происходит на двумерной поверхности.
Хотя это может показаться невероятным, ученые утверждают, что перевернуть наш мир с ног на голову не обязательно является проблемой.
Профессор Тейлор говорит: "Это очень трудно представить. Однако также довольно сложно представить, что происходит внутри атома.
"В начале двадцатого века мы узнали, что атомы подчиняются квантовым законам, которые также сильно отличаются от нашей повседневной реальности.
"Голография переносит нас в еще более экстремальный мир, где не только силы квантовые по своей природе, но и количество измерений отличается от воспринимаемой нами реальности".
Означает ли это, что Вселенная нереальна?
Одно из самых больших заблуждений относительно голографической теории заключается в том, что она означает, что Вселенная нереальна или что мы находимся в какой-то симуляции.
Хотя знакомые нам голограммы всегда кем-то проецируются и могут быть включены или выключены по желанию, это не то, что ученые говорят о Вселенной.
Профессор Тейлор говорит: "Фильмы "Матрица" заставляют задуматься, но, вероятно, не полностью отражают все идеи голографии".
Аналогичным образом, лаборатория физики элементарных частиц Министерства энергетики США "Фермилаб" утверждает, что представление о Вселенной как о "симуляции" может вводить в заблуждение.
Фермилаб пишет: "Представление о том, что наша привычная трехмерная вселенная каким-то образом закодирована в двух измерениях на самом фундаментальном уровне, не подразумевает, что есть кто-то или что-то "за пределами" двумерного представления, "проецирующее" иллюзию или "управляющее" симуляцией".
Это означает, что нам не нужно беспокоиться о том, что мы находимся в какой-либо матричной симуляции, даже если вселенная голографическая.
Аналогичным образом, одним из следствий голографического принципа является то, что такие свойства Вселенной, как третье измерение и гравитация, не являются фундаментальной частью реальности.
Однако это не значит, что ученые утверждают, что они нереальны.
Вместо этого физики говорят, что гравитация и более высокие измерения являются "возникающими" свойствами.
Профессор Костас Скендерис, физик-математик из Университета Саутгемптона, говорит, что это можно рассматривать так же, как и температуру.
Если мы посмотрим на любой отдельный атом, у него не будет температуры, только положение и скорость.
Но если имеется достаточное количество атомов, которые движутся и сталкиваются друг с другом, мы можем сказать, что все они вместе имеют температуру.
Температура не является неотъемлемым свойством элементарных частиц. Она скорее проявляется как свойство их совокупности. Это не делает температуру менее реальной. Это скорее объясняет ситуацию", - говорит профессор Скендерис.
Аналогичным образом, гравитация и третье измерение возникают, когда части двумерной вселенной взаимодействуют определенным образом.
И точно так же, как знание того, что температура - это просто движение атомов, не делает ваш чай менее горячим, это не делает гравитацию или глубину менее реальными.
Почему ученые считают, что Вселенная представляет собой голограмму?
Хотя это может показаться интересным математическим упражнением, вы можете задаться вопросом, почему ученые вообще утруждают себя попытками объяснить все в двух измерениях.
Ответ на этот вопрос восходит к проблеме, предложенной Стивеном Хокингом, известной как "информационный парадокс", которая предполагает, что черные дыры нарушают фундаментальный закон физики.
Возможно, вы слышали закон физики, который гласит, что материя не может быть создана или уничтожена.
Точно так же закон квантовой физики гласит, что "информация" не может быть создана или уничтожена.
Профессор Тейлор говорит: "Информационный парадокс заключается в том, что черные дыры, похоже, теряют память о том, что было брошено в них".
Представьте, что вы пишете сообщение на листе бумаги, а затем разрываете его на мелкие кусочки.
Вы можете подумать, что уничтожили эту информацию, но какими бы маленькими вы ни были, кто-нибудь всегда сможет собрать их воедино и прочитать.
Однако, если вы выбросите эту записку в черную дыру, вы ничего не сможете сделать, чтобы собрать эту информацию обратно.
В конце 1970-х годов ученые начали осознавать, что эту проблему можно обойти, но только если рассматривать черные дыры как двумерные.
С этой точки зрения, когда вы бросаете свою записку в черную дыру, информация размазывается по двумерной границе черной дыры, а не уничтожается.
Именно такой точки зрения придерживался Стивен Хокинг, открывший информационный парадокс, в последние годы своей жизни.
Если вам трудно это представить, не волнуйтесь; даже физики все еще пытаются понять, что именно это может означать.
Важно понимать, что взгляд на мир в двух измерениях облегчает физикам понимание того, что происходит в определенных случаях.
Это особенно полезно, когда мы хотим понять, что происходит, когда гравитация чрезвычайно сильна, например, в первые несколько секунд после Большого взрыва или внутри черной дыры.
И если это работает для самых плотных и необычных объектов во Вселенной, то это должно работать и для всего остального, что существует.
Как говорит профессор Скендерис: "Физика черных дыр предполагает, что для описания трехмерной вселенной нам нужна информация только в двумерном пространстве".
Есть ли у нас какие-либо доказательства этого?
Одна из самых больших проблем для голографической теории заключается в том, что это действительно трудно доказать.
Профессор Тейлор говорит, что ученые пока не нашли никаких "неопровержимых доказательств" голографической природы Вселенной.
Однако это не останавливает физиков от попыток найти тонкие различия, которые предсказывает голографическая теория.
Одно из лучших мест для наблюдения - это самые ранние моменты существования Вселенной, сохранившиеся в остатках энергии Большого взрыва, которые называются космическим микроволновым фоном (CMB).
Профессор Крейг Хоган, астрофизик из Чикагского университета и директор Центра астрофизики элементарных частиц "Фермилаб", говорит, что это излучение должно сохранять "голографический шум".
Профессор Хоган говорит: "Предполагается, что реликтовое излучение, как и все крупномасштабные структуры, возникает из-за квантово-гравитационного шума.
"Если это голографический объект, то в структуре реликтового излучения есть признаки этого. Он сохраняет изображение процесса, который его создал".
Профессор Хоган говорит, что реликтовое излучение выявляет "удивительные симметрии в небе", которые вы ожидали бы обнаружить, если бы Вселенная была голограммой.
Аналогичным образом, исследования, проведенные профессором Скендерисом, действительно показывают, что детальная структура реликтового излучения может быть описана с помощью голографической теории.
Профессор Скендерис говорит: "Мы проверили предсказания голографических моделей на соответствие наблюдаемым свойствам реликтового излучения, обнаружив отличное соответствие.
"На сегодняшний день это единственный прямой экспериментальный тест голографии".
