Поначалу необычные идеи 'т Хоофта разделялись лишь весьма небольшой группой учеников и единомышленников. Однако вскоре, по мере прогресса в теории струн и с появлением там понятия мембран различной размерности, предоставивших мощный инструментарий для изучения чёрных дыр, оказалось, что концепции голографического принципа чрезвычайно удобны и применимы к исследованиям разнообразных физических феноменов в пространстве-времени любой размерности. Примечательно, что изначально голографический принцип создавался как своего рода концептуальная альтернатива теории струн. Но вышло так, что наиболее знаменитая из работ в голографическом духе оказалась проделанной струнным теоретиком Хуаном Малдасеной (Juan Martín Maldacena) и ныне известна под названием AdS/CFT-соответствие.

В своём исследовании Малдасена сумел показать, что физика внутри гипотетической вселенной с 5 измерениями и с вогнутой геометрией пространства (так называемая вселенная анти-де Ситтера, или AdS) оказывается математически той же самой, что и физика, происходящая на её 4-мерной границе (т.е. в мире, очень похожем на наш). Благодаря такому двойному голографическому описанию оказалось возможным, к примеру, существенно по новому, с позиций струнной теории, подойти к решению давних проблем физики конденсированной материи — таких как квантовые фазовые переходы, сверхтекучесть и высокотемпературная сверхпроводимость.

Короче говоря, постоянно растущее количество исследований в разных областях физики подтверждает, что идея «вселенной как голограммы» приводит к очень богатым и интересным результатам. По этой причине с высокой долей вероятности голографический принцип следовало бы считать верным. Но при этом, однако, пока что никто так и не смог внятно объяснить, почему этот принцип работает.

Более того, хотя многие физики сегодня в целом согласны со справедливостью голографической идеи — что информация на поверхностях содержит информацию обо всём в мире — они так и не знают принципиально важных вещей. Ни того, что конкретно следует считать поверхностями, кодирующими информацию; ни того, как именно эта информация закодирована; ни того, каким образом природа обрабатывает эти биты «единиц и нулей»; ни того, наконец, каким образом результат этой обработки порождает окружающий нас мир.

Пока что, можно сказать, у физиков имеются лишь веские основания подозревать, что Вселенная работает как гигантский квантовый компьютер, перерабатывающий информацию таким образом, чтобы моделировалась окружающая человека физическая реальность. Однако непосредственно сейчас этот компьютер представляет собой лишь гигантский чёрный ящик с совершенно непонятным для нас содержимым.

Один из самых малоприятных моментов как для голографической гипотезы, так и для любой другой теории квантовой гравитации, заключается в том, что исследованию подвергается физика столь микроскопических масштабов, которые представляются в принципе недоступными для экспериментальной проверки теории опытом. При традиционных подходах экспериментаторов — тестировать гипотезы физики частиц с помощью всё более и более мощных ускорителей — здесь понадобились бы приборы размером с нашу Галактику, а может, и ещё больше.

Иначе говоря, проверять на опытах идеи о гранулированости или дискретности пространства-времени обычно никому и в голову не приходит. Точнее, никому, кроме разве что Крейга Хогана. Этот учёный решил взглянуть на голографический принцип в корне иначе, рассуждая примерно так. Если пространство-время — это зернистая голограмма, тогда Вселенную можно представлять себе как сферу, у которой внешняя поверхность разбита на клеточки планковского размера, а каждая из них содержит в себе один бит информации. Голографический принцип говорит, что количество информации на внешней поверхности должно соответствовать количеству бит, содержащихся внутри объёма Вселенной. Поскольку объём сферической Вселенной намного больше, чем ограничивающая её поверхность, то как это может быть достигнуто в реальности?

Хоган пришел здесь к такому выводу. Для того чтобы иметь одно и то же количество битов внутри Вселенной и на её поверхности, мир внутри должен состоять из таких гранул, размеры которых ощутимо больше, нежели недостижимая для нас планковская длина. Или, формулируя то же самое чуть иначе, «картинка голографической Вселенной оказывается несколько размытой».

По оценкам Хогана, этот вывод означает, что вопреки всем ожиданиям «размытость» переносит микроскопическую квантовую структуру Вселенной в пределы досягаемости современного экспериментального оборудования. Согласно прикидкам учёного, голографическая «проекция» этой структуры может иметь намного большую зернистость — порядка 10-16 метра. Цитируя Хогана, «так что если бы вы жили внутри голограммы, то вы могли бы это установить, измерив степень размытости картинки».

Такого рода «голографический шум» иначе называют поперечными голографическими флуктуациями в амплитуде сигнала. Наиболее чувствительным прибором для выявления подобного рода тонких отклонений продолжает оставаться интерферометр Майкельсона — то есть оптический прибор, в основе своей разработанный ещё в XIX веке, но теперь дополненный лазером. Хогановский аппарат Holometer, сооружение которого скоро завершится в научно-исследовательском центре Fermilab, штат Иллинойс, должен стать наиболее чувствительным в мире лазерным интерферометром, превосходящим в своей точности измерений известные и значительно более крупные системы GEO600 и LIGO, разработанные для (пока безуспешного) детектирования гравитационных волн. Чувствительность нового прибора, где в паре работают два идентичных интерферометра, согласно расчетам и надеждам его создателей, должна оказаться достаточной для выявления голографических флуктуаций в пространстве-времени.

Следует, впрочем, подчеркнуть, что теоретический фундамент этого эксперимента является отнюдь не бесспорным, а многие специалисты по квантовой гравитации считают подход Хогана в корне неверным. Зыбкость теоретических основ прекрасно понимает и сам Крейг Хоган, по основной профессии физик-теоретик в области астрофизики частиц, который говорит о своём начинании так: «Это в действительности великая забава, чем-то напоминающая старомодные физические эксперименты, — когда вы в действительности и сами не знаете, каким окажется итоговый результат...»

Но даже оппоненты Хогана, в целом крайне скептически оценивающие шансы этого аппарата на выявление голографических флуктуаций, тем не менее признают, что если эксперимент окажется всё-таки удачным, то «он произведет чрезвычайно сильное воздействие на один из самых открытых вопросов в фундаментальной физике; это станет первым доказательством, что ткань Вселенной является квантованной».

Для того чтобы стало понятнее, каким образом в «мир как голограмму» вписывается новая работа Фрэнка Вилчека о кристаллах во времени, удобно обратиться к ещё одному из основополагающих исследований голографического принципа, проделанному Рафаэлем Буссо. В большой серии статей в конце 1990-х и начале 2000-х годов этот теоретик развёрнуто показал, каким именно образом голографические идеи можно развить за пределы поверхностей вокруг чёрных дыр.

В основу теории Буссо была положена концепция «светового листа» (light sheet) — воображаемых двумерных поверхностей или пузырей, которые окружают любой объект пространства и сохраняют всю информацию о внутреннем содержимом. При этом световой лист не просто пассивно фиксирует содержимое пузыря, но и проецирует содержащуюся на своей поверхности информацию вовне — в наш мир, порождая всё то, что мы наблюдаем. Появляется возможность говорить, что этот световой лист не только порождает все силы и частицы, но и дает начало самой структуре пространства-времени.

Проблема в том, что за богатой и красивой математикой Рафаэля Буссо, к сожалению, совершенно не просматривалось, каким образом могут быть физически устроены подобные световые листы в реальном мире. И вот теперь появляется работа Фрэнка Вилчека, которую в каком-то смысле можно трактовать как напоминание, что за многие десятилетия исследований голографии наука давно уже сумела найти на замену плоским пластинам куда более ёмкий и эффективный способ для хранения голограмм — в виде кристаллов.

Можно еще раз повториться, что непосредственно в статье Вилчека ни слова не говорится про кристаллы голографической памяти. Но зато он обнаружил, что и в классическом, и в квантово-механическом описании нашего мира, как выяснилось, можно непротиворечиво и математически обоснованно выстраивать структуры кристаллов в 4-м измерении — то есть во времени. Такого рода кристаллы оказываются столь же стабильными, как и кристаллы в 3-мерном пространстве, так как порождаются они системами в своём наиболее стабильном состоянии энергетического минимума.

Что же это за системы? Как поясняет сам автор в одном из интервью, «возможны самые разные типы временнх кристаллов. Простейшей их реализацией были бы такие системы, геометрия которых позволяет им двигаться по кругу или циклу, возвращаясь в то же место после некоторого времени. Более сложной конфигурацией могло бы быть скопление атомов, свободно двигающихся в 3-х измерениях, но периодически возвращающихся на свои исходные позиции». (Из чего логично предполагать, что вращающиеся частицы, атомы и молекулы заведомо порождают кристаллы во времени.)

Особо интересные результаты получились у Вилчека при анализе кристаллов во времени для квантово-механических систем, где каждый объект описывается математикой комплексных чисел, то есть имеет мнимую компоненту (с квадратным корнем из -1, или i). Это дало основание назвать такого рода структуры iTime-кристаллами, поскольку они формируются в мнимом времени.

Изучив периодическое поведение этих систем в мнимом времени, Вилчек вывел целый ряд важных следствий. Прежде всего, формирование таких кристаллов означает, что данный процесс обеспечивает механизм для отсчёта времени — поскольку периодическое поведение по своей физической сути подобно маятнику. Можно сформулировать чуть иначе: выявлены признаки механизма тактовых синхроимпульсов в квантовом компьютере-Вселенной.

Другая интересная особенность конструкции, отмечает Вилчек, это то, что оказывается возможным, похоже, использовать временные кристаллы для реализации квантовых вычислений с нулевыми затратами энергии. Принципиальную возможность компьютеров такого рода — получивших название «обратимые вычисления» — обнаружил физик корпорации IBM Рольф Ландауэр еще в 1961 году. В природе же, как выясняется ныне, такого рода компьютерный принцип, быть может, реализован уже изначально...

Развернутый обзор последних достижений науки в области квантовых компьютеров, голографической памяти и компьютерно-генерируемой голографии можно найти в работе «Акустика голограмм». Там же, по соседству, имеется и обзор новейших результатов на разных направлениях исследований квантовой гравитации — причем все они так или иначе ведут к идее Вселенной как квантового голографического компьютера.

Похоже на то, что физика стоит на пороге действительно больших новых открытий.

http://www.3dnews.ru/offsyanka/625246/