Все мы живем на черной дыре

Трое физиков-теоретиков из Онтарио опубликовали в Scientific American статью, где объясняют, что наш мир вполне может быть поверхностью четырехмерной черной дыры. Возможно, кто-то из читателей прочтет эту статью (или только заголовок), удивится и отметит про себя, что вот, мол, прикольно: на самом деле весь мир — черная дыра. Может, еще и девушкам потом перескажет. Держа в уме такую возможность, мы сочли необходимым опубликовать на нашем ресурсе соответствующие разъяснения.

Но сначала, как обычно, предисловие.

В современной физике есть множество понятий, которые непросто постичь умом. Например, «поле». Вкратце это вот что: в каждой точке пространства существует таблица, где записано, как надо преобразовать другую таблицу, исходя из которой можно вычислить, какова вероятность увидеть то-то и то-то. Если вы это понимаете, снимаем шляпу. Сами физики, кажется, только делают вид, что понимают. «В каждой точке — таблица»! Ха. Так не бывает даже в самом замусоренном бухгалтерском офисе.

Но самая странная и спорная из натурфилософских концепций XXI века, относительно которой даже физики не питают никаких иллюзий, — это понятие «на самом деле». Бесполезно задавать физикам вопрос: «Вот это “поле” (см. выше) — оно “на самом деле” существует или вы его из головы придумали для удобства?» Они сразу начинают юлить и выкручиваться.

Или вот еще проще: все помнят из школы, что задачку про шарик, катящийся с наклонной плоскости, можно решать, вычислив все силы, а можно — по закону сохранения энергии. Существуют ли на самом деле силы — или энергия? И то и другое вместе точно не может существовать «на самом деле», потому что тогда ответ пришлось бы умножать на два. Возможно, «на самом деле» существует что-то третье, а и силы, и энергия — выдумка физиков для собственного удобства.

Посеяв в мозгу читателей зерна плебейского скептицизма, продолжим изложение сути дела.

Лет пятнадцать-двадцать назад самые умные физики — из тех, что настолько погрязли в расчетах, что окончательно махнули рукой на категорию «на самом деле», — придумали одну штуку. Некоторые их коллеги готовы считать эту штуку величайшим научным прорывом нашего времени. Фокус там в том, что описание всех-всех явлений, происходящих в некоем объеме, с учетом гравитации, можно свести к описанию явлений на поверхности этого объема, и тогда гравитацию учитывать уже не надо. А можно и наоборот. На практике надо поглядеть, какое математическое описание проще, и выбрать из соображений собственной лени. Этот фокус получил название «голографический принцип», а еще вы могли слышать имя аргентинца Хуана Малдасены или читать у Алексея Цвелика про AdS/CFT-соответствие, это все примерно про одно и то же.

Вот, например, как мы уже писали, некие умные физики рассчитали поведение сверхпроводника, предположив для удобства, что сверхпроводник — это только поверхность, а под ней копошатся черные дыры особой формы. «На самом деле» никаких дыр там нет, конечно — там обычная подложка керамическая. Дыры выдумали из головы. Но расчеты от этого сильно упростились. Самые разные задачки, как оказалось, можно решать с помощью этого фокуса.

Повторим еще раз: это фокус, подобный тому, как в школе вы решали задачки про наклонную плоскость исходя из сохранения энергии. Существует ли «энергия» объективно или это просто такая формула, но верный ответ гарантирован.

Наконец мы подошли к сути дела. Наши канадские умельцы, с которых мы начали эту заметку, придумали, как решить таким способом куда более масштабную задачу — происхождения Вселенной в результате Большого взрыва. Об этом они и пишут.

Оказалось, что если вообразить некий четырехмерный мир, и в нем — некую большую-пребольшую четырехмерную звезду, и если эта звезда претерпевает гравитационный коллапс, то есть схлопывается в черную дыру, то описание поверхности ее «горизонта» точь-в-точь совпадает с описанием нашей расширяющейся Вселенной. Считать даже проще, потому что в обычном описании там в начале маячит неприятная для математиков «сингулярность», а в четырехмерном описании никакой сингулярности нет. Довольно легко решаются таким способом и другие загадки мироздания, включая тайну «инфляции». Все это наши физики из Университета Ватерлоо очень популярно объяснили в своей статье.

Но они пошли немного дальше. В отличие от непритязательных исследователей сверхпроводимости, честно признающихся, что ввели лишнее измерение с черными дырами только для собственного удобства, канадцы на полном серьезе заговорили о том, что их четырехмерная дыра есть «на самом деле». То есть «на самом деле» только эта дыра и есть, а то, что видим мы, — иллюзия жалких обитателей ее поверхности. Пусть и трехмерной, но все равно ущербной в сравнении с миром, который ее породил.

Можете себе вообразить? А вот они смогли. Более того, они толкуют о наблюдаемых следствиях своей гипотезы. Дело в том, что настоящая дыра в четырехмерной вселенной (в отличие от математической абстракции) может жить своей жизнью. Она может, к примеру, вращаться или поглощать падающую на нее материю. И мы сможем все это наблюдать, к примеру, по неоднородностям фона реликтового космического излучения.

А наблюдаем ли? Пока нет. Расчеты канадцев* заметно расходятся с данными наблюдений. «Заметно» — это на четыре процента. Если вы педант и берете с десятки сорок копеек сдачи, можете успокоиться мыслью, что «на самом деле» ни дыры, ни четырехмерной матушки-Вселенной не бывает.

А еще в самом конце статьи авторы скромно добавляют, что их безумная теория не снимает главного вопроса: ну хорошо, а сама эта четырехмерная Вселенная откуда взялась?

Если «на самом деле» ее нет, то вопрос, конечно, дурацкий. Что, в общем, и к нашей Вселенной относится. На этом сегодня и закончим.

*Примечание:

Наверное, не очень вежливо на протяжении всей заметки называть авторов гипотезы безымянными «канадцами». На самом деле это Роберт Манн, Ниайеш Афшорди и Разие Пурхасан из Института теоретической физики Периметр в Ватерлоо, Онтарио. Но уж очень сложные имена у этих уроженцев Ирана, и если уж автор перепутал их написание, пусть это будет в примечании, а не в основном тексте.