Недавно с большим интересом открыл для себя физическую гипотезу, известную как ER=EPR. А затем с удивлением обнаружил, что в русскоязычном Интернете крайне мало информации об этой гипотезе, а то, что есть – это в основном переводы (что в принципе тоже неплохо). В чем суть гипотезы?

Согласно англоязычной Википедии, ER=EPR - это гипотеза утверждающая, что две запутанные частицы (так называемая пара Эйнштейна-Подольского-Розена или пара EPR) связаны червоточиной (или мостом Эйнштейна-Розена - ER) и могут быть основой для объединения Общей Теории относительности и Квантовой теории в Теорию всего.

Дело в том, что одной из главных проблем современной физики является несовместимость Теории относительности и Квантовой механики. При этом Теория относительности прекрасно описывает мир в космических масштабах, а Квантовая физика господствует в микромире. Обе концепции отлично работают в своей области, каждая из них как бы описывает свою половину мира, но друг с другом они несовместимы. Кажется, что они не должны существовать вместе в одном реальном мире, но они существуют.

Почему они несовместимы? Теория относительности - это физика непрерывности, это физика единого пространственно-временного континуума, геометрия которого крайне важна, и всё, что связано с этой теорией не может описываться в терминах случайности и вероятности ("Бог не играет в кости" - говорил А. Эйнштейн).

В свою очередь, Квантовая физика - это полная противоположность Теории относительности практически по всем параметрам. Она дискретна (само слово "квант" значит "неделимая порция"), точечна, описывается вероятностями.

Поэтому получается, что, грубо говоря, одна теория гласит, что наш мир - это единая ткань пространственно-временного континуума, а другая - что наш мир - это дискретный квантовый бульон.

Если бы удалось найти такую теорию, которая смогла бы решить это противоречие и объединила бы Теорию относительности и Квантовую механику в единую систему, то такая теория описывала бы мир практически полностью, все 4 фундаментальных физических взаимодействия в единстве и потому такую теорию и называют часто «Теорией всего». Сегодня одним из главных претендентов на роль Теории всего является Теория струн, и гипотеза ER=EPR появилась именно в русле Теории струн. Одним из автор гипотезы ER=EPR является Леонард Сасскинд – собственно один из создателей Теории струн, американский физик.

Л. Сасскинд – весьма интересный современный ученый. Он внес большой вклад в разработку М-теории, голографического принципа, высказывался в защиту Антропного принципа и развивал многомировую интерпретацию квантовой физики Х. Эверетта. Помимо Л. Сасскинда, большой вклад в развитие гипотезы ER=EPR внесли Х. Малдасена и М. ван Раамсдонк.

Развитие гипотезы ER=EPR приводит к грандиозному выводу о том, что геометрия пространства-времени и, как следствие, гравитация определяются запутанностью. Мы, возможно, стоим на пороге открытия новой геометрии, которая покажет механизм превращения отдельных кусочков квантовой информации в плавное, непрерывное пространство-время.  

Именно запутанные частицы, соединенные червоточинами и приводят к формированию единой ткани пространства. Без такой связи частиц пространство просто развалилось бы, не могло существовать как единый континуум. Марк ван Раамсдонк так описывал то, как запутанность постепенно создаёт пространство-время: отдельные частицы-точки начинают запутываться друг с другом; эти запутанные пары запутываются с другими парами; по мере запутывания всё большего количества пар появляется структура пространства-времени. Представьте, что у нас есть 8 частиц: A,B,C,D,E,F,G,H. Сначала A запутывается с B, C с D, E с F и так далее. Затем AB запутываются с CD, EF с GH и так далее. Наконец, ABCD запутываются с EFGH и получается единая ткань пространства-времени.  По мнению М. ван Раамсдонка, если убрать запутанность, пространство-время просто разваливается, точно также, как жвачка разорвется, если потянуть за разные ее концы.

В ходе своих исследований и размышлений над ER=EPR Л. Сасскинд пришел к еще более удивительным выводам: наша трёхмерная Вселенная во всём её великолепии возникает из двумерного «исходного кода». Вселенная – это голограмма. И М. ван Раамсдонк поддерживает эту идею, утверждая, что искривлённое пространство-время естественным образом возникает из запутанности в тензорных сетях посредством голографии: пространство-время – это геометрическое представление этой квантовой информации.

М. ван Раамсдонк сравнивает этот голографический принцип с двумерным компьютерным чипом, содержащим код для создания трёхмерного виртуального мира в компьютерной игре. По его мнению, мы живём внутри трёхмерного пространства «игры». В каком-то смысле наше пространство иллюзорно и является лишь эфемерным изображением, висящим в воздухе. Ученый считает, что вопрос о сущности пространства и времени кажется философским, однако было бы просто потрясающе найти глубокое физическое объяснение этого вопроса, позволяющее вести математические расчеты. Возможно, именно гипотеза ER=EPR нам и поможет объяснить сущность пространства и времени и хотя бы немного ближе подойти к созданию Теории всего.  

В продолжение темы интересно почитать:

1. Что значит E=mc^2?

2. В чем гениальность Теории относительности А. Эйнштейна?

3. Кратко и понятно о Теории струн

4. Что такое М-Теория?

5. Что было до Большого взрыва?

Интересный (и относительно малоизвестный среди неспециалистов) факт состоит в том, что, несмотря на огромные масштабы космоса, если бы у нас был подходящий двигатель и подходящая защита от излучения и столкновений с космической пылью, то одной человеческой жизни было бы вполне достаточно, чтобы долететь до другого конца нашей галактики или даже до другой галактики! Но вот только если потом таким же образом вернуться обратно на Землю, то окажется, что там прошли сотни тысяч лет...

(Напомню, что размер нашей галактики в поперечнике - около 90 тыс. световых лет, то есть свету нужно лететь 90 тысяч лет, чтобы её пересечь; а расстояние до галактики Андромеды, которая изображена на фото выше, составляет около 2,5 млн. световых лет.)

Всё дело в релятивистском эффекте замедления времени (https://ru.wikipedia.org/wiki/Замедление_времени). Этот эффект приводит к тому, что на космическом корабле, который летит с большой скоростью относительно Земли, время идёт совсем не так, как на Земле.

Конкретно, предположим, что у нас есть космический корабль, который может лететь с постоянным ускорением (в своей системе отсчета), равным ускорению свободного падения на поверхности Земли. Это, кстати, очень удобно, поскольку экипаж тогда будет ощущать обычную для нас силу тяжести во время всего полёта. Уже через два года (с точки зрения наблюдателя на Земле, на самом корабле пройдёт меньше полутора лет) скорость такого корабля относительно Земли составит 90% скорости света. Когда на Земле пройдёт 10 лет (на корабле за это время пройдёт 3 года), скорость корабля относительно Земли уже будет 99,5% от скорости света.

Так вот, оказывается, что за то время, пока на Земле пройдёт 45 тысяч лет, корабль пролетит примерно 44999 световых лет (поскольку почти всё время он будет двигаться относительно Земли со скоростью, близкой к скорости света), а экипаж корабля постареет всего лишь на 11 лет!

Если теперь развернуть корабль на 180 градусов и начать тормозить с тем же ускорением, то за следующие 45 тыс. лет (с точки зрения наблюдателя с Земли) корабль сбросит свою скорость, оказавшись на другом конце галактики. При этом для экипажа пройдёт всего лишь 22 года. Так что всего за 44 года (для тебя самого) можно слетать на другой конец галактики, посмотреть там какую-нибудь планету, а потом вернуться на Землю. Правда, на Земле за это время пройдёт 180 тыс. лет, и она вряд ли будет похожа на ту Землю, которую ты покидал.

Можно таким образом и в соседнюю галактику слетать. Например, как я упоминал выше, расстояние до галактики Андромеды составляет около 2,5 млн. световых лет (свет летит туда два с половиной миллиона лет). Но для экипажа нашего корабля пройдёт всего лишь около 30 лет, пока корабль будет туда лететь. А за 60 лет (для экипажа) можно даже слетать туда и вернуться обратно на Землю. Но вот только на Земле пройдёт 5 миллионов лет...

Конечно, это всё, в любом случае, из разряда не особо научной фантастики, поскольку такой двигатель, который мог бы годами выдавать постоянное ускорение в 1g, очень сложно себе представить (хотя есть некоторые идеи, например, использовать для этого небольшие искусственные чёрные дыры: https://arxiv.org/abs/0908.1803). А еще сложнее себе представить защиту, которая могла бы спасти корабль и экипаж, движущиеся на скорости, близкой к скорости света, от столкновений с космической пылью и излучения.

(Все вычисления, результаты которых я привёл в посте, вполне стандартны, каждый может их воспроизвести самостоятельно, воспользовавшись соответствующими уравнениями из теории относительности: https://ru.wikipedia.org/wiki/Релятивистское_равноускоренное_движение.)

Когда мне было лет двенадцать, спросила я у мамы, знает ли она, в чем заключается теория относительности.
Мама рассмеялась.
- Ну вот смотри. Три волоса - это много, или мало?
- Ну... мало, наверное.
- А если они в супе? Вот видишь, всё относительно!

Я очень удивилась, как за такое можно было получить нобелевскую премию, но все же пришла к выводу, что человек, который на самой известной своей фотографии показывает язык, был способен и не на такое. И только лет через восемь я узнала, что оказывается, это была шутка.