Что, если гравитации не существует? Новая теория о том, как хаос управляет Вселенной
На протяжении веков гравитация была незыблемым столпом физики. Сначала — элегантный закон Ньютона, заставляющий яблоки падать, а планеты чертить свои орбиты. Затем — грандиозное полотно общей теории относительности Эйнштейна, где гравитация предстала как искривление самой ткани пространства-времени. Она фундаментальна. Она реальна. Она — основа нашего мироздания. А что, если всё это — лишь грандиозная иллюзия?
В 2010 году физик-теоретик Эрик Верлинде из Амстердамского университета бросил вызов вековым устоям, выдвинув идею, граничащую с научной ересью. Он предположил, что гравитация — не фундаментальная сила природы, а эмерджентное, то есть возникающее, явление. Подобно тому как температура возникает из хаотичного движения мириадов молекул, гравитация, по Верлинде, рождается из более глубокого и фундаментального процесса — неумолимого стремления Вселенной к беспорядку. Идея, поначалу встреченная со скепсисом, сегодня не только обросла деталями, но и подошла к порогу экспериментальной проверки.
От порядка к хаосу и обратно
Чтобы понять логику Верлинде, нужно обратиться к одному из самых незыблемых законов природы — второму началу термодинамики. Оно гласит, что энтропия, или мера хаоса, в замкнутой системе со временем может только возрастать. Горячий кофе остывает, рассеивая тепло в комнате. Чернила растворяются в воде, переходя от упорядоченной капли к равномерной смеси. Ваш рабочий стол без уборки неизбежно превращается в нагромождение бумаг. Вселенная, в сущности, тоже стремится к максимальному беспорядку.
Верлинде задался вопросом: что, если гравитация — это всего лишь проявление этого вселенского принципа? Он представил две массы. С точки зрения классической физики, они притягивают друг друга. С точки зрения энтропийной гравитации, Вселенная, «оценив» оба состояния — массы порознь и массы вместе — «понимает», что в сближенном состоянии общая энтропия системы выше. Возникает сила, подталкивающая их друг к другу, не потому, что они «тянут» друг друга, а потому, что их сближение — наиболее вероятный, наиболее «хаотичный» исход с точки зрения информации о системе. Гравитация в этой картине мира — это не сила притяжения, а статистическая тенденция, энтропийная сила.
Голографическая Вселенная и информация как реальность
Но энтропия чего именно возрастает? Где находится та «система», чей беспорядок порождает гравитацию? Здесь теория Верлинде делает ещё один смелый шаг, опираясь на голографический принцип. Эта концепция предполагает, что всё информационное содержание трёхмерной области (например, нашей Вселенной) может быть полностью закодировано на её двумерной границе, подобно тому как голограмма создаёт объёмное изображение с плоской пластины.
Верлинде предположил, что фундаментальная реальность разворачивается именно на этом гипотетическом двумерном «экране». А «кирпичики» этой реальности — не частицы и поля, а биты квантовой информации, связанные между собой квантовой запутанностью. Это радикальное утверждение: в своей основе реальность информационна. И именно энтропия этой информационной сети, этого вселенского «холста», проявляется в нашем трёхмерном мире как гравитация. Когда мы видим, как планета вращается вокруг звезды, мы, по сути, наблюдаем проявление статистических законов, управляющих информацией на далёкой космологической границе.
Решение «тёмных» проблем без тёмной материи
Любая красивая теория должна доказать свою состоятельность, решая существующие проблемы. И здесь энтропийная гравитация показала поразительные результаты. Одной из величайших загадок современной космологии является аномально высокая скорость вращения галактик. Видимой материи в них просто не хватает, чтобы удержать звёзды на окраинах от разлетания. Для объяснения этого феномена физики ввели гипотетическую «тёмную материю» — невидимую субстанцию, создающую дополнительное притяжение.
Верлинде, работая над своими уравнениями, обнаружил, что его модель предсказывает «дополнительную» гравитацию именно там, где это необходимо, без привлечения каких-либо новых сущностей. Оказалось, что в масштабах галактик энтропийные эффекты порождают гравитационное поле, идеально соответствующее наблюдениям.
Более того, недавние работы других учёных, например Казема Резазаде, показали, что уточнённая модель энтропийной гравитации может объяснить и другую великую тайну — тёмную энергию, ответственную за ускоренное расширение Вселенной. И снова, явление, для которого придумывали экзотические объяснения, может оказаться лишь макроскопическим проявлением фундаментальных законов информации и энтропии.
От теории к эксперименту: как поймать «дрожь» гравитации
Долгое время главным недостатком идеи Верлинде была её нефальсифицируемость — отсутствие предсказаний, которые можно было бы проверить. Ситуация изменилась благодаря работам физика Дэна Карни. Он рассуждал так: если гравитация возникает из хаотичного взаимодействия микроскопических «информационных битов», она не может быть идеально гладкой и предсказуемой, как это следует из теории Эйнштейна. Она должна быть слегка «шумной», испытывать крошечные, случайные флуктуации — своего рода гравитационную «дрожь».
Это предсказание открыло дорогу к экспериментальной проверке. Учёные предложили использовать сверхчувствительные приборы, такие как крутильные маятники, взаимодействующие с облаками атомов в квантовом состоянии. Если гравитация — фундаментальная сила, её воздействие будет идеально гладким. Если же она — энтропийный эффект, приборы должны зафиксировать крошечные, хаотичные отклонения от ожидаемого поведения. Поймать эту «дрожь» — значит доказать, что гравитация не является фундаментальной.
Новая физика или красивая метафора?
Мы стоим на пороге возможной революции в нашем понимании Вселенной. Идея о том, что одна из самых привычных нам сил — всего лишь статистический побочный продукт, мираж, рождённый из хаоса, будоражит воображение. Конечно, до окончательного подтверждения ещё далеко. Модель Верлинде требует доработки, а предложенные эксперименты невероятно сложны.
Но даже если теория окажется неверной, она уже выполнила свою задачу. Она заставила физиков задать неудобные вопросы и взглянуть на устоявшиеся догмы под новым углом. Возможно, как предположил Дэн Карни, мы всегда пытаемся описать мир на языке технологий своей эпохи: Эйнштейн думал об относительности, решая проблему синхронизации часов на вокзалах, а мы, в век информации, видим в основе реальности информационные сети.
Независимо от исхода, поиски ответа на вопрос о природе гравитации покажут, является ли она незыблемым законом мироздания или лишь тенью более глубокой, информационной реальности, где правит бал его величество Хаос.