Ерік Верлінде, фізик-теоретик з Амстердамського університету і всесвітньо відомий вчений з теорії струн, виступив з дивовижною тезою на засіданні голландського Спіноза-Інституту минулого року. У своїй презентації, а потім у своїй публікації на початку цього року, він пояснив, що гравітація насправді може бути пояснена концепціями теорії інформації та термодинаміки.
З Ньютона ми знаємо, що два тіла притягуються одне до одного пропорційно своїй масі, а сила між ними зменшується з квадратом відстані. У загальній теорії відносності Ейнштейн пояснив, що об'єкт падає на землю, оскільки маса нашої планети вигинає навколишній простір-час. Однак ці теорії лише описують вплив гравітації, але не пояснюють її природи. Верлінде, навпаки, просто намагається описати саму гравітацію, яка, на його думку, походить від різниці в інформації між двома масами та їх оточенням. Він висунув гіпотезу, що гравітація - це ентропійна сила. Коли тіло меншої маси рухається на відстані від більшої маси, змінюється ентропія голографічної поверхні між двома масами, тобто її інформаційний вміст. Ця зміна інформації може бути пов’язана зі зміною енергії системи.
Гіпотеза про те, що гравітація є ентропійною силою, а не новою, сягає середини 1970-х років, коли Стівен Хокінг та Якоб Бекенштейн сформулювали термодинаміку чорних дір. У 1990-х роках Нобелівський лауреат Джерард отримав подальший розвиток Хофтом та Леонардом Сускіндом, запровадивши так званий голографічний принцип. Слідом за цими теоретичними роботами Верлінде описав власну гіпотезу про природу гравітації. Як він каже, «я переконаний, що гравітація - це явище, похідне від основних властивостей простору та часу». За його словами, гравітація - це не внутрішня особливість тіл, а таке явище, як плинність води. Окремі молекули самі по собі не є "рідкими", а лише спільно розвивають цю властивість. Отже, стверджує Верлінде, гравітація - це фізичний ефект, який розвивається внаслідок поєднаної взаємодії маси, простору та часу.
Це непрості - насправді, дуже важкі для засвоєння поняття. Але погодьтеся, теорію струн принаймні так само важко зрозуміти для “звичайної” людини. У будь-якому випадку значна частина фізиків, схоже, погодилася з новим підходом. Наприклад, надзвичайно престижний "t Hooft" готовий прийняти підхід Верлінде, хоча він додає, що його ще потрібно значно розробити та вдосконалити. Він вважає ідею позитивною, що "на відміну від більшості фізиків в теорії струн, Ерік Верлінде оперує реальними фізичними поняттями, такими як маса і сила, а не абстрактною математикою".
Звичайно, дотепер існували теорії, що пояснюють природу гравітації. Деякі люди намагаються пояснити спеціальними гіпотетичними частинками, які називаються гравітонами, вони думають, що вони несуть гравітацію. Слабкість пропозиції полягає в тому, що на даний момент немає доказів існування цих частинок, і це чимось нагадує всю давно загублену теорію ефіру.
Безсумнівно, привабливою є теорія Верлінде за своєю простотою та фізичним наближенням, хоча багато деталей ще потрібно уточнити. Є ті, хто засуджує простоту математики, кажучи, що це мало, оскільки тим часом вона оперує надзвичайно складними поняттями, а інші звинувачують це прямо, що вся теорія обертається.
У будь-якому випадку, теорія обнадійлива, і давайте будемо впевнені, що те, що не вдалося Ньютону, Ейнштейну - пояснити природу гравітації - це, можливо, 21 століття. століття, можливо, з ідеєю, запропонованою Еріком Верлінде.
Від ентропії до чорної діри
Ентропія - одне з основних понять термодинаміки, яке було введено в 19 столітті. запроваджений у другій половині століття (1865) німцем Рудольфом Клаузіусом. Ентропія характеризує розлад матеріальних систем. Згідно термодинаміки, все більше ймовірніші умови відбуваються в природі (наприклад, тепло надходить від покинутого, неопалюваного тіла до більш холодного тіла), тобто стихійні, неінтервенційні процеси в природі незворотні. Будь-який вид енергії може бути перетворений в тепло, тоді як тепло може бути лише частково перетворено в інші види енергії. Ентропія та зростаючий розлад призводять до «теплової смерті» світу. Ентропія також є основним поняттям теорії інформації, тут вона використовується як міра впорядкованості систем, тому вона має негативний знак (також званий негентропією).
Голографічний принцип є особливою властивістю квантової гравітації та теорії струн, введений для опису термодинаміки чорних дір Джерардом Хофтом, вченим, удостоєним Нобелівської премії в 1999 році, а потім більш точно описаним Леонардом Сускіндом з Єврейського університету Єрусалим, колега по роботі. Теорія полягає в тому, що весь Всесвіт можна сприймати як двовимірну інформаційну структуру, «намальовану» на космічному горизонті, і три виміри, які ми сприймаємо, дають реальне уявлення лише при макроскопічних вимірах та низьких енергіях.