Общая теория относительности и квантовая механика не стыкуются по одной причине — гравитации на фундаментальном уровне просто не существует.
Каждую секунду вашей жизни вы чувствуете её.
Она прижимает вас к стулу. Удерживает чашку кофе на столе. Заставляет Землю кружить вокруг Солнца. Всё это — гравитация.
Самая очевидная сила. Ньютон описал её математически. Эйнштейн превратил в геометрию искривлённого пространства. Мы учили это в школе.
А теперь — забудьте!
Потому что, возможно, всё это обман. На фундаментальном уровне — на уровне кварков, электронов, крошечных струн — нет никакой гравитации. Вообще. Ноль. Пустота. Её просто нет.
Звучит как бред учёного, который перегрелся на солнце? Я сам так подумал, когда впервые наткнулся на эту теорию. Но чем дольше я в неё вглядывался, тем больше понимал: а вдруг это правда?
Современная физика переживает тихий сдвиг. Очень тихий. Почему? Потому что он подрывает всё. Гравитацию всё чаще называют «энтропийным фантомом». Иллюзией, которая возникает, когда миллиарды квантовых частиц собираются вместе и пытаются навести порядок в собственном хаосе.
Мы подчиняемся силе, которой нет.
И это гораздо хуже и глубже, чем кажется.
Меня это бесило
Честно? Я не хотел в это верить. Слишком красиво. Слишком похоже на дешёвую философию из подворотни.
Ньютон. Эйнштейн. Тысячи умнейших людей. И вдруг какой-то парень из Амстердама, Эрик Верлинде, заявляет: «Вы все ошибались, гравитация — это просто... энтропия»? Энтропия — это же мера хаоса. При чём тут падение яблока?
Я отложил статью. Потом вернулся. Потом снова отложил. А потом что-то щёлкнуло.
Намёк, который пропустили
Оказывается, Верлинде не первый. Ещё в 1995 году физик Тед Джейкобсон проделал грязный трюк: он вывел уравнения Эйнштейна из термодинамики. Из законов теплоты и энтропии.
Это всё равно что доказать, что стихи Пушкина можно вывести из инструкции к стиральной машине. Теоретически — возможно. Практически — безумие.
Но Джейкобсон сделал это. И мир физики… промолчал. Слишком неудобно. Слишком страшно.
Потом Бекенштейн и Хокинг обнаружили, что у чёрных дыр есть энтропия. И она пропорциональна площади их поверхности. Чёрная дыра — самый простой объект во Вселенной — вдруг стал ещё и самым информационно ёмким.
Эти намёки копились. А Верлинде просто собрал их в кучу и сказал: «Смотрите, это же очевидно».
Энтропия — главный злодей
Моё рабочее место за неделю превращается в хаос само собой. Убирать надо постоянно — иначе энтропия побеждает. Порядок стремится к беспорядку. Вселенная неумолимо движется к кавардаку.
Верлинде перевернул логику: а что, если гравитация — это не сила, а просто желание Вселенной стать ещё более хаотичной?
Представьте две гири в пустом космосе. Классическая физика скажет: они притягиваются гравитацией. Верлинде скажет: Вселенная «оценивает» два состояния — когда гири порознь и когда они вместе. И «понимает», что вместе энтропия выше. Больше хаоса. А если системе выгоднее быть в хаосе, она туда и стремится. Возникает сила. Не потому что что-то притягивает. А потому что быть вместе — вероятнее.
Слышите? Гравитация — это не любовь. Это статистика.
Резина, которая всё объясняет
Я держу в руках резинку для денег, которой пользуюсь годами. Растягиваю — она сопротивляется. Отпускаю — резко сжимается обратно. Когда узнал, что 80% этой силы — энтропия, я перестал её просто использовать и начал чувствовать физику.
Полимерные молекулы в расслабленном состоянии сворачиваются в клубки — это высокая энтропия. Вы растягиваете резину, вынуждаете их выстроиться в линии — энтропия падает. Системе это не нравится, она стремится вернуться в клубки. И возникает сила.
Никакой магии. Чистая статистика.
Вот и гравитация у Верлинде — та же энтропийная сила. Только вместо резины — биты информации, записанные на голографической поверхности пространства.
Голограмма и биты
Готовьтесь... Тут придётся включить воображение.
Я видел голограмму на банковской карте. Под углом кажется, что изображение выпирает. Это та же логика: двумерная поверхность хранит трёхмерную картинку. Верлинде говорит, что так устроена сама Вселенная.
Он предположил, что пространство-время состоит из мельчайших битов информации, расположенных на такой голографической поверхности. Массивное тело меняет плотность этих битов. Градиент плотности — это градиент энтропии. А градиент энтропии порождает силу.
Из ниоткуда, из статистики и теории информации, возникает старая добрая формула. Та самая, которую мы учили в школе. Закон Ньютона.
Я перечитал это пять раз. Потом долго смотрел в окно на ночной город.
Почему это так страшно
У нас есть две великие теории. Общая теория относительности для больших масштабов. Квантовая механика для малых. Они не стыкуются. Они ненавидят друг друга. Уже сто лет физики пытаются их поженить — и ничего.
А теперь представьте: а если гравитацию не нужно квантовать? Потому что она уже квантовая. Она возникает из квантовой информации. Она — не фундамент мироздания, а побочный продукт. Шум. Пена.
Знаете, что в этом страшного? Не то, что мы упадём с лестницы. Мы и так будем падать. Законы Ньютона и Эйнштейна никуда не деваются, они просто становятся «приближёнными». Как законы Ньютона приближают теорию относительности при малых скоростях.
Страшно другое. Если гравитация — иллюзия, то что ещё иллюзия? Масса? Время? Пространство?
Эйнштейн когда-то сказал: «Как только включается энтропия, включается и стрела времени». Теперь добавляется: включается и гравитация. Выходит, всё, что мы считали фундаментальным, — всего лишь следствие статистики. Хаос рождает порядок. Беспорядок рождает закон.
Критики, конечно, есть
Шон Кэрролл, физик из Калтеха, сказал про эту идею: «Она может стать основой всего или просто испариться на ветру. Пока слишком рано говорить».
Другие критики указывают, что «голографический экран» Верлинде не удовлетворяет строгим требованиям к энтропийной силе. Аналогия с резиной хромает. Есть и те, кто считает, что минимальный размер пространства-времени вместе с принципом неопределённости Гейзенберга возвращает гравитации статус фундаментальной геометрии.
Идёт спор. Кто-то скажет — ерунда. Кто-то — прорыв. Мне это нравится.
Моя позиция (честно)
Я не физик. Я человек, который любит задавать дурацкие вопросы. Но эта теория меня зацепила. Не тем, что она правильная. А тем, что она красивая.
Она говорит: мир устроен не как машина с шестерёнками. Он устроен как мысль. Как информация, которая ищет свой самый вероятный путь.
Если это правда — то наша интуиция о реальности бесполезна. Мы не чувствуем фундамента. Мы чувствуем статистическую погоду на поверхности огромного океана квантов.
Страшно? Да. Но знаете что? Именно так великая наука и выглядит изнутри.
**********
Я не физик-теоретик, а просто человек, который очень старался разобраться. Статья написана на основе работ Эрика Верлинде и его коллег. Если вы нашли ошибку — напишите в комментариях, я проверю.
**********
Не дайте энтропии разрушить ваш мир раньше времени. Сохраните статью и подпишитесь, чтобы копаться в загадках Вселенной вместе.
**********
Список источников:
- E. Verlinde, On the Origin of Gravity and the Laws of Newton, arXiv:1001.0785 (2010).
- T. Jacobson, Thermodynamics of Spacetime: The Einstein Equation of State, Phys. Rev. Lett. 75, 1260 (1995).
- J. D. Bekenstein, Black Holes and Entropy, Phys. Rev. D 7, 2333 (1973).
- S. W. Hawking, Particle Creation by Black Holes, Commun. Math. Phys. 43, 199 (1975).
- Критика и обсуждение: S. Carroll, Sean M. Carroll blog; Gao, Why gravity is not an entropic force, arXiv:1009.4635.
**********
#физика #гравитация #энтропия #наука #космос #эрикверлинде #квантоваяфизика