CC BY
53ОШИБКА ЭЙНШТЕЙНА
ЧАСТЬ 2. НЕЙТРОННЫЕ ЗВЁЗДЫ И ТЕОРИЯ СТРУН
Валерий Валерьевич Лепов,
доктор технических наук, директор Института физико-технических проблем Севера им. В. П. Ларионова СО РАН -обособленного подразделения
ФИЦ «Якутский научный центр СО РАН», профессор кафедры философии ФИЦ ЯНЦ СО РАН, действительный член Академии наук РС(Я), г. Якутск
В. В. Лепов DOI: 10.24412/1728-516Х-2020-1-60-67
Общие понятия о тёмной энергии и тёмной материи, а также об основных классических и квантовых теориях гравитации изложены автором в предыдущей статье [1]. К сожалению, на первом рисунке статьи было помещено ошибочное изображение, поэтому распределение материи и энергии во Вселенной, соответствующее современной стандартной модели ЛСDM1, вновь показано на рис.1.
Доля чёрных дыр (ЧД) в массе галактик и их скоплений растёт и будет быстро увеличиваться в ходе дальнейших открытий, в частности, российского космического телескопа «Спектр-РГ», коллаборации LIGO-Virgo и других перспективных проек-
тов, что позволит объяснить существенную часть тёмной материи (CDM).
Однако физическая природа тёмной энергии, обозначаемой космологической постоянной Л, остаётся одним из главных вопросов теоретической физики. И если можно обойтись без Л, то необходима ли вообще для описания гравитации общая теория относительности Эйнштейна2? Хотя множество экспериментальных фактов, включая искривление лучей света вблизи массивных объектов, существование чёрных дыр и недавнее обнаружение гравитационных волн, свидетельствующих в пользу верности теории Эйнштейна, появились как
Свободные водород и гелий
Рис. 1. Современное распределение энергии (материи) во Вселенной.
Небольшой сектор справа (0,03 %) - доля тяжёлых элементов
1 ЛСDM (читается «Лямбда-СиДиЭм») - сокращение от Lambda-Cold Dark Matter, современная «стандартная» космологическая модель, в которой пространственно-плоская Вселенная заполнена, помимо обычной барионной материи, тёмной энергией (описываемой космологической постоянной Л в уравнениях Эйнштейна) и холодной тёмной материей (англ. Cold Dark Matter). Согласно этой модели, возраст Вселенной равен 13,7 млрд лет. Модель ЛCDM стала стандартом вскоре после открытия ускорения расширения Вселенной в 1998 г., так как противоречия стандартной модели были просто и естественно в ней решены количеством тёмной энергии.
2 Общая теория относительности (ОТО), предложеннная Альбертом Эйнштейном в 1915 г, является геометрической теорией, описывающей движение равноускоренных тел в трёхмерном пространстве как проекций, равномерно движущихся в четырёхмерном пространстве-времени. В ней показывается, в частности, что гравитационные силы эквивалентны, неотличимы от инерциальных, и тем самым связаны с деформацией самого пространства-времени.
дополнения стандартной модели, объясняющие тёмную энергию, так и гипотезы, пытающиеся обойтись вовсе без геометрической теории.
1. Чёрные дыры, нейтронные звёзды и фазовые переходы
На неразрешимые математические проблемы современной теории относительности, в частности, возникновение гравитационной сингулярности3, обращал внимание академик С. С. Григорян [2]. Им построена количественная модель нейтронных звёзд4 и «чёрных дыр», основанная на классической механике и законе всемирного тяготения Ньютона, современной теории элементарных частиц и представлении о силовом воздействии гравитационного поля на фотоны. Правда, для этого использовалась интересная, но пока не подтверждённая гипотеза о коллапсе вещества нейтронной звезды до твёрдого «кваркового газа», в результате чего образуется невидимая «тёмная звезда» Митчела-Лапласа с намного более плотным ядром и меньшим радиусом, что предотвращает возникновение сингулярности.
Обнаружение в августе 2019 г. слияния неизвестного объекта 2,6 солнечной массы с чёрной дырой в 23 солнечных массы может частично свидетельствовать в пользу существования таких звёзд [3].
Идея существования более плотных, чем ядра атомов, состояний вещества, и «многослойности» нейтронных звёзд, таким образом, не нова, но сложности возникают с экспериментальными фактами. Создать в лаборатории аналогичные условия вряд ли удастся, и теория атомного ядра здесь также не работает. На самом деле эксперимент LIGO был направлен и на исследование возможных состояний вещества, возникающего при столкновении таких массивных объектов, как нейтронные звёзды, что пролило бы свет и на их внутреннюю структуру. Это мог бы быть коктейль из кварк-глюонной плазмы, составляющей суть протонов и нейтронов, но возможны и более экзотические варианты (рис. 2).
Все сигналы с LIGO до случая с нейтронными звёздами были получены от чёрных дыр, объектов, предсказуемых с вычислительной точки зрения. Но в порождении сигнала, зарегистрированного в августе 2017 г., участвовали более лёгкие объекты, и продолжался он гораздо дольше, чем происходит объединение чёрных дыр. Когда две чёрных дыры сближаются по спирали, то они теряют энергию посредством излучения гравитационных волн. Однако в последнюю секунду нового,
полученного LIGO сигнала, каждый объект испытал нечто необычное - он деформировался. Растяжение и сжатие материи звёзд создало энергоёмкие волны, которые ускорили столкновение, но эффект этот оказался слаб и едва заметен, поскольку размер нейтронных звёзд весьма мал, а материя находится в очень плотном, сжатом силами гравитации состоянии, препятствуя приливному растяжению.
Но даже теоретический анализ по измеренной мягкости материи нейтронной звезды не даёт о ней полной информации. Исследование статистики результатов для различных моделей (а рассмотрено более 2 млрд вариантов) при столкновении нейтронных звёзд по данным об электромагнитных и гравитационных волнах, проведённый в 2017 г. [5], показал ограничения на радиус нейтронной звезды (около 1,6 солнечной) и маловеро-ятность кварк-глюонного фазового перехода. Но недавнее обнаружение гигантских нейтронных звёзд массой 2,6 солнечной [3], ставит эти результаты под сомнение.
В любом случае, коллапс вещества нейтронной звезды может представлять собой не что иное, как фазовый переход или даже серию фазовых переходов в условиях сверхвысокого давления. Единственное, чего природа не может допустить в принципе - это сингулярности, и даже в чёрных дырах она представляет собой лишь ограничение модели общей теории относительности. Данный
КЛАССИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ
Атмосфера: легкие элементы, такие как водород и гелий Внешняя кора: тяжелые ионы, такие как железо Внутренняя кора: ионы, упакованные в решетку Внешнее ядро: ионы в море свободных нейтронов
Внутреннее ядро: плотно упакованные нуклоны с цельными наборами кварков
КВАРКОВОЕ ЯДРО Нуклоны разбиты на"верхние" и"нижние" кварки
ГИПЕРОНОВОЕ ЯДРО Нуклоны состоят из "странных" кварков
СЖАТОЕ КАОНОВОЕ ЯДРО Двухкварковые частицы с одним странным кварком
Рис. 2. Необычное ядро нейтронной звезды (ни теория, ни эксперимент пока не могут подтвердить гипотезу) [4]
3 Сингулярность (космологическая, технологическая, плотности, напряжений и др.) - от лат. Singularis - отдельный, особенный. Математически выражает собой точку, в которой какой-либо параметр или характеристика стремятся к бесконечности. Космологическая С. представляет собой точку, предшествующую Большому Взрыву, а гравитационная С. - точку в центре чёрной дыры, где кривизна пространства времени бесконечна согласно уравнениям общей теории относительности, и даже свет не в состоянии её покинуть. Сингулярность напряжений в вершине трещины присутствует и в теории хрупкой прочности Гриффитса, лежащей в основе современной механики разрушения.
4 Нейтронная звезда - космическое тело, представляющее собой результат эволюции звезды массой от 1,4 до 2,16 солнечных и состоящее из нейтронного ядра и тонкой оболочки из тяжёлых элементов. Звёзды меньшей массы (<1,2 солнечной, предела Чандрасекара) превращаются в белого карлика, а большей (предел Толмана - Оппенгеймера - Волкофа) - в чёрную дыру. Радиус нейтронной звезды составляет всего 10-13,5 км.
факт выражен Принципом космической цензуры5, смягчённом для вращающихся чёрных дыр в 2017 г [6].
Но теория фазовых переходов достаточно хорошо разработана и может быть применена даже для малоисследованных форм материи, которые возникают при высоких давлениях. Прежде всего, фазовые переходы в соответствии с теорией Ландау [7], трактующей фазовый переход как следствие изменения симметрии, характеризуются появлением в точке перехода параметра порядка, равного нулю в менее упорядоченной фазе и изменяющегося до ненулевых значений в более упорядоченной. Теория, в частности, использована автором для описания природы низкотемпературного вязко-хрупкого перехода в стали, как фазового перехода [8]. Но, не зная свойств образующейся новой фазы, мы не можем ввести и новый параметр порядка.
Однако вне области применимости теории Ландау работает флуктуационная теория фазовых переходов второго рода [9]. В ней аномальное поведение физических величин вблизи точки фазового перехода связывается с сильным взаимодействием флуктуаций параметров порядка, радиус корреляции которых неограниченно растёт и обращается в бесконечность в самой точке фазового перехода. В частности, в полупроводниках относительно небольшие внешние воздействия порождают сильный скачок теплоёмкости и проводимости, но могут ли таким образом возникнуть особые состояния вещества при сверхвысоких давлениях?
Во многих работах утверждается, что при высоких давлениях (150-170 Гпа, что соответствует миллионам атмосфер) возникает высокотемпературная (при 215-245К, 260К и вплоть до комнатной) сверхпроводимость гидридов некоторых металлов лантаноидной группы [10-12]. Сверхпроводимость вещества, близкого по структуре к металлическому водороду, но находящегося под действием высокого давления, может быть обнаружена и при умеренно высоких температурах, свойственных нейтронным звёздам. Согласно теории, металлический водород обладает комнатной сверхпроводимостью, не требующей дополнительного охлаждения. Переход металлического водорода в молекулярный сопровождается выделением огромного количества энергии - в 20 раз больше, чем при сжигании водородно-кислородной смеси (216 МДж/кг). В процессе обратного перехода вещество звезды резко охлаждается.
Этим могут объясняться свойства магнетаров (и пульсаров), - нейтронных звёзд, обладающих необъяснимо сильной магнитной и радиоактивностью [13], ответственных за так называемые быстрые радиовсплески, когда за миллисекунды выделяется столько энергии, сколько Солнце испускает в течение нескольких десятков тысяч лет Фазовые переходы вещества, вращающегося с большой скоростью на поверхности таких объектов, будут провоцировать возникновение сильных токов и магнитных полей в сверхпроводящих структурах [12], причём магнитное поле будет периодически выталкиваться, согласно эффекту Мейснера6, что может объяснять гигантские энергии, периодичность выбросов такого излучения, а также достаточное быстрое исчерпание активности и затухание магнетара.
Сегодня в ходе миссии Solar Orbiter - совместного проекта NASA и Европейского космического агентства, рассчитанного на семь лет, в течение которых аппарат будет наблюдать за солнечной активностью и полярными областями нашей звезды, подтверждена сложная структура поверхности Солнца. Кроме выбросов плазмы в виде «пятен» и характерных ячеек, обусловленных конвективным теплообменом, в ней присутствуют неоднородности меньшего масштаба, значительно отличающиеся по температуре и составу. Устойчивость таких структур обеспечивается, видимо, электрическими и магнитными вихрями в замкнутых проводящих плазмо-идах, но сами исследователи считают, что об их природе говорить пока рано [13].
Согласно ОТО, чёрные дыры не обладают структурой, а представляют собой прокол в пространстве-времени. Однако считается, что червоточинами обладают только некоторые чёрные дыры, но доказательств существования их не найдено. Горизонт событий вокруг чёрных дыр отсекают электромагнитные и гравитационные волны из их глубин, и исследования результатов их столкновений по тем же причинам ограничены. Однако если чёрная дыра обладает массой и плотностью, то должна иметь и структуру, а также фазовый состав. Радиус Шварцшильда7 прямо пропорционален массе чёрной дыры, поэтому с её увеличением средняя плотность уменьшается. Так, для чёрной дыры массой более 1010 масс Солнца её средняя плотность будет меньше плотности воздуха. Примерно такой массой обладает знаменитая чёрная дыра в центре галактики M87, фотография которой была получена
5 Принцип космической цензуры (ПКЦ) - способ избежать несоответствия ОТО А. Эйнштейна реальности при описании чёрных дыр. Сильный ПКЦ введён Роджером Пенроузом в 1979 г. для игнорирования возникновения в чёрной дыре за горизонтом событий горизонта Коши, когда пространство-время перестаёт существовать, а уравнения Эйнштейна - выдавать единственное решение, и где Вселенная фундаментально непредсказуема. Пенроуз решил, что это математическая особенность решения, а не реальное описание физического мира. В реальности горизонт Коши будет нестабилен, и любые гравитационные волны спровоцируют его коллапс в сингулярность. Однако в 1979 г. группой математиков из Принстонского университета было показано, что для вращающихся несимметричных черных дыр допускается «слабая» сингулярность на горизонте Коши, и пространство-время в ОТО продолжается за его пределы.
6 Эффект Мейснера - полное вытеснение магнитного поля из объёма проводника при его переходе в сверхпроводящее состояние. Впервые явление наблюдалось в 1933 г. немецкими физиками В. Мейснером и Р. Оксенфельдом.
7 Радиус Шварцшильда - гравитационный радиус, или радиус горизонта событий невращающейся чёрной дыры. В 1916 г. Шварцшильдом впервые получено точное решение уравнений ОТО для статического сферически-симметричного случая и получено выражение для критического радиуса тела, при котором свет не может покинуть его поверхность в окрестности массивного невращающегося тела.
в 2017 г в рамках международного проекта «Event Horizon Telescope».
Для вращающейся чёрной дыры применяются решения Керра или Керра-Ньюмена8, которые достаточно сложны.Однако они кажутся физически не реализуемыми с учётом реальной дискретной структуры пространства-времени, поэтому пока исследователи опираются на гладкие уравнения ОТО и их решения.
Логично предположить, что на самом деле состав и строение ядра чёрной дыры мало чем будут отличаться от нейтронных звёзд, однако оболочка от горизонта Коши до сферы Шварцшильда будет намного легче и состоять из вращающихся лёгких и тяжёлых элементов. Такое представление более реально с точки зрения физика и материаловеда по сравнению с гладкой математической моделью Эйнштейна.
Таким образом, тёмная материя может быть объяснена большим числом «тёмных звезд», находящихся в промежуточном состоянии между нейтронной звездой и чёрной дырой. Длительность эволюции и существования таких объектов может быть весьма продолжительной и даже превышать возраст известной нам Вселенной.
2. Теория массивной гравитации
Другая гипотеза С. С. Григоряна касалась того, что фотоны, как и материя, испытывают воздействие тяготения, поэтому лучи света при прохождении вблизи массивных объектов будут отклоняться [2].
В январе 2020 г поддержку международного научного фонда Блаватника для молодых учёных получила работа по развитию теории массивной гравитации [14] профессора Клаудии Де Рам из Лондонского королевского колледжа. А два года назад за свою диссертацию Клаудия получила Премию Адамса - одну из престижных наград Кембриджского университета. Теория массивной гравитации математически дополняет общую теорию относительности Эйнштейна, предполагая, что гравитоны9 обладают собственной массой, следствием чего является ослабление гравитации на больших расстояниях и ускоренное расширение Вселенной. Тем самым тёмная энергия (пресловутая космологическая постоянная Л) становится лишней.
Пока данная теория не получила экспериментального подтверждения, тем не менее, следует отметить, что оценка дисперсии гравитационных волн от взаимодействия массивных тел со сверхвысокими относительными скоростями (более 0,5 скорости света), произведённая в 2016 г. международной коллаборацией
LIGO, не противоречила сделанным ранее измерениям, а также верхней границе массы гипотетического гравитона (<1,2х10-22 эВ) [15].
Понятно, что масса фотона должна быть намного меньше по величине как гравитона, так и нейтрино (а обнаруженная только в 2019 г. масса последнего примерно 1,5-10"36 кг, или 0,086 эВ [16]). Таким образом, современные методы измерения и те, которые, возможно, появятся в ближайшие десять-двадцать лет, неспособны будут её обнаружить. Отсутствие экспериментальной проверки теории означает, что достоверных доказательств её верности пока нет.
3. Квантовые теории гравитации: М-теория и SYK-теория
Отличием квантовых теорий гравитации от ОТО Эйнштейна является замена точечных частиц их конечными дискретными, или квантовыми аналогами. Это позволяет обойти ограничения, присущие математическим моделям Вселенной и приводящим к возникновению сингулярных решений, когда величины обращаются в бесконечность.
Сегодня с очень большой вероятностью можно предполагать, что тёмная энергия является энергией вакуума, но если в классической физике вакуумом является мир без частиц, то в квантовой всё усложняется. Соотношения неопределённости не препятствуют флуктуациям энергии и импульса даже в пустых областях пространства, причём чем меньше будут рассматриваемые размеры области и короче промежутки времени, тем более сильные возможны флуктуации.
Применительно к электромагнитным волнам, соотношение неопределённостей утверждает, что амплитуда волны и скорость изменения амплитуды связаны тем же самым отношением обратной пропорциональности, которое выполняется для координаты частицы и её скорости. Чем точнее указана амплитуда, тем менее точно мы знаем скорость, с которой она изменяется. Если область в пространстве пуста, то и поле имеет нулевую интенсивность, т.е. амплитуды всех волн, проходящих через данную область, равны нулю. Однако точно известные амплитуды, согласно соотношению неопределённостей, и могут принимать любое значение, поэтому в следующий момент времени амплитуда в данной области уже не может быть нулевой.
Амплитуда таких флуктуаций по мере уменьшения расстояний и промежутков времени, в которых наблюдается процесс, будет увеличиваться, а согласно формуле
8 Решение Керра-Ньюмена - наиболее общее решение уравнений Эйнштейна для конечного состояния равновесия электрически заряжённой вращающейся сферической чёрной дыры (решение Керра относится к вращающейся чёрной дыре без заряда). Решение порождает особую метрику, которую можно аналитически продолжить так, чтобы в чёрной дыре соединялось бесконечно много «независимых» пространств как «других» Вселенных, так и удалённых частей нашей Вселенной. Там могут быть замкнутые времениподобные кривые: путешественник может попасть в своё прошлое, то есть встретиться с самим собой. Вокруг горизонта событий также существует область, эквивалентная эргосфере, а находящийся там стационарный наблюдатель обязан вращаться вместе с чёрной дырой с положительной угловой скоростью.
9 Гравитон - гипотетическая безмассовая элементарная частица, переносчик гравитационного взаимодействия без электрического и других зарядов. Возникает как квант гравитационного поля, но в отличие от электромагнитного фотона, должен обладать спином 2 и двумя возможными направлениями поляризации. До сих пор гравитон не найден ввиду слабости гравитации, однако недавнее открытие гравитационных волн (см. LIGO-Virgo в [1]) даёт надежду на его обнаружение, хотя неопределённость параметров остаётся достаточно высокой [4].
Рис. 3. Кванты пространства в представлении Карло Ровелли / © Carlo Rovelli/ Class.Quant.Grav. 28 (2011)
E = mc2, энергия, заключённая в таких кратковременных флуктуациях, может быть преобразована в массу путём мгновенного образования пары, состоящей из частицы и соответствующей античастицы, которые затем быстро аннигилируют, чтобы сохранить средний баланс энергии.
В 1986 г. Абэй Аштекар разработал квантовую формулировку уравнений поля ОТО Эйнштейна. В 1988 г. физики Ли Смолин и Карло Ровелли расширили этот подход, показав к 1990 г, что с его помощью гравитация квантуется. Это можно увидеть при помощи спиновых сетей Роджера Пенроуза (рис. 3). Так теория получила название петлевой квантовой гравитации. С её помощью выполнено квантование трёхмерной пространственной геометрии ОТО, вычислена энтропия чёрной дыры, предсказан Большой отскок в момент Большого взрыва вместо сингулярности.
Кроме указанных преимуществ, петлевая квантовая гравитация имеет и свои проблемы. Например, с её помощью не удаётся описать время, которое либо действительно не существует, либо появятся средства для его описания. Возможно, что время - лишь временный, или присущий только человеческому восприятию феномен. Однако нет сомнения, что по мере дальнейшего развития этой теории, её решения должны совпасть с теорией струн. Это будет самым главным триумфом физики, приближающим построение Единой теории.
Теория струн возникла также как замена точечных фундаментальных частиц одномерными объектами, «отрезками нити», названных струнами, с толщиной порядка планковской длины (10-35 м). При этом они могут быть как замкнутыми, так и открытыми. Колебания этих струн будут характеризовать определённые частицы. Энергия колебаний зависит от амплитуды и длины волны; масса частицы, таким образом, определяется модой колебания струны (рис. 4).
Конечность области взаимодействия ликвидирует не имеющие физического смысла бесконечные решения в ОТО. Кроме энергии (массы) частицы, тип колебаний определяет также электрический заряд и константы слабого и сильного взаимодействий. Одна из мод колебаний струн в точности соответствует характеристикам гипотетического гравитона, что естественным образом объясняет гравитацию. Физика теории струн построена на скрытых измерениях.
Немецким физиком Т. Калуца ещё в 1919 г при разработке единой теории поля было введено четвёртое пространственное измерение. Его идею развил шведский физик-теоретик О. Клейн, создав первую теорию квантовой гравитации. Современный вариант теории струн требует, чтобы струны могли совершать колебания по 9 независимым направлениям, т.е. пространство должно иметь 9 измерений: три из них - это привычное трёхмерное пространство, а остальные 6 - скрытые, «свёрнутые» в настолько маленький объём, что недоступны для наблюдения. Плюс ещё одно измерение - время.
Таким образом, Вселенная, согласно современной теории струн, должна иметь не менее 10 измерений. Дополнительные пространственные измерения не могут быть свёрнуты произвольным образом. Уравнения теории струн существенно ограничивают геометрическую форму, которую они могут принимать. Этим уравнениям удовлетворяет один конкретный класс шестимерных геометрических объектов, которые носят название пространств (или многообразий) Калаби-Яу (Calabi -Yau shapes). Названы они так в честь двух американских математиков Э. Калаби и Шин-Туна Яу, работы которых, выполненные ещё до появления современной теории струн, сыграли центральную роль в понимании этих пространств (рис. 5).
Рис. 4. Моды колебаний струны определяют характеристики частицы
Рис. 5. Шестимерные многообразия Калаби-Яу
Существовало не менее 5 вариантов теории струн, различающихся существенными деталями. Самые последние достижения связаны с объединением этих 5 вариантов в один, который получил название М-тео-рии. М-теория, кроме колеблющихся струн, включает колеблющиеся двумерные объекты - «браны» (от слова «мембраны»). Для этих объектов пришлось ввести ещё одну скрытую (свёрнутую) пространственную координату, поэтому М-теория работает с 11-мерным пространством-временем.
Объединённая теория струн, или М-теория обязана своим названием Эдварду Виттену (рис. 6), настоящему
Рис. 6. Эдвард Виттен, «отец» М-теории, объединивший теории струн
герою струнных теоретиков, которому дали право так назвать её примерно в 1995 г. Правда, он так и не объяснил своё название этой теории. Одни предположили, что М означает «мистическая», «магическая» или «материнская». Другие предположения - «матричная» и «мембранная». Как бы то ни было, М-теория объединила различные версии теории струн на основе самых общих принципов и позволила с другой точки зрения взглянуть на многие знакомые вещи.
Можно сказать, что основными объектами М-теории являются мембраны, некие объекты в виде пузырей, внутри которых время и пространство деформируются. То, что происходит внутри пузыря, эквивалентно тому, что отражается на его поверхности. Фактически она также, как и ОТО, является геометрической теорией, однако построена на более фундаментальных и понятных принципах. Одним из основных в теории струн и их дальнейшем развитии является выдвинутый в 1993 г. знаменитым голландским физиком-теоретиком Джерар-дом Хоофтом голографический принцип [17], который доказывается математически, а физически выражается в том, например, что физические законы на поверхности и внутри пузыря будут одни и те же, однако гравитация на поверхности будет отсутствовать, появляясь только в трёхмерном мире.
Пояснить этот факт можно балансом тепловой и механической энергии: AE=TAS-PAV. Изменение достаточно большого объёма при изменении любой координаты X на его поверхности приблизительно можно выразить как AVsAAX, где А - общая площадь поверхности. При неизменной энергии системы получим, что TAS=(PA)AX=FAX. Таким образом, изменение энтропии вызывает силу, направленную против перемещения, которую можно трактовать, как гравитационное притяжение. Тем самым гравитация становится статистической энтропийной величиной, а не реальной силой, нуждающейся в некоторых носителях взаимодействия.
Голографический принцип состоит из двух утверждений [17]:
1) вся информация, содержащаяся в некой области пространства, может быть представлена как «Го-
лограмма» - теория, которая «живёт» на границе этой области;
2) теория на границах исследуемой области пространства должна содержать не более одной степени свободы на площадь Планка.
По мере развития физики элементарных частиц стало очевидно, что голографический принцип не только удобен как теоретический инструмент для изучения чёрных дыр, но и применим к пространству-времени любой размерности. Вселенную можно представить как трёхмерную голографическую проекцию, представляющую собой внешнюю границу четырёхмерного пространства. Теоретические исследования коллектива Хуана Малдасена из Принстонского университета дали результат, вписывающийся в голографический принцип: физические законы гипотетической вселенной с пятью измерениями и её четырёхмерной проекцией совпадают [18]. Этот принцип назвали калибровочно-гравита-ционным соответствием, или голографической дуальностью: два существенно разных описания для физики одной и той же системы даны на языке гравитации и на языке квантовой теории, причём первое на одну размерность больше.
Этот принцип в 1998 г. был применён для объяснения пропорциональности энтропии ЧД площади её горизонта событий. Таким образом, горизонт событий ЧД может хранить всю информацию о попавших внутрь объектах, и они могут быть восстановлены при наличии соответствующей технологии. Так, на основе AdS/ CFT решён известный информационный парадокс Хо-кинга для чёрных дыр, а также дан существенно иной сценарий эволюции вселенной - без Большого Взрыва, но с нескончаемыми циклами взаимопревращений для сцепленной пары гигантских чёрных дыр космологического масштаба.
Далее, в 1993 г. физики конденсированного состояния материи Субир Сачдев и Джинву Йе предложили модель для анализа материи в топологической фазе квантовой жидкости [19], а в 2015 г. Алексей Китаев, специалист по квантовым вычислениям, дал на основе подхода AdS/CFT и своих более ранних разработок (за которые ему в 2012 г. была присуждена Премия Юрия Мильнера) модель квантовой голографии, объединяющую квантовую теорию поля и гравитацию, а также показал её точное решение [20].
С тех пор эту модель, впервые объединившую абстрактные теории калибровочных полей и совершенно конкретную физику гравитации нашей реальности, называют SYK (Сачдева-Йе-Китаева). Новейшая разработка А. Китаева оказалась настолько удачной, что все известные теоретики физики струн и квантовой теории поля ринулись её изучать и публиковать свои варианты её развития.
Самое же любопытное здесь то, что именно в SYK ныне стали находить свои места все ранее припрятанные открытия из 1990-х. Причём здесь они обнаруживаются уже не разрозненно, а во взаимно согласованных дополнениях, как существенно важные элементы единой конструкции [21].
Так, например, в основе М-теории лежит модель Хо-равы - Виттена (рис. 7), а принципиально важная суть его заключается в том, что пространство мира должно быть представлено в раздвоенном виде - как две параллельные браны, при этом трубки-перемычки в разных проекциях выглядят как струны. Замкнутая струна (части-ца-фермион) в данной картине представляет собой «поперечный срез» перемычки, а открытая струна, с концами, прикреплёнными к бране (бозон), является «продольным срезом» трубки-перемычки. Справа на рис. 7 представлена конструкция, открытая еще в 1916 г. Карлом Шварц-шильдом как простое и красивое решение эйнштейновых уравнений гравитации, а рис. 8 иллюстрирует механизм образования чёрной дыры с червоточиной.
С
С
Dp
Dp
Рис. 7. Слева - схема Хоравы - Виттена для дуальности открытых и замкнутых струн, справа - мост Эйнштейна - Розена
Black Hole
Event Horizon
Neutron Star
Рис. 8. Механизм образования чёрной дыры с червоточиной
Заключение
Таким образом, наука сейчас находится на перепутье. Все ждали свидетельств Новой физики от грандиозных экспериментов на БАК, но сегодня большие надежды возлагаются на регистрацию результатов слияния уникальных космологических объектов, а также подробности существования ранней Вселенной.
Вообще происходящие время от времени подтверждения теории Эйнштейна верны в частностях, но не в крайних проявлениях (на квантовом и космологическом масштабах). Квантовая же теория, несмотря на изначальную логичность и красоту, с каждым открытием
становится всё сложнее и запутанней. Универсальная модель, или Теория Всего, должна работать одинаково точно на всех масштабах и основываться на универсальных объективных законах природы.
Ближе всего к разгадке гравитации подобрались квантовые теории - М-теория, SYK и теория квантовой гравитации, но в них имеются свои проблемы, и, прежде всего, сложность математики высоких измерений. Тем не менее, они могут описывать физическую реальность на всех масштабах пространства.
Однако мог ли кто-то из великих ошибаться в формулировке, например, закона гравитации? Эйнштейн лишь обобщил закон Ньютона на искривлённое четырёхмерное пространство-время, но его эмпирическая основа осталась прежней. Прежде всего, поэтому, пересмотру подвергают закон всемирного тяготения Ньютона. В 1983 г. физиком из Израиля Мордехаем Миль-громом для объяснения загадки тёмной материи была предложена модифицированная ньютоновская динамика (MOND). Однако изложение развития этой теории и полученных экспериментальных доказательств заслуживает отдельной статьи.
[Продолжение следует] Список литературы
1. Лепов, В. В. Ошибка Эйнштейна. Часть 1. Тёмная энергия и тёмная материя / В. В. Лепов // Наука и техника в Якутии. - 2019. - 2 (37). - С. 57-62.
2. Гоигорян, С. С. О природе «чёрных дыр», «тёмной материи» и динамике Вселенной / С. С. Григорян // Пространство и время. - 2015. - 3 (21). - С. 92-102.
3. Abbott et al, GW190814: Gravitational Waves from the Coalescence of a 23 Solar Mass Black Hole with a 2.6 Solar Mass Compact Object // The Astrophysical Journal Letters, 896:L44 (20pp), 2020 June 20.
4. Joshua Sokol. Squishy or Solid? A Neutron Star's Insides Open to Debate. Quanta magazine, 30 Oct 2017. URL: https://www.quantamagazine.org/squishy-or-solid-a-neutron-stars-insides-open-to-debate-20171030
5. The interior of dynamic vacuum black holes I: The Co stability of the Kerr Cauchy horizon. arXiv.1710.01722, 4 Oct 2017.
6. Andreas Bauswein, Oliver Just, Hans-Thomas Janka, and Nikolaos Stergioulas. Neutron-star Radius Constraints from GW170817 and Future Detections // The Astrophysical Journal Letters, 850:L34 (5pp), 2017 December 1.
7. Ландау, Л. Д., Лифшиц Е. М. Статистическая физика / Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. - М. : Наука, 1995. - Ч. 1. - 608 с.
8. Лепов, В. В. Основы вязко-хрупкого перехода и моделирование разрушения /В. В. Лепов, В. С. Ачикасо-ва, К. Я. Лепова //Хладостойкость. новые технологии для техники и конструкций Севера и Арктики : труды Всероссийской конф. с межд. участием, посвящённой 70-летию профессора-механика, д.т.н. А. В. Лыглаева, 29-30 сентября 2016. - Якутск: Издательство СВФУ, 2016. - С. 67-72.
9. Паташинский, А. З. Флуктуационная теория фазовых переходов /А. З. Паташинский, В. Л. Покровский. - М. : Наука,1982. - 382 с.
10. https://arxiv.org/abs/1808.07039, 21 Aug 2018.
11. https://arxiv.org/abs/1808.07695, 23 Aug 2018.
12. Sheng Ran, et al. Nearly ferromagnetic spin-triplet superconductivity // Science 365 (6454), pp. 684-687. 16 Aug. 2019.
13. Ninja Menning. Solar Orbiter's first images reveal 'campfires' on the Sun. The European Space Agency. URL: https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/ Solar_Orbiter/Solar_Orbiter_s_first_images_reveal_ campfires_on_the_Sun
14. Claudia de Rham, Gregory Gabadadze, and Anrew J. Tolley. Resummation of Massive Gravity // Phys. Rev. Lett., 1011. 106, 231101.
15. Abbott B. P. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration) et al. Observation of Gravitational
Waves from a Binary Black Hole Merger// Physical Review Letters, 2016. - V.116. - 6.
16. Arthur Loureiro et al. Upper Bound of Neutrino Masses from Combined Cosmological Observations and Particle Physics Experiments // Phys. Rev. Lett., 2019. -8(123). - 081301-07.
17. Susskind, Leonard. The World as a Hologram // Journal of Mathematical Physics, 1995. - 36 (11). - 6377-6396.
18. Maldacena, Juan. The Illusion of Gravity //Scientific American, 2005. -293 (5). - 56-63.
19. Sachdev S. and Ye J. Gapless spin-fluid ground state in a random quantum Heisenberg magnet // Phys. Rev. Lett., 1993. - 70. - 3339-3342.
20. Kitaev A. A Simple Model of Quantum Holography. Talks at KITP, April 7, 2015 and May 27, 2015. URL: http:// online.kitp.ucsb.edu/online/entangled15/kitaev/
21. G'abor S'arosi AdS2 holography and the SYK model. arXiv:1711.08482v6 [hep-th] 15 Feb 2019.
шъттосиш
НАУЧНО-КССЛ ЕДОВАТЕЛЬОМЙ ИНСТИТУТ
■ИНСТИТУТ ЦИТОПОГМИ И I_________
СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ К*
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ЭНДОКРИНОЛОГИИ: СОВРЕМЕННАЯ СТРАТЕГИЯ РАЗВИТИЯ И ТЕХНОЛОГИИ ПЕРСОНАЛИЗИРОВАННОЙ МЕДИЦИНЫ
Фундаментальные исследования в эндокринологии: современная стратегия развития и технологии персонализированной медицины : материалы конференции с международным участием. 26-27 ноября 2020 года, г. Новосибирск. - Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2020. - 78 с.
Распространённость эндокринной патологии в мире увеличивается в эпидемических масштабах. Раннее выявление и подтверждение диагноза эндокринной патологии требует использования современных молекулярно-генетических, биохимических и патофизиологических исследований, которые позволяют осуществить персонализированный подход к выбору метода лечения.
Цель конференции - ознакомить широкий круг специалистов с новейшими данными научных и клинических исследований в области этиологии, клиники, современных методов диагностики и лечения заболеваний эндокринной системы.
Во время работы конференции проводится школа для врачей «Maturity Onset Diabetes of the Young (MODY): молекулярно-генетические детерминанты и персонализированный подход к ведению пациентов».
Савельев, В. В. Усовершенствование диагностической и лечебной тактики при панкреонекрозе с использованием методов физико-химической биологии (на примере многопрофильного хирургического центра Республики Саха (Якутия)) : монография / В. В. Савельев, М. М. Винокуров. - Якутск : Издательский дом СВФУ, 2018. - 388 с.
В монографии представлены новые, ранее не используемые в ургентной панкреато-логии методы ранней диагностики панкреонекроза и его осложнений, мероприятия организационного, диагностического и лечебного характера на этапах оказания медицинской помощи в условиях центральной районной больницы, межгоспитальной транспортировки пациента и в условиях специализированного многопрофильного хирургического центра. Учтены региональные особенности тактики оказания квалифицированной и специализированной хирургической помощи при панкреонекрозе.
Предназначена для студентов и преподавателей высших медицинских учебных заведений, а также практикующих врачей различных специальностей и направлений.
УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ И ЛЕЧЕБНОЙ ТАКТИКИ ПРИ ПАНКРЕОНЕКРОЗЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДОВ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ
