Ами ако гравитацията не съществува? Нова теория за това как хаосът управлява вселената

Векове наред гравитацията е била непоклатим стълб на физиката. Първо, елегантният закон на Нютон, който кара ябълките да падат, а планетите да чертаят орбитите си. След това грандиозното платно на общата теория на относителността на Айнщайн, където гравитацията се появява като изкривяване на самата тъкан на пространство-времето. Тя е фундаментална. Тя е реална. Тя е в основата на нашата вселена. Но какво би било, ако всичко това е само една величествена илюзия?

През 2010 г. физик-теоретикът Ерик Верлинде от Амстердамския университет оспорва вековната традиционна мъдрост с идея, граничеща с научна ерес. Той предположи, че гравитацията не е фундаментална природна сила, а е емергентно, т.е. възникващо, явление. Точно както температурата възниква от хаотичното движение на безброй молекули, гравитацията, според Верлинде, се ражда от по-дълбок и фундаментален процес – неумолимия стремеж на Вселената към безпорядък. Идеята, първоначално посрещната със скептицизъм, сега не само придобива множество нови детайли, но и вече е пред прага на експерименталната проверка.

От реда към хаоса и обратно

За да разберем логиката на Верлинде, трябва да се обърнем към един от най-неизменните закони на природата – втория принцип (закон) на термодинамиката. Той гласи, че ентропията, или мярката за хаос, в затворена система с течение на времето може само да се увеличава. Горещото кафе се охлажда, разсейвайки топлината в стаята. Мастилото се разтваря във водата, като от подредена капка се превръща в еднородна смес. Бюрото ви без почистване неизбежно се оказва с купчина от документи. Вселената, по същество, също се стреми към максимален безпорядък.

Верлинде се замисля: ами ако гравитацията е просто проява на този универсален принцип? Той си представя две маси. От гледна точка на класическата физика те се привличат взаимно. От гледна точка на ентропийната гравитация Вселената, след като е „оценила“ и двете състояния – маси разделени и маси заедно – „разбира“, че общата ентропия на системата е по-висока в по-близкото състояние. Съществува сила, която ги тласка една към друга, не защото те се „дърпат“ взаимно, а защото сближаването им е най-вероятният, най-„хаотичният“ резултат от гледна точка на информацията за системата. Гравитацията в тази картина на света не е силата на привличане, а статистическа тенденция, ентропийна сила.

Холографската вселена и информацията като реалност

Но ентропията от какво точно се увеличава? Къде е „системата“, чийто безпорядък поражда гравитацията? Тук теорията на Верлинде прави още една смела стъпка, като се опира на холографския принцип. Тази концепция предполага, че цялото информационно съдържание на една триизмерна област (като нашата Вселена) може да бъде изцяло кодирано на нейната двуизмерна граница, точно както холограмата създава триизмерно изображение от плоска плоча.

Верлинде предполага, че именно върху този хипотетичен двуизмерен „екран“ се разгръща фундаменталната реалност. А „тухлите“ на тази реалност не са частици и полета, а битове квантова информация, свързани помежду си чрез квантово заплитане. Това е радикално твърдение: в своята същност реалността е информационна. И именно ентропията на тази информационна мрежа, това универсално „платно“, се проявява като гравитация в нашия триизмерен свят. Когато виждаме планета, въртяща се около звезда, ние по същество наблюдаваме проявлението на статистическите закони, управляващи информацията на далечната космологична граница.

Решаването на „тъмните“ проблеми без тъмна материя

Всяка красива теория трябва да докаже своята валидност чрез решаване на съществуващи проблеми. И тук ентропийната гравитация показва поразителни резултати. Една от големите загадки на съвременната космология е аномално високата скорост на въртене на галактиките. В тях просто няма достатъчно видима материя, която да попречи на звездите в покрайнините им да се разлетят. За да обяснят това явление, физиците въведоха хипотетичната „тъмна материя“ – невидима субстанция, която създава допълнителна гравитация.

Верлинде, работейки върху своите уравнения, открива, че моделът му прогнозира „допълнителната“ гравитация точно там, където тя е необходима, без да включва нови същности. Оказва се, че в мащаба на галактиките ентропийните ефекти създават гравитационно поле, което напълно съответства на наблюденията.

Нещо повече, неотдавнашна работа на други учени, като Казем Резазадех, показа, че усъвършенстваният модел на ентропийната гравитация може да обясни и друга голяма загадка – тъмната енергия, отговорна за ускореното разширяване на Вселената. За пореден път явлението, за което са измислени екзотични обяснения, може да се окаже само макроскопична проява на фундаменталните закони за информацията и ентропията.

От теорията към експеримента: как да уловим „трептенето“ на гравитацията

Дълго време основният недостатък на идеята на Верлинде беше нейната нефалсифицируемост – липсата на прогнози, които да могат да бъдат проверени. Това се промени благодарение на работата на физика Дан Карни. Той разсъждава по въпроса, че ако гравитацията възниква в резултат на хаотичното взаимодействие на микроскопични „информационни битове“, тя не може да бъде съвършено гладка и предсказуема, както предполага теорията на Айнщайн. Тя трябва да е леко „шумна“, да изпитва малки, случайни колебания – един вид гравитационно „разклащане“.

Тази прогноза проправи пътя за експериментална проверка. Учените предложиха да се използват свръхчувствителни инструменти, като например торсионни махала, които взаимодействат с облаци от атоми в квантово състояние. Ако гравитацията е фундаментална сила, нейните ефекти ще бъдат съвършено плавни. Ако обаче тя е ентропиен ефект, инструментите би трябвало да уловят малки, хаотични отклонения от очакваното поведение. Улавянето на тези „трептения“ означава да се докаже, че гравитацията не е фундаментална.

Нова физика или красива метафора?

Стоим на прага на възможна революция в разбирането ни за Вселената. Идеята, че една от най-познатите ни сили е просто статистически страничен продукт, мираж, роден от хаоса, възбужда въображението. Разбира се, окончателното потвърждение все още е далеч. Моделът на Верлинде трябва да бъде усъвършенстван, а предложените експерименти са изключително сложни.

Но дори и теорията да се окаже погрешна, тя вече е изпълнила предназначението си. Тя накара физиците да си задават неудобни въпроси и да погледнат на установените догми от нов ъгъл. Може би, както предполага Дан Карни, ние винаги се опитваме да опишем света на езика на технологията на нашата епоха: Айнщайн е мислил за относителността, докато е решавал проблема със синхронизирането на часовниците на железопътните гари, а ние, в епохата на информацията, виждаме информационните мрежи като основа на реалността.

Независимо от резултата, търсенето на отговор на въпроса за естеството на гравитацията ще покаже дали тя е неизменен закон на Вселената, или е само сянка на една по-дълбока, информационна реалност, в която властва негово величество Хаосът.