Голографический принцип — это аксиома теории струн и предполагаемое свойство квантовой гравитации , которое утверждает, что описание объема пространства можно рассматривать как закодированное на границе более низкого измерения с областью — такой как светоподобная граница, подобная гравитационный горизонт . [1] [2] Впервые предложенный Джерардом 'т Хофтом , он получил точную интерпретацию теории струн Леонардом Сасскиндом , [3] который объединил свои идеи с предыдущими идеями 'т Хофта и Чарльза Торна . [3] [4]Леонард Сасскинд сказал: «Трехмерный мир обычного опыта — вселенная, наполненная галактиками, звездами, планетами, домами, валунами и людьми — это голограмма, образ реальности, закодированный на отдаленной двухмерной поверхности. [ 5] Как указывал Рафаэль Буссо , [6] Торн заметил в 1978 г., что теория струн допускает описание в более низком измерении, в котором гравитация возникает из нее тем, что сейчас назвали бы голографическим способом. Ярким примером голографии является AdS/CFT корреспонденция .
Голографический принцип был вдохновлен термодинамикой черной дыры , которая предполагает, что максимальная энтропия в любой области зависит от квадрата радиуса , а не куба, как можно было бы ожидать. В случае с черной дырой выяснилось, что информационное содержание всех объектов, упавших в дыру, может полностью содержаться в поверхностных флуктуациях горизонта событий . Голографический принцип разрешает информационный парадокс черной дыры в рамках теории струн. [5]Однако существуют классические решения уравнений Эйнштейнакоторые допускают значения энтропии больше, чем допустимые по закону площадей (радиус в квадрате), следовательно, в принципе больше, чем у черной дыры. Это так называемые « золотые мешки Уиллера ». Существование таких решений противоречит голографической интерпретации, а их влияние на квантовую теорию гравитации, включая голографический принцип, еще полностью не изучено. [7]
Соответствие анти-де Ситтера/конформной теории поля , иногда называемое дуальностью Малдасены (по ссылке [8] ) или дуальностью калибровки/гравитации , представляет собой предполагаемую связь между двумя видами физических теорий. С одной стороны находятся пространства анти-де Ситтера (AdS), которые используются в теориях квантовой гравитации , сформулированных в терминах теории струн или М-теории . На другой стороне соответствия находятся конформные теории поля (CFT), которые являются квантовыми теориями поля , включая теории, подобные теориям Янга-Миллса , которые описывают элементарные частицы.
Двойственность представляет собой большой шаг вперед в нашем понимании теории струн и квантовой гравитации. [9] Это потому, что она обеспечивает непертурбативную формулировку теории струн с определенными граничными условиями и потому, что это наиболее успешная реализация голографического принципа.
Он также предоставляет мощный инструментарий для изучения сильно связанных квантовых теорий поля. [10] Большая часть полезности двойственности проистекает из того факта, что это сильно-слабая двойственность: когда поля квантовой теории поля сильно взаимодействуют, поля гравитационной теории слабо взаимодействуют и, таким образом, более математически поддаются обработке. Этот факт использовался для изучения многих аспектов ядерной физики и физики конденсированных сред путем перевода проблем по этим предметам в более математически поддающиеся решению проблемы теории струн.
Соответствие AdS/CFT было впервые предложено Хуаном Малдасеной в конце 1997 г. [8] Важные аспекты соответствия были разработаны в статьях Стивена Губсера , Игоря Клебанова и Александра Марковича Полякова , а также Эдварда Виттена . К 2015 году статья Малдасены набрала более 10 000 цитирований, став самой цитируемой статьей в области физики высоких энергий . [11]