הסיפור מתחיל בחור שחור
חור שחור נראה כמו מקום שבו הכול נעלם, אך הפיזיקה גילתה שהוא גם אובייקט תרמודינמי בעל טמפרטורה ואנטרופיה. יעקב בקנשטיין הראה שכמות המידע המרבית הקשורה לחור שחור אינה גדלה לפי הנפח שלו, אלא לפי שטח אופק האירועים. סטיבן הוקינג חיבר לכך קרינה וטמפרטורה, והפך את הקשר בין כבידה, קוונטים ומידע לבעיה מרכזית.
אם כמות המידע בתוך אזור מוגבלת על ידי שטח הגבול שלו, ייתכן שהממד הפנימי אינו המקום היסודי שבו המידע נשמר. התובנה הזאת הובילה את חרארד 'ט הופט ולאחריו לאונרד ססקינד לעיקרון ההולוגרפי: תיאור מלא של אזור תלת ממדי עשוי להיות מקודד בתיאוריה החיה על הגבול הדו ממדי שלו.
למה קוראים לזה הולוגרמה
בהולוגרמה רגילה, משטח דו ממדי מכיל מידע שמייצר תמונה בעלת עומק. העיקרון הפיזיקלי אינו טוען שהיקום הוא הקרנה אופטית או אשליה. הוא אומר ששתי שפות מתמטיות בעלות מספר ממדים שונה יכולות לתאר בדיוק את אותה מציאות.
הדוגמה המפורסמת ביותר היא התאמת AdS/CFT שהציע חואן מלדסנה. בתנאים מסוימים, תיאור של כבידה במרחב בעל ממד נוסף שקול לתורת שדות קוונטית ללא כבידה על הגבול שלו. תהליך מסובך בשפה אחת יכול להפוך לפשוט יותר בשפה השנייה, כאילו שתי מפות שונות מתארות אותו שטח.
מידע, שטח ומגבלת פלאנק
העיקרון מעניק למידע מעמד פיזיקלי עמוק. אין אפשרות לדחוס כמות בלתי מוגבלת של פרטים לנפח נתון. הגבול נקבע ביחידות זעירות של שטח פלאנק, וכל יחידה יכולה לייצג מידה בסיסית של מידע. ככל שהשטח גדל, גדלה קיבולת המידע האפשרית.
כך משתנה האינטואיציה הרגילה שלנו. אנחנו רגילים לחשוב שהחדר מכיל את מה שבתוכו, והקירות רק מקיפים אותו. בהולוגרפיה ייתכן שהתיאור שעל 'הקיר' מספיק כדי לשחזר את כל מה שמתרחש ב'חדר'. העומק שאנו חווים יכול להיות תכונה מתהווה של יחסי מידע.
מה פירוש הדבר על היקום שלנו
היקום שבו אנו חיים אינו זהה בדיוק למרחב שבו נוסחה התאמת מלדסנה, ולכן המעבר מן העיקרון אל הקוסמולוגיה שלנו דורש עבודה נוספת. עם זאת, ההולוגרפיה הפכה לכלי מרכזי במחקר של חורים שחורים, כבידה קוונטית, חומר קוונטי ומבנה המרחב והזמן.
הרעיון הגדול נשאר חד: ייתכן שמספר הממדים שאנו חווים אינו מספר הממדים הדרוש לתיאור היסודי של המציאות. המרחב עצמו עשוי לצמוח מתוך קשרים בין יחידות מידע, והגבול עשוי לשאת סיפור שלם על כל מה שנראה לנו עמוק, רחוק ותלת ממדי.
החוקר מסביר את הרעיון
לאונרד ססקינד: העולם כהולוגרמה