Un experiment științific realizat de oamenii de știință germani, numit GEO600 pentru căutarea undelor gravitaționale, care se desfășoară de șapte ani, a dus la rezultate neașteptate, potrivit jurnalului New Scientist.
Cu ajutorul unui dispozitiv special - un interferometru - fizicienii urmau să confirme științific una dintre concluziile teoriei relativității lui Einstein.
Conform acestei teorii, în Univers există așa-numitele unde gravitaționale - perturbări ale câmpului gravitațional, „ondulări” ale țesăturii spațiului-timp.
Propagând la viteza luminii, undele gravitaționale generează, probabil, mișcări inegale de masă ale unor obiecte astronomice mari: formarea sau coliziunile găurilor negre, exploziile de supernove etc.
Știința explică neobservabilitatea undelor gravitaționale prin faptul că efectele gravitaționale sunt mai slabe decât cele electromagnetice. Oamenii de știință, care și-au început experimentul încă din 2002, se așteptau să detecteze aceste valuri gravitaționale, care ar putea deveni mai târziu o sursă de informații valoroase despre așa-numita materie întunecată, din care Universul nostru constă practic.
Până acum, GEO600 nu a putut detecta valuri gravitaționale, însă, se pare, oamenii de știință cu ajutorul dispozitivului au reușit să facă cea mai mare descoperire în domeniul fizicii din ultima jumătate de secol.
Timp de mai multe luni, experții nu au putut explica natura zgomotelor ciudate care interferează cu funcționarea interferometrului, până când brusc o explicație a fost oferită de un fizician de la laboratorul de știință Fermilab.
Conform ipotezei lui Craig Hogan, aparatul GEO600 s-a ciocnit cu granița fundamentală a continuului spațiu-timp - punctul în care spațiul-timp încetează să fie un continuu continuu descris de Einstein și se dezintegrează în „boabe”, de parcă o fotografie, mărită de mai multe ori, se transformă într-un grup de puncte separate. …
Video promotional:
„Se pare că GEO600 s-a împiedicat de fluctuațiile cuantice microscopice ale spațiu-ului”, a sugerat Hogan.
Dacă această informație nu vi se pare suficient de senzațională, ascultați mai departe: „Dacă GEO600 se poticnește cu ceea ce presupun, înseamnă că trăim într-o hologramă spațială uriașă”.
Însuși ideea că trăim într-o hologramă poate părea ridicolă și absurdă, dar este doar o continuare logică a înțelegerii noastre despre natura găurilor negre, bazată pe o bază teoretică complet probabilă.
Destul de ciudat, „teoria hologramei” ar ajuta în mod semnificativ fizicienii să explice în final modul în care universul funcționează la un nivel fundamental.
Hologramele cunoscute pentru noi (cum ar fi, de exemplu, pe cărțile de credit) sunt aplicate pe o suprafață bidimensională, care începe să apară tridimensional atunci când o rază de lumină o lovește într-un anumit unghi.
În anii 1990, premiul Nobel la fizică Gerardt Huft de la Universitatea Utrecht (Olanda) și Leonard Susskind de la Universitatea Stanford (SUA) au sugerat că un principiu similar ar putea fi aplicat universului în ansamblu. Existența noastră zilnică însăși poate fi o proiecție holografică a proceselor fizice care au loc în spațiul bidimensional.
Este foarte dificil să crezi în „principiul holografic” al structurii Universului: este dificil să-ți imaginezi că te trezești, te speli pe dinți, citești ziare sau te uiți la televizor doar pentru că mai multe obiecte spațiale uriașe s-au ciocnit între ele undeva pe granițele Universului.
Nimeni nu știe încă ce va însemna „viața într-o hologramă” pentru noi, însă fizicienii teoretici au multe motive de a crede că anumite aspecte ale principiilor holografice ale funcționării Universului sunt realitate.
Concluziile oamenilor de știință se bazează pe un studiu fundamental al proprietăților găurilor negre, care a fost realizat de celebrul fizician teoretician Stephen Hawking împreună cu Roger Penrose.
La mijlocul anilor '70, savantul a studiat legile fundamentale care guvernează universul și a arătat că din teoria relativității a lui Einstein urmează un spațiu-timp care începe în Big Bang și se termină în găuri negre.
Aceste rezultate indică nevoia de a combina studiul teoriei relativității cu teoria cuantică. Una dintre consecințele acestei combinații este afirmația că găurile negre nu sunt de fapt „negre”: de fapt, ele emit radiații, ceea ce duce la evaporarea lor treptată și la dispariția completă.
Astfel, apare un paradox, numit „paradoxul informațional al găurilor negre”: gaura neagră formată își pierde masa, radiază de energie. Când o gaură neagră dispare, toate informațiile pe care le-a absorbit se pierd. Cu toate acestea, conform legilor fizicii cuantice, informațiile nu pot fi complet pierdute.
Contraargumentul lui Hawking: intensitatea câmpurilor gravitaționale ale găurilor negre este de neînțeles până în prezent corespunde legilor fizicii cuantice. Colegul lui Hawking, fizicianul Bekenstein, a prezentat o importantă ipoteză care ajută la rezolvarea acestui paradox.
El a emis ipoteza că o gaură neagră are entropie proporțională cu suprafața razei sale condiționale. Acesta este un fel de zonă teoretică care maschează gaura neagră și marchează punctul de neîntoarcere a materiei sau a luminii. Fizicienii teoretici au dovedit că fluctuațiile cuantice microscopice ale razei condiționale a unei găuri negre pot codifica informațiile în interiorul unei găuri negre, astfel încât nu există pierderi de informații care se află într-o gaură neagră în momentul evaporării și dispariției sale.
Astfel, se poate presupune că informațiile tridimensionale despre substanța originală pot fi complet codificate în raza bidimensională a găurii negre formată după moartea sa, aproximativ ca o imagine tridimensională a unui obiect este codificată folosind o hologramă bidimensională.
Zuskind și Huft au mers și mai departe, aplicând această teorie structurii Universului, bazată pe faptul că spațiul are și o rază condițională - un plan de graniță, dincolo de care lumina încă nu a reușit să pătrundă în 13,7 miliarde de ani din existența Universului.
Mai mult, Juan Maldacena, fizician teoretic la Universitatea Princeton, a reușit să demonstreze că aceleași legi fizice vor funcționa într-un ipotetic univers cu cinci dimensiuni ca în spațiul în patru dimensiuni.
Conform teoriei lui Hogan, principiul holografic al existenței Universului ne schimbă radical imaginea familiară a spațiului-timp. Pentru o lungă perioadă de timp, fizicienii teoretici au crezut că efectele cuantice ar putea provoca spațiu-timp să impulsioneze haotic pe o scară primordială.
La acest nivel de pulsare, țesutul continuumului spațiu-timp devine „granular” și parcă format din cele mai mici particule, asemănătoare cu pixeli, doar sute de miliarde de miliarde de ori mai mici decât un proton. Această măsură a lungimii este cunoscută sub numele de „lungimea Planck” și reprezintă cifra de 10-35 m.
În prezent, legile fizice fundamentale au fost testate empiric până la distanțe de 10-17, iar lungimea Planck a fost considerată de neatins până când Hogan și-a dat seama că principiul holografic schimbă totul.
Dacă continuul spațiu-timp este o hologramă granulară, atunci Universul poate fi reprezentat ca o sferă, a cărei suprafață exterioară este acoperită cu cele mai mici suprafețe de 10-35 m lungime, fiecare având o informație.
Principiul holografic spune că cantitatea de informații care acoperă partea exterioară a Universului-sferă trebuie să se potrivească cu numărul de biți de informație conținuți în Universul volumetric.
Deoarece volumul universului sferic este mult mai mare decât întreaga sa suprafață exterioară, apare întrebarea, cum este posibil să respectăm acest principiu? Hogan a sugerat ca informațiile care compun „interiorul” universului să fie mai mari decât lungimea Planck. „Cu alte cuvinte, universul holografic este ca o imagine neplăcută”, spune Hogan.
Pentru cei care caută cele mai mici particule de spațiu-timp, aceasta este o veste bună. „Contrar așteptărilor populare, structura cuantică microscopică este disponibilă pentru studiu”, a spus Hogan.
Deși particulele cu dimensiuni egale cu lungimea Planck nu pot fi detectate, proiecția holografică a acestor „boabe” este de aproximativ 10-16 m. Când omul de știință a făcut toate aceste concluzii, s-a întrebat dacă este posibil să se determine experimental această estompare holografică a spațiului. timp. Și apoi GEO600 a venit la salvare.
Dispozitive precum GEO600, care sunt capabile să detecteze unde gravitaționale, funcționează după următorul principiu: dacă o undă gravitațională trece prin el, va întinde spațiul într-o direcție și îl va comprima în cealaltă.
Pentru a măsura forma de undă, oamenii de știință direcționează un fascicul laser printr-o oglindă specială numită divizor de fascicul. Acesta împarte raza laser în două grinzi, care trec prin tije perpendiculare de 600 de metri și se întorc înapoi.
Fasele care se întorc se combină din nou într-una și creează un model de interferență a zonelor de lumină și întuneric, unde undele de lumină dispar sau se consolidează reciproc. Orice modificare a poziției acestor secțiuni indică faptul că lungimea relativă a barelor s-a modificat. Modificările de lungime mai mici decât diametrul unui proton pot fi detectate experimental.
Dacă GEO600 ar detecta într-adevăr zgomotul holografic din vibrațiile cuantice ale spațiului-timp, ar fi o sabie cu două tăișuri pentru cercetători: pe de o parte, zgomotul ar interfera cu încercările lor de a „prinde” undele gravitaționale.
Pe de altă parte, acest lucru ar putea însemna că cercetătorii au fost capabili să facă o descoperire mult mai fundamentală decât au crezut inițial. Cu toate acestea, există o anumită ironie a sorții: un dispozitiv conceput pentru a capta undele care sunt o consecință a interacțiunii celor mai mari obiecte astronomice, găsit ceva la fel de microscopic ca „boabele” spațiului-timp.
Cu cât oamenii de știință mai lungi nu pot dezvălui misterul zgomotului holografic, cu atât devine mai acută problema efectuării unor cercetări suplimentare în această direcție. Una dintre posibilitățile de cercetare poate fi proiectarea așa-numitului interferometru atomic, al cărui principiu de funcționare este similar cu GEO600, dar în loc de un fascicul laser, va fi utilizat un flux de temperaturi scăzute de atomi.
Ce va însemna descoperirea zgomotului holografic pentru umanitate? Hogan este încrezător că umanitatea este la un pas de a detecta o cantitate de timp. „Acesta este cel mai mic interval de timp posibil: lungimea Planck divizată la viteza luminii”, spune omul de știință.
Cu toate acestea, cea mai mare parte a tuturor descoperirilor posibile îi vor ajuta pe cercetătorii care încearcă să combine mecanica cuantică și teoria gravitației lui Einstein. Cea mai populară din lumea științifică este teoria șirurilor, care, cred oamenii de știință, va ajuta la descrierea a tot ceea ce se întâmplă în univers la un nivel fundamental.
Hogan este de acord că, în cazul în care principiile holografice sunt dovedite, atunci nici o abordare a studiului gravitației cuantice nu va fi luată în considerare în acest moment în afara contextului principiilor holografice. Dimpotrivă, va fi impulsul pentru dovezi ale teoriei șirurilor și ale matricei.
„Poate că avem primele dovezi despre modul în care spațiul-timp decurge din teoria cuantică din mâinile noastre”, a notat savantul.
