Czy wszechświat jest hologramem?

z17845181Q,Czy-Wszechswiat-jest-tylko-trojwymiarowa-projekcjaCiekawy artykuł, który znalazłem w ostatnim miejscu, w którym mógłbym się spodziewać, że go znajdę, czyli w skorumpowanej Gazecie Wyborczej. Świat nauki powoli dochodzi już do zrozumienie prawdziwej – holograficznej natury wszechświata. Pomimo tego, że ludzie potrzebujący dowodów na wszystko, zapewne nie przyswoją sobie tej wiadomości, to i tak fajna sprawa, że informacje takie zaczynają docierać do mediów głównego nurtu, prowokując ludzi do stawiania sobie nowych pytań 🙂

————————————————————————————–

Na pierwszy rzut oka to nonsens. Przecież wszystko ma swoją wysokość, szerokość i grubość, czyli trzy wymiary. Ale czy ta trójwymiarowość nie jest przypadkiem złudzeniem, tak jak dwuwymiarowy hologram daje złudzenie głębi? Wszystko zaczęło się od czarnych dziur.

Fizyków od dawna trapi pewna dziwna zależność. Przy teoretycznych obliczeniach dotyczących czarnych dziur okazało się, że ich entropia (czyli stopień nieuporządkowania układu) zależy nie od ich masy, ale od ich powierzchni. W przypadku zwiększenia się entropii czarnej dziury o jeden bit informacji pole powierzchni horyzontu zdarzeń czarnej dziury – nie zaś jej objętość – zwiększa się mniej więcej o długość Plancka do kwadratu.

To, że informacja zawarta na dwuwymiarowej powierzchni może definiować trójwymiarowe ciało, wydaje się dziwne, ale rozwiązuje kilka fizycznych paradoksów, związanych z czarnymi dziurami.

Wszechświat hologramem? Nie nasz

W 1997 r. fizyk Juan Maldacena przestawił dowód, że istnieje tożsamość między teoriami opisującymi grawitację w zakrzywionych przestrzeniach i teoriami kwantowymi w przestrzeniach, które mają o jeden wymiar mniej. Informacja o całej przestrzeni może zostać zakodowana na powierzchni, która ją otacza.

To dla fizyków bardzo zaskakująca zbieżność. To, że informację o trzech wymiarach można zapisać w dwóch teoretycznie, oznacza, iż cały nasz Wszechświat mógłby być zapisany na jakiejś dwuwymiarowej powierzchni, mimo że postrzegamy trzy wymiary.

Jednak do tej pory matematyczny opis takiej zależności udawał się tylko w przypadku przestrzeni o ujemnym zakrzywieniu. Takie dwuwymiarowe powierzchnie przypominają końskie siodło (dodatnie zakrzywiona jest powierzchnia sfery, a płaszczyzna zaś – cóż, jest płaska, więc jej zakrzywienie wynosi zero).

Teoretyczna możliwość, że powierzchnie o ujemnej krzywiźnie mogą zawierać informacje o trzech wymiarach, była bardzo interesująca, ale – przyznajmy – dość egzotyczna. Nasz Wszechświat w skali globalnej jest bowiem płaski.

Oczywiście trudno sobie wyobrazić płaskość trójwymiarowej przestrzeni. Ale jest na to pewien sposób: jeśli zmierzymy sumę kątów w trójkącie w płaskiej przestrzeni, zawsze otrzymamy 180 stopni. W przestrzeniach zakrzywionych dodatnio będzie to zawsze więcej, zaś w przestrzeniach zakrzywionych ujemnie – mniej. Z pomiarów mikrofalowego promieniowania tła wykonanych przez satelitę Planck wywnioskowano, że zakrzywienie przestrzeni kosmicznej jest bardzo bliskie zera. Zanim promieniowanie dotarło do radioteleskopów, musiało odbyć długą podróż przez przestrzeń kosmiczną, Jeśli jest ona zakrzywiona, to obraz niesiony przez to promieniowanie powinien być zniekształcony (powiększony lub pomniejszony). Niczego takiego jednak nie wykryto. Stąd wysnuto wniosek, że czasoprzestrzeń naszego Wszechświata nie jest zdeformowana.

Gdyby więc pomiarów kątów dokonano w kosmicznych skalach, toby się okazało, że suma kątów w trójkącie w naszym Wszechświecie wynosi dokładnie tyle, ile uczono nas w szkołach. Geometria naszej przestrzeni jest euklidesowa, czyli przestrzeń sama w sobie nie ma żadnej krzywizny.

A jednak i nasz

Najnowsze wyniki uzyskane przez naukowców wskazują, że zasada holograficzna, czyli tożsamość przedstawiona przez Macaldenę, jest możliwa także w naszym, płaskim Wszechświecie. Daniel Grumiller z Politechniki Wiedeńskiej wraz z zespołem naukowców opublikowali w Physical Review Letters pracę, z której wynika, że tożsamość między teoriami opisującymi grawitację w zakrzywionych przestrzeniach i teoriami kwantowymi w przestrzeniach, które mają o jeden wymiar mniej, zachodzi także w przestrzeniach o zerowej krzywiźnie.

holographic-universe
Fizycy wyszli od zjawiska splątania kwantowego. Splątanie kwantowe dwóch cząstek oznacza, że nie mogą zostać opisane indywidualnie. Z fizycznego punktu widzenia tworzą jeden obiekt, nawet jeśli dzieli je wielka odległość. Wielkość takiego splątania, czyli entropię splątania, można zmierzyć.

– Obliczyliśmy [entropię splątania] w pewnej dwuwymiarowej teorii pola kwantowego bez grawitacji i trójwymiarowej teorii z grawitacją w czasoprzestrzeniach płaskich. Odkryliśmy, że wyniki się ze sobą zgadzają – mówi Grumiller. – Nasze obliczenia potwierdzają założenia, że zasada holograficzna może obowiązywać także w przestrzeniach płaskich – mówi Max Rieglel, jeden ze współautorów pracy.

Obliczenia fizyków nie oznaczają, że żyjemy w hologramie. Ale przybywa dowodów na to, że Macaldena się nie mylił i zasada holograficzna może obowiązywać w naszym Wszechświecie.

Zagadkowy szum potwierdza teorię

Jedną z konsekwencji założeń zasady holograficznej jest ziarnistość czasoprzestrzeni. Według niektórych obliczeń ziarna, z których składa się czasoprzestrzeń, są na tyle duże, że ich wielkość jest już dostępna dla dzisiejszych instrumentów badawczych. Fluktuacje takich ziaren przejawiałyby się jako szum holograficzny możliwy do zarejestrowania w detektorach fal grawitacyjnych. W jednym z takich detektorów – GEO600 – wykryto szum o częstotliwości 300-1500 Hz, którego pochodzenie pozostaje nieznane. Jednak właściwości tego szumu są dokładnie takie, jak przewiduje teoria postulująca ziarnistość przestrzeni i to, że bity informacji zapisane na dwuwymiarowej powierzchni mogą zawierać pełną informację zawartą w objętości trójwymiarowej.

Gwoli ścisłości należy dodać, że inne eksperymenty, które potwierdzałyby ziarnistość przestrzeni niczego nie wykazały. Może więc jednak zasada holograficzna to tylko zaskakująca zbieżność, która nic nie oznacza, a trzy wymiary nie są wcale żadnym złudzeniem?

—————————-

Źródło: http://wyborcza.pl/1,75400,17845180.html#MTstream
Oryginalne Źródło: Phys.org, ScienceAlert.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *