Är Universum Ett Gigantiskt Hologram? - Alternativ Vy

Är Universum Ett Gigantiskt Hologram? - Alternativ Vy
Är Universum Ett Gigantiskt Hologram? - Alternativ Vy

Video: Är Universum Ett Gigantiskt Hologram? - Alternativ Vy

Video: Är Universum Ett Gigantiskt Hologram? - Alternativ Vy
Video: Hur stort är Universum...jämfört med ett sandkorn? 2024, Maj
Anonim

Ett vetenskapligt experiment av tyska forskare som heter GEO600 för att söka efter gravitationsvågor, som har pågått i sju år, har enligt tidskriften New Scientist lett till oväntade resultat.

Med hjälp av en speciell anordning - en interferometer - skulle fysiker vetenskapligt bekräfta en av slutsatserna från Einsteins relativitetsteori.

Enligt denna teori finns det så kallade gravitationsvågor i universum - störningar i gravitationsfältet, "krusningar" av rymdtidens tyg.

Förökning med ljusets hastighet, gravitationsvågor genererar förmodligen ojämna massrörelser av stora astronomiska föremål: bildning eller kollisioner av svarta hål, supernovaxplosioner, etc.

Vetenskapen förklarar gravitationsvågens oobserverbarhet genom att gravitationseffekterna är svagare än elektromagnetiska. Forskare, som började sitt experiment redan 2002, förväntade sig att upptäcka dessa gravitationsvågor, som senare kan bli en källa till värdefull information om den så kallade mörka materien, som i princip består av vårt universum.

Hittills har GEO600 inte kunnat upptäcka gravitationsvågor, men tydligen lyckades forskare med hjälp av enheten göra den största upptäckten inom fysikområdet under det senaste halva seklet.

Under många månader kunde experter inte förklara beskaffenheten hos de konstiga ljud som stör interferometerns drift, tills plötsligt en fysiker från Fermilabs vetenskapslaboratorium erbjöds en förklaring.

Enligt Craig Hogans hypotes kolliderade GEO600-apparaten med den grundläggande gränsen för rymdtidskontinuumet - den punkt där rymdtid upphör att vara ett kontinuerligt kontinuum som beskrivs av Einstein och sönderdelas till "korn", som om ett fotografi förstorats flera gånger förvandlas till ett kluster av separata punkter …

Kampanjvideo:

"Det ser ut som GEO600 snubblat över mikroskopiska kvantfluktuationer i rymdtiden," föreslog Hogan.

Om den här informationen inte verkar tillräckligt sensationell för dig, lyssna vidare: "Om GEO600 snubblar på vad jag antar, betyder det att vi lever i ett jätteutrymmehologram."

Själva idén om att vi lever i ett hologram kan verka löjligt och absurd, men det är bara en logisk fortsättning av vår förståelse av svarta hålens natur, baserat på en helt bevisbar teoretisk grund.

Konstigt nog skulle "teorin om hologrammet" betydligt hjälpa fysiker att äntligen förklara hur universum fungerar på en grundläggande nivå.

Hologram som vi känner till (som till exempel på kreditkort) appliceras på en tvådimensionell yta, som börjar verka tredimensionell när en ljusstråle träffar den i en viss vinkel.

Under 1990-talet föreslog Nobelpristagaren i fysik Gerardt Huft från Utrecht University (Nederländerna) och Leonard Susskind från Stanford University (USA) att en liknande princip kunde tillämpas på universum som helhet. Vår dagliga existens i sig kan vara en holografisk projicering av fysiska processer som förekommer i tvådimensionellt rymd.

Det är väldigt svårt att tro på den "holografiska principen" i universums struktur: det är svårt att föreställa dig att du vaknar, borstar tänderna, läser tidningar eller tittar på TV bara för att flera jätteutrymme kolliderade med varandra någonstans på universums gränser.

Ingen vet ännu vad "livet i ett hologram" kommer att betyda för oss, men teoretiska fysiker har många skäl att tro att vissa aspekter av de holografiska principerna för universums funktion är verklighet.

Forskarnas slutsatser bygger på en grundläggande studie av egenskaperna hos svarta hål, som utfördes av den berömda teoretiska fysikern Stephen Hawking tillsammans med Roger Penrose.

I mitten av 1970-talet studerade forskaren de grundläggande lagarna som styr universum och visade att från Einsteins relativitetsteori följer en rymdtid som börjar i Big Bang och slutar i svarta hål.

Dessa resultat pekar på behovet av att kombinera studiet av relativitetsteorin med kvantteori. En av konsekvenserna av denna kombination är påståendet att svarta hål faktiskt inte är helt "svarta": de avger faktiskt strålning, vilket leder till gradvis avdunstning och fullständigt försvinnande.

Således uppstår en paradox, kallad "informationsparadox för svarta hål": det bildade svarta hålet tappar sin massa och strålar ut energi. När ett svart hål försvinner försvinner all information som den absorberade. Enligt kvantfysikens lagar kan information emellertid inte förloras helt.

Hawkings motargument: intensiteten hos svarthålens gravitationsfält är obegriplig hittills motsvarar kvantfysikens lagar. Hawkings kollega, fysikern Bekenstein, har lagt fram en viktig hypotes som hjälper till att lösa denna paradox.

Han ansåg att ett svart hål har entropi proportionellt mot ytan på dess villkorade radie. Detta är ett slags teoretiskt område som maskerar det svarta hålet och markerar punkten att material eller ljus inte återlämnas. Teoretiska fysiker har bevisat att mikroskopiska kvantfluktuationer i det villkorliga radien för ett svart hål kan koda information som finns i ett svart hål, så det finns ingen förlust av information som finns i ett svart hål vid tidpunkten för dess förångning och försvinnande.

Således kan det antas att den tredimensionella informationen om den ursprungliga substansen helt kan kodas in i det tvådimensionella radien för det svarta hålet som bildades efter dess död, ungefär som en tredimensionell bild av ett objekt kodas med hjälp av ett tvådimensionellt hologram.

Zuskind och Huft gick ännu längre och tillämpar denna teori på universums struktur, baserat på det faktum att rymden också har en villkorad radie - ett gränsvärde, utöver vilket ljus ännu inte lyckats tränga igenom 13,7 miljarder år av universums existens.

Dessutom kunde Juan Maldacena, en teoretisk fysiker från Princeton University, bevisa att samma fysiska lagar fungerar i ett hypotetiskt femdimensionellt universum som i fyrdimensionellt rymd.

Enligt Hogans teori förändrar den holografiska principen om universums existens radikalt vår bekanta bild av rymdtid. Under en lång tid trodde teoretiska fysiker att kvanteffekter kan leda till att rymdtiden pulserar kaotiskt i en liten skala.

Vid denna pulsationsnivå blir vävnaden i rymdtidskontinuumet "kornig" och som om den är gjord av de minsta partiklarna, liknande pixlar, bara hundratals miljarder gånger mindre än en proton. Detta mått på längden kallas "Planck-längd" och representerar siffran 10-35 m.

För närvarande har grundläggande fysiska lagar testats empiriskt upp till avstånden på 10-17, och Planck-längden ansågs ouppnåelig tills Hogan insåg att den holografiska principen förändrar allt.

Om rymdtidskontinuumet är ett granulärt hologram, kan universum representeras som en sfär vars yttre yta är täckt med de minsta ytorna 10-35 m långa, som var och en innehåller information.

Den holografiska principen säger att mängden information som täcker den yttre delen av sfärununummet måste matcha antalet informationsbitar som finns i det volumetriska universumet.

Eftersom volymen av det sfäriska universum är mycket större än hela dess yttre, uppstår frågan, hur är det möjligt att följa denna princip? Hogan föreslog att informationsbitarna som utgör universums "inre" borde vara större än Planck-längden. "Med andra ord, det holografiska universum är som en oskarp bild," säger Hogan.

För dem som letar efter de minsta partiklarna i rymdtid är det goda nyheter. "I motsats till vad som förväntas är den mikroskopiska kvantstrukturen lätt tillgänglig för studier," sade Hogan.

Medan partiklar med mått lika med Planck-längden inte kan upptäckas, är den holografiska projektionen av dessa "korn" ungefär 10-16 m. När forskaren gjorde alla dessa slutsatser, undrade han om det var möjligt att experimentellt bestämma denna holografiska suddighet i rymden tid. Och sedan kom GEO600 till undsättning.

Enheter som GEO600, som kan upptäcka gravitationsvågor, fungerar enligt följande princip: om en gravitationsvåg passerar genom den kommer den att sträcka utrymmet i en riktning och komprimera den i den andra.

För att mäta vågformen riktar forskare en laserstråle genom en speciell spegel som kallas en stråldelare. Det delar laserstrålen i två balkar, som passerar genom de 600 meter vinkelräta stavarna och återgår tillbaka.

Återvändande balkar kombineras igen till en och skapar ett interferensmönster av ljusa och mörka områden, där ljusvågor antingen försvinner eller förstärker varandra. Varje förändring i positionen för dessa sektioner indikerar att stavarnas relativa längd har ändrats. Förändringar i längd mindre än en protons diameter kan detekteras experimentellt.

Om GEO600 verkligen upptäckte holografiskt brus från kvantfluktuationer i rymden, skulle det bli ett dubbelkantigt svärd för forskare: Å ena sidan skulle bruset störa deras försök att "fånga" gravitationsvågor.

Å andra sidan kan detta innebära att forskarna kunde göra en mycket mer grundläggande upptäckt än vad man ursprungligen trodde. Det finns emellertid en viss ödet ironi: enheten, utformad för att fånga vågorna som är en följd av interaktionen mellan de största astronomiska föremålen, hittade något lika mikroskopiskt som "kornen" i rymdtiden.

Ju längre forskare inte kan avslöja mysteriet med holografiskt brus, desto mer akut blir frågan om att bedriva ytterligare forskning i denna riktning. En av möjligheterna för forskning kan vara utformningen av den så kallade atominterferometern, vars funktionsprincip liknar den hos GEO600, men istället för en laserstråle kommer en låg temperaturström av atomer att användas.

Vad kommer upptäckten av holografiskt brus att betyda för mänskligheten? Hogan är övertygad om att mänskligheten är ett steg bort från att upptäcka ett kvantum av tid. "Detta är det minsta möjliga tidsintervallet: Plancks längd dividerat med ljusets hastighet", säger forskaren.

Men mest av alla möjliga upptäckter hjälper forskare att försöka kombinera kvantmekanik och Einsteins tyngdkraftteori. Den mest populära i den vetenskapliga världen är strängteori, som enligt forskare kommer att hjälpa till att beskriva allt som händer i universum på en grundläggande nivå.

Hogan håller med om att om holografiska principer bevisas, så kommer ingen metod för att studera kvanttyngd framöver att beaktas utanför sammanhanget med holografiska principer. Tvärtom, det kommer att vara drivkraften för bevis på strängteori och matristeori.

"Kanske har vi de första bevisen på hur rymdtid följer av kvantteorin i våra händer," konstaterade forskaren.