Znanstveni eksperiment njemačkih znanstvenika pod nazivom GEO600 u potrazi za gravitacijskim valovima, koji traje već sedam godina, doveo je do neočekivanih rezultata, objavio je časopis New Scientist.
Fizičari će uz pomoć posebnog uređaja - interferometra znanstveno potvrditi jedan od zaključaka Einsteinove teorije relativnosti.
Prema ovoj teoriji, postoje takozvani gravitacijski valovi u Svemiru - perturbacije gravitacijskog polja, „valovanja“tkanine prostora-vremena.
Šireći se brzinom svjetlosti, gravitacijski valovi pretpostavljaju da generiraju neravnomjerno kretanje mase velikih astronomskih objekata: stvaranje ili sudare crnih rupa, eksplozije supernove itd.
Znanost objašnjava neprimjenjivost gravitacijskih valova činjenicom da su gravitacijski učinci slabiji od elektromagnetskih. Znanstvenici, koji su započeli svoj eksperiment 2002. godine, očekivali su da će otkriti ove gravitacijske valove, koji bi kasnije mogli postati izvor vrijednih informacija o takozvanoj tamnoj materiji, od koje se u osnovi sastoji naš Svemir.
Do sada GEO600 nije uspio otkriti gravitacijske valove, međutim, očito su znanstvenici uz pomoć uređaja uspjeli napraviti najveće otkriće na području fizike u posljednjih pola stoljeća.
Dugi mjeseci stručnjaci nisu mogli objasniti prirodu čudnih zvukova koji ometaju rad interferometra, sve dok iznenada nije dao objašnjenje fizičar iz znanstvene laboratorije Fermilab.
Prema hipotezi Craig Hogan, aparat GEO600 sudario se s temeljnom granicom prostorno-vremenskog kontinuuma - točke u kojoj prostor-vrijeme prestaje biti neprekidni kontinuum koji opisuje Einstein, a raspada se u "zrno", kao da se fotografija, povećana nekoliko puta, pretvara u skup zasebnih točaka …
Promotivni video:
"Izgleda da se GEO600 našao na mikroskopskim kvantnim fluktuacijama prostornog vremena", predložio je Hogan.
Ako vam se ove informacije ne čine dovoljno senzacionalne, poslušajte dalje: "Ako se GEO600 spotakne s onim što pretpostavljam, to znači da živimo u ogromnom svemirskom hologramu."
Sama ideja da živimo u hologramu može se činiti smiješnom i apsurdnom, ali to je samo logičan nastavak našeg razumijevanja prirode crnih rupa, utemeljenih na potpuno dokazivoj teorijskoj osnovi.
Začudo, "teorija holograma" fizičarima bi značajno pomogla da konačno objasne kako svemir funkcionira na temeljnoj razini.
Hologrami koji su nam poznati (kao na primjer, na kreditnim karticama) primjenjuju se na dvodimenzionalnu površinu koja se počinje prikazivati trodimenzionalno kada zraka svjetlosti pogodi pod određenim kutom.
U 1990-ima, dobitnik Nobelove nagrade za fiziku Gerardt Huft sa Sveučilišta Utrecht (Nizozemska) i Leonard Susskind sa Sveučilišta Stanford (SAD) sugerirali su da se sličan princip može primijeniti na svemir kao cjelinu. Naše svakodnevno postojanje može biti holografska projekcija fizičkih procesa koji se događaju u dvodimenzionalnom prostoru.
Vrlo je teško povjerovati u „holografski princip“strukture Svemira: teško je zamisliti da se probudite, perete zube, čitate novine ili gledate televiziju samo zato što se nekoliko divovskih svemirskih objekata sudaralo negdje na granicama Svemira.
Nitko još ne zna što će za nas značiti život u hologramu, ali teorijski fizičari imaju mnogo razloga vjerovati da su određeni aspekti holografskih načela funkcioniranja Svemira stvarnost.
Zaključci znanstvenika temelje se na temeljnom istraživanju svojstava crnih rupa koje je izveo poznati teorijski fizičar Stephen Hawking zajedno s Rogerom Penroseom.
Sredinom 1970-ih znanstvenik je proučavao temeljne zakone koji upravljaju svemirom i pokazao je da iz Einsteinove teorije relativnosti slijedi prostor-vrijeme koje započinje u Velikom prasku i završava u crnim rupama.
Ovi rezultati ukazuju na potrebu kombiniranja proučavanja teorije relativnosti i kvantne teorije. Jedna od posljedica ove kombinacije je tvrdnja da crne rupe zapravo nisu u potpunosti "crne": u stvari, oni zrače, što dovodi do njihovog postupnog isparavanja i potpunog nestanka.
Tako nastaje paradoks, nazvan „informativni paradoks crnih rupa“: formirana crna rupa gubi svoju masu, zračeći energiju. Kad crna rupa nestane, gube se svi podaci koje je upijala. Međutim, prema zakonima kvantne fizike, informacije se ne mogu u potpunosti izgubiti.
Hawkingova kontraargumentacija: intenzitet gravitacijskih polja crnih rupa do sada je nerazumljiv, a odgovara zakonima kvantne fizike. Hawkingov kolega, fizičar Bekenstein, iznio je važnu hipotezu koja pomaže u rješavanju ovog paradoksa.
Hipotetirao je da crna rupa ima entropiju proporcionalnu površini njezina uvjetnog polumjera. Ovo je svojevrsno teorijsko područje koje maskira crnu rupu i označava točku bez povratka materije ili svjetlosti. Teoretski fizičari dokazali su da mikroskopska kvantna kolebanja uvjetnog polumjera crne rupe mogu kodirati informacije unutar crne rupe, tako da ne postoji gubitak informacije koja se nalazi u crnoj rupi u trenutku njezinog isparavanja i nestanka.
Stoga se može pretpostaviti da se trodimenzionalni podaci o izvornoj tvari mogu u potpunosti kodirati u dvodimenzionalni polumjer crne rupe formirane nakon njegove smrti, otprilike kao što je trodimenzionalna slika objekta kodirana pomoću dvodimenzionalnog holograma.
Zuskind i Huft otišli su još dalje primjenjujući ovu teoriju na strukturu Svemira, temeljenu na činjenici da prostor ima i uvjetni polumjer - graničnu ravninu, iza koje svjetlost još nije uspjela prodrijeti u 13,7 milijardi godina postojanja Svemira.
Štoviše, Juan Maldacena, teorijski fizičar sa Sveučilišta Princeton, uspio je dokazati da će isti hipotetički zakoni djelovati u hipotetičkom petodimenzionalnom svemiru kao u četverodimenzionalnom prostoru.
Prema Hoganovoj teoriji, holografski princip postojanja Svemira radikalno mijenja našu poznatu sliku prostora-vremena. Dugo vremena su teorijski fizičari vjerovali da kvantni učinci mogu uzrokovati da prostor i vrijeme kaotično pulsiraju na maloj skali.
Na ovoj razini pulsacije tkivo prostorno-vremenskog kontinuuma postaje "zrnato" i kao da je izrađeno od najmanjih čestica, sličnih piksela, samo stotine milijardi puta manje od protona. Ova mjera duljine poznata je kao "Planckova duljina" i predstavlja brojku od 10-35 m.
Trenutno su temeljni fizički zakoni empirijski testirani do udaljenosti od 10-17, a Planckova duljina smatrana je nedostupnom dok Hogan nije shvatio da holografski princip sve mijenja.
Ako je prostorno-vremenski kontinuum zrnati hologram, tada se Svemir može predstaviti kao sfera, čija je vanjska površina prekrivena najmanjim površinama duljine 10-35 m, od kojih svaka nosi informacije.
Holografski princip kaže da količina informacija koja pokriva vanjski dio sfere-Univerzuma mora odgovarati broju bita informacija sadržanih u volumetrijskom Univerzumu.
Budući da je volumen sfernog svemira mnogo veći od njegove cijele vanjske površine, postavlja se pitanje, kako je moguće promatrati taj princip? Hogan je predložio da bi dijelovi informacija koji čine "unutrašnjost" svemira trebali biti veći od Planckove duljine. "Drugim riječima, holografski svemir je poput nejasne slike", kaže Hogan.
Za one koji traže i najmanje čestice prostora-vremena, ovo je dobra vijest. "Suprotno popularnim očekivanjima, mikroskopska kvantna struktura lako je dostupna za proučavanje", rekao je Hogan.
Dok se čestice s dimenzijama jednakim Planckovim duljinama ne mogu otkriti, holografska projekcija tih "zrnaca" iznosi otprilike 10-16 m. Kada je znanstvenik donio sve ove zaključke, zapitao se je li moguće eksperimentalno odrediti ovo holografsko zamućenje prostora. vrijeme. A onda je GEO600 došao u pomoć.
Uređaji poput GEO600 koji su sposobni detektirati gravitacijske valove, djeluju na sljedećem principu: ako gravitacijski val prođe kroz njega, on će se protegnuti u jednom smjeru i stisnuti ga u drugi.
Da bi izmjerili valni oblik, znanstvenici usmjeravaju lasersku zraku kroz posebno ogledalo zvano razdjelnik snopa. Rasijeca lasersku zraku na dvije zrake koje prolaze kroz okomite šipke od 600 metara i vraćaju se natrag.
Zrake koje se vraćaju ponovno se kombiniraju u jedno i stvaraju interferencijski uzorak svijetlih i tamnih područja gdje svjetlosni valovi ili nestaju ili se pojačavaju. Svaka promjena položaja ovih odjeljaka ukazuje na to da se promijenila relativna duljina šipki. Promjene duljine manje od promjera protona mogu se otkriti eksperimentalno.
Ako je GEO600 stvarno otkrio holografski šum iz kvantnih vibracija prostora-vremena, to bi bio dvosjekli mač za istraživače: s jedne strane, buka bi ometala njihove pokušaje da "uhvate" gravitacijske valove.
S druge strane, to bi moglo značiti da su istraživači bili u stanju napraviti mnogo temeljnije otkriće nego što se u početku mislilo. Međutim, postoji određena ironija sudbine: uređaj dizajniran za hvatanje valova koji su posljedica interakcije najvećih astronomskih objekata, pronašao je nešto što je mikroskopski poput "zrna" prostora-vremena.
Što duže znanstvenici ne mogu razotkriti tajnu holografske buke, sve je oštrije pitanje provođenja daljnjih istraživanja u ovom smjeru. Jedna od mogućnosti za istraživanje može biti dizajn takozvanog atomskog interferometra, čije je načelo djelovanja slično GEO600, ali umjesto laserskog snopa, koristit će se niskotemperaturni tok atoma.
Što će otkriće holografskog buke značiti za čovječanstvo? Hogan je uvjeren da je čovječanstvo na korak od otkrivanja kvantnog vremena. "Ovo je najmanji mogući vremenski interval: Planckova dužina podijeljena s brzinom svjetlosti", kaže znanstvenik.
Međutim, najviše od svega mogućeg otkrića pomoći će istraživačima koji pokušavaju kombinirati kvantnu mehaniku i Einsteinovu teoriju gravitacije. Najpopularnija u znanstvenom svijetu je teorija struna koja će, vjeruju znanstvenici, pomoći u opisivanju svega što se događa u svemiru na temeljnoj razini.
Hogan se slaže da ako se dokazuju holografski principi, više se neće razmatrati pristup kvantnoj gravitaciji izvan konteksta holografskih načela. Naprotiv, to će biti poticaj dokazima teorije struna i teorije matriksa.
"Možda imamo prve dokaze o tome kako prostor-vrijeme slijedi iz kvantne teorije u našim rukama", primijetio je znanstvenik.