Testarea ipotezei unui univers holografic

În 2008, astrofizicianul Craig Hogan se alătura adepților teoriei universului holografic. Astăzi, acesta construiește un dispozitiv pentru a măsura dacă realitatea noastră este o iluzie.

Ideea că spațiul nu este chiar omogen - precum o imagine digitală care devine tot mai pixelată pe măsură ce o mărim - a mai fost propusă anterior de către Stephen Hawking și de către alți fizicieni. Posibile dovezi ale acestui model au apărut în 2009, când experimentul GEO600 efectuat în Germania a descoperit un "zgomot" inexplicabil, în cadrul cercetării undelor gravitaționale provenite de la găurile negre. Pentru Hogan, această instabilitate sugerează faptul că experimentul a ajuns la limita extremă a rezoluției spațiului.

Fizica găurilor negre, în care spațiul și timpul sunt comprimate, furnizează baza pentru calculele matematice care arată că a treia dimensiune nu există de fapt. În acest desen bidimensional al universului, ceea ce percepem ca fiind a treia dimensiune este de fapt o proiecție a timpului întrețesută cu înălțimea. Dacă este adevărat, iluzia poate fi menținută numai până când echipamentul devine suficient de sensibil pentru a-i descoperi limitele.

“Nu poți să o percepi deoarece nimic nu călătorește mai repede decât lumina,” spune Hogan. “Această viziune holografică este modul în care universul ar arăta dacă ai sta pe un foton.”

Nu toată lumea este de acord cu această idee. Fundamentarea acesteia are legătură cu calcule matematice teoretice și nu cu datele concrete, așa cum se obișnuiește în fizică. Chiar dacă un univers holografic ar răspunde multor întrebări legate de fizica găurilor negre și de paradoxuri, se contrazice cu geometria clasică, care postulează un univers omogen, cu traiectorii continue în spațiu și timp.

“Așadar, vrem să construim o mașină care să fie cel mai sensibil instrument de măsurare a spațiului și timpului,” spune Hogan. “Acesta este holometrul.”

Numele de “holometru” a fost utilizat pentru prima oară pentru un dispozitiv de cercetare din secolul al XVII-lea, un "instrument pentru toate măsurătorile, atât ale cerului, cât și ale pământului." Hogan a considerat acest lucru potrivit pentru misiunea sa de construire a unui “interferometru holografic,” dispozitiv aflat în faza de construcție la Fermilab.

La un interferometru clasic, dezvoltat pentru prima oară la sfârșitul secolului al XVIII-lea, o rază de lumină aflată în vid lovește o oglindă numită separator de fascicule, care separă raza în două. Cele două raze se deplasează la unghiuri diferite pe lungimea a două conducte în vid, înainte de a lovi oglinzile aflate la capăt și a se întoarce către separatorul de fascicule.

Deoarece lumina călătorește în vid cu o viteză constantă, cele două raze ar trebui să ajungă înapoi la oglindă în exact același moment, sincronizându-se și reformând o singură rază. Orice vibrație care intervine va schimba frecvența undelor luminoase suficient încât să modifice distanța pe care o parcurg. Atunci când acestea revin la separatorul de fascicule, nu vor mai fi sincronizate.

În holometru, această pierdere a sincronizării constituie vibrațiile care reprezintă instabilitățile din spațiu-timp.

Precizia holometrului nu trebuie să fie foarte mare; având 40 de metri lungime, va fi la doar 10% din lungimea interferometrelor actuale, care măsoară undele gravitaționale ale găurilor negre și supernovelor. Totuși, deoarece frecvențele spațiu-timp pe care le măsoară sunt atât de rapide, acesta va fi mai precis în privința intervalelor scurte de timp cu câteva grade de magnitudine față de orice ceas atomic existent.

“Vibrațiile spațiu-timp au loc de un milion de ori pe secundă,” spune fizicianul Aaron Chou de la Fermilab. “Materiei nu-i place să vibreze la această viteză. Poți asculta frecventele gravitaționale la căști.”

Problema, adaugă Chou, este să dovedești faptul că vibrațiile nu provin de la instrument. Folosind tehnologii similare celor utilizate la suprimarea zgomotului, o serie de senzori din afara instrumentului detectează vibrațiile și balansează oglinda la aceeași frecvență pentru a le anula. Orice vibrație rămasă la frecvențe înalte va constitui dovada obscurității (neclarității) din spațiu-timp.

Hogan se așteaptă ca holometrul să înceapă să colecteze date anul viitor (2011).

* Sursa: New Scientist

Realitatea obiectivă există sau universul este o fantasmă?

În 1982 a avut loc un eveniment remarcabil. La Universitatea din Paris, o echipă de cercetători condusă de fizicianul Alain Aspect a efectuat un experiment, care s-a dovedit a fi unul dintre cele mai importante ale secolului XX. Știrile nu au prezentat evenimentul. De fapt, în afara cazului în care aveți obiceiul de a citi reviste științifice, probabil nu ați auzit de numele lui Aspect, deși unii cred că descoperirea acestuia poate schimba fața științei.

Aspect și echipa sa au descoperit că, în anumite circumstanțe, particulele subatomice, precum electronii, sunt capabile să comunice instantaneu unele cu celelalte, indiferent de distanța care le separă. Nu contează dacă sunt separate de 3 metri sau de 3 miliarde de kilometri. Cumva, fiecare particulă pare să știe ce face cealaltă. Problema cu acest lucru este că încalcă teza lui Einstein, potrivit căreia nicio informație nu poate călători mai repede decât viteza luminii. Din moment ce călătoria cu o viteză superluminică este echivalentă cu înfrângerea barierei timpului, această perspectivă intimidantă i-a făcut pe unii fizicieni să încerce să elaboreze o serie de teorii pentru a explica descoperirile lui Aspect. Dar, i-a inspirat și pe alții să ofere niște explicații radicale.

De exemplu, fizicianul David Bohm de la Universitatea din Londra crede că descoperirea lui Aspect sugerează ca realitatea obiectivă nu există, că în pofida aparentei sale solidități, Universul este o fantasmă, o gigantică și splendid de amănunțită hologramă.

Pentru a înțelege de ce Bohm face această afirmație uluitoare, trebuie să înțelegem mai întâi ce este o hologramă. O hologramă este o imagine tridimensională obținută cu ajutorul laserului. Pentru a obține o hologramă, obiectul care urmează să fie fotografiat este mai întâi învăluit de lumina unei raze laser. Apoi, o a doua rază laser este proiectată pe lumina reflectată de prima rază, iar rezultatul interferenței (zona unde razele se amestecă) acestora este capturat pe film. Atunci când filmul este developat, arată ca un amestec fără sens de lumini și umbre. Dar, imediat ce filmul developat este luminat de o altă rază laser, o imagine tridimensională a obiectului original apare.

Caracterul tri-dimensional al acestor imagini nu este singurul lucru remarcabil. Dacă holograma unui trandafir este tăiată în două și iluminată apoi cu un laser, fiecare jumătate va conține întreaga imagine a trandafirului. În continuare, divizând holograma din nou, fiecare porțiune va conține întotdeauna o versiune mai mică, dar intactă a imaginii originale. Spre deosebire de fotografiile normale, fiecare fragment al unei holograme conține toată informația deținută de întreg.