Znanstveni eksperiment nemških znanstvenikov z imenom GEO600 za iskanje gravitacijskih valov, ki traja že sedem let, je prinesel nepričakovane rezultate, poroča revija New Scientist.
S pomočjo posebne naprave - interferometra - so fiziki znanstveno potrdili enega od sklepov Einsteinove teorije relativnosti.
Po tej teoriji tako imenovani gravitacijski valovi obstajajo v Vesolju - vznemirjanja gravitacijskega polja, "valovanja" tkanine vesolja-časa.
Razmnoževanje s hitrostjo svetlobe gravitacijski valovi verjetno ustvarjajo neenakomerne masne premike velikih astronomskih predmetov: nastanek ali trčenje črnih lukenj, eksplozije supernove itd.
Znanost razlaga nepreglednost gravitacijskih valov s tem, da so gravitacijski učinki šibkejši od elektromagnetnih. Znanstveniki, ki so poskus začeli že leta 2002, so pričakovali, da bodo odkrili te gravitacijske valove, ki bi lahko kasneje postali vir dragocenih informacij o tako imenovani temni snovi, ki je v bistvu sestavljena iz našega Vesolja.
Do zdaj GEO600 ni mogel zaznati gravitacijskih valov, vendar je očitno znanstvenikom s pomočjo naprave uspelo narediti največje odkritje na področju fizike v zadnjem pol stoletja.
Strokovnjaki že več mesecev niso znali razložiti narave nenavadnih hrupov, ki motijo delovanje interferometra, dokler nenadoma ni razložil fizik iz znanstvenega laboratorija Fermilab.
Po hipotezi Craig Hogan je aparat GEO600 trčil v temeljno mejo vesoljsko-časovnega kontinuuma - točko, ko prostor-čas preneha biti zvezni kontinuum, ki ga opisuje Einstein, in se razkroji v "zrna", kot da se fotografija, večkrat povečana, spremeni v kopico ločenih točk …
Promocijski video:
"Zdi se, da je GEO600 naletel na mikroskopska kvantna nihanja v vesolju," je predlagal Hogan.
Če se vam ta informacija ne zdi dovolj senzacionalna, poslušajte še naprej: "Če se GEO600 spotakne ob tem, kar predvidevam, to pomeni, da živimo v velikanskem vesoljskem hologramu."
Sama ideja, da živimo v hologramu, se morda zdi smešna in absurdna, vendar je le logično nadaljevanje našega razumevanja narave črnih lukenj, ki temelji na povsem dokazljivi teoretični podlagi.
Nenavadno bi "teorija holograma" fizikom bistveno pomagala dokončno razložiti, kako vesolje deluje na temeljni ravni.
Hologrami, ki so nam znani (kot na primer na kreditnih karticah), se nanesejo na dvodimenzionalno površino, ki se začne pojavljati tridimenzionalno, ko jo žarek svetlobe udari pod določenim kotom.
V devetdesetih letih prejšnjega stoletja sta dobitnika Nobelove nagrade za fiziko Gerardt Huft z univerze v Utrechtu (Nizozemska) in Leonard Susskind z univerze Stanford (ZDA) predlagala, da bi bilo podobno načelo mogoče uporabiti tudi za vesolje kot celoto. Naš vsakdanji obstoj je lahko holografska projekcija fizikalnih procesov, ki se dogajajo v dvodimenzionalnem prostoru.
Zelo težko je verjeti v "holografski princip" strukture Vesolja: težko si je predstavljati, da se zbujate, umivate zobe, berete časopise ali gledate televizijo samo zato, ker je nekje na mejah Vesolja trčilo več velikanskih vesoljskih predmetov.
Nihče še ne ve, kaj bo za nas pomenilo življenje v hologramu, vendar imajo teoretični fiziki veliko razlogov, da verjamejo, da so nekateri vidiki holografskih načel delovanja Vesolja resničnost.
Zaključki znanstvenikov temeljijo na temeljni študiji lastnosti črnih lukenj, ki jo je skupaj z Rogerjem Penroseom opravil znani teoretični fizik Stephen Hawking.
Sredi sedemdesetih let prejšnjega stoletja je znanstvenik preučeval temeljne zakone, ki urejajo vesolje, in pokazal, da iz Einsteinove teorije relativnosti sledi vesoljski čas, ki se začne v Velikem udaru in konča v črnih luknjah.
Ti rezultati kažejo na potrebo po združitvi preučevanja teorije relativnosti s kvantno teorijo. Ena od posledic te kombinacije je trditev, da črne luknje dejansko niso povsem "črne": v resnici oddajajo sevanje, kar vodi v njihovo postopno izhlapevanje in popolno izginotje.
Tako nastane paradoks, ki se imenuje "informativni paradoks črnih lukenj": oblikovana črna luknja izgubi svojo maso, sevajočo energijo. Ko črna luknja izgine, se izgubijo vse informacije, ki jih je absorbirala. Vendar pa po zakonih kvantne fizike informacije ni mogoče popolnoma izgubiti.
Hawkingov nasprotni argument: intenzivnost gravitacijskih polj črnih lukenj je do zdaj nerazumljiva, kar ustreza zakonom kvantne fizike. Hawkingov kolega, fizik Bekenstein, je predstavil pomembno hipotezo, ki pomaga razrešiti ta paradoks.
Predpostavil je, da ima črna luknja entropijo, sorazmerno s površino pogojnega polmera. To je nekakšno teoretično področje, ki zakriva črno luknjo in označuje točko vračanja materije ali svetlobe. Teoretični fiziki so dokazali, da lahko mikroskopska kvantna nihanja pogojnega polmera črne luknje kodirajo informacije znotraj črne luknje, zato v črni luknji ne izgubi informacij v času izhlapevanja in izginotja.
Tako lahko domnevamo, da se lahko tridimenzionalni podatki o prvotni snovi v celoti kodirajo v dvodimenzionalni polmer črne luknje, oblikovane po njegovi smrti, približno tako, kot je tridimenzionalna slika predmeta kodirana z uporabo dvodimenzionalnega holograma.
Zuskind in Huft sta šla še dlje, tako da sta uporabila to teorijo na strukturi Vesolja, ki temelji na dejstvu, da ima vesolje tudi pogojni polmer - mejno ravnino, čez katero svetloba še ni uspela prodreti v 13,7 milijarde let obstoja vesolja.
Poleg tega je Juan Maldacena, teoretični fizik z univerze Princeton, uspel dokazati, da bodo v hipotetičnem petodimenzionalnem vesolju delovali isti fizični zakoni kot v štiridimenzionalnem prostoru.
Po Hoganovi teoriji holografsko načelo obstoja Vesolja radikalno spremeni našo že znano sliko vesolja in časa. Dolgo časa so teoretični fiziki verjeli, da lahko kvantni učinki povzročijo, da bi vesoljski čas kaotično pulziral na lestvici.
Na tej stopnji pulzacije tkivo vesoljsko-časovnega kontinuuma postane "zrnato" in kot da je narejeno iz najmanjših delcev, podobnih pikam, le sto milijard krat manjše od protona. Ta mera dolžine je znana kot "Planckova dolžina" in predstavlja lik 10-35 m.
Trenutno so temeljni fizikalni zakoni empirično testirani do razdalje 10-17, za Planckovo dolžino pa je veljalo, da ni dosegljivo, dokler Hogan ni spoznal, da holografski princip vse spremeni.
Če je vesolje-čas kontinuum zrnat hologram, potem je Vesolje lahko predstavljeno kot krogla, katere zunanja površina je prekrita z najmanjšimi površinami dolžine 10-35 m, od katerih vsaka nosi informacije.
Holografsko načelo pravi, da se mora količina informacij, ki pokrivajo zunanji del krogle-Vesolja, ujemati s številom bitov informacij, ki jih vsebuje vesoljsko vesolje.
Ker je prostornina sferičnega vesolja veliko večja od njegove celotne zunanje površine, se postavlja vprašanje, kako je mogoče to načelo opazovati? Hogan je predlagal, da bi morali biti kosi informacij, ki sestavljajo "notranjost" vesolja, večji od Planckove dolžine. "Z drugimi besedami, holografsko vesolje je kot meglena slika," pravi Hogan.
Za tiste, ki iščejo najmanjše delce vesolja in časa, je to dobra novica. "V nasprotju s splošnimi pričakovanji je mikroskopska kvantna struktura na voljo za preučevanje," je dejal Hogan.
Medtem ko delcev z dimenzijami, ki so enake Planckovi dolžini, ni mogoče zaznati, je holografska projekcija teh "zrn" približno 10-16 m. Ko je znanstvenik naredil vse te sklepe, se je vprašal, ali je mogoče eksperimentalno določiti to holografsko zamegljenost prostora čas. In takrat je GEO600 priskočil na pomoč.
Naprave, kot je GEO600, ki lahko zaznajo gravitacijske valove, delujejo po naslednjem načelu: če gravitacijski val preide skozi njega, bo raztegnil prostor v eno smer in ga stisnil v drugo.
Za merjenje valovne oblike znanstveniki laserski žarek usmerijo skozi posebno ogledalo, imenovano cepilnik žarka. Laserski žarek razdeli na dva snopa, ki prehajata skozi 600-metrske pravokotne palice in se vračata nazaj.
Žarki, ki se vračajo nazaj, se spet združijo v eno in ustvarijo moten vzorec svetlih in temnih področij, kjer svetlobni valovi bodisi izginejo bodisi se okrepijo. Vsaka sprememba položaja teh odsekov pomeni, da se je spremenila relativna dolžina palic. Spremembe dolžine manjše od premera protona je mogoče zaznati eksperimentalno.
Če bi GEO600 resnično zaznal holografski hrup iz kvantnih nihanj vesolja in časa, bi bil to dvorezen meč za raziskovalce: po eni strani bi hrup motil njihove poskuse "ujemanja" gravitacijskih valov.
Po drugi strani pa bi to lahko pomenilo, da so raziskovalci lahko naredili veliko bolj temeljno odkritje, kot so sprva mislili. Vendar pa obstaja usoda usode: naprava, zasnovana z namenom zajemanja valov, ki so posledica interakcije največjih astronomskih predmetov, je našla nekaj tako mikroskopskega kot "zrna" vesolja in časa.
Dlje kot znanstveniki ne morejo razvozlati skrivnosti holografskega hrupa, bolj pereče postaja vprašanje nadaljnjih raziskav v tej smeri. Ena od možnosti za raziskave je lahko zasnova tako imenovanega atomskega interferometra, katerega načelo delovanja je podobno kot pri GEO600, vendar bo namesto laserskega žarka uporabljen nizkotemperaturni tok atomov.
Kaj bo odkritje holografskega hrupa pomenilo za človeštvo? Hogan je prepričan, da je človeštvo na korak od zaznavanja kvantnega časa. "To je najmanjši možni časovni interval: Planckova dolžina, deljena s hitrostjo svetlobe," pravi znanstvenik.
Vendar bo največ od vsega mogočega odkritja pomagalo raziskovalcem, ki poskušajo združiti kvantno mehaniko in Einsteinovo teorijo gravitacije. Najbolj priljubljena v znanstvenem svetu je teorija strun, ki bo, menijo znanstveniki, pomagala opisati vse, kar se v vesolju dogaja na temeljni ravni.
Hogan se strinja, da če bodo dokazana holografska načela, potem noben pristop k preučevanju kvantne gravitacije odslej ne bo upoštevan zunaj konteksta holografskih načel. Nasprotno, to bo spodbuda za dokaze teorije strun in teorije matric.
"Morda imamo prve dokaze, kako vesolje in čas izhaja iz kvantne teorije v naših rokah," je opozoril znanstvenik.