Et videnskabeligt eksperiment fra tyske forskere kaldet GEO600 for at søge efter tyngdekraftsbølger, som har foregået i syv år, har ifølge tidsskriftet New Scientist ført til uventede resultater.
Ved hjælp af et specielt udstyr - et interferometer - ville fysikere videnskabeligt bekræfte en af konklusionerne fra Einsteins relativitetsteori.
I henhold til denne teori er der såkaldte tyngdepunktbølger i universet - forstyrrelser i tyngdefeltet, "krusninger" af stoffets rum-tid.
Forplantning med lysets hastighed genererer tyngdekraften formodentlig ujævne massebevægelser af store astronomiske genstande: dannelse eller kollisioner af sorte huller, supernovaeksplosioner osv.
Videnskab forklarer gravitationsbølgeres uobserverbarhed ved, at gravitationseffekter er svagere end elektromagnetiske. Forskere, der startede deres eksperiment tilbage i 2002, forventede at opdage disse tyngdekraftsbølger, som senere kunne blive en kilde til værdifuld information om den såkaldte mørke stof, der dybest set består af vores univers.
Indtil nu har GEO600 ikke været i stand til at registrere gravitationsbølger, men tilsyneladende lykkedes det forskere med hjælp af enheden at gøre den største opdagelse inden for fysikområdet i det sidste halve århundrede.
I mange måneder kunne eksperter ikke forklare arten af de underlige lyde, der interfererer med interferometerets drift, indtil pludselig blev tilbudt en forklaring fra en fysiker fra Fermilabs videnskabslaboratorium.
I henhold til Craig Hogans hypotese kolliderede GEO600-apparatet med den grundlæggende grænse for rumtidskontinuumet - det punkt, hvor rumtid ophører med at være et kontinuerligt kontinuum beskrevet af Einstein, og desintegrerer til "korn", som om et fotografi forstørret flere gange bliver til en klynge af separate punkter …
Salgsfremmende video:
"Det ser ud til, at GEO600 snublede over mikroskopiske kvantesvingninger i rumtid," foreslog Hogan.
Hvis denne information ikke synes sensationel nok for dig, skal du lytte yderligere: "Hvis GEO600 snubler over det, jeg antager, betyder det, at vi lever i et kæmpe rumhologram."
Selve ideen om, at vi lever i et hologram, kan virke latterligt og absurd, men det er bare en logisk fortsættelse af vores forståelse af sorte hulers natur, baseret på et helt beviseligt teoretisk grundlag.
Mærkeligt nok ville "teorien om hologrammet" markant hjælpe fysikere til sidst med at forklare, hvordan universet fungerer på et grundlæggende niveau.
Hologrammer, vi kender (som f.eks. På kreditkort), påføres en to-dimensionel overflade, der begynder at vises tredimensionel, når en lysstråle rammer den i en bestemt vinkel.
I 1990'erne foreslog Nobelprisvinderen i fysik Gerardt Huft fra Utrecht University (Holland) og Leonard Susskind fra Stanford University (USA), at et lignende princip kunne anvendes på universet som helhed. Vores daglige eksistens i sig selv kan være en holografisk fremskrivning af fysiske processer, der forekommer i todimensionelt rum.
Det er meget vanskeligt at tro på det "holografiske princip" i universets struktur: det er svært at forestille sig, at du vågner op, børster tænder, læser aviser eller ser tv, bare fordi flere kæmpe rumgenstande kolliderede med hinanden et eller andet sted på universets grænser.
Ingen ved endnu, hvad”livet i et hologram” vil betyde for os, men teoretiske fysikere har mange grunde til at tro, at visse aspekter af de holografiske principper for universets funktion er virkelighed.
Konklusionerne fra forskere er baseret på en grundlæggende undersøgelse af egenskaberne ved sorte huller, som blev udført af den berømte teoretiske fysiker Stephen Hawking sammen med Roger Penrose.
I midten af 1970'erne studerede videnskabsmanden de grundlæggende love, der styrer universet, og viste, at fra Einsteins relativitetsteori følger en rumtid, der begynder i Big Bang og ender i sorte huller.
Disse resultater peger på behovet for at kombinere studiet af relativitetsteorien med kvante teori. En af konsekvenserne af denne kombination er påstanden om, at sorte huller faktisk ikke er helt "sorte": faktisk udsender de stråling, hvilket fører til deres gradvis fordampning og fuldstændig forsvinden.
Således opstår et paradoks, kaldet "informationsparadokset med sorte huller": det dannede sorte hul mister sin masse og udstråler energi. Når et sort hul forsvinder, går al den information, det absorberede, tabt. I henhold til kvantefysikens love kan information imidlertid ikke gå helt tabt.
Hawkings modargument: intensiteten af tyngdefelterne i sorte huller er uforståelig hidtil svarer til kvantefysikens love. Hawkings kollega, fysikeren Bekenstein, har fremført en vigtig hypotese, der hjælper med at løse dette paradoks.
Han antog, at et sort hul har entropi, der er proportionalt med overfladearealet af dets betingede radius. Dette er et slags teoretisk område, der maskerer det sorte hul og markerer punktet om ikke tilbagevenden af stof eller lys. Teoretiske fysikere har bevist, at mikroskopiske kvantesvingninger i den betingede radius af et sort hul kan kode information inde i et sort hul, så der er intet tab af information, der er i et sort hul på tidspunktet for dets fordampning og forsvinden.
Det kan således antages, at den tredimensionelle information om det originale stof fuldstændigt kan kodes i det todimensionale radius af det sorte hul, der er dannet efter dets død, omtrent som et tredimensionelt billede af et objekt kodes ved hjælp af et to-dimensionelt hologram.
Zuskind og Huft gik endnu længere og anvendte denne teori på universets struktur, baseret på det faktum, at rummet også har en betinget radius - et afgrænsningsplan, som lys endnu ikke har formået at trænge ind i 13,7 milliarder år af universets eksistens.
Derudover var Juan Maldacena, en teoretisk fysiker fra Princeton University, i stand til at bevise, at de samme fysiske love vil fungere i et hypotetisk femdimensionelt univers som i det fire-dimensionelle rum.
I henhold til Hogans teori ændrer det holografiske princip for universets eksistens radikalt vores velkendte billede af rum-tid. I lang tid troede teoretiske fysikere, at kvanteeffekter kunne få rumtiden til at pulse kaotisk i en skånsom skala.
På dette pulsationsniveau bliver vævet i rumtidskontinuumet "kornet", og som om det er lavet af de mindste partikler, svarende til pixels, kun hundreder af milliarder af milliarder gange mindre end en proton. Dette længdemål kaldes "Planck-længden" og repræsenterer tallet 10-35 m.
På nuværende tidspunkt er grundlæggende fysiske love testet empirisk op til afstandene 10-17, og Planck-længden blev betragtet som uopnåelig, indtil Hogan indså, at det holografiske princip ændrer alt.
Hvis rumtidskontinuumet er et kornet hologram, kan universet repræsenteres som en kugle, hvis ydre overflade er dækket med de mindste overflader 10-35 m lang, som hver bærer et stykke information.
Det holografiske princip siger, at mængden af information, der dækker den ydre del af sfæren-universet, skal svare til antallet af informationsbits indeholdt i det volumetriske univers.
Da mængden af det sfæriske univers er meget større end hele dets ydre overflade, opstår spørgsmålet, hvordan er det muligt at overholde dette princip? Hogan foreslog, at informationsbittene, der udgør universets "indre", skulle være større end Planck-længden.”Med andre ord er det holografiske univers som et uklar billede,” siger Hogan.
For dem, der leder efter de mindste partikler i rumtid, er dette gode nyheder.”I modsætning til de forventede forventninger er mikroskopisk kvantestruktur let tilgængelig til undersøgelse,” sagde Hogan.
Mens partikler med dimensioner svarende til Planck-længden ikke kan detekteres, er den holografiske fremskrivning af disse "korn" ca. 10-16 m. Da forskeren kom med alle disse konklusioner, spekulerede han på, om det var muligt at eksperimentelt bestemme denne holografiske slør af rummet. tid. Og så kom GEO600 til undsætning.
Enheder som GEO600, der er i stand til at registrere gravitationsbølger, fungerer efter følgende princip: hvis en gravitationsbølge passerer gennem den, vil den strække rummet i den ene retning og komprimere den i den anden.
For at måle bølgeformen leder forskere en laserstråle gennem et specielt spejl kaldet en strålesplitter. Det opdeler laserstrålen i to bjælker, der passerer gennem de 600 meter vinkelrette stænger og vender tilbage.
Strålerne, der vender tilbage, kombineres i en igen og skaber et interferensmønster af lyse og mørke områder, hvor lysbølger enten forsvinder eller forstærker hinanden. Enhver ændring i placeringen af disse sektioner indikerer, at den relative længde af bjælkerne har ændret sig. Ændringer i længde mindre end diameteren af en proton kan detekteres eksperimentelt.
Hvis GEO600 faktisk opdagede holografisk støj fra kvantevibrationer i rumtid, ville det være et dobbeltkantet sværd for forskere: På den ene side ville støjen forstyrre deres forsøg på at "fange" tyngdekraftsbølger.
På den anden side kunne dette betyde, at forskerne var i stand til at gøre en meget mere grundlæggende opdagelse end oprindeligt troet. Der er dog en vis skæbne ironi: enheden, der er designet til at fange bølgerne, der er en konsekvens af samspillet mellem de største astronomiske objekter, fandt noget så mikroskopisk som "korn" i rumtid.
Jo længere forskere ikke kan afsløre mysteriet med holografisk støj, des mere akut bliver spørgsmålet om at udføre yderligere forskning i denne retning. En af mulighederne for forskning kan være udformningen af det såkaldte atomiske interferometer, hvis funktionsprincip ligner det hos GEO600, men i stedet for en laserstråle vil en lavtemperaturstrøm af atomer blive brugt.
Hvad vil opdagelsen af holografisk støj betyder for menneskeheden? Hogan er overbevist om, at menneskeheden er et skridt væk fra at opdage et tidsrum.”Dette er det mindste mulige tidsinterval: Planck-længden divideret med lysets hastighed,” siger han.
Imidlertid vil mest af alt den mulige opdagelse hjælpe forskere, der forsøger at kombinere kvantemekanik og Einsteins tyngdekraft. Den mest populære i den videnskabelige verden er strengteori, som, ifølge forskere, vil hjælpe med at beskrive alt, hvad der sker i universet på et grundlæggende niveau.
Hogan er enig i, at hvis der er bevist holografiske principper, så vil ingen tilgang til studiet af kvantetyngdekraft fremover blive overvejet uden for sammenhæng med holografiske principper. Tværtimod vil det være drivkraft for bevis på strengteori og matrixteori.
”Måske har vi det første bevis på, hvordan rumtid følger af kvanteteorien i vores hænder,” bemærkede videnskabsmanden.