Znajdź zawartość

Hipoteza holograficznego wszechświata, którą dwa lata temu zaproponował astrofizyk Craig Hogan z amerykańskiego FermiLab, wstrząsnęła naszym rozumieniem czasoprzestrzeni. Amerykański naukowiec zapostulował bowiem, że trzeci wymiar w zasadzie nie istnieje i jest jedynie holograficznym złudzeniem, które może nas mamić jedynie z powodu ograniczonej prędkości światła (dokładnie pisaliśmy o tym rok temu). Mimo kontrowersji zdobyła sobie popularność i uznanie wielu naukowców, rozwiązywałaby bowiem wiele zagadek i paradoksów, między innymi związanych z istnieniem czarnych dziur - od opisu których zresztą wzięła swój początek. Praktycznym skutkiem przyjęcia takiego modelu wszechświata jest to, że posiada on (podobnie do czarnej dziury) płaski, tak zwany horyzont zdarzeń, zaś całe wnętrze jest właśnie hologramem, będącym odbiciem informacji zapisanej na powierzchni horyzontu. Innym skutkiem takiej budowy wszechświata byłaby ziarnistość czasoprzestrzeni (co przeczy obecnemu pojmowaniu jej jako ciągłego kontinuum), podobna do ziarna obrazu na kliszy, czy pikseli obrazu komputerowego. Z obliczeń wynikałoby, że - jeśli jest to prawdą - to wielkość podstawowych elementów czasoprzestrzeni jest o całe rzędy wielkości większa od stałej Plancka i jest w zasięgu możliwych do zbudowania instrumentów pomiarowych. To właśnie jest obecnie celem Hogana. Konstruowany przez niego holometr będzie precyzyjnym interferometrem, podobnym do tych, wykorzystywanych do szukania fal grawitacyjnych, znacznie mniejszym, bo zaledwie czterdziestometrowym, ale za to bardziej czułym. W urządzeniu tym dwie precyzyjne wiązki lasera odbijają się od lustra i powracają, stanowiąc przyrząd czuły na najmniejsze zakłócenia. Takie zakłócenia, szum nieznanego pochodzenia, rejestrowany przez interferometry poszukujące śladu fal grawitacyjnych, uważany jest za poparcie teorii holograficznego wszechświata. Nowy projekt ma zweryfikować ten pogląd. Jeśli się powiedzie, szukanie fal grawitacyjnych okaże się bezcelowe, ale zyskamy odkrycie o wiele donioślejsze. Cała sztuka w konstrukcji holometru polegać będzie na odfiltrowaniu własnych szumów urządzenia. Craig Hogan wie, jak to zrobić i kończy się budowa jednometrowego, działającego modelu holometru. Docelowo gotowe urządzenie ma zacząć zbierać dane w przyszłym roku.

Naukowcy pracujący z hanowerskim wykrywaczem fal grawitacyjnych GEO 600 od wielu miesięcy zastanawiali się nad dziwnym szumem, rejestrowanym przez ich urządzenie. Teraz Craig Hogan, fizyk z Fermilab, zaproponował teorię, która może oznaczać, iż GEO 600 dokonał najważniejszego odkrycia w fizyce w ciągu ostatnich 50 lat. Hogan, który niedawno został dyrektorem Centrum Astrofizyki Cząstek, uważa, że szum pochodzi z granicy czasoprzestrzeni, z miejsca w którym czas i przestrzeń przestają być kontinuum. Poza tym punktem czas i przestrzeń tworzą jakby liczne osobne ziarna, zamiast gładkiej wstęgi. Jeśli wyniki uzyskane przez GEO 600 są tym, co podejrzewam, to wszyscy żyjemy w wielkim kosmicznym hologramie - mówi Hogan. Teoria hologramu dobrze tłumaczy niektóre paradoksy związane z czarnymi dziurami czy podstawowymi pojęciami dotyczącymi budowy Wszechświata. Jednak niektórzy naukowcy proponują jej rozszerzenie na całą rzeczywistość. Już w latach 90. ubiegłego wieku fizycy Leonard Susskind i noblista Gerard Hooft zasugerowali taką właśnie możliwość. Jednak jej przyjęcie oznaczałoby, że zgadzamy się z koncepcją, iż całe nasze codzienne doświadczenie to nic innego jak holograficzne odbicie fizycznego procesu zachodzącego w odległej dwuwymiarowej przestrzeni. Skąd jednak Susskind i Hooft wzięli swój pomysł? Pochodził on od samego Stephena Hawkinga. W połowie lat 70. Hawking teoretycznie przewidział, że czarne dziury parują i z czasem zanikają. To parowanie to tzw. promieniowanie Hawkinga. Problem jednak w tym, że promieniowanie to nie zawiera żadnych informacji o czarnej dziurze, a więc gdy ona wyparuje, wszystkie dane dotyczące gwiazdy, z której czarna dziura powstała, są tracone. To z kolei było sprzeczne z szeroko przyjętym poglądem, że informacja nie może zostać zniszczona. Mówimy tutaj o paradoksie informacyjnym czarnej dziury. Jacob Bekenstein z Uniwersytetu Hebrajskiego zaproponował następnie rozwiązanie paradoksu. Miało ono polegać na tym, że entropia czarnej dziury, która jest synonimem informacji, którą dziura zawiera, jest proporcjonalna do powierzchni jej horyzontu zdarzeń. Horyzont zdarzeń, to teoretyczny punkt, poza którym nie ma już powrotu i wszystko co go przekroczy, jest wchłaniane przez czarną dziurę. Na podstawie teorii Hawkinga i Bekensteina, teoretycy stwierdzili, że mikroskopijne fale kwantowe na horyzoncie zdarzeń mogą kodować informacje pochodzące z czarnej dziury. Oznacza to, że informacja 3D o gwieździe, z której powstała czarna dziura może zostać zakodowana w dwuwymiarowym horyzoncie zdarzeń czarnej dziury. Susskind i Hooft rozszerzyli to na cały wszechświat. Stwierdzili bowiem, że ma on również swój horyzont zdarzeń - jest nim miejsce, do którego zdążył się rozszerzyć w ciągu swojego istnienia. Kilku naukowców zajmujących się teorią strun zgadza się z takim poglądem. Teoria holograficzna jest bardzo pociągająca dla naukowców badających czas i przestrzeń. Teoretycy od dawna przewidują, że w najmniejszej skali dochodzi do zaburzeń czasoprzestrzeni i staje się ona "ziarnista", a nie ciągła. Jednak mowa tutaj o skali równej długości Plancka, czyli 10-35 metra. To setki miliardów miliardów razy mniej niż wynosi wielkość protonu. Innymi słowy, jest to wielkość, której nie jesteśmy w stanie zaobserwować. Jednak teoria holograficzna to zmienia. Hogan zdał sobie bowiem sprawę z tego, że jeśli wszechświat jest hologramem, to mamy do czynienia z czasoprzestrzenną sferą, której powierzchnia nie jest ciągła, a ziarnista. Każde z "ziaren" ma wielkość równą długości Plancka i zawiera bit informacji. Jednak, z teorii holograficznej wynika, że ilość informacji zawartej w "ziarnach" na powierzchni musi być równa ilości informacji zawartej w samej sferze. A przecież wnętrze sfery jest znacznie bardziej pojemne, niż jej powierzchnia. Ilość informacji, która zmieści się w obu częściach nie może być więc równa. Hogan ma jednak pomysł na rozwiązanie tego problemu. Uważa on, że ilość informacji może być równa jedynie wówczas, gdy "ziarna" tworzące wszechświat są znacznie większe niż długość Plancka. Zdaniem Hogana, ta najmniejsza skala, w której dochodzi do zaburzeń czasoprzestrzeni to nie 10-35 metra, a 10-16. "Ziarna" tworzące nasz wszechświat są zatem większe, niż sądzimy i, co najważniejsze, jest to wielkość dostępna dla współczesnych instrumentów badawczych. Amerykański uczony wiedział, że spośród pięciu istniejących wykrywaczy fal grawitacyjnych, to właśnie GEO 600 może być na tyle czuły, by potwierdzić jego teorię. Skontaktował się więc z zespołem naukowców pracujących z GEO 600 i przedstawił im swoje przewidywania. Otrzymał stamtąd odpowiedź, że urządzenie wykrywa szum o częstotliwości 300-1500 Hz. Jego pochodzenia uczeni nie potrafią wyjaśnić. Właściwości tego szumu były dokładnie takie, jak przewidywał Hogan w swojej teorii. Na razie jednak uczeni powstrzymują się pod formułowaniem ostatecznych ocen. Sam Hogan mówi, że może przecież istnieć inne źródło szumu, niż to zgodne z jego teorią. Wykrywacze fal grawitacyjnych są tak czułe, że istnieje wiele źródeł zakłóceń - przepływające chmury, odległy ruch drogowy, ruchy sejsmiczne itp. Na razie naukowcy nie potrafią wytłumaczyć pewnego szczególnego szumu, który pojawia się w GEO 600. Uczeni planują dalsze udoskonalanie instrumentu i kolejne eksperymenty, które, jak mają nadzieję, pozwoli wyeliminować większość tajemniczego szumu. Jeśli jednak nadal będzie się on pojawiał tam, gdzie obecnie, teoria Hogana stanie się jeszcze bardziej prawdopodobna. Co prawda szum powstający z zaburzeń czasoprzestrzeni może ostatecznie uniemożliwić wykrycie fal grawitacyjnych, ale samo jego odkrycie będzie znacznie ważniejsze niż odkrycie fal, których szuka GEO 600.