Vědecký experiment německých vědců nazvaný GEO600 k hledání gravitačních vln, který trvá sedm let, vedl podle časopisu New Scientist k neočekávaným výsledkům.
S pomocí speciálního zařízení - interferometru - fyzici chtěli vědecky potvrdit jeden ze závěrů Einsteinovy teorie relativity.
Podle této teorie existují ve vesmíru tzv. Gravitační vlny - poruchy gravitačního pole, „vlnky“struktury časoprostoru.
Gravitační vlny, které se šíří rychlostí světla, pravděpodobně vytvářejí nerovnoměrné hromadné pohyby velkých astronomických objektů: vytváření nebo střety černých děr, výbuchy supernov atd.
Věda vysvětluje nezjistitelnost gravitačních vln tím, že gravitační účinky jsou slabší než elektromagnetické. Vědci, kteří zahájili experiment již v roce 2002, očekávali, že odhalí tyto gravitační vlny, které by se později mohly stát zdrojem cenných informací o tzv. Temné hmotě, která v podstatě sestává z našeho vesmíru.
Až doposud GEO600 nebyl schopen detekovat gravitační vlny, ale zřejmě se vědcům pomocí zařízení podařilo v posledním půlstoletí dosáhnout největšího objevu v oblasti fyziky.
Po mnoho měsíců nedokázali odborníci vysvětlit povahu podivných zvuků, které narušují fungování interferometru, dokud náhle neobjevilo vysvětlení fyzik z vědecké laboratoře Fermilab.
Podle hypotézy Craiga Hogana se přístroj GEO600 srazil se základní hranicí vesmírného kontinua - okamžikem, kdy přestává být vesmírný čas kontinuálním kontinuem popsaným Einsteinem, a rozpadá se na „zrna“, jako by se fotografie zvětšená několikrát proměnila v shluk samostatných bodů …
Propagační video:
„Vypadá to, že GEO600 narazil na mikroskopické kvantové výkyvy časoprostoru,“navrhl Hogan.
Pokud se vám tato informace nezdá být dostatečně senzační, poslouchejte dále: „Pokud GEO600 narazí na to, co předpokládám, znamená to, že žijeme v obrovském vesmírném hologramu.“
Samotná myšlenka, že žijeme v hologramu, se může zdát směšná a absurdní, ale je to jen logické pokračování našeho chápání povahy černých děr na základě zcela prokazatelného teoretického základu.
Kupodivu by „teorie hologramu“významně pomohla fyzikům konečně vysvětlit, jak vesmír funguje na základní úrovni.
Hologramy, které jsou nám známé (například na kreditních kartách), jsou aplikovány na dvourozměrný povrch, který se začíná objevovat trojrozměrný, když jej paprsek světla zasáhne v určitém úhlu.
V 90. letech navrhl laureát Nobelovy ceny za fyziku Gerardt Huft z University of Utrecht (Nizozemsko) a Leonard Susskind ze Stanfordské univerzity (USA), že podobný princip lze aplikovat na vesmír jako celek. Naše každodenní existence sama o sobě může být holografickou projekcí fyzikálních procesů, které se vyskytují ve dvourozměrném prostoru.
Je velmi obtížné uvěřit v „holografický princip“struktury vesmíru: je těžké si představit, že se probudíte, čistíte si zuby, čtete noviny nebo sledujete televizi jen proto, že někde na okraji vesmíru došlo ke srážce několika obřích vesmírných objektů.
Zatím nikdo neví, co „život v hologramu“pro nás bude znamenat, ale teoretičtí fyzici mají mnoho důvodů se domnívat, že určité aspekty holografických principů fungování vesmíru jsou realitou.
Závěry vědců jsou založeny na základní studii vlastností černých děr, které byly provedeny slavným teoretickým fyzikem Stephenem Hawkingem společně s Rogerem Penroseem.
V polovině 70. let vědec studoval základní zákony, kterými se řídí vesmír, a ukázal, že z Einsteinovy teorie relativity následuje časoprostor, který začíná u Velkého třesku a končí černými dírami.
Tyto výsledky ukazují na potřebu kombinovat studium teorie relativity s kvantovou teorií. Jedním z důsledků této kombinace je tvrzení, že černé díry nejsou ve skutečnosti úplně „černé“: ve skutečnosti emitují záření, které vede k jejich postupnému odpařování a úplnému vymizení.
Vzniká tedy paradox, nazývaný „informační paradox černých děr“: vytvořená černá díra ztrácí svou hmotu a vyzařuje energii. Když černá díra zmizí, všechny informace, které absorbovala, se ztratí. Podle zákonů kvantové fyziky však nelze informace úplně ztratit.
Hawkingův protiargument: intenzita gravitačních polí černých děr je nepochopitelná, zatím odpovídá zákonům kvantové fyziky. Hawkingův kolega, fyzik Bekenstein, předložil důležitou hypotézu, která pomáhá tento paradox vyřešit.
Předpokládal, že černá díra má entropii úměrnou ploše jejího podmíněného poloměru. Jde o určitý druh teoretické oblasti, která maskuje černou díru a označuje bod bez návratu hmoty nebo světla. Teoretičtí fyzici prokázali, že mikroskopické kvantové fluktuace podmíněného poloměru černé díry mohou zakódovat informace uvnitř černé díry, takže nedochází ke ztrátě informací, které jsou v černé díře v době jejího vypařování a vymizení.
Lze tedy předpokládat, že trojrozměrná informace o původní látce může být zcela zakódována do dvourozměrného poloměru černé díry vytvořené po jeho smrti, přibližně jako trojrozměrný obraz objektu je kódován pomocí dvourozměrného hologramu.
Zuskind a Huft šli ještě dále a aplikovali tuto teorii na strukturu Vesmíru, založenou na skutečnosti, že vesmír má také podmíněný poloměr - hraniční rovinu, za níž světlo dosud nedokázalo proniknout 13,7 miliard let existence vesmíru.
Navíc Juan Maldacena, teoretický fyzik na Princetonské univerzitě, dokázal, že stejné fyzikální zákony budou fungovat v hypotetickém pětimenzionálním vesmíru jako ve čtyřrozměrném prostoru.
Podle Hoganovy teorie holografický princip existence vesmíru radikálně mění náš známý obrázek časoprostoru. Teoretičtí fyzici věřili dlouhou dobu, že kvantové efekty mohou způsobit, že časoprostor bude chaoticky pulzovat v malém měřítku.
Při této úrovni pulzace se tkáň kontinua časoprostoru stává „zrnitým“a jako by byla vyrobena z nejmenších částic, podobných pixelům, jen stovky miliardkrát menší než proton. Tato míra délky je známá jako „Planckova délka“a představuje číslo 10-35 m.
V současné době byly základní fyzikální zákony empiricky testovány až do vzdálenosti 10-17 a Planckova délka byla považována za nedosažitelnou, dokud si Hogan neuvědomil, že holografický princip všechno mění.
Pokud je časoprostorovým kontinuem granulární hologram, pak může být vesmír představován jako koule, jejíž vnější povrch je pokryt nejmenšími povrchy dlouhými 10 až 35 m, z nichž každý nese určitou informaci.
Holografický princip říká, že množství informací pokrývajících vnější část sféry-vesmír musí odpovídat počtu bitů informací obsažených uvnitř odměrného vesmíru.
Protože objem sférického vesmíru je mnohem větší než celý jeho vnější povrch, vyvstává otázka, jak je možné tento princip dodržovat? Hogan navrhl, že kousky informací, které tvoří „vnitřek“vesmíru, by měly být větší než Planckova délka. "Jinými slovy, holografický vesmír je jako nejasný obrázek," říká Hogan.
Pro ty, kteří hledají nejmenší částice časoprostoru, je to dobrá zpráva. "Na rozdíl od obecných očekávání je mikroskopická kvantová struktura snadno k dispozici pro studium," řekl Hogan.
Zatímco částice s rozměry rovnými Planckově délce nelze detekovat, holografická projekce těchto „zrn“je přibližně 10-16 m. Když vědec učinil všechny tyto závěry, přemýšlel, zda je možné experimentálně stanovit toto holografické rozostření prostoru. čas. A pak GEO600 přišel k záchraně.
Zařízení jako GEO600, která jsou schopna detekovat gravitační vlny, fungují na následujícím principu: pokud prochází gravitační vlna, roztáhne prostor v jednom směru a komprimuje ho v druhém.
K měření tvaru vlny vědci nasměrují laserový paprsek přes speciální zrcadlo zvané rozdělovač paprsků. Rozděluje laserový paprsek na dva paprsky, které procházejí kolmými tyčemi o délce 600 metrů a vracejí se zpět.
Vrácené paprsky se opět spojí do jednoho a vytvoří interferenční obrazec světlých a tmavých oblastí, kde světelné vlny buď zmizí, nebo se navzájem zesílí. Jakákoli změna polohy těchto sekcí znamená, že se změnila relativní délka tyčí. Experimentálně lze detekovat změny délky menší než průměr protonu.
Pokud by GEO600 skutečně detekoval holografický šum z kvantových vibrací časoprostoru, byl by to pro vědce dvojsečný meč: na jedné straně by hluk narušoval jejich pokusy „zachytit“gravitační vlny.
Na druhé straně to může znamenat, že vědci dokázali udělat mnohem zásadnější objev, než se původně myslelo. Existuje však určitá ironie osudu: zařízení určené k zachycení vln, které jsou důsledkem interakce největších astronomických objektů, našlo něco tak mikroskopického jako „zrna“časoprostoru.
Čím déle vědci nemohou odhalit tajemství holografického šumu, tím naléhavější je otázka dalšího výzkumu v tomto směru. Jednou z možností výzkumu může být návrh tzv. Atomového interferometru, jehož princip fungování je podobný jako u GEO600, ale místo laserového paprsku bude použit nízkoteplotní proud atomů.
Co bude pro lidstvo znamenat objev holografického šumu? Hogan je přesvědčen, že lidstvo je jeden krok od odhalení kvantového času. "Toto je nejmenší možný časový interval: délka Planck dělená rychlostí světla," říká vědec.
Většina objevů však pomůže vědcům, kteří se snaží kombinovat kvantovou mechaniku a Einsteinovu teorii gravitace. Nejoblíbenější ve vědeckém světě je teorie strun, která podle vědců pomůže popsat vše, co se ve vesmíru děje na základní úrovni.
Hogan souhlasí s tím, že budou-li prokázány holografické principy, nebude žádný přístup ke studiu kvantové gravitace nadále posuzován mimo kontext holografických principů. Naopak, bude to podnět k důkazům teorie strun a maticové teorie.
"Možná máme první důkaz toho, jak vesmírný čas vyplývá z kvantové teorie v našich rukou," poznamenal vědec.