Θεωρίες φυσικής

Μια μέτρηση για το πολυσύμπαν

Στο πολυσύμπαν τα παράλληλα σύμπαντα γεννούν παράλληλα σύμπαντα που γεννούν παράλληλα σύμπαντα. Ξενάγηση στην πιο υπερβατική θεωρία της φυσικής που μοιάζει να έχει λύσεις για όλα: από την ποσότητα της σκοτεινής ενέργειας ως τη σχετικότητα του χρόνου

Share

Στο πολυσύμπαν ξεπηδούν από κάθε σημείο παράλληλα σύμπαντα τα οποία με τη σειρά τους γεννούν κι άλλα παράλληλα σύμπαντα. Μια από τις πιο παράξενες θεωρίες της φυσικής που μοιάζει να έχει λύσεις για όλα: από την ποσότητα της σκοτεινής ενέργειας ως τη σχετικότητα του χρόνου

George_Ellis Πριν ένα χρόνο ο κοσμολόγος George Ellis – ένας φημισμένος θεωρητικός της γενικής σχετικότητας – γιόρτασε τα 70 χρόνια του, και οι φίλοι του έκαναν ένα πάρτι για να τα γιορτάσουν. Η ομοιότητα με τα άλλα πάρτι τελείωσε εδώ, γιατί εκεί συγκεντρώθηκαν μόνο φυσικοί, αστρονόμοι και φιλόσοφοι της επιστήμης. Που είχαν συγκεντρωθεί όχι μόνο για τα 70-χρονα του Ellis αλλά και γι αυτό που ο ίδιος θεωρεί την επικίνδυνη ιδέα της επιστήμης: την ιδέα ότι το σύμπαν μας είναι ένα μικρό μέρος ενός αφάνταστα μεγάλου πολυσύμπαντος.

Η κύρια αιτία ανησυχίας του είναι το γεγονός ότι προϋποθέτει την ύπαρξη ενός πλήθους μη παρατηρήσιμων συμπάντων, κάτι το οποίο σημαίνει ότι η όλη ιδέα είναι ανεπίδεκτη εξέτασης. Αν κάτι τόσο θεμελιώδες είναι ανεπίδεκτο εξέτασης, υποστηρίζει ο George Ellis, τότε υπονομεύονται τα ίδια τα θεμέλια της επιστήμης. Δεν έχουν όμως όλοι οι φυσικοί την ίδια γνώμη. Τα τελευταία ευρήματα φαίνεται μάλιστα πως δικαιώνουν τους «αιρετικούς»!

Προς απογοήτευση του Ellis και πολλών άλλων συναδέλφων του, το πολυσύμπαν αναπτύχθηκε ταχύτατα από μία απλή θεωρητική ιδέα που αγγίζει τα όρια του ευπρεπισμού. Υπάρχουν καλοί λόγοι το γιατί αναπτύχθηκε αυτή η θεωρία. Πολλές πτυχές της θεωρητικής φυσικής – η κβαντική μηχανική, η θεωρία χορδών και ο κοσμικός πληθωρισμός – φαίνεται να συγκλίνουν στην άποψη ότι το σύμπαν μας είναι μόνο ένα από μια άπειρη και συνεχώς αυξανόμενη σειρά μη συνδεδεμένων συμπάντων φυσαλίδων.

Και το πιο σημαντικό είναι ότι το πολυσύμπαν παρουσιάζει αρετές γιατί δίνει λύσεις στο βασανιστικό ερώτημα του γιατί η ποσότητα της σκοτεινής ύλης στο σύμπαν έχει αυτή την ασυνήθιστα μεγάλη τιμή. Καμιά θεωρία για το σύμπαν δεν είναι ικανή να το εξηγήσει. Όμως, αν υπάρχουν αμέτρητα σύμπαντα πέρα από τον κοσμικό ορίζοντα μας, και το καθένα από αυτά έχει την δική του τιμή για την ποσότητα της σκοτεινής ενέργειας που περιέχει, τότε η τιμή που παρατηρούμε στο δικό μας σύμπαν γίνεται όχι απλώς πιθανή αλλά αναπόφευκτη

Συγκρίνοντας τα άπειρα

Ένας από τους προσκεκλημένους στο πάρτι του Ellis, ο Raphael Bousso του Πανεπιστημίου στο Μπέρκλεϋ έχει ασχοληθεί με το πρόβλημα του πολυσύμπαντος και λίγους μήνες πριν ανακάλυψε έναν τρόπο για να παρακαμφθεί το πρόβλημα των μη παρατηρήσιμων συμπάντων. Ξαφνικά, κατόρθωσε να μετατρέψει το πολυσύμπαν, από προβληματική θεωρία που απειλούσε να ανατρέψει την επιστήμη, σε μια θεωρία που υπόσχεται προβλέψεις τις οποίες μπορούμε να εξετάσουμε. Οι ανακαλύψεις του δείχνουν στους φυσικούς έναν δρόμο προς τον υπέρτατο στόχο, της ένωσης της κβαντομηχανικής και της βαρύτητας σε μια ξεκάθαρη θεωρία των πάντων.

Το επίτευγμα του Bousso είναι εξαιρετικά εντυπωσιακό επειδή πέτυχε εκεί όπου πολλοί άλλοι είχαν προσπαθήσει αλλά είχαν αποτύχει. Το βασικό πρόβλημα που συναντούσαν ήταν το εξής: σαν την κβαντομηχανική και τη θερμοδυναμική, η κοσμολογία του πολυσύμπαντος αποτελεί μια άσκηση στη στατιστική. Για ένα σύμπαν μέσα στο πολυσύμπαν δεν μπορεί κανείς να προβλέψει ποια θα είναι τα βασικά χαρακτηριστικά του – πόση σκοτεινή ενέργεια θα περιέχει, ας πούμε. Το καλύτερο που μπορεί να κάνει κανείς είναι να υπολογίσει τις πιθανότητες που υπάρχουν να φαίνεται έτσι όπως φαίνεται βάσει του πόσο πιθανό είναι να υπάρχει ένα σύμπαν με τα συγκεκριμένα χαρακτηριστικά μέσα στο πολυσύμπαν. Ο υπολογισμός των πιθανοτήτων απαιτεί όμως μια «μέτρηση» – ένα μαθηματικό εργαλείο που να λέει πώς θα προσδιοριστούν οι σχετικές πιθανότητες. Και το να βρει κανείς ένα σωστό μέτρο για το πολυσύμπαν είναι κάθε άλλο παρά εύκολο.

Το πρόβλημα είναι ότι μέσα σε ένα άπειρο πολυσύμπαν ό,τι μπορεί να συμβεί θα συμβεί – για άπειρες φορές. Σε ένα τέτοιο πλαίσιο, η πιθανότητα χάνει κάθε νόημα.«Πώς να συγκρίνεις τα άπειρα;»ρωτάει ο Andrei Linde  του Πανεπιστημίου Στάνφορντ.

Πριν από την εργασία του Bousso, η κοινώς αποδεκτή προσέγγιση ήταν να επιλέγει κανείς ένα «στιγμιότυπο» του πολυσύμπαντος σε μια δεδομένη χρονική στιγμή και να υπολογίζει τα χαρακτηριστικά όλων των παράλληλων συμπάντων που υπάρχουν μέσα σε αυτό σημειώνοντας πόσες διαφορετικές τιμές εμφανίζονται για την ποσότητα της σκοτεινής ενέργειας. Στη συνέχεια μπορούσε κανείς να υπολογίσει κατά προσέγγιση τις σχετικές πιθανότητες του πολυσύμπαντος καθώς αυτό αναπτύσσεται στον χρόνο μαζί με τον άπειρο αριθμό φυσαλίδων παράλληλων συμπάντων του.

traditional_view_multiverse

Το πολυσύμπαν αποτελείται από ένα άπειρο αριθμό συμπάντων που το κάθε ένα έχει μια διαφορετική ποσότητα σκοτεινής ενέργειας. Ο παραδοσιακός τρόπος ήταν να μελετήσουμε μια φέτα του πολυσύμπαντος σε ένα ορισμένο χρόνο, αλλά αυτός ο τρόπος απέτυχε γιατί δεν υπάρχει ταυτόχρονο για διαφορετικούς παρατηρητές

Δυστυχώς, σε αυτή την προσέγγιση υπάρχει ένα μεγάλο κενό, το οποίο συνοψίζεται στη φράση «σε μια δεδομένη στιγμή»: σύμφωνα με τη Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν, η φράση αυτή αφαιρεί κάθε νόημα από το όλο εγχείρημα. Το πρόβλημα προκύπτει από την παρατήρηση του Αϊνστάιν ότι τα ρολόγια «τρέχουν» διαφορετικά για τους διαφορετικούς παρατηρητές. Δύο γεγονότα που είναι ταυτόχρονα για μένα δεν είναι ταυτόχρονα για εσάς, οπότε οι τρόποι «χρονικής διαίρεσης» του πολυσύμπαντος είναι άπειροι. Κανένας δεν είναι περισσότερο «αληθινός» από οποιονδήποτε άλλον, επομένως δεν υπάρχει λόγος να προτιμήσει κανείς μια χρονική διαίρεση έναντι μιας άλλης- και οι διαφορετικές χρονικές στιγμές μπορούν να οδηγήσουν σε εντελώς διαφορετικά αποτελέσματα.

Η προσέγγιση αυτή προϋποθέτει την ιδέα ότι το πολυσύμπαν μπορεί να περιγραφεί χωρίς να υπάρχει παρατηρητής, από μια εξωτερική, συνολική άποψη, σαν αυτήν που θα είχε το «μάτι του Θεού». Ο Bousso συνειδητοποίησε ότι αυτό ακριβώς οδηγούσε σε όλα αυτά τα προβληματικά άπειρα. Αποφάσισε λοιπόν να υπολογίσει τις πιθανότητες με βάση αυτά που οποιοσδήποτε παρατηρητής μπορεί να δει μέσα από το δικό του σύμπαν.

Η κβαντομηχανική μάς λέει ότι το κενό του διαστήματος δεν είναι άδειο: αντιθέτως, σφύζει από ενέργεια. Επίσης μας λέει ότι, αργά ή γρήγορα, οποιοδήποτε δεδομένο σύμπαν θα αποσυντεθεί αυτογενώς δίνοντας τη θέση του σε ένα άλλο με μικρότερη ενέργεια. Πράγματι οι περισσότεροι κοσμολόγοι βλέπουν τη Μεγάλη Έκρηξη μας ακριβώς σαν ένα τέτοιο γεγονός, κατά τη διάρκεια του οποίου το κενό στο οποίο ζούμε γεννήθηκε από ένα κενό μεγαλύτερης ενέργειας που αποτελούσε ένα σύμπαν προγενέστερο από το δικό μας. Αυτό το οποίο έχει σημασία εδώ ωστόσο είναι ότι υπάρχει μια πληθώρα πιθανών συμπάντων τα οποία μπορούν να γεννηθούν με αυτόν τον τρόπο- το καθένα με τη δική του πιθανότητα. Προσθέτοντας όλες αυτές τις πιθανότητες ο Bousso μπόρεσε να υπολογίσει τις πιθανότητες του παρατηρητή καταλήγοντας σε ένα σύμπαν με ένα συγκεκριμένο σύνολο χαρακτηριστικών.  causal_patch_measure

Η μέθοδος του Raphael Bousso: προσεγγίζει μόνο ένα σύμπαν (αριστερά). Αυτή η παρατήρηση μπορεί να διασπαστεί σε πολλούς διαφορετικούς δυνατούς τρόπους με διαφορετικές πιθανότητες ο καθένας. Συνδυάζοντας όλες τις δυνατές ιστορίες του ενός σύμπαντος μπορούμε να υπολογίσουμε την τιμή της σκοτεινής ενέργειας που οφείλουμε να βλέπουμε. Πάντως, το αποτέλεσμα εξαρτάται από τις αρχικές συνθήκες που επιλέξαμε για να ξεκινήσει το σύμπαν

Με αυτή την προσέγγιση ο Bousso κατόρθωσε να εξαγάγει πιθανότητες για πράγματα όπως η σκοτεινή ενέργεια σε οποιοδήποτε δεδομένο σύμπαν, χωρίς να χρειαστεί να καταφύγει σε μια γενική άποψη χωρίς παρατηρητή (σαν το μάτι του Θεού) ή σε εικασίες για το τι θα μπορούσε να συμβαίνει σε ασύνδετα παράλληλα σύμπαντα έξω από το οπτικό μας πεδίο. Ονομάζει την προσέγγισή του «αιτιώδης τμηματική μέτρηση» (causal patch measure) και το σημαντικό είναι ότι λειτουργεί. Τη χρησιμοποίησε για να προβλέψει την τιμή της σκοτεινής ενέργειας που θα έπρεπε να βλέπουμε στο δικό μας Σύμπαν και κατέληξε σε ένα αποτέλεσμα το οποίο προσεγγίζει κατά πολύ την τιμή που παρατηρείται (arxiv.org/abs/hep-th/0702115).

Βρήκαμε λοιπόν τη λύση; Όχι ακριβώς. Το πρόβλημα με την αιτιώδης τμηματική μέτρηση είναι ότι το αποτέλεσμα εξαρτάται από την ενέργεια του κενού του σύμπαντος με το οποίο ξεκινά ο υπολογισμός. Και μια τέτοια αυθαιρεσία αποτελεί ανάθεμα για τους φυσικούς.

Ένα ολόγραμμα για το πολυσύμπαν

Ενώ ο Bousso εργαζόταν σε αυτά που βλέπει ένας παρατηρητής μέσα στο πολυσύμπαν, ένας κοσμολόγος, ο Alexander Vilenkin του Πανεπιστημίου Ταφτς της Βοστώνης, διατύπωνε μιαν άλλη προσέγγιση για το ζήτημα. Ο Vilenkin, επίσης, είχε δυσαρεστηθεί με τις παλιές προσεγγίσεις για το πως να γίνει η μέτρηση, και είχε αποφασίσει ότι έπρεπε να υπάρξει ένας καλύτερος τρόπος. Μαζί με τον Jaume Garriga του Πανεπιστημίου της Βαρκελώνης ο Vilenkin σκέφθηκε ότι μπορεί να υπήρχαν ενδείξεις σε μια ριζοσπαστική δουλειά του Αργεντινού φυσικού Juan Maldacena του Ινστιτούτου Προωθημένων Μελετών του Πανεπιστημίου του Πρίνστον.

Ο Juan Maldacena δούλευε με τη Θεωρία των Χορδών για να φτιάξει μοντέλα συμπάντων όταν έκανε μια εκπληκτική ανακάλυψη. Βρήκε ένα μοντέλο ενός σύμπαντος με παράξενο σχήμα και πέντε διαστάσεις, το οποίο ήταν ακριβώς ισοδύναμο με ένα απλούστερο μοντέλο στο τετραδιάστατο όριό του. Αυτό αποτελεί ένα κλασικό παράδειγμα της λεγομένης «Ολογραφικής Αρχής», της ιδέας ότι σε ένα σύμπαν με οποιονδήποτε αριθμό διαστάσεων όλα τα φυσικά χαρακτηριστικά του εσωτερικού του μπορούν να κωδικοποιηθούν στο εξωτερικό όριό του, περίπου κατά τον ίδιο τρόπο με τον οποίο ένα δισδιάστατο ολόγραμμα πιστωτικής κάρτας κωδικοποιεί όλες τις πληροφορίες που αφορούν ένα τρισδιάστατο αντικείμενο.

holographic_multiverse

Το ολογραφικό σύμπαν: σύμφωνα με την ολογραφική αρχή, όλη η φυσική του πολυσύμπαντος είναι κωδικοποιημένη σε ένα εξωτερικό όριο στον χρόνο, και στο πολύ πολύ μακρινό μέλλον. Αν κάνουμε διαφορετικά ζουμ σε ένα τμήμα του ορίου ουσιαστικά διαλέγουμε διαφορετικούς χρόνους μέσα στο πολυσύμπαν. Η πιο πάνω ανάλυση είναι ισοδύναμη με την προηγούμενη μέθοδο του Bousso. 

Οι Vilenkin and Garriga σκέφτηκαν ότι συνολικά το πολυσύμπαν θα πρέπει αντίστοιχα να έχει μια ολογραφική εικόνα πάνω στο όριό του (arxiv.org/abs/0905.1509). Στην περίπτωση αυτή ωστόσο το όριο δεν αποτελεί ένα σύνορο στον χώρο, αλλά στον χρόνο, απείρως μακριά στο μέλλον. Θα μπορούσε λοιπόν αυτό να κρύβεται εκεί μια σπουδαία καθορισμένη μέτρηση του πολυσύμπαντος;

Ο Bousso προβληματίστηκε. Αν και πίστευε ότι η αιτιώδης τμηματική μέτρηση του είχε πιο ευοίωνες προοπτικές, αποφάσισε να δει τι θα συνέβαινε αν προσπαθούσε να εξαγάγει μια μέτρηση για το πολυσύμπαν μελετώντας το όριό του.«Ήθελα να βρω έναν ξεκάθαρο τρόπο μεταφοράς αυτών που μάθαμε από τον Maldacena στο Πολυσύμπαν» λέει.

Όπως αποδείχθηκε, το να εστιάζει κανείς σε ένα τμήμα του ορίου είναι αντίστοιχο με το να επιλέγει διαφορετικά, πεπερασμένα χρονικά τμήματα στο εσωτερικό του πολυσύμπαντος. Για να το καταλάβετε, φανταστείτε ότι στέκεστε σε ένα σκοτεινό δωμάτιο με την πλάτη γυρισμένη στον έναν τοίχο. Ανάβετε έναν φακό ο οποίος δημιουργεί έναν μεγάλο φωτεινό κύκλο στον απέναντι μακρινό τοίχο. Όσο προχωρείτε προς τον απέναντι τοίχο, ο φωτεινός κύκλος μικραίνει. Όσο περισσότερο απομακρύνεστε από τον τοίχο από τον οποίο ξεκινήσατε, τόσο μικρότερη γίνεται η φωτεινή περιοχή. Με άλλα λόγια, υπάρχει μια ξεκάθαρη σχέση ανάμεσα στις περιοχές του μελλοντικού σας ορίου και στην απόσταση από το σημείο εκκίνησής σας. Με ανάλογο τρόπο μια συγκεκριμένη περιοχή του ορίου του πολυσύμπαντος συνδέεται με έναν δεδομένο χρόνο στο εσωτερικό του.

Το ισχυρό σημείο αυτής της προσέγγισης είναι ότι παρακάμπτει το πρόβλημα που έχει θέσει ο Αϊνστάιν, αυτό του χρόνου ο οποίος είναι σχετικός για κάθε διαφορετικό παρατηρητή. Εδώ το όριο μας λέει ποιο παράλληλο σύμπαν υπήρχε σε έναν δεδομένο χρόνο. Γνωρίζοντας αυτό, μπορεί να αρχίσει κανείς να συγκρίνει σύμπαντα και να υπολογίσει την πιθανότητα του να βρει ένα με μια δεδομένη τιμή σκοτεινής ενέργειας, για παράδειγμα.

Καθώς ο Bousso μελετούσε αυτή τη μέτρηση παρατήρησε κάτι το εκπληκτικό. Η ολική μέτρηση στην οποία είχε καταλήξει χρησιμοποιώντας την ολογραφική αναπαράσταση του πολυσύμπαντος και του μελλοντικού ορίου του ήταν ακριβώς ισοδύναμη με την αιτιώδη τμηματική μέτρηση, που είχε ήδη εξαγάγει εξετάζοντας απλώς τι μπορεί να δει ένας μεμονωμένος παρατηρητής. Οι δύο εντελώς διαφορετικές προσεγγίσεις αποδείχθηκαν δύο διαφορετικοί τρόποι για να δει κανείς την ίδια υποκείμενη πραγματικότητα: η μία εξετάζει ένα σύνολο πιθανών θεωριών για έναν μεμονωμένο παρατηρητή, η άλλη συνολικά την άπειρη ιστορία ενός απείρου αριθμού ασύνδετων παράλληλων συμπάντων.

«Ήταν πραγματικά εκπληκτικό» λέει ο Bousso.«Για μένα ήταν απίστευτο όταν συνειδητοποίησα ότι οι δύο μετρήσεις δίνουν ακριβώς τις ίδιες πιθανότητες».

Αυτή η ισοδυναμία αποδεικνύεται εξαιρετικά χρήσιμη, καθώς οι αδυναμίες της μιας μέτρησης αποτελούν τα δυνατά σημεία της άλλης και το αντίστροφο.«Είναι σαν δύο άνθρωποι με δεκανίκια που στηρίζουν ο ένας τον άλλον», συμπληρώνει ο Bousso.

Ενώ λοιπόν στην αιτιώδη τμηματική μέτρηση οι απαντήσεις εξαρτώνται σε πολύ μεγάλο βαθμό από τα σύμπαντα από τα οποία ξεκινά ο παρατηρητής, η συνολική μέτρηση δεν πάσχει από αυτή την ασάφεια. Στο πολυσύμπαν, τα παράλληλα σύμπαντα γεννούν παράλληλα σύμπαντα που γεννούν παράλληλα σύμπαντα, έτσι ώστε οι αρχικές συνθήκες γρήγορα χάνονται μέσα στο πλήθος και δεν έχουν πια σημασία όταν πρέπει να υπολογιστούν οι πιθανότητες. Στην πραγματικότητα η συνολική εικόνα καθορίζει ποιο θα πρέπει να είναι το αρχικό κενό της προσέγγισης της αιτιώδους τμηματικής μέτρησης.

Από την άλλη πλευρά, ενώ η συνολική εικόνα πάσχει από το πρόβλημα της «διπλής πληροφορίας», η αιτιώδης τμηματική μέτρηση του Bousso το παρακάμπτει με επιτυχία.

Τα συμπεράσματα μπορεί να είναι τεράστιας σημασίας. Οι δύο ισοδύναμες μετρήσεις δεν προσέφεραν μόνο μια πρόβλεψη για την σκοτεινή ενέργεια του δικού μας σύμπαντος, η οποία ταιριάζει με τις παρατηρήσεις, αλλά είναι και οι δύο εμπνευσμένες με διαφορετικό τρόπο από την Ολογραφική Αρχή. Αυτό υποδηλώνει ότι η Ολογραφική Αρχή θα μπορούσε να μας οδηγήσει σε μια θεωρία κβαντικής βαρύτητας – την πολυπόθητη Θεωρία των Πάντων που αντικατοπτρίζει τη δυναμική του Σύμπαντος.«Εξετάζοντας το πρόβλημα της μέτρησης φαίνεται ότι αποκτούμε γνώσεις, ίσως απρόσμενα,γύρω από άλλα, εξίσου βαθιά μυστήρια, κυρίως το πώς να διατυπώσουμε την κβαντική θεωρία του πολυσύμπαντος» αναφέρει ο Bousso.

Ακόμη και ο George Ellis έχει εντυπωσιαστεί από αυτά τα αποτελέσματα του Bousso. «Είναι ένας χρήσιμος και ενδιαφέρον έλεγχος συνέπειας που βασίζεται σε γοητευτικές αλλά εικοτολογικές θεωρίες της φυσικής,» λέει. Υπάρχει, επίσης, ένα ακόμη πιο σημαντικό επακόλουθο. Αν η ισοδυναμία του Bousso ισχύει, τότε όχι μόνο μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τη μέτρηση της για να κάνουμε πραγματικές, εξετάσιμες προβλέψεις, αλλά μπορούμε επίσης να κάνουμε υπολογισμούς στο πολυσύμπαν χωρίς καν να αναφερθούμε σε μη παρατηρήσιμα σύμπαντα που κρύβονται πέρα από τον κοσμικό μας ορίζοντα. Όλα όσα χρειαζόμαστε να ξέρουμε για το Πολυσύμπαν μπορεί να βρίσκονται εδώ, μέσα στο Σύμπαν μας.

Τι μπορούν να μας διδάξουν οι μαύρες τρύπες

Όταν ο Στίβεν Χόκινγκ υπολόγισε ότι οι μαύρες τρύπες εκπέμπουν ενέργεια και τελικά εξατμίζονται, δημιούργησε ένα βασανιστικό ερώτημα: Τι γίνονται οι πληροφορίες για την ύλη που έχει πέσει μέσα τους; Αν διαφεύγουν πίσω στο Σύμπαν, θα πρέπει να τρέχουν με ταχύτητα μεγαλύτερη από αυτήν του φωτός, παραβιάζοντας τη Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν. Αν εξαφανίζονται, παραβιάζουν ένα θεμελιώδες αξίωμα της κβαντομηχανικής. Αυτή η σπαζοκεφαλιά είναι γνωστή ως το παράδοξο της απώλειας πληροφορίας των μαύρων οπών. (Δείτε και το σχετικό άρθρο: ο ελέφαντας και ο ορίζοντας γεγονότων)

how_to_be_in_two_places

Δεξιά: Αν κανείς παρατηρητής δεν μπορεί να δει καμιά πληροφορία να χάνεται στο σύμπαν, τότε ένα νοητικό πείραμα δείχνει ότι η θέση στον χωροχρόνο ενός αντικειμένου, εξαρτάται από το αν ένας παρατηρητής κινείται έξω από τον ορίζοντα γεγονότων  ή αν πέφτει μέσα σε αυτόν. Αυτό σημαίνει πως η πληροφορία μπορεί να είναι σε πάνω από μία θέση ταυτόχρονα

Η απάντηση έρχεται από τη θεωρία που είναι γνωστή ως Ολογραφική Αρχή.

Αυτή υποστηρίζει ότι η φυσική στο εσωτερικό μιας περιοχής του χωροχρόνου είναι ισοδύναμη με τη φυσική στο όριο αυτής της περιοχής.

Μπορείτε να φανταστείτε μια μαύρη τρύπα ως ισοδύναμη ενός καυτού αερίου με συνηθισμένα σωματίδια στο όριο του Σύμπαντος.

Εφόσον ένα καυτό αέριο σωματιδίων δεν χάνει ποτέ τις πληροφορίες του, το ίδιο ισχύει και για μια μαύρη τρύπα.

Το μάθημα από την Ολογραφική Αρχή είναι ότι κανένας παρατηρητής δεν θα πρέπει ποτέ να βλέπει πληροφορίες να εξαφανίζονται από το Σύμπαν. Αν ο Παρατηρητής Α κοιτάζει από απόσταση έναν ελέφαντα να πέφτει σε μια μαύρη τρύπα, θα τον δει να πλησιάζει τον ορίζοντα γεγονότων της μαύρης τρύπας, όπου εκεί θα αποτεφρώνεται από την ακτινοβολία Χόκινγκ, και να επιστρέφει προς το μέρος της σαν ένας θλιβερός σωρός στάχτης. Εν τω μεταξύ ο Παρατηρητής Β, ο οποίος πέφτει μαζί με τον ελέφαντα μέσα στη μαύρη τρύπα, θα βλέπει τον ελέφαντα να διασχίζει τον ορίζοντα σώος και να ζει κανονικότατα έως ότου πέσει στην μοναδικότητα (ανωμαλία) του πυρήνα της μαύρης τρύπας.

Σύμφωνα με την Ολογραφική Αρχή, και οι δύο ιστορίες πρέπει να είναι αληθινές. Πώς όμως μπορεί ο ελέφαντας να είναι ένας σωρός στάχτης έξω από τον ορίζοντα και ζωντανός μέσα στη μαύρη τρύπα; Θα έλεγε κανείς ότι ο ελέφαντας έχει κλωνοποιηθεί, οι νόμοι της φυσικής όμως απαγορεύουν τέτοιου είδους «διπλές» πληροφορίες.

Ο κοσμολόγος Raphael Bousso θεωρεί ότι το παράδοξο προκύπτει από τη λανθασμένη ιδέα ότι μπορούμε να περιγράψουμε ταυτοχρόνως τι συμβαίνει τόσο μέσα όσο και έξω από τον ορίζοντα, ενώ στην πραγματικότητα κανένας μεμονωμένος παρατηρητής δεν μπορεί να δει ταυτόχρονα και τα δύο. Με άλλα λόγια, για να έχει νόημα η φυσική, η περιγραφή του Σύμπαντος θα πρέπει να περιοριστεί σε αυτό που ένας μεμονωμένος παρατηρητής μπορεί να δει. Η προσέγγιση είναι εντελώς διαφορετική από την παλιά ιδέα ότι μπορούμε να περιγράψουμε ολόκληρο το Σύμπαν από μια συνολική, εξωτερική και χωρίς παρατηρητή άποψη σαν αυτήν που θα είχε το «μάτι του Θεού».

Το να μιλάμε για το πολυσύμπαν σαν αυτό να μπορεί να παρατηρηθεί ολόκληρο μονομιάς, υποστηρίζει ο Bousso, οδηγεί σε μία ακόμη μεγαλύτερη ασυναρτησία από το να προσπαθούμε να περιγράψουμε ταυτοχρόνως τι συμβαίνει μέσα και έξω από τον ορίζοντα μιας μαύρης τρύπας.

Πηγές: Νew Scientist και Βήμα

Δείτε και τα σχετικά άρθρα

About the author

physics4u

Leave a Comment

Share