Η ανακάλυψη του ολογραφικού σύμπαντος αγγελιαφόρος μιας νέας εποχής για τη φυσική

Πηγή: Science Daily, 3 Φεβρουαρίου 2009

Ερευνητές μέλη μιας βρετανογερμανικής ομάδα αναζητώντας στα βάθη του διαστήματος τα κύματα της βαρύτητας, μπορεί να έχουν κάνει αναπάντεχα μια από τις πιο σημαντικές ανακαλύψεις στην φυσική, σύμφωνα ένα αμερικανό φυσικό.

Ο Craig Hogan, φυσικός στο Κέντρο Σωματιδιακής Αστροφυσικής Fermilab στο Ιλλινόις είναι πεπεισμένος ότι έχει βρει την απόδειξη μέσα στα στοιχεία του ανιχνευτή  βαρυτικών κυμάτων GEO600, για ένα ολογραφικό σύμπαν - και ότι οι ιδέες του έτσι θα μπορούσαν να εξηγήσουν τον μυστηριώδη θόρυβο του ανιχνευτή δεδομένων,  που μέχρι σήμερα δεν έχει εξηγηθεί.

Η βρετανογερμανική ομάδα πίσω από τον GEO600, που περιλαμβάνει επιστήμονες για θέματα βαρυτικών κυμάτων, θα πραγματοποιήσει νέα πειράματα κατά τους επόμενους μήνες με σκοπό να πάρει περισσότερα δεδομένα για να δει αν συμβαίνουν οι παραδοχές του Craig Hogan. Αν αποδειχθούν σωστά αυτά που λέει, θα βοηθούσε την προσπάθεια που γίνεται να έρθει σε επαφή η κβαντική μηχανική με την θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν.

Το συμβολόμετρο GEO600 είναι εξοπλισμένο με ένα σωλήνα λέιζερ 600 μέτρων και η τεχνολογία αυτή βοηθάει στην μέτρηση αλλαγών ενός μέρους σε 600 εκατομμύρια, που είναι αρκετά ακριβής για την ανίχνευση ακόμα και της πιο μικρής μεταβολής στον χωροχρόνο.

Όμως η τεράστια ευαισθησία του οργάνου δημιουργεί άθελα του προβλήματα. Για παράδειγμα το επιστημονικό προσωπικό του GEO600 αντιμετώπιζε ένα επίμονο απρόσμενο σήμα - θόρυβο.

Ο Craig Hogan όμως δεν πιστεύει ότι το σήμα του θορύβου οφείλεται στον επιστημονικό εξοπλισμό, όπως η ομάδα του GEO600, αλλά στην ίδια την πραγματικότητα. Πιστεύει πως η ομάδα έχει σκοντάψει στον θεμελιώδη περιορισμό του χωρόχρονου - το σημείο όπου ο χωρόχρονος σταματάει να είναι συνεχής και ομαλός, όπως περιέγραψε ο Αϊνστάιν, αλλά αντίθετα  είναι σε κατάσταση "κόκκων ", ακριβώς όπως η φωτογραφία μιας εφημερίδας αναλύεται σε κουκίδες καθώς ζουμάρουμε μέσα της.

Προκειμένου να ελεγχθεί η θεωρία του ολογραφικού θορύβου (όπως πιστεύει ο Craig Hogan), η συχνότητα της μέγιστης ευαισθησίας του GEO600 θα αυξάνεται. Η συχνότητα της μέγιστης ευαισθησίας είναι ο τόνος που ο ανιχνευτής μπορεί να ακούσει καλύτερα. Αυτή συνήθως προσαρμόζεται ώστε να 'ακούγονται' καλύτερα οι υπερκαινοφανείς εκρήξεις ή όταν οι μαύρες τρύπες συγχωνεύονται.

Ακόμη και αν αποδειχθεί ότι ο μυστηριώδης θόρυβος είναι ο ίδιος τόσο στις υψηλές συχνότητες όσο και στις χαμηλές, αυτό δεν θα αποτελεί απόδειξη για την υπόθεση Hogan. Ωστόσο, θα έδινε ένα ισχυρό κίνητρο για περισσότερη μελέτη. Η ευαισθησία του ανιχνευτή GEO600 θα βελτιωθεί σημαντικά προσεχώς μετά την εγκατάσταση ενός φίλτρου λειτουργίας σε ένα νέο κενό θάλαμο. Για πρώτη δε φορά θα χρησιμοποιηθεί σε ένα ανιχνευτή βαρυτικών κυμάτων η τεχνολογία  «squeezed vacuum»,  που αναπτύχθηκε στο Ανόβερο.

Ο Jim Hough, καθηγητής του Πανεπιστημίου της Γλασκόβης και πρωτοπόρος προγραμματιστής των ανιχνευτών βαρυτικών κυμάτων, δηλώνει: "Ο Craig Hogan κάνει μια πολύ ενδιαφέρουσα πρόβλεψη. Μπορεί να είναι η πρώτη από μια σειρά από απρόσμενες δυνατότητες που πρέπει να ερευνηθεί, καθώς οι ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων γίνονται συνεχώς πιο ευαίσθητοι. "

Ο καθηγητής στο Τμήμα Φυσικής και Αστρονομίας Bernard Schutz δήλωσε ότι "Θα ήταν πραγματικά αξιοσημείωτο, αν ο GEO600 είναι ευαίσθητος στον κβαντικό χαρακτήρα του χώρου και του χρόνου. Ο μόνος τρόπος για να το επιβεβαιώσουμε αυτό θα είναι να εκτελέσουμε ελεγχόμενα πειράματα, τα αποτελέσματα των οποίων μπορεί να αποδοθούν αποκλειστικά στον θόρυβο του ολογράμματος. Ένα τέτοιο πείραμα θα άνοιγε μια εντελώς νέα εποχή στη θεμελιώδη φυσική ".

Ο καθηγητής Karsten Danzmann, διευθυντής του Ινστιτούτου Albert Einstein στο Ανόβερο, δήλωσε: "Είμαστε πολύ πρόθυμοι να μάθουμε σχετικά με τον θόρυβο του ολογράμματος κατά τη διάρκεια του επόμενου έτους. Ας σημειωθεί πως το GEO600 είναι το μόνο πείραμα στο κόσμο σήμερα που μπορεί να δοκιμάσει αυτή την αμφιλεγόμενη θεωρία. Αντίθετα με τα άλλα μεγάλα συμβολόμετρα με λέιζερ, το GEO600 είναι το πιο ευαίσθητο στην πλευρική κίνηση του διαχωρισμού των ακτίνων λέιζερ, γιατί είναι κατασκευασμένο σύμφωνα με την αρχή της ανακύκλωσης του σήματος. Συνήθως αυτό είναι ενοχλητικό, αλλά πρέπει το σήμα να ανακυκλώνεται για να αντισταθμίσει τους μικρότερους βραχίονες, σε σχέση με άλλους ανιχνευτές. Ο θόρυβος του ολογράμματος, όμως, παράγει ακριβώς ένα τέτοιο πλευρικό μήνυμα και έτσι το μειονέκτημα γίνεται πλεονέκτημα στην περίπτωση αυτή. Θα μπορούσε να πει κανείς ότι αυτή η ιδιότητα μας έχει τοποθετήσει στο επίκεντρο ενός στροβίλου στην βασική έρευνα!

Αναζήτηση των κόκκων του διαστήματος

Το μικρότερο δυνατό κλάσμα του μήκους καλείται "μήκος Πλανκ" από τους φυσικούς. Η τιμή του είναι 1,6 x 10^-35 m - και φυσικά είναι αδύνατο να μετρηθεί. Οι στάνταρτ θεωρίες της φυσικής παύουν να λειτουργούν σε αυτή την κλίμακα. Οι επιστήμονες του GEO600 δοκιμάζουν πειραματικά τη θεωρία του φυσικού Craig Hogan, ο οποίος είναι πεπεισμένος ότι μπορεί να ακούσει τον θόρυβο των χωρικών κβάντα μέσα στα δεδομένα του ανιχνευτή των βαρυτικών κυμάτων GEO600.

Ο Hogan δείχνει ότι τα κάτοπτρα σε ένα συμβολόμετρο κινούνται το ένα ως προς το άλλο, με πολύ γρήγορα βήματα ίσα με τις μικροσκοπικές ποσότητες Planck. Ο Hogan πιστεύει ότι αυτές συσσωρεύονται συνεχώς με τις μετρήσεις οπότε δημιουργούν μια κίνηση σαν να παράγεται από ένα βαρυτικό κύμα. Ο Hogan και οι επιστήμονες του GEO600 συνεχίζουν να αναρωτιούνται αν με ένα συγκεκριμένο "σήμα θορύβου" στα στοιχεία που καταγράφονται από τον ανιχνευτή, μπορεί να  εντοπίσουν την κοκκώδη υφή του χώρου και χρόνου.

Ο Craig Hogan είναι καθηγητής και πρόεδρος του Τμήματος Αστρονομίας του Πανεπιστημίου της Ουάσινγκτον στο Σιάτλ. Αποφοίτησε από το Harvard και συνέχισε τις σπουδές του στο King's College του Πανεπιστημίου του Καίμπριτζ, όπου έκανε το διδακτορικό του. Έχει γράψει περισσότερα από 100 ερευνητικά άρθρα στην αστροφυσική κοσμολογία, ενώ υπήρξε μεταδιδακτορικός υπότροφος στο Caltech και στο Πανεπιστήμιο του Σικάγου, και επιστημονικός συνεργάτης στο Αστεροσκοπείο Steward του Πανεπιστημίου της Αριζόνας. Πρόσφατα έγραψε το βιβλίο "Το μικρό βιβλίο της Μεγάλης Έκρηξης Ένα αλφαβητάρι για το Big Bang" (Εκδόσεις Αλεξάνδρεια)

Σύμφωνα με τον Hogan το κυριολεκτικά απόλυτο όριο της μικροκλίμακας (το μήκος Planck) μπορεί να μεγεθυνθεί επειδή απλά όλοι είμαστε ολογράμματα.

Η βασική ιδέα του είναι ότι όλες οι διαστάσεις μπορούν να αναπαρασταθούν από μια «επιφάνεια» με μια λιγότερη διάσταση.

Τα σχετικά αποτελέσματα υπαινίσσονται ότι το Σύμπαν μας το οποίο το αντιλαμβανόμαστε να έχει τρεις χωρικές διαστάσεις, μπορεί να έχει "περιγραφεί" σε μια δισδιάστατη επιφάνεια, σαν ένα ολόγραμμα.

Η καθημερινή μας τότε αντίληψη για τον κόσμο ως τρισδιάστατο, μπορεί να είναι είτε μια βαθιά πλάνη, είτε απλά ο ένας από τους δύο εναλλακτικούς τρόπους να αντιλαμβανόμαστε την πραγματικότητα.

Ένας κόκκος άμμου μπορεί να μην περιέχει όλο τον κόσμο, αλλά μια τεράστια επίπεδη οθόνη ίσως να μπορεί.

Ορισμένοι ερευνητές υποστηρίζουν ότι αυτά που γίνονται αντιληπτά με τις αισθήσεις μας, στον λεγόμενο ορατό κόσμο, είναι προβολές ενός καλειδοσκοπίου, το οποίο βρίσκεται στα όρια του Σύμπαντος, σε μια οριακή επιφάνεια αυτού που εμείς αποκαλούμε Σύμπαν.

Λένε επίσης ότι ο χώρος και ο χρόνος είναι ένα ρευστό που μεταφέρει πληροφορίες.

Η ενοποιητική θεωρία ή θεωρία των πάντων, η οποία προσπαθεί να συσχετίσει τις θεμελιώδεις δυνάμεις της βαρύτητας, της κβαντικής θεωρίας και της θερμοδυναμικής οδηγεί σε ένα Σύμπαν που λέγεται "Ολογραφικό".

Τι σημαίνει όμως αυτό για εμάς; Στην καθημερινότητα μας όπως βλέπουμε αυτή η «ολογραφική» πραγματικότητα δε μας αφήνει να ταξιδέψουμε σε όλο τον κόσμο πετώντας, ούτε σαν άλλοι σούπερμαν να πολεμήσουμε τη διαφθορά και το έγκλημα.

Ωστόσο είτε η πραγματικότητα είναι όπως τη βλέπουμε είτε αποτελεί αναπαράσταση αλληλεπιδράσεων σε μια επιφάνεια στην άκρη του σύμπαντος, είμαστε ακόμα θνητοί.

Από την άλλη πάλι, αυτή η θεωρία θα προκαλέσει θύελλα συναρπαστικών ερωτημάτων έτσι ώστε μάλλον δε θα χρειαστεί να δούμε ποτέ ξανά ταινίες επιστημονικής φαντασίας.

Παρότι βρισκόμαστε ακόμα στην αρχή μιας πολύ ενδιαφέρουσας θεωρίας, πρόκειται για την πιο προκλητική θεωρία μεταφυσικής που έχουμε συναντήσει ποτέ.

Είμαστε πραγματικοί ή είμαστε απλά κβαντικές αλληλεπιδράσεις στις άκρες του σύμπαντος; Μήπως αυτή είναι η πραγματικότητα;