A német tudósok a GEO600 nevű tudományos kísérlete a gravitációs hullámok keresésére, amely már hét éve zajlik, váratlan eredményekhez vezettek, mondja a New Scientist folyóirat.
Egy speciális eszköz - egy interferométer - segítségével a fizikusok tudományosan megerősítették Einstein relativitáselméletének egyik következtetését.
Ezen elmélet szerint úgynevezett gravitációs hullámok vannak az univerzumban - a gravitációs mező perturbációi, a téridő szövetének „hullámai”.
A fénysebességgel terjedő gravitációs hullámok feltehetően nagy csillagászati tárgyak egyenetlen tömegmozgását generálják: fekete lyukak kialakulását vagy ütközését, szupernóva robbanások stb.
A tudomány azzal magyarázza a gravitációs hullámok figyelhetetlenségét, hogy a gravitációs hatások gyengébbek, mint az elektromágnesesek. A tudósok, akik 2002-ben kezdték meg a kísérletet, arra számítottak, hogy felfedezik ezeket a gravitációs hullámokat, amelyek később értékes információk forrásává válhatnak az úgynevezett sötét anyaggal kapcsolatban, amely alapvetően az univerzumunkban található.
A GEO600 eddig nem volt képes detektálni a gravitációs hullámokat, ám nyilvánvalóan a tudósok az eszköz segítségével a fizika területén az elmúlt fél évszázad legnagyobb felfedezését tették meg.
A szakértők sok hónapon keresztül nem tudták megmagyarázni az interferométer működését zavaró furcsa zajok jellegét, amíg a Fermilab tudományos laboratóriumában dolgozó fizikus hirtelen magyarázatot nem kapott.
Craig Hogan hipotézise szerint a GEO600 készülék ütközött a tér-idő kontinuum alapvető határával - azon a ponton, ahol a téridő megszűnik az Einstein által leírt folyamatos folytonossá, és „szemcsékké” szétesik, mintha egy többször nagyított fénykép különálló pontok csoportjává alakulna. …
Promóciós videó:
"Úgy tűnik, hogy a GEO600 megbotlott a téridő mikroszkopikus kvantumingadozásain" - javasolta Hogan.
Ha ez az információ számodra nem tűnik elég szenzációsnek, hallgassa tovább: "Ha a GEO600 botlik az én feltételezésem szerint, ez azt jelenti, hogy egy hatalmas űrhologramban élünk."
Az a gondolat, hogy hologramban élünk, nevetségesnek és abszurdnak tűnhet, ám ez csak egy logikus folytatása a fekete lyukak természetének megértésére, teljesen bizonyítható elméleti alapon.
Furcsa módon, a "hologram elmélete" jelentősen segítene a fizikusoknak végül megmagyarázni, hogyan működik az univerzum alapvető szinten.
A nekünk ismerős hologramokat (mint például a hitelkártyákon) egy kétdimenziós felületre alkalmazzák, amely háromdimenziós megjelenni kezd, amikor egy fénysugár egy bizonyos szögben eltalálja.
Az 1990-es években a fizikai Nobel-díjas Gerardt Huft (Utrecht University (Hollandia)) és Leonard Susskind (a Stanfordi Egyetem (USA)) javasolta, hogy hasonló alapelv alkalmazható legyen az egész világegyetemre. Maga a mindennapi létünk a kétdimenziós térben zajló fizikai folyamatok holografikus vetülete lehet.
Nagyon nehéz elhinni az univerzum felépítésének "holografikus elvében": nehéz elképzelni, hogy ébredt, fogmosást végez, újságot olvas, vagy tévét néz, csak azért, mert több óriási űr tárgy ütközött egymással valahol az Univerzum határain.
Még senki sem tudja, mit jelent számunkra az „élet a hologramban”, de az elméleti fizikusoknak sok oka van azt hinni, hogy az Univerzum működésének holografikus elveinek bizonyos vonatkozásai valóságosak.
A tudósok következtetései a fekete lyukak tulajdonságainak alapvető vizsgálatán alapulnak, amelyet a híres elméleti fizikus, Stephen Hawking és Roger Penrose közösen végzett.
Az 1970-es évek közepén a tudós megvizsgálta az univerzumot irányító alapvető törvényeket, és kimutatta, hogy Einstein relativitáselméletéből következő téridő követi a Nagyrobbanástól kezdődő és fekete lyukakkal végződő téridőt.
Ezek az eredmények arra mutatnak, hogy a relativitáselmélet tanulmányozását össze kell kapcsolni a kvantumelmélettel. Ennek a kombinációnak az egyik következménye az az állítás, miszerint a fekete lyukak valójában nem teljesen "feketék": valójában sugárzást bocsátanak ki, ami fokozatos elpárolgáshoz és teljes eltűnéshez vezet.
Így felmerül egy paradoxon, amelyet „fekete lyukak információs paradoxonjának” hívnak: a kialakult fekete lyuk elveszíti tömegét, és energiát sugároz. Amikor egy fekete lyuk eltűnik, az összes információ, amelyet elnyel, elveszik. A kvantumfizika törvényei szerint azonban az információ nem veszíthető el teljesen.
Hawking ellenérve: a fekete lyukak gravitációs tereinek intenzitása eddig érthetetlen, a kvantumfizika törvényeinek felel meg. Hawking kollégája, Bekenstein fizikus fontos hipotézist fogalmazott meg, amely segít megoldani ezt a paradoxont.
Feltételezte, hogy egy fekete lyuk entrópiája arányos annak feltételes sugara felületével. Ez egyfajta elméleti terület, amely elfedi a fekete lyukat, és jelöli azt az pontot, amikor az anyag vagy a fény nem tér vissza. Az elméleti fizikusok bebizonyították, hogy a fekete lyuk feltételes sugara mikroszkopikus kvantumingadozása kódolhat egy információt, amely a fekete lyuk belsejében van, tehát nem veszíthetõ az információ, amely a fekete lyukban van annak elpárolgása és eltûnésekor.
Feltételezhető tehát, hogy az eredeti anyaggal kapcsolatos háromdimenziós információ teljes egészében kódolható a halálát követően kialakult fekete lyuk kétdimenziós sugárába, körülbelül úgy, hogy egy tárgy háromdimenziós képe kódolva legyen egy kétdimenziós hologram segítségével.
Zuskind és Huft még tovább mentek, ezt az elméletet alkalmazva az univerzum szerkezetére, azon a tényen alapulva, hogy a térnek is van feltételes sugara - egy határ sík, amelyen túl a világ még nem tudott áthatolni az univerzum létezésének 13,7 milliárd éve alatt.
Sőt, Juan Maldacena, a Princetoni Egyetem elméleti fizikusa bizonyítani tudta, hogy ugyanazok a fizikai törvények fognak működni egy hipotetikus ötdimenziós univerzumban, mint a négydimenziós térben.
Hogan elmélete szerint az univerzum létezésének holografikus elve radikálisan megváltoztatja a tér-időről alkotott ismert képet. Az elméleti fizikusok hosszú ideig úgy gondolták, hogy a kvantumhatások miatt az űrtartalom kaotikusan, kaotikus skálán kaotikusan pulzálhat.
A pulzáció ezen szintjén a tér-idő kontinuum szövete "szemcséjűvé" válik, és mintha a pixelekhez hasonló legkisebb részecskékből készülne, csak több milliárd milliárdszor kisebb, mint egy proton. Ezt a hosszúságmérőt "Planck hossza" -nak nevezzük, és 10-35 m-t jelent.
Jelenleg az alapvető fizikai törvényeket empirikusan tesztelték 10-17 távolságig, és a Planck hosszát elérhetetlennek tekintették, amíg Hogan rájött, hogy a holografikus elv mindent megváltoztat.
Ha a tér-idő kontinuum szemcsés hologram, akkor az Univerzum gömbként reprezentálható, amelynek külső felületét a legkisebb, 10-35 m hosszú felületek borítják, amelyek mindegyike információt hordoz.
A holografikus elv szerint a gömb-univerzum külső részét lefedő információ mennyiségének meg kell egyeznie a térbeli univerzumban lévő információ bitjeinek számával.
Mivel a gömbös univerzum térfogata sokkal nagyobb, mint annak teljes külső felülete, felmerül a kérdés, hogyan lehet ezt az elvet betartani? Hogan azt javasolta, hogy az univerzum "belsejét" alkotó információs bitnek nagyobbnak kell lennie, mint a Planck hossza. Más szavakkal, a holografikus univerzum olyan, mint egy homályos kép - mondja Hogan.
Azok számára, akik a téridő legkisebb részecskéit keresik, ez jó hír. "A népszerű elvárásokkal ellentétben a mikroszkopikus kvantumszerkezet könnyen elérhető a tanulmányhoz" - mondta Hogan.
Míg a Planck hosszúságával megegyező méretű részecskéket nem lehet kimutatni, ezeknek a "szemcséknek" a holografikus vetülete körülbelül 10-16 m. Amikor a tudós ezeket a következtetéseket levonta, azon tűnődött, vajon lehetséges-e ezen holografikus tér elmosódásának kísérleti meghatározása. idő. Aztán a GEO600 ment meg.
A GEO600-hoz hasonló eszközök, amelyek képesek a gravitációs hullámok érzékelésére, a következő elv szerint működnek: ha egy gravitációs hullám áthalad rajta, akkor az egyik irányba megnyújtja a helyet, a másikba pedig összenyomja.
A hullámforma mérésére a tudósok egy lézernyalábot egy speciális tükörön keresztül irányítanak, amelyet sugár-elosztónak hívnak. A lézernyalábot két részre osztja, amelyek áthaladnak a 600 méteres merőleges rudakon és visszatérnek.
A visszatérő sugarak ismét egyesülnek és interferenciamintázatot képeznek a világos és sötét területeken, ahol a fényhullámok eltűnnek vagy megerősítik egymást. Ezen szakaszok helyzetének bármilyen változása azt jelzi, hogy a rudak relatív hossza megváltozott. Kísérletileg kimutathatók a proton átmérőjénél kisebb hosszúságbeli változások.
Ha a GEO600 valóban észlelné a holografikus zajt a téridő kvantumingadozásaiból, akkor kétélű kard lesz a kutatók számára: egyrészt a zaj akadályozná a gravitációs hullámok "elfogásának" kísérleteit.
Másrészt ez azt jelentheti, hogy a kutatók sokkal alapvető felfedezéseket tudtak készíteni, mint az eredetileg gondoltak. Van azonban egy bizonyos sors iróniája: a legnagyobb csillagászati tárgyak kölcsönhatásának következményeit okozó hullámok elfogására szolgáló eszköz mikroszkopikusan talált valamit, mint a téridő "szemcséi".
Minél hosszabb ideig a tudósok nem tudják megfejteni a holografikus zaj rejtélyét, annál hevesebbé válik az a kérdés, hogy ezen irányba további kutatásokat végezzenek. A kutatás egyik lehetősége lehet az úgynevezett atomi interferométer tervezése, amelynek működési elve hasonló a GEO600-hoz, de lézernyaláb helyett alacsony hőmérsékleten alkalmazzák az atomáramot.
Mit jelent a holografikus zaj felfedezése az emberiség számára? Hogan bízik abban, hogy az emberiség egy lépéssel távol tartja az idő kvantumainak felfedezését. "Ez a lehető legkisebb időintervallum: a Planck hosszát osztjuk a fénysebességgel" - mondja a tudós.
A lehetséges felfedezések mindenekelőtt a kvantummechanikát és Einstein gravitációs elméletét ötvöző kutatók számára segítenek. A tudományos világban a legnépszerűbb a húr elmélet, amely a tudósok szerint alapvető szinten mindent leír, ami történik az univerzumban.
Hogan egyetért azzal, hogy ha a holografikus alapelvek bebizonyosodnak, akkor a kvantitatív gravitáció tanulmányozásának semmilyen megközelítését a továbbiakban nem veszik figyelembe a holografikus elvek keretein kívül. Éppen ellenkezőleg, ez lesz a lendület a húr-elmélet és a mátrixelmélet bizonyításaihoz.
"Talán megvan az első bizonyíték arra, hogy a kezünkben hogyan következnek a téridő a kvantumelméletből" - jegyezte meg a tudós.