Scientia

Una dintre teoriile recente ale fizicii teoretice este aceea că Universul nostru ar fi o hologramă. Deşi ideea poate părea, la o primă vedere, ridicolă, savanţii ce o susţin au argumente solide, pornind de la teoriile recente privind funcţionarea găurilor negre.

Detectorul de unde gravitaţionale GEO600, din Germania, este posibil să fi făcut cea mai importantă descoperire ştiinţifică a ultimei jumătăţi de secol - şi anume că la nivel fundamental spaţiul-timpul este granular, nu continuu, aşa cum credea Albert Einstein. Pornind de la această descoperire, unii fizicieni spun că această descoperire vorbeşte despre mult mai mult - şi anume că Universul este o gigantică hologramă. Iată povestea acestei idei uluitoare în cele ce urmează.

Conducând prin zona rurală din sud de Hanover, nu ar fi greu să nu observi clădirile experimentului GEO600. Din exterior nu arată a mare lucru: într-un colţ al câmpului se ridică nişte clădiri colţuroase, din care pornesc două tranşee, care formează un unghi drept şi care sunt acoperite cu fier ruginit. Sub plăcile metalice însă, se află în detector care se întinde pe o distanţă de 600 de metri. Vreme de 7 ani (la nivelul anului 2009, n.tr.) aici, în Germania, s-a încercat identificarea undelor gravitaţionale - "valuri" ale continuumului spaţiu-timp generate de obiecte astronomice superdense, ca stelele neutronice şi găurile negre.

GEO600 nu a detectat nicio undă gravitaţională până acum, dar s-ar putea să fi făcut cea mai importantă descoperire din fizică din ultimii 50 de ani.

Vreme de mai multe luni membrii echipei GEO600 şi-au scărpinat frunţile, încercând să găsească o explicaţie pentru zgomotul care le afectează detectorul gigantic. Apoi, pe neaşteptate, un cercetător le-a oferit o explicaţie. În fapt, acesta prezisese acest zgomot înainte ca acesta să fie descoperit. Conform lui Craig Hogan, un fizician de la laboratorul de fizică a particulelor Fermilab din Batavia, Ilinois, GEO600 a descoperit limita fundamentală a spaţiu-timpului - punctul în care spaţiu-timpul încetează să se mai comporte ca un continuum, aşa cum l-a descris Einstein şi, în schimb, se dizolvă în "granule", aşa cum o fotografie se "dizolvă" în puncte atunci când continui să o măreşti. "Se pare că GEO600 a dat de convulsiile quantice al spaţiu-timpului", crede Hogan.

Dacă acest aspect nu-ţi aruncă şosetele din picioare, ţine-te bine, pentru că Hogan - care a fost numit în 2009 director al Centrului Fermilab pentru Astrofizica Particulelor - are o surpriză şi mai mare să te anunţe: "Dacă rezultatul GEO600 este ceea ce cred eu că este, atunci trăim toţi într-o hologramă cosmică gigantică".

Universul ca hologramă

Ideea că am trăi într-o hologramă probabil că sună absurd, dar este o extensie naturală a ceea ce ştim astăzi despre găurile negre - deci, e o idee cu un suport teoretical solid. De asemenea, ideea a fost surprinzător de utilă fizicienilor care încercau să descrie mecanismul de funcţionare al Universului la nivel fundamental.

Hologramele pe care le găsim pe cărţile de credit ori bancnote sunt inscripţionate pe film de plastic bidimensional. Atunci când lumina se reflectă din aceste inscripţii, se recreează o imagine 3D. În anii '90 fizicienii Leonard Susskind şi laureatul premiului Nobel, Gerard't Hooft sugerau că acelaşi principiu, holografic, s-ar putea aplica întregului Univers. Existenţa noastră zilnică ar putea fi proiecţia holografică a unor procese fizice care au loc la mare distanţă, pe suprafaţă plană, bidimensională.

"Principiul holografic" ne "râcâie" simţurile. Pare greu de crezut că te trezeşti, te speli pe dinţi şi citeşti acest articol ca urmare a ceva ce se întâmplă la graniţele Universului. Nimeni nu ştie ce ar înseamna pentru noi dacă, într-adevăr, trăim într-o hologramă, dar teoreticienii au bune motive să creadă că multe aspecte ale principiului holografic sunt adevărate.

Ideea remarcabilă a lui Susskind şi a lui 't Hooft a fost motivată de realizările extraordinare privind găurile negre ale lui Jacob Bekenstein, de la Universitatea Evreiască din Ierusalim şi ale lui Stephen Hawking, de la Universitatea din Cambridge. La mijlocul anilor '70, Hawking a arătat că găurile negre nu sunt, în fapt, complet "negre", ci emit radiaţie într-un ritm scăzut, fapt ce dece până la urmă la evaporarea şi dispariţia găurilor negre. Aici apare o problemă, pentru că radiaţia Hawking, cum a fost numită, nu transmite nicio informaţie despre interiorul găurii negre. Atunci când gaura neagră s-a epuizat, toată informaţia despre steaua care a colapsat pentru a forma gaura neagră a dispărut, fapt ce contrazice principiul conform căruia informaţia nu poate fi distrusă. Acest aspect este cunoscut drept paradoxul informaţiei găurii negre.

Bekenstein a furnizat o importantă idee pentru a rezolva paradoxul. El a descoperit că entropia unei găuri negre - care este sinonimă cu informaţia sa - este proporţională cu aria suprafeţei orizontului evenimentelor. Această suprafaţă este una teoretică, se află la exteriorul găurii negre şi  reprezintă punctul limită pentru materie şi lumină: odată trecut, nu mai există întoarcere. Teoreticienii au arătat că "valuri" cuantice microscopice la nivelul orizontului evenimentelor pot condifica informaţia din interiorul găurii negre; astfel, se rezolvă problema dispariţiei misterioase a informaţiei, pe măsură ce gaura neagră se evaporă.

Explicaţia de mai sus duce la o idee profundă: informaţia 3D despre steaua implodată poate fi codificată în orizontul bidimensional al găurii negre subsecvente - asemănător cu imaginea 3D a unui obiect codificat într-o hologramă 2D.

Susskind şi 't Hooft au extrapolat acest principiu la nivelul întregului Univers, pornindu-se de la faptul că Universul are, de asemenea, un orizont - graniţa ai cărei fotoni nu au avut timp să ajungă la noi, în cele 13,7 miliarde de ani, cât reprezintă vârsta Universului. Mai mult, câţiva fizicieni specialişti în teoria stringurilor, printre care îl amintim pe Juan Maldena de la Institutul pentru Studii Avansate din Princeton, au confirmat că această idee este una demnă de luat în seamă. Maldacena a arătat că fizica unui univers teoretic cu 5 dimensiuni este aceeaşi cu fizica "învelişului", graniţei unui univers cu 4 dimensiuni.

Universul ca hologramă şi GEO600 (2)

Textul de mai sus reprezintă traducerea articolului Our world may be a giant hologram, publicat de New Scientist. Scientia.ro este singura entitate responsabilă pentru eventuale erori de traducere, Reed Business Information Ltd şi New Scientist neasumându-şi nicio responsabilitate în această privinţă.