Czas Tajemnic: Wszechświat to hologram

Uznane w fizyce paradygmaty zakładają, że nasz Wszechświat jest trójwymiarowy. Tymczasem opracowana pod koniec XX w. tzw. zasada holograficzna swoimi obliczeniami matematycznymi dowodzi, że Kosmos, jaki znamy to tak naprawdę dwuwymiarowa struktura informacyjna znajdująca się na horyzoncie kosmologicznym. Brzmi nieco futurystycznie, ale ostatnie odkrycia naukowe coraz bardziej ugruntowują taką hipotezę.

W 1997 r. argentyński fizyk, Juan Maldacena, zaproponował pojęcie, według którego z jednej strony istnieje zgodność między teorią grawitacji w zakrzywionej przestrzeni anty – de Sittera (teoria stanowiąca stosowany w fizyce teoretycznie zamiennik między teorią strun a grawitacją i teorią kwantową pola), a z drugiej strony istnieje zgodność teorii pola kwantowego w przestrzeni o jeden wymiar mniejszej. Jak wiadomo, w fizyce od wielu lat istnieje zgrzyt dwóch wiodących koncepcji: zjawiska grawitacji (modelu Einsteina), które przedstawia koncepcję świata trójwymiarowego i modelu kwantowego, jaki opisuje zachowanie cząsteczek kwantowych obliczanych według dwóch wymiarów. Zaprezentowana zgodność AdS/CFT Maldacena była sporym zaskoczeniem i po dziś dzień budzi wiele kontrowersji. Zaprezentowany w ten sposób model kosmologiczny przez argentyńskiego fizyka zakłada także, że we Wszechświecie obowiązuje zasada holograficzna, która w odniesieniu do kosmosu wskazuje, że może być on dwuwymiarową strukturą informacyjną na horyzoncie kosmologicznym. Jeśli tak jest w istocie, oznacza to, że dwuwymiarowe struktury mogą generować holograficzne wszechświaty. Dwuwymiarowa forma jest więc tak naprawdę ,,sednem naszej rzeczywistości”.

Zasada korespondencji kontra nasze universum

Daniel Grumiller

Daniel Grumiller z Uniwersytetu Technologicznego w Wiedniu powiedział, że my nie żyjemy w przestrzeni anty-de Sittera. Jego zdaniem nasz Wszechświat jest dość płaski i posiada dodatnią krzywiznę. Jednak naukowiec podejrzewa, że zasada korespondencji może okazać się prawdziwa również w przypadku naszego uniwersum. Aby zbadać tę hipotezę, należałoby stworzyć teorie grawitacyjne, które nie brałyby pod uwagi przestrzeni anty-de Sittera, ale płaskiej powierzchni. Jego zespół badawczy przy współpracy z naukowcami ze Szkocji, USA, Indii i Japonii pracowali nad tym przez trzy lata.

Na łamach czasopisma Physical Review Letters pojawił się artykuł który potwierdził zasadę korespondencji w płaskim Wszechświecie. Grumiller wyjaśnia, że jeśli grawitacja kwantowa w płaskiej przestrzeni pozwala na holograficzny opis poprzez standardową teorię kwantową, to muszą być również wielkości fizyczne, które można obliczyć w obu teoriach - a wyniki muszą być zgodne. Zwłaszcza jedna kluczowa cecha mechaniki kwantowej - splątanie kwantowe - musi pojawić się w teorii grawitacji.

Gdy cząsteczki kwantowe są splątane, nie można opisywać ich indywidualnie. Tworzą one jeden kwantowy obiekt, nawet jeśli znajdują się daleko od siebie. Za pomocą entropii kwantowej można obliczyć liczbę splątań w układzie kwantowym. Naukowcy wykazali, że entropia splątań przyjmuje taką samą wartość w płaskiej grawitacji kwantowej oraz w teorii niskowymiarowego pola kwantowego.

Max Riegler powiedział, że dzięki dokonanym obliczeniom potwierdzono iż zasada holograficzna może być również realizowana w płaskich przestrzeniach. Uczeni zdobyli dowód na ważność tej korespondencji w naszym Wszechświecie.

Czarne dziury pod lupą uczonych

Koncepcja holograficzna była dotychczas tylko teoretycznym modelem, jaki pozwalał łączyć ze sobą teorię względności i mechanikę kwantową. Powyższe odkrycie możemy potraktować tutaj jako jej dowód. Ale nie jedyny. W grudniu 2013 r. grupa kierowana przed dr. Yoshihumi Hyakutake z japońskiego Uniwersytetu Ibaraki donosiła mediom, że znalazła na hipotetyczne tezy twarde dowody. Uczeni swoimi obliczeniami matematycznymi w odniesieniu do pozycji horyzontu zdarzeń czarnej dziury, jej entropii oraz innych właściwości udowodnili, że termodynamika niektórych czarnych dziur może być efektem oddziaływania kosmosu o niższej wartości wymiarów.

Oczywiście powyższe obliczenia były tylko hipotetycznym modelem traktującym o wszechświecie złożonym z dziesięciu wymiarów (zgodnie z zasada torii strun). Nie oznacza to więc, że nasz wszechświat jest symulacją. Jednak gdyby udało się takie obliczenia przeprowadzić w stosunku do naszego modelu wszechświata, nasze wyobrażenia o świecie musiałby zostać przewartościowane.

Być może więc uczeni są na właściwej drodze, a odkryta zasada holograficzna w płaskich przestrzeniach, sygnalizuje już pierwsze twarde fundamenty teorii o innym ,,sednie rzeczywistości”. Coś, co jeszcze do niedawna było tylko przedmiotem refleksji dla autorów science – fiction, coraz bardziej nabiera rumieńców.

Opracowano na podstawie:

http://www.tuwien.ac.at/en/news/news_detail/article/9447/

http://www.nature.com/news/simulations-back-up-theory-that-universe-is-a-hologram-1.14328

Przekład i tłumaczenie: DK